KR20200043309A - Polar polysiloxane electrolyte for lithium batteries - Google Patents
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Abstract
새로운 유형의 극성 폴리실록산 폴리머를 기초로한 폴리머 전해질의 합성 및 전기화학적 성질이 설명된다. 에틸렌옥사이드계 폴리머와 달리, 이들 물질은 적어도 4.2V, 양극 물질, 예를 들어 리튬 니켈 코발트 알루미늄 옥사이드(NCA) 및 리튬 니켈 코발트 망간옥사이드(NCM)과 같은 양극 물질을 사용하는 고에너지의 작동 전압에서 산화적으로 안정하다. 고체 상태 리튬 전지에서 PEO의 대안으로서 이들 폴리머 전해질의 사용이 설명되어 있다.Synthetic and electrochemical properties of polymer electrolytes based on new types of polar polysiloxane polymers are described. Unlike ethylene oxide-based polymers, these materials are at least 4.2V, at a high energy operating voltage using positive electrode materials such as lithium nickel cobalt aluminum oxide (NCA) and lithium nickel cobalt manganese oxide (NCM). It is oxidatively stable. The use of these polymer electrolytes as an alternative to PEO in solid state lithium cells has been described.
Description
본 발명은 일반적으로 리튬 전지 셀용 전해질, 보다 구체적으로 고전압 셀에 사용되기에 특히 적당한 전해질에 관한 것이다.The present invention relates generally to electrolytes for lithium battery cells, and more particularly to electrolytes particularly suitable for use in high voltage cells.
리튬 전지 제조업자들은 점점 더 NCA (리튬 니켈 코발트 알루미늄 옥사이드) 및 NCM (리튬 니켈 코발트 망간 옥사이드)와 같은 차세대 양극 물질을 이용하여, 이들의 잠재적으로 높은 중량 에너지 밀도(gravimetric energy densities) (300-500 Wh/kg만큼 높음), 이들의 우수한 방전용량비(rate capabilities) 및 이들의 장기간 안정성을 탐사한다. 그러한 산화물질로 제조된 셀은 때때로 LFP (리튬 철 포스페이트)와 같은 올리빈 양극 물질을 갖는 셀(e.g., 3.6-3.8V)보다 더 높은 전압(4.5V 만큼 높음)에서 작동한다. LFP 셀의 보다 낮은 전압에서 안정한 전해질은 보다 높은 전압에서 작동에 어려움을 가질 수 있다. 종래 고체-상태 리튬 전지에 공통적으로 사용된 폴리에틸렌옥사이드(PEO) 계 전해질은 보다 낮은 전압(e.g., 4.0V 보다 낮음)에서만 안정한 것으로 알려져 있으며, 이들 새로운 보다 높은 전압에서 특히 양극에서 작동하는 데 어려움을 갖는다. 산화 형태의 열화는 셀 수명에서 초기 용량 약화를 유도할 수 있다. Lithium battery manufacturers are increasingly using next-generation positive electrode materials such as lithium nickel cobalt aluminum oxide (NCA) and lithium nickel cobalt manganese oxide (NCM), and their potentially high gravimetric energy densities (300-500 As high as Wh / kg), their excellent rate capabilities and their long-term stability are explored. Cells made of such oxides sometimes operate at higher voltages (as high as 4.5V) than cells with olivine anode materials ( eg , 3.6-3.8V), such as LFP (lithium iron phosphate). An electrolyte that is stable at the lower voltage of the LFP cell may have difficulty operating at higher voltages. Polyethylene oxide (PEO) -based electrolytes commonly used in conventional solid-state lithium batteries are known to be stable only at lower voltages ( eg , lower than 4.0 V), and these new higher voltages are particularly difficult to operate at the anode. Have Degradation of the oxidized form can lead to an initial capacity degradation in cell life.
그러므로, 차세대 양극 물질의 고전압(HV) 조건에서 작동하기에 잘 맞는 비-PEO계 폴리머 전해질을 개발할 필요가 있다. Therefore, there is a need to develop a non-PEO-based polymer electrolyte that is well suited to operate under the high voltage (HV) conditions of the next-generation positive electrode material.
요약summary
본 발명의 일 실시예에서, 폴리머 조성물은 다음 구조를 갖는 호모폴리머를 포함한다:In one embodiment of the invention, the polymer composition comprises a homopolymer having the following structure:
여기서 각 X는 술폰, 시아노메틸 에스테르, 술폭시드, 피롤리돈, 시클릭 카바메이트, 포스포네이트, 포스페이트, 카보네이트 및 퍼플루오로알킬기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되며; 각 R은 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, tert-부틸, n-부틸, n-헥실, 2-에틸헥실, 시클로헥시, 비닐, 알릴, 프로파길, 노보넨, 시클로펜타디에닐, 니트록시드, 브로모-이소부틸 브로마이드, 2,2,6,6- 테트라메틸-1- 피페리디닐옥시, n-테트라부틸-n-(2-메틸-1-페닐프로필)-O-(1-페닐에틸)히드록실아민), 히드라이드, 아지도 프로필, 메르캅토프로필, 벤조페논, 아미노프로필, 페닐, 벤질, 나프탈렌, 안트라센 스티렌, 아실레이트, 노보넨, 에폭시드기 및 치환된 모이어티의 페닐, 벤질, 나프탈렌, 안트라센, 스티렌, 아실레이트, 노보넨, 및 에폭시드기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되며, 여기서 치환하는 종은 메틸, 에틸, 프로필, n-부틸 또는 t-부틸기이며; z는 2 내지 1000의 정수이다. Wherein each X is independently selected from the group consisting of sulfone, cyanomethyl ester, sulfoxide, pyrrolidone, cyclic carbamate, phosphonate, phosphate, carbonate and perfluoroalkyl groups; Each R is methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, tert-butyl, n-butyl, n-hexyl, 2-ethylhexyl, cyclohexyl, vinyl, allyl, propargyl, norbornene, cyclopentadienyl, Nitroxide, bromo-isobutyl bromide, 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinyloxy, n-tetrabutyl-n- (2-methyl-1-phenylpropyl) -O- ( 1-phenylethyl) hydroxylamine), hydride, azidopropyl, mercaptopropyl, benzophenone, aminopropyl, phenyl, benzyl, naphthalene, anthracene styrene, acylate, norbornene, epoxide groups and substituted moieties Independently selected from the group consisting of phenyl, benzyl, naphthalene, anthracene, styrene, acylate, norbornene, and epoxide groups, wherein the species to be substituted are methyl, ethyl, propyl, n-butyl or t-butyl groups; z is It is an integer from 2 to 1000.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 폴리머 조성물은 다음 구조를 갖는 코폴리머를 포함한다: In another embodiment of the invention, the polymer composition comprises a copolymer having the following structure:
여기서 각 X는 시아노, 술폰, 술폭시드, 시아노메틸 에스테르, 피롤리돈, 시클릭 카바메이트, 포스포네이트, 포스페이트, 카보네이트 및 퍼플루오로알킬기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되고; 각 R는 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, tert-부틸, n-부틸, n-헥실, 2-에틸헥실, 시클로헥시, 비닐, 알릴, 프로파길, 노보넨(norbomene), 시클로펜타디에닐, 니트록시드, 브로모-이소부틸 브로마이드, 2,2,6,6- 테트라메틸-1- 피페리디닐옥시, n-테트라부틸-n-(2-메틸-1-페닐프로필)-O-(1-페닐에틸)히드록실아민), 히드라이드, 아지도 프로필, 메르캅토프로필, 벤조페논, 아미노프로필, 페닐, 벤질, 나프탈렌, 안트라센 스티렌, 아실레이트, 노보넨, 에폭시드기 및 치환된 모이어티의 페닐, 벤질, 나프탈렌, 안트라센기, 스티렌, 아실레이트, 노보넨, 및 에폭시드기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되고, 여기서 치환하는 종은 메틸, 에틸, 프로필, n-부틸 또는 t-부틸기이고; 및 m 및 n 는 정수이고, m 및 n 의 총 합은 2 내지 1000이다.Wherein each X is independently selected from the group consisting of cyano, sulfone, sulfoxide, cyanomethyl ester, pyrrolidone, cyclic carbamate, phosphonate, phosphate, carbonate and perfluoroalkyl groups; Each R is methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, tert-butyl, n-butyl, n-hexyl, 2-ethylhexyl, cyclohexyl, vinyl, allyl, propargyl, norbomene, cyclopenta Dienyl, nitroxide, bromo-isobutyl bromide, 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinyloxy, n-tetrabutyl-n- (2-methyl-1-phenylpropyl)- O- (1-phenylethyl) hydroxylamine), hydride, azidopropyl, mercaptopropyl, benzophenone, aminopropyl, phenyl, benzyl, naphthalene, anthracene styrene, acylate, norbornene, epoxide groups and substituted The moiety is independently selected from the group consisting of phenyl, benzyl, naphthalene, anthracene group, styrene, acylate, norbornene, and epoxide groups, wherein the species to be substituted are methyl, ethyl, propyl, n-butyl or t-butyl Ki; And m and n are integers, and the total sum of m and n is 2 to 1000.
전해질 염은 상술된 폴리머 또는 코폴리머에 첨가되어 이들을 전해질 물질로서 사용할 수 있게 만든다. 유용한 염의 예는 이하 개시된다. 하나의 배열에서, 전해질 염은 리튬염이다.Electrolyte salts can be added to the polymers or copolymers described above to make them available as electrolyte materials. Examples of useful salts are disclosed below. In one arrangement, the electrolyte salt is a lithium salt.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 블록 코폴리머 조성물은 제1 폴리머와 관련하여 형성된 제1 도메인 및 제2 폴리머와 관련하여 형성된 제2 도메인의 매트릭스를 포함하는 규칙화된 나노구조를 포함한다. 상기 제1 폴리머 및 상기 제2 폴리머는 제1 코폴리머를 형성한다. 상기 제1 코폴리머는 제1 블록을 형성하고 제2 폴리머는 제2 블록을 형성하는 블록 코폴리머이다. 상기 제1블록은 다음 구조를 갖는 코폴리머 및 호모폴리머를 하나 이상 포함한다:In another embodiment of the present invention, the block copolymer composition comprises a regularized nanostructure comprising a matrix of a first domain formed in relation to a first polymer and a second domain formed in relation to a second polymer. The first polymer and the second polymer form a first copolymer. The first copolymer is a block copolymer that forms a first block and the second polymer forms a second block. The first block includes at least one copolymer and homopolymer having the following structure:
여기서 각 X는 시아노, 술폰, 시아노메틸 에스테르, 술폭시드, 피롤리돈, 시클릭 카바메이트, 포스포네이트, 포스페이트, 카보네이트 및 퍼플루오로알킬기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되며; 각 R은 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, tert-부틸, n-부틸, n-헥실, 2-에틸헥실, 시클로헥시, 비닐, 알릴, 프로파길, 노보넨, 시클로펜타디에닐, 니트록시드, 브로모-이소부틸 브로마이드, 2,2,6,6- 테트라메틸-1- 피페리디닐옥시, n-테트라부틸-n-(2-메틸-1-페닐프로필)-O-(1-페닐에틸)히드록실아민), 히드라이드, 아지도 프로필, 메르캅토프로필, 벤조페논, 아미노프로필, 페닐, 벤질, 나프탈렌, 안트라센 스티렌, 아실레이트, 노보넨, 에폭시드기 및 치환된 모이어티의 페닐, 벤질, 나프탈렌, 안트라센기, 스티렌, 아실레이트, 노보넨, 및 에폭시드기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되며, 여기서 치환하는 종들은 메틸, 에틸, 프로필, n-부틸 또는 t-부틸기이고; z 는 2 내지 1000의 정수이고; m 및 n 는 정수이고, m 및 n 의 총 합은 2 내지 1000이다. Wherein each X is independently selected from the group consisting of cyano, sulfone, cyanomethyl ester, sulfoxide, pyrrolidone, cyclic carbamate, phosphonate, phosphate, carbonate and perfluoroalkyl groups; Each R is methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, tert-butyl, n-butyl, n-hexyl, 2-ethylhexyl, cyclohexyl, vinyl, allyl, propargyl, norbornene, cyclopentadienyl, Nitroxide, bromo-isobutyl bromide, 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinyloxy, n-tetrabutyl-n- (2-methyl-1-phenylpropyl) -O- ( 1-phenylethyl) hydroxylamine), hydride, azidopropyl, mercaptopropyl, benzophenone, aminopropyl, phenyl, benzyl, naphthalene, anthracene styrene, acylate, norbornene, epoxide groups and substituted moieties Independently selected from the group consisting of phenyl, benzyl, naphthalene, anthracene group, styrene, acylate, norbornene, and epoxide groups, wherein the substituting species are methyl, ethyl, propyl, n-butyl or t-butyl groups; z is an integer from 2 to 1000; m and n are integers, and the total sum of m and n is 2 to 1000.
제2 블록은 하나 이상의 폴리머, 예를 들어 폴리스티렌, 수소화된 폴리스티렌, 폴리메타크릴레이트, 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리비닐피리딘, 폴리비닐시클로헥산, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리프로필렌, 폴리올레핀, 폴리(t-부틸 비닐 에테르), 폴리(시클로헥실 메타크릴레이트), 폴리(시클로헥실 비닐에테르), 폴리(t-부틸 비닐 에테르), 폴리에틸렌, 폴리(페닐렌 옥사이드), 폴리(2,6-디메틸-1,4-페닐렌 옥사이드) (PXE), 폴리(페닐렌 설파이드), 폴리(페닐렌 설파이드 술폰), 폴리(페닐렌 설파이드 케톤), 폴리(페닐렌 설파이드 아미드), 폴리술폰, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 및 스티렌, 메타크릴레이트, 또는 비닐피리딘을 포함하는 코폴리머를 포함할 수 있다. The second block may include one or more polymers such as polystyrene, hydrogenated polystyrene, polymethacrylate, poly (methyl methacrylate), polyvinylpyridine, polyvinylcyclohexane, polyimide, polyamide, polypropylene, polyolefin, Poly (t-butyl vinyl ether), poly (cyclohexyl methacrylate), poly (cyclohexyl vinyl ether), poly (t-butyl vinyl ether), polyethylene, poly (phenylene oxide), poly (2,6- Dimethyl-1,4-phenylene oxide) (PXE), poly (phenylene sulfide), poly (phenylene sulfide sulfone), poly (phenylene sulfide ketone), poly (phenylene sulfide amide), polysulfone, polyvinyl Lidene fluoride, and copolymers comprising styrene, methacrylate, or vinylpyridine.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 전해질 물질은 다음 구조를 갖는 호모폴리머 및 전해질 염을 포함한다:In another embodiment of the invention, the electrolyte material comprises a homopolymer and an electrolyte salt having the following structure:
여기서 각 X는 시아노, 술폰, 시아노메틸 에스테르, 술폭시드, 피롤리돈, 시클릭 카바메이트, 포스포네이트, 포스페이트, 카보네이트 및 퍼플루오로알킬기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되며; 각 R은 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, tert-부틸, n-부틸, n-헥실, 2-에틸헥실, 시클로헥시, 비닐, 알릴, 프로파길, 노보넨, 시클로펜타디에닐, 니트록시드, 브로모-이소부틸 브로마이드, 2,2,6,6- 테트라메틸-1- 피페리디닐옥시, n-테트라부틸-n-(2-메틸-1-페닐프로필)-O-(1-페닐에틸)히드록실아민), 히드라이드, 아지도 프로필, 메르캅토프로필, 벤조페논, 아미노프로필, 페닐, 벤질, 나프탈렌, 안트라센 스티렌, 아실레이트, 노보넨, 에폭시드기 및 치환된 모이어티의 페닐, 벤질, 나프탈렌, 안트라센기, 스티렌, 아실레이트, 노보넨, 및 에폭시드기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되며, 여기서 치환하는 종들은 메틸, 에틸, 프로필, n-부틸 또는 t-부틸기이고; 및 z 는2 내지 1000의 정수이다. Wherein each X is independently selected from the group consisting of cyano, sulfone, cyanomethyl ester, sulfoxide, pyrrolidone, cyclic carbamate, phosphonate, phosphate, carbonate and perfluoroalkyl groups; Each R is methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, tert-butyl, n-butyl, n-hexyl, 2-ethylhexyl, cyclohexyl, vinyl, allyl, propargyl, norbornene, cyclopentadienyl, Nitroxide, bromo-isobutyl bromide, 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinyloxy, n-tetrabutyl-n- (2-methyl-1-phenylpropyl) -O- ( 1-phenylethyl) hydroxylamine), hydride, azidopropyl, mercaptopropyl, benzophenone, aminopropyl, phenyl, benzyl, naphthalene, anthracene styrene, acylate, norbornene, epoxide groups and substituted moieties Independently selected from the group consisting of phenyl, benzyl, naphthalene, anthracene group, styrene, acylate, norbornene, and epoxide groups, wherein the substituting species are methyl, ethyl, propyl, n-butyl or t-butyl groups; And z is an integer from 2 to 1000.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 전해질은 제1 폴리머와 관련하여 형성된 제1 도메인 및 제2 폴리머와 관련하여 형성된 제2 도메인의 매트릭스를 포함하는 규칙화된(ordered) 나노구조를 포함한다. 제1 폴리머 및 제2 폴리머는 제 1 코폴리머를 형성하며 이는 블록 코폴리머일 수 있으며, 여기서 제1 폴리머는 제1 블록을 형성하고 제2 폴리머는 제2 블록을 형성한다. 상기 제1 블록은 다음으로 이루어진 군으로부터 선택된 폴리머를 포함할 수 있다:In another embodiment of the invention, the electrolyte comprises ordered nanostructures comprising a matrix of a first domain formed in relation to the first polymer and a second domain formed in relation to the second polymer. The first polymer and the second polymer form a first copolymer, which can be a block copolymer, where the first polymer forms a first block and the second polymer forms a second block. The first block may include a polymer selected from the group consisting of:
다음 구조를 갖는 호모폴리머:Homopolymers having the following structure:
및 다음 구조를 갖는 코폴리머:And copolymers having the following structure:
여기서 각 X는 시아노, 술폰, 시아노메틸 에스테르, 술폭시드, 피롤리돈, 시클릭 카바메이트, 포스포네이트, 포스페이트, 카보네이트 및 퍼플루오로알킬기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되며; 각 R은 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, tert-부틸, n-부틸, n-헥실, 2-에틸헥실, 시클로헥시, 비닐, 알릴, 프로파길, 노보넨, 시클로펜타디에닐, 니트록시드, 브로모-이소부틸 브로마이드, 2,2,6,6- 테트라메틸-1- 피페리디닐옥시, n-테트라부틸-n-(2-메틸-1-페닐프로필)-O-(1-페닐에틸)히드록실아민), 히드라이드, 아지도 프로필, 메르캅토프로필, 벤조페논, 아미노프로필, 페닐, 벤질, 나프탈렌, 안트라센 스티렌, 아실레이트, 노보넨, 에폭시드기 및 치환된 모이어티의 페닐, 벤질, 나프탈렌, 안트라센기, 스티렌, 아실레이트, 노보넨, 및 에폭시드기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되며, 여기서 치환하는 종들은 메틸, 에틸, 프로필, n-부틸 또는 t-부틸기이고; z는 2 내지 1000의 정수이고; 및 m 및 n은 정수이고, m 및 n 는2 내지 1000의 정수이다.Wherein each X is independently selected from the group consisting of cyano, sulfone, cyanomethyl ester, sulfoxide, pyrrolidone, cyclic carbamate, phosphonate, phosphate, carbonate and perfluoroalkyl groups; Each R is methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, tert-butyl, n-butyl, n-hexyl, 2-ethylhexyl, cyclohexyl, vinyl, allyl, propargyl, norbornene, cyclopentadienyl, Nitroxide, bromo-isobutyl bromide, 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinyloxy, n-tetrabutyl-n- (2-methyl-1-phenylpropyl) -O- ( 1-phenylethyl) hydroxylamine), hydride, azidopropyl, mercaptopropyl, benzophenone, aminopropyl, phenyl, benzyl, naphthalene, anthracene styrene, acylate, norbornene, epoxide groups and substituted moieties Independently selected from the group consisting of phenyl, benzyl, naphthalene, anthracene group, styrene, acylate, norbornene, and epoxide groups, wherein the substituting species are methyl, ethyl, propyl, n-butyl or t-butyl groups; z is an integer from 2 to 1000; And wherein m and n are integers, m and n is an integer of 2 to 1,000.
상기 제2 블록은 폴리스티렌, 수소화된 폴리스티렌, 폴리메타크릴레이트, 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리비닐피리딘, 폴리비닐시클로헥산, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리프로필렌, 폴리올레핀, 폴리(t-부틸 비닐 에테르), 폴리(시클로헥실 메타크릴레이트), 폴리(시클로헥실 비닐 에테르), 폴리(t-부틸 비닐 에테르), 폴리에틸렌, 폴리(페닐렌 옥사이드), 폴리(2,6-디메틸-1,4-페닐렌 옥사이드) (PXE), 폴리(페닐렌 설파이드), 폴리(페닐렌 설파이드 술폰), 폴리(페닐렌 설파이드 케톤), 폴리(페닐렌 설파이드 아미드), 폴리술폰, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 및 스티렌, 메타크릴레이트, 또는 비닐피리딘을 포함하는 코폴리머로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 폴리머를 포함할 수 있다.The second block is polystyrene, hydrogenated polystyrene, polymethacrylate, poly (methyl methacrylate), polyvinylpyridine, polyvinylcyclohexane, polyimide, polyamide, polypropylene, polyolefin, poly (t-butyl vinyl) Ether), poly (cyclohexyl methacrylate), poly (cyclohexyl vinyl ether), poly (t-butyl vinyl ether), polyethylene, poly (phenylene oxide), poly (2,6-dimethyl-1,4- Phenylene oxide) (PXE), poly (phenylene sulfide), poly (phenylene sulfide sulfone), poly (phenylene sulfide ketone), poly (phenylene sulfide amide), polysulfone, polyvinylidene fluoride, and styrene , Methacrylate, or vinyl pyridine.
일 배열에서, 상기 블록 코폴리머 조성물은 코폴리머를 포함하는 제1블록을 가지며, 각 X는 시아노, 술폰, 술폭시드, 시아노메틸 에스테르, 피롤리돈, 시클릭 카바메이트, 포스포네이트, 포스페이트, 카보네이트 및 퍼플루오로알킬기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된다.In one arrangement, the block copolymer composition has a first block comprising a copolymer, each X being cyano, sulfone, sulfoxide, cyanomethyl ester, pyrrolidone, cyclic carbamate, phosphonate, It is independently selected from the group consisting of phosphate, carbonate and perfluoroalkyl groups.
일 배열에서, 상기 제1 블록은 전해질 염을 포함하며, 상기 블록 코폴리머 조성물은 전해질이다. 각 X는 시아노, 술폰, 술폭시드, 시아노메틸 에스테르, 피롤리돈, 시클릭 카바메이트, 포스포네이트, 포스페이트, 카보네이트 및 퍼플루오로알킬기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된다. 상기 전해질 염은 리튬염일 수 있다.In one arrangement, the first block comprises an electrolyte salt, and the block copolymer composition is an electrolyte. Each X is independently selected from the group consisting of cyano, sulfone, sulfoxide, cyanomethyl ester, pyrrolidone, cyclic carbamate, phosphonate, phosphate, carbonate and perfluoroalkyl groups. The electrolyte salt may be a lithium salt.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 전기화학적 셀은 리튬 이온을 흡수하고 방출하도록 구성된 음극; 양극 활물질 입자, 전기적으로 전도성 첨가제, 양극액 및 선택적 바인더 물질을 포함하는 양극; 상기 양극 외표면에 인접한 전류 집전체; 및 상기 양극 및 음극 사이의 세퍼레이터 영역으로서 상기 음극 및 양극 사이에 리튬 이온을 앞으로 및 뒤로 용이하게 움직이게 하도록 구성된 세퍼레이터 전해질을 포함하는 세퍼레이터 영역을 갖는다. 세퍼레이터 전해질 및 양극액 중 적어도 어느 하나는 여기 설명된 임의의 전해질을 포함한다. 일 배열에서, 상기 세퍼레이터 전해질 및 양극액은 동일하다. In another embodiment of the present invention, an electrochemical cell comprises a negative electrode configured to absorb and release lithium ions; A positive electrode comprising positive electrode active material particles, an electrically conductive additive, a positive electrode solution, and an optional binder material; A current collector adjacent to the outer surface of the anode; And as a separator region between the positive electrode and the negative electrode, a separator region comprising a separator electrolyte configured to easily move lithium ions forward and backward between the negative electrode and the positive electrode. At least one of the separator electrolyte and the anolyte includes any electrolyte described herein. In one arrangement, the separator electrolyte and anolyte are the same.
일부 배열에서, 상기 전기화학적 셀은 또한 양극 및 세퍼레이터 영역 사이에 오버레이어(overlayer)를 가지며, 상기 오버레이어는 오버레이어 전해질을 포함한다. 상기 오버레이어 전해질은 여기 설명된 임의의 전해질을 포함할 수 있다. 일 배열에서 상기 오버레이어 전해질 및 양극액은 동일하다. In some arrangements, the electrochemical cell also has an overlayer between the anode and separator regions, the overlayer comprising an overlayer electrolyte. The overlayer electrolyte can include any electrolyte described herein. In one arrangement, the overlay electrolyte and anolyte are the same.
상기 음극은 리튬 금속, 리튬 합금, 그라파이트 및/또는 실리콘을 포함할 수 있다. 상기 양극 활물질 입자는 하나 이상의 리튬 철 포스페이트, 니켈 코발트 알루미늄 옥사이드, 니켈 코발트 망간 옥사이드, 리튬 망간 포스페이트, 리튬 코발트 포스페이트, 리튬 니켈 포스페이트, 및 리튬 망간 스피넬을 포함할 수 있다. 상기 바인더 물질은 폴리비닐리덴 디플루오라이드, 폴리(비닐리덴 플루오라이드-co-헥사플루오로프로필렌, 폴리아크릴로니트릴, 폴리아크릴산, 폴리에틸렌 옥사이드, 카르복시메틸 셀룰로오스, 스티렌-부타디엔 고무, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The negative electrode may include lithium metal, lithium alloy, graphite and / or silicon. The positive electrode active material particles may include one or more lithium iron phosphate, nickel cobalt aluminum oxide, nickel cobalt manganese oxide, lithium manganese phosphate, lithium cobalt phosphate, lithium nickel phosphate, and lithium manganese spinel. The binder material may include polyvinylidene difluoride, poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene, polyacrylonitrile, polyacrylic acid, polyethylene oxide, carboxymethyl cellulose, styrene-butadiene rubber, or combinations thereof. It can contain.
다음 양상들 및 그외의 것들은 첨부한 도면과 함께 해석될 때 도식적 예의 다음 설명으로부터 통상의 기술자가 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 양극액을 포함하는 리튬 전지 셀의 일 구성의 개략적 설명이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 양극액 및 양극 오버레이어를 포함하는 리튬 전지 셀의 또 다른 구성의 개략적 설명이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 양극액을 포함하는 리튬 전지 셀의 또 다른 구성의 개략적 설명이다.The following aspects and others will be readily understood by those skilled in the art from the following description of a schematic example when interpreted in conjunction with the accompanying drawings.
1 is a schematic diagram of one configuration of a lithium battery cell including an anolyte according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram of still another configuration of a lithium battery cell including a positive electrode solution and a positive electrode overlayer according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic diagram of still another configuration of a lithium battery cell including an anolyte according to an embodiment of the present invention.
바람직한 실시예는 리튬 전지셀 및 이와 유사한 것에 사용하기 위한 이온적으로 전도적 물질을 만들어내는 염(예를 들어 리튬 또는 다른 알카리 금속 염)과 조합될 수 있는 오르가노실리콘 폴리머의 관점에서 설명된다. 그러나, 통상의 기술자는 여기 설명된 물질 및 방법이 고전압 전해질이 바람직한 곳, 특히 장기 안정성이 중요한 다른 수 많은 경우에 적용할 것으로 용이하게 이해할 것이다. Preferred embodiments are described in terms of organosilicon polymers that can be combined with salts (eg lithium or other alkali metal salts) to produce ionically conductive materials for use in lithium battery cells and the like. However, one of ordinary skill in the art will readily understand that the materials and methods described herein will apply where high voltage electrolytes are desirable, especially in many other cases where long term stability is important.
본 발명의 이들 및 다른 목적 및 장점은 첨부한 도면에 따라 다음 설명들로부터 보다 완전하게 명백해질 것이다. These and other objects and advantages of the present invention will become more fully apparent from the following description according to the accompanying drawings.
여기 참조한 모든 문헌들은 여기 완전하게 설정된 것처럼 모든 목적에 대하여 이들 전체로서 참조로 통합되어 있다. 여기 설명된 모든 범위는 여기 포함된 모든 범위들을 포함하는 것을 의미한다. All documents referenced herein are incorporated by reference as their entirety for all purposes, as fully set here. All ranges described herein are meant to include all ranges included herein.
본 개시에서, 용어 "음성적 전극" 및 "음극: 모두 음성적 전극을 설명하기 위하여 사용된다. 유사하게, 용어 "양성적 전극" 및 "양극" 모두 양성적 전극을 설명하기 위하여 사용된다. In the present disclosure, the terms "negative electrode" and "negative electrode: both are used to describe a negative electrode. Similarly, the terms" positive electrode "and" positive electrode "are both used to describe a positive electrode.
여기 사용된 용어 "리튬 금속" 또는 "리튬 포일"은 음성적 전극에 대하여 당해 기술 분야에서 잘 알려진 것처럼 순수한 리튬 금속 및 리튬-풍부 금속 합금 모두를 설명한다. 음극에 사용되기에 적당한 리튬 풍부한 금속 합금의 예는 Li-Al, Li-Si, Li-Sn, Li-Hg, Li-Zn, Li-Pb, Li-C 또는 리튬 금속 전지에 사용되기에 적당한 임의의 다른 Li-금속 합금을 포함한다. 본 발명의 실시예에 사용될 수 있는 다른 음성적 전극 물질은 리튬이 인터칼레이트할 수 있는 물질, 예를 들어 그라파이트 및 리튬 이온을 흡수하고 방출할 수 있는 다른 물질, 예를 들어 실리콘, 게르마늄, 주석 및 이들의 합금을 포함한다. 여기 설명된 많은 실시예들은 고체 폴리머 전해질을 갖는 전지에 관한 것이며, 이는 전해질 및 세퍼레이터의 기능 모두를 한다. 당해 기술 분야에서 알려진 것처럼, 액체 전해질을 갖는 전지는 액체 전해질과는 완전히 다른 불활성 물질을 사용한다. 그러한 전지는 또한 본 발명의 실시예에 포함된다. The term "lithium metal" or "lithium foil" as used herein describes both pure lithium metal and lithium-rich metal alloys as is well known in the art for negative electrodes. Examples of lithium-rich metal alloys suitable for use in the cathode are Li-Al, Li-Si, Li-Sn, Li-Hg, Li-Zn, Li-Pb, Li-C or any suitable for use in lithium metal cells. Other Li-metal alloys. Other negative electrode materials that can be used in the embodiments of the present invention include materials that lithium can intercalate, such as graphite and other materials that can absorb and release lithium ions, such as silicon, germanium, tin, and These alloys are included. Many of the embodiments described herein relate to a cell having a solid polymer electrolyte, which serves as both an electrolyte and a separator. As is known in the art, cells with liquid electrolytes use inert materials that are completely different from liquid electrolytes. Such cells are also included in the embodiments of the present invention.
에테르 및 에스테르와 같은 기능기들은 4V 이상에서 안정하지 않고, 카보네이트 및 니트릴과 같은 기능기들은 4.2V 이상에서 안정하다고 알려져있다. 그러므로, 고전압 전지에 사용하기 위하여 카보네이트 및 니트릴과 같은 HV-안정한 기능기들만을 포함하는 비-PEO-계 폴리머 전해질이 유용할 것이다. 그러나, 그러한 안정한 기능기들은 매우 극성(또는 높은 쌍극자 모멘트)이고, 폴리머 내로 통합될 때 폴리머 사슬을 딱딱하게 하고, 그 결과 유리전이온도(Tg)가 증가하고 이온 전도도는 줄어든다. It is known that functional groups such as ether and ester are not stable above 4V, and functional groups such as carbonate and nitrile are stable above 4.2V. Therefore, a non-PEO-based polymer electrolyte containing only HV-stable functional groups such as carbonate and nitrile for use in a high voltage cell would be useful. However, such stable functional groups are very polar (or high dipole moments) and, when incorporated into the polymer, harden the polymer chains, resulting in increased glass transition temperature (Tg) and reduced ionic conductivity.
폴리실록산, 폴리에틸렌, 폴리부타디엔, 및 폴리카르보실란과 같은 플렉서블하고 낮은 Tg 폴리머는 카보네이트 및 니트릴과 같은 HV-안정한 기능기를 통합하기 위한 이상적인 플랫폼이며, 이는 그러한 폴리머의 유연성이 그러한 기능기들 사이에서의 상호작용에 의해 야기된 임의 경직성과 균형을 맞출 수 있기 때문이다. 이들 중에서 낮은 Tg 폴리머, 폴리실록산은 합성 변형, 높은 열 안정성 및 높은 산화 안정성(4.2V 이상에서 안정함)에 대한 능력 면에서 우수한 후보이다.Flexible and low Tg polymers such as polysiloxane, polyethylene, polybutadiene, and polycarbosilane are ideal platforms for integrating HV-stable functional groups such as carbonates and nitriles, where the flexibility of such polymers is a mutual interaction between those functional groups. This is because it can balance any stiffness caused by the action. Of these, low Tg polymers and polysiloxanes are excellent candidates for their ability to synthetic strain, high thermal stability and high oxidation stability (stable above 4.2V).
본 발명의 다양한 실시예에서, 극성 치환기를 갖는 낮은 유리전이온도(낮은 Tg)의 수 많은 폴리실록산 폴리머에 대한 전기 화학적 성질이 설명되어 있다. 그러한 극성 폴리실록산(PPS) 폴리머는 4.2V 이상에서 산화적으로 안정하여, 이들을 리튬 니켈 코발트 알루미늄 옥사이드(NCA) 및 리튬 니켈 코발트 망간 옥사이드(NCM)와 같은 양극 물질을 사용하는 차세대 고에너지 리튬 전지 셀에서 전해질 및/또는 양극액으로서 사용하기에 이상적이 되도록 만든다. In various embodiments of the invention, the electrochemical properties of many polysiloxane polymers with low glass transition temperatures (low Tg) with polar substituents have been described. Such polar polysiloxane (PPS) polymers are oxidatively stable at 4.2 V or higher, making them in next-generation high-energy lithium battery cells using positive electrode materials such as lithium nickel cobalt aluminum oxide (NCA) and lithium nickel cobalt manganese oxide (NCM). Make it ideal for use as an electrolyte and / or anolyte.
호모폴리머 및 코폴리머 극성 폴리실록산:Homopolymer and copolymer polar polysiloxanes:
본 발명의 일 실시예에서, 리튬 전지 셀에 대해 고전압(HV) 안정한 전해질로서 극성 폴리실록산 호모폴리머(PPSH) 물질의 사용이 개시되어 있다. 또 다른 실시예에서, 극성 폴리실록산 코폴리머 (PPSC) 물질을 기초로 한 새로운 폴리머성 물질은 HV 안정한 전해질로서 또한 사용될 수 있다. PPSH 및 PPSC에 대해 일반화된 구조체들은 이하 도시된다. PPSC는 랜덤 코폴리머 또는 블록 코폴리머일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the use of a polar polysiloxane homopolymer (PPSH) material as a high voltage (HV) stable electrolyte for lithium battery cells is disclosed. In another embodiment, new polymeric materials based on polar polysiloxane copolymer (PPSC) materials can also be used as HV stable electrolytes. Structures generalized to PPSH and PPSC are shown below. PPSC can be a random copolymer or a block copolymer.
호모폴리머 코폴리머Homopolymer copolymer
호모 폴리머에서, z는 2 내지 1000의 정수이고, m 및 n는 정수이고, 및 m 및 n 의 합은, 2 내지 1000의 범위 내이다. X는 극성기이다. X에 대한 실시예는, 이에 한정되지는 않지만, 시아노, 술폰, 술폭시드, 시아노메틸 에스테르, 피롤리돈, 시클릭 카바메이트, 포스포네이트, 포스페이트, 카보네이트 및 퍼플루오로알킬기(이하 도시된 구조체들)을 포함한다. 본 발명의 실시예에서, 호모폴리머 내에서 각 X는 이하 도시된 기들로부터 독립적으로 선택되고; 코폴리머 내 각 X는 이하 도시된 기들로부터 독립적으로 선택된다. In the homopolymer, z is an integer from 2 to 1000, m and n are integers, and the sum of m and n is in the range of 2 to 1000. X is a polar group. Examples for X include, but are not limited to, cyano, sulfone, sulfoxide, cyanomethyl ester, pyrrolidone, cyclic carbamate, phosphonate, phosphate, carbonate and perfluoroalkyl groups (shown below). Structures). In an embodiment of the present invention, each X in the homopolymer is independently selected from the groups shown below; Each X in the copolymer is independently selected from the groups shown below.
여기서 i 는 그래프트 길이이고, 1 내지 8의 정수이다. Where i is the graft length and is an integer from 1 to 8.
PPSH 및 PPSC 에서의 용해도, 극성도, 기계적 강도 및 전도도와 같은 성질들은 그래프트 길이, i를 변화시킴으로서 조율될 수 있다. i에 대한 값이 커질수록 폴리머 내 극성기 X의 농도가 낮아진다. 유사하게 i에 대한 값이 작아질수록 폴리머내 극성기 X의 농도가 높아진다. 극성기 X의 농도는 쌍극자 모멘트, 유전상수, 염 해리 능력, 이온 전도도 및 폴리머의 기계적 강도를 결정한다. X의 농도가 높아질수록 쌍극자 모멘트, 유전상수, 염 해리 능력이 증가한다. 전도도 및 기계적 성질은 X 농도의 중간값에서 최대값을 가질 수 있다. Properties such as solubility, polarity, mechanical strength and conductivity in PPSH and PPSC can be tuned by varying the graft length, i. The larger the value for i, the lower the concentration of polar group X in the polymer. Similarly, the smaller the value for i, the higher the concentration of polar group X in the polymer. The concentration of polar group X determines the dipole moment, dielectric constant, salt dissociation ability, ionic conductivity and mechanical strength of the polymer. As the concentration of X increases, the dipole moment, dielectric constant, and salt dissociation ability increase. The conductivity and mechanical properties can have a maximum value in the middle of the X concentration.
PPSH 및 PPSC에서 극성도, 이온 전도도 및 기계적 강도와 같은 폴리머 성질은 X기를 신중하게 선택하여 조절될 수 있다. 예를 들어, 술폰기는 술폭시드기보다 높은 쌍극자 모멘트를 가지므로, 술폰기를 갖는 폴리머는 술폭시드기를 갖는 폴리머보다 더 강한 극성도를 갖는다. 술폰기를 포함하는 폴리머는 술폭시드기를 포함하는 폴리머보다 높은 Tg 및 보다 큰 기계적 강도를 갖는다.Polymer properties such as polarity, ionic conductivity and mechanical strength in PPSH and PPSC can be controlled by carefully selecting the X group. For example, a sulfone group has a higher dipole moment than a sulfoxide group, so a polymer having a sulfone group has a stronger polarity than a polymer having a sulfoxide group. Polymers containing sulfone groups have higher Tg and greater mechanical strength than polymers containing sulfoxide groups.
R이 될 많은 가능한 기들이 있다. 호모폴리머 및 코폴리머 내 각 R은 이하 도시된 기들로부터 독립적으로 선택된다. 본 발명의 다양한 실시예에서, R은 다음들 중 임의의 것이다:There are many possible groups to be R. Each R in the homopolymer and copolymer is independently selected from the groups shown below. In various embodiments of the invention, R is any of the following:
- 포화된 탄화수소. 예로는 이예 한정되지는 않지만, 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, tert-부틸, n-부틸, n-헥실, 2-에틸헥실, 및 시클로헥실기를 포함한다. - Saturated hydrocarbon. Examples include, but are not limited to, methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, tert-butyl, n-butyl, n-hexyl, 2-ethylhexyl, and cyclohexyl groups.
- 불포화된 탄화수소. 예로는 이에 한정되지는 않지만, 비닐, 알릴, 프로파길, 노보넨, 및 시클로펜타디에닐기를 포함한다.- Unsaturated hydrocarbons. Examples include, but are not limited to, vinyl, allyl, propargyl, norbornene, and cyclopentadienyl groups.
- 방향족 탄화수소. 예로는 이에 한정되지는 않지만, 치환된 및 비치환된 모이어티의 페닐, 벤질, 나프탈렌, 및 안트라센기를 포함한다.- Aromatic hydrocarbons. Examples include, but are not limited to, substituted and unsubstituted moieties of phenyl, benzyl, naphthalene, and anthracene groups.
여기서 Y는 메틸, 에틸, 프로필, n-부틸 또는 t-부틸기일 수 있다.Here, Y may be a methyl, ethyl, propyl, n-butyl or t-butyl group.
- 폴리머화 가능기. 예로는 이에 한정되지는 않지만, 스티렌, 아실레이트, 노보넨, 및 에폭시드기를 포함한다.- Polymerizable group. Examples include, but are not limited to, styrene, acylate, norbornene, and epoxide groups.
- 중합 개시제. 예로는 이에 한정되지는 않지만, 니트록시드 개시제, 예를 들어 2,2,6,6-테트라메틸-1-피페리디닐옥시 및 n-테트라부틸-n-(2-메틸-1-페닐프로필)-O-(1-페닐에틸)히드록실아민) 및 원자 전이 라디칼 중합 개시제, 예를 들어 브로모-이소부틸 브로마이드기를 포함한다.- Polymerization initiator. Examples include, but are not limited to, nitroxide initiators such as 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinyloxy and n-tetrabutyl-n- (2-methyl-1-phenylpropyl) ) -O- (1-phenylethyl) hydroxylamine) and atomic transfer radical polymerization initiators, for example bromo-isobutyl bromide groups.
- 가교성기. 예로는, 이에 한정되지는 않지만 히드라이드, 비닐, 아지도프로필, 아미노프로필, 메르캅토프로필, 및 벤조페논기를 포함한다. - Crosslinkable groups. Examples include, but are not limited to, hydride, vinyl, azidopropyl, aminopropyl, mercaptopropyl, and benzophenone groups.
본 발명의 일 실시예에서, R은 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, tert-부틸, n-부틸, n-헥실, 2-에틸헥실, 시클로헥시, 비닐, 알릴, 프로파길, 노보넨, 시클로펜타디에닐, 브로모-이소부틸 브로마이드, 2,2,6,6- 테트라메틸-1- 피페리디닐옥시, n-테트라부틸-n-(2-메틸-1-페닐프로필)-O-(1-페닐에틸)히드록실아민), 히드라이드, 아지도 프로필, 메르캅토프로필, 벤조페논, 아미노프로필, 페닐, 벤질, 나프탈렌, 안트라센, 스티렌, 아실레이트, 노보넨, 또는 에폭시드기 또는 치환된 모이어티의 페닐, 벤질, 나프탈렌, 안트라센기, 스티렌, 아실레이트, 노보넨, 또는 에폭시드기 중 임의의 기일 수 있으며, 여기서 치환하는 종들은 메틸, 에틸, 프로필, n-부틸 또는 t-부틸기이다.In one embodiment of the invention, R is methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, tert-butyl, n-butyl, n-hexyl, 2-ethylhexyl, cyclohexyl, vinyl, allyl, propargyl, Novo Nene, cyclopentadienyl, bromo-isobutyl bromide, 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinyloxy, n-tetrabutyl-n- (2-methyl-1-phenylpropyl)- O- (1-phenylethyl) hydroxylamine), hydride, azidopropyl, mercaptopropyl, benzophenone, aminopropyl, phenyl, benzyl, naphthalene, anthracene, styrene, acylate, norbornene, or epoxide groups or The substituted moieties can be any group of phenyl, benzyl, naphthalene, anthracene, styrene, acylate, norbornene, or epoxide groups, where the substituting species are methyl, ethyl, propyl, n-butyl or t-butyl It is Ki.
용해도, 이온성 전도도 및 리튬 이송 수와 같은 성질은 R기의 신중한 선택을 통해 조율될 수 있다. 소수성인 벌키 R기를 포함하는 폴리머는 증가된 소수성 및 감소된 극성을 갖고, 이는 리튬염을 해리하는 이들의 능력을 감소시킬 수 있고, 그 결과 보다 이온 전도도가 낮아진다. 예를 들어, 시클로헥실기는 메틸기보다 더 크고 더 소수성이므로 시클로헥실기를 포함하는 폴리머는 메틸기를 포함하는 폴리머보다 더 약한 극성도를 갖는다. 극성도가 낮아지면 리튬염을 해리하는 능력이 낮아지고, 이는 폴리머의 이온 전도도를 감소시킨다. Properties such as solubility, ionic conductivity, and lithium transport water can be tuned through careful selection of R groups. Polymers comprising hydrophobic bulky R groups have increased hydrophobicity and reduced polarity, which may reduce their ability to dissociate lithium salts, resulting in lower ionic conductivity. For example, a cyclohexyl group is larger and more hydrophobic than a methyl group, so a polymer containing a cyclohexyl group has a weaker polarity than a polymer containing a methyl group. When the polarity decreases, the ability to dissociate the lithium salt decreases, which decreases the ionic conductivity of the polymer.
여기 개시된 임의의 PPSH 및 PPSC 폴리머는 적당한 전해질 염과 결합될 때 전해질로서 사용될 수 있다.Any of the PPSH and PPSC polymers disclosed herein can be used as electrolyte when combined with suitable electrolyte salts.
극성 폴리실록산 구조체들Polar polysiloxane structures
본 발명의 일 실시예에서, 극성 폴리실록산 (랜덤 또는 블록) 코폴리머 PPSC는 이하 구조에 보여진 바와 같이 2개의 다른 X, X1 및 X2를 갖는다:In one embodiment of the present invention, the polar polysiloxane (random or block) copolymer PPSC has two different X, X 1 and X 2 as shown in the structure below:
m 및 n 의 합은 2 내지 1000의 정수이다. X1 및 X2 는 동일하지 않고, 각각은 상기 목록의 X에 대한 예들로부터 독립적으로 선택된다. 각 R은 상기 R의 목록의 예들로부터 독립적으로 선택된다. The sum of m and n is an integer from 2 to 1000. X 1 And X 2 are not the same, each is independently selected from the examples for X in the list above. Each R is independently selected from the examples in the list of R above.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 극성 폴리실록산 (랜덤 또는 블록) 코폴리머 PPSC는 하기 구조에서 보여진 바와 같이 2개의 다른 R기, R1 및 R2, 단지 하나의 X기를 갖는 터폴리머(3개 다른 반복 단위를 갖는 폴리머)이다:In another embodiment of the present invention, the polar polysiloxane (random or block) copolymer PPSC is a terpolymer having 3 different R groups, R 1 and R 2 , and only one X group (3 different Polymer with repeat units):
m 및 n 의 총합은 2 내지 1000의 범위이고, m 및 n 는 정수이다. R1 및 R2 는 동일하지 않고, 각각은 상기 목록의 R의 예들로부터 선택된다. 각 X는 상기 목록 X로부터 독립적으로 선택된다.The sum of m and n ranges from 2 to 1000, and m and n are integers. R 1 and R 2 are not the same, each is selected from examples of R in the above list. Each X is independently selected from the list X above.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 극성 폴리실록산 (랜덤 또는 블록) 코폴리머 PPSC는 하기 구조에 도시된 것과 같이 2개 다른 R기, R1 및 R2 및 2개 다른 X기, X1 및 X2를 갖는 터폴리머이다: In another embodiment of the present invention, the polar polysiloxane (random or block) copolymer PPSC has 2 different R groups, R 1 and R 2 and 2 different X groups, X 1 and X 2 as shown in the structure below. It is a terpolymer having:
m 및 n 의 합은 2 내지 1000의 범위이고, m 및 n 은 정수이다. R1 및 R2 는 동일하지 않고, 각각은 상기 목록의 R 예들로부터 선택된다. X1 및 X2 는 동일하지 않고, 각각은 상기 목록의 X의 예들로부터 선택된다. m and The sum of n ranges from 2 to 1000, and m and n are integers. R 1 and R 2 are not the same, each is selected from the R examples in the above list. X 1 and X 2 is not the same, each is selected from the examples of X in the list above.
본 발명의 실시예에서, 코폴리머는 2개의 별개의 극성 폴리실록산 호모폴리머로부터 형성될 수 있고 이하 구조로 도시된 바와 같이 2개의 다른 R기 R1 및 R2, 및 단지 하나의 X기를 갖는다. In an embodiment of the invention, the copolymer can be formed from two distinct polar polysiloxane homopolymers and has two different R groups R 1 and R 2 , and only one X group, as shown in the structure below.
m 및 n 의 합은 2 내지 1000의 범위이고, m 및 n 는 정수이다. R1 및 R2 는 동일하지 않으며, 각각은 상기 목록의 R의 예들로부터 선택된다. 각 X는 상기 목록의 X 예들로부터 독립적으로 선택된다. m and The sum of n ranges from 2 to 1000, and m and n are integers. R 1 and R 2 are not the same, each is selected from examples of R in the above list. Each X is independently selected from the X examples in the list above.
본 발명의 일 실시예에서, PPSH는 하기 구조로 도시된 바와 같이 2개의 다른 X기, X1 및 X2, 및 단지 하나의 R기를 갖는다. In one embodiment of the present invention, PPSH has two different X groups, X 1 and X 2 , and only one R group, as shown in the structure below.
m 및 n의 합은 2 내지 1000이고, m 및 n은 정수이고, X1 및 X2는 동일하지 않으며, 각각은 상기 목록의 X의 예들로부터 선택된다. 각 R은 상기 목록의 R의 에들로부터 독립적으로 선택된다. The sum of m and n is 2 to 1000, m and n are integers, X 1 and X 2 are not the same, each is selected from examples of X in the list above. Each R is independently selected from R's in the above list.
본 발명의 일 실시예에서, PPSH는 2개 이상의 X 및 R기를 갖는 블록 또는 랜덤 코폴리머일 수 있다.In one embodiment of the present invention, PPSH may be a block or random copolymer having two or more X and R groups.
본 발명의 일 실시예에서, PPSC 및 PPSH는 하기 도시된 바와 같이 구조체에 어디든 사용될 수 있는 펜던트 R기와 동일한 R기로 양 말단을 캡으로 씌웠다.In one embodiment of the present invention, PPSC and PPSH are capped at both ends with the same R group as the pendant R group, which can be used anywhere in the structure, as shown below.
m 및 n의 합은 2 내지 1000이고, m 및 n은 정수이고, 및 z는 2 내지 1000의 범위이다. R기는 모두 동일하고, 상기 목록의 R 예들로부터 선택된다. X기는 같거나 다를 수 있고, 각 X는 상기 목록의 X의 예들로부터 독립적으로 선택된다.The sum of m and n is 2 to 1000, m and n are integers, and z is in the range of 2 to 1000. The R groups are all the same and are selected from the R examples in the above list. The X groups can be the same or different, and each X is independently selected from the examples of X in the list above.
본 발명의 일 실시예에서, PPSC 및 PPSH는 이하 보여진 바와 같이 펜던트 R기와 다른 R1로 양 말단을 말단 캡을 씌웠다. In one embodiment of the present invention, PPSC and PPSH were capped at both ends with a pendant R group and a different R 1 as shown below.
m 및 n의 합은 2 내지 1000이고, m 및 n은 정수이고, 및 z는 2 내지 1000의 범위이다. R 및 R1는 동일하지 않고, 각각은 상기 목록의 R의 예들로부터 선택된다. 상기 R기 그들 스스로는 동일하거나 동일하지 않을 수 있다. 상기 X기는 동일하거나 동일하지 않을 수 있으며, 각 X는 상기 목록의 X의 예들로부터 독립적으로 선택된다. The sum of m and n is 2 to 1000, m and n are integers, and z is in the range of 2 to 1000 . R and R 1 are not the same, each is selected from examples of R in the above list. The R groups themselves may or may not be the same. The X groups may or may not be the same, and each X is independently selected from the examples of X in the list above.
본 발명의 일 실시예에서, PPSC 및 PPSH는 하기 보여진 2개의 다른 R기, R1 및 R2로 각 말단을 캡씌웠다.In one embodiment of the invention, PPSC and PPSH were capped at each end with two different R groups, R 1 and R 2 shown below.
m 및 n의 합은 2 내지 1000이고, m 및 n은 정수이고, 및 z는 2 내지 1000의 범위이다. R, R1, 및 R2 은 동일하지 않으며, 각각은 상기 목록의 R의 예들로부터 선택된다. 상기 X기는 동일하거나 동일하지 않을 수 있으며, 각 X는 상기 목록의 X의 예들로부터 독립적으로 선택된다. The sum of m and n is 2 to 1000, m and n are integers, and z is In the range of 2 to 1000. R, R 1 , and R 2 are not the same, each selected from examples of R in the above list. The X groups may or may not be the same, and each X is independently selected from the examples of X in the list above.
본 발명의 일 실시예에서, PPSH 및 PPSC는 이하 보여진 임의 구조들을 가지며, 여기서 펜던트 R기는 메틸 (-CH3)기이고, X는 시아노프로필기(-CH2CH2CH2-CN)이다. 상기 PPSC는 랜덤 또는 블록 코폴리머이다. 전해질 염이 첨가될 때, 그러한 PPSH 및 PPSC 폴리머 물질이 전해질로서 사용될 수 있다. m 및 n의 합은 2 내지 1000이고, m 및 n은 정수이고, 및 z는 2 내지 1000의 범위이다. In one embodiment of the present invention, PPSH and PPSC have any structures shown below, where the pendant R group is a methyl (-CH3) group and X is a cyanopropyl group (-CH2CH2CH2-CN). The PPSC is a random or block copolymer. When electrolyte salts are added, such PPSH and PPSC polymer materials can be used as the electrolyte. the sum of m and n is 2 to 1000, m and n is an integer and, and z is in the range of 2 to 1,000.
일 배열에서, 트리블록 코폴리머계 PPSC 및 PPSH는 이하 구조로 보여진 것처럼 브로모이소부틸 브로마이드와 같은 개시제기로 양 사슬 말단을 말단캡 씌웠다. 그러한 개시제기는 PPSC 및 PPSH의 말단기로부터 폴리메틸아크릴레이트(PMA), 폴리부틸아크릴레이트(PBA), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리스티렌(PS), 폴리비닐피리딘(PVP), 폴리tert-부틸스티렌(PtBS) 와 같은 기계적으로 튼튼한 폴리머를 성장시키는데 사용되어 그 결과 트리- 또는 멀티-블록 코폴리머를 얻는다. m 및 n의 합은 2 내지 1000이고, m 및 n은 정수이고, 및 z는 2 내지 1000의 범위이다. In one arrangement, the triblock copolymer-based PPSC and PPSH were capped at both chain ends with an initiator such as bromoisobutyl bromide as shown in the structure below. Such initiator groups are polymethylacrylate (PMA), polybutylacrylate (PBA), polymethylmethacrylate (PMMA), polystyrene (PS), polyvinylpyridine (PVP), polytert from the end groups of PPSC and PPSH. -Used to grow mechanically robust polymers such as butylstyrene (PtBS), resulting in tri- or multi-block copolymers. The sum of m and n is 2 to 1000, m and n are integers, and z ranges from 2 to 1000.
일 배열에서, 디블록 코폴리머 계 PPSC 및 PPSH는 이하 보여진 것처럼 브로모이소부틸 브로마이드와 같은 개시제 기로 사슬 말단들 중 하나만을 말단캡 씌웠다. 그러한 개시제기는 PPSC 및 PPSH으로부터 폴리메틸아크릴레이트(PMA), 폴리부틸아크릴레이트(PBA), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리스티렌(PS), 폴리비닐피리딘(PVP), 폴리tert-부틸스티렌 (PtBS)와 같은 기계적으로 단단한 폴리머를 성장시키는데 사용될 수 있다. m 및 n의 합은 2 내지 1000이고, m 및 n은 정수이고, 및 z는 2 내지 1000의 범위이다. In one arrangement, the diblock copolymer-based PPSC and PPSH were capped with only one of the chain ends with an initiator group such as bromoisobutyl bromide as shown below. Such initiators are polymethylacrylate (PMA), polybutylacrylate (PBA), polymethylmethacrylate (PMMA), polystyrene (PS), polyvinylpyridine (PVP), polytert-butylstyrene from PPSC and PPSH. (PtBS). The sum of m and n is 2 to 1000, m and n are integers, and z ranges from 2 to 1000.
일 배열에서 빗(brush) 또는 반달빗(comb) 타입 코폴리머계 PPSC 및 PPSH는 이하 보여진 것처럼 브로모이소부틸 브로마이드와 같은 2개 이상의 펜던트 개시제 기를 사용하여 합성될 수 있다. 그러한 개시제 기는 PPSC 및 PPSH으로부터 폴리메틸아크릴레이트(PMA), 폴리부틸아크릴레이트(PBA), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리스티렌 (PS), 폴리비닐피리딘(PVP), 폴리tert-부틸스티렌 (PtBS)와 같은 기계적으로 단단한 폴리머를 성장시키는데 사용될 수 있다. 일 배열에서, 빗형 폴리머는 PPSC 및 PPSH 분자 내에서 펜던트로서 2개 이상의 개시기를 갖는 것으로 얻어질 수 있다. m 및 n의 합은 2 내지 1000이고, m 및 n은 정수이고, 및 z는 2 내지 1000의 범위이다. In one arrangement, a brush or comb type copolymer based PPSC and PPSH can be synthesized using two or more pendant initiator groups such as bromoisobutyl bromide as shown below. Such initiator groups are polymethylacrylate (PMA), polybutylacrylate (PBA), polymethylmethacrylate (PMMA), polystyrene (PS), polyvinylpyridine (PVP), polytert-butylstyrene from PPSC and PPSH ( PtBS). In one arrangement, comb polymers can be obtained having two or more initiators as pendants in the PPSC and PPSH molecules. The sum of m and n is 2 to 1000, m and n are integers, and z ranges from 2 to 1000.
PPSH 및 PPSC는 또한 코폴리머, 블록 코폴리머 또는 그래프트 코폴리머(여기서 R은 원자 전이 라디칼 중합 개시제일 때)가 교대하는 랜덤 코폴리머를 형성할 수 있으며, 이는 비-실록산계 폴리머, 예를 들어 폴리부타디엔(PBD), 폴리에틸렌(PE), 폴리페닐렌옥사이드(PPE), 및/또는 폴리이미드(PI), 이온-전도성 폴리머, 예를 들어 폴리에틸렌옥사이드 (PEO), 폴리포스포네이트 (PPN), 폴리카보네이트 (PC), 폴리디메틸실록삼(PDMS) 및 폴리아크릴로니트릴 (PAN)를 갖는다. PPSH and PPSC can also form random copolymers with alternating copolymers, block copolymers or graft copolymers, where R is an atomic transfer radical polymerization initiator, which is a non-siloxane based polymer, such as poly Butadiene (PBD), polyethylene (PE), polyphenylene oxide (PPE), and / or polyimide (PI), ion-conducting polymers such as polyethylene oxide (PEO), polyphosphonates (PPN), poly Carbonate (PC), polydimethylsiloxane (PDMS) and polyacrylonitrile (PAN).
일 배열에서, PPSC 및 PPSH 폴리머는 R(상기 펜던트 또는 말단캡)이 이하 보여진 바와 같이 벤조페논과 같은 가교성기일 때 가교성 네트워크를 형성한다. 상기 벤조페논기는 UV광으로 활성화되어 케틸 라디칼을 생성하고 재조합되어 폴리머 사슬의 가교를 용이하게 할 수 있다. X기는 동일하거나 동일하지 않으며, 각각은 독립적으로 상기 보여진 예들로부터 선택된다. m 및 n의 합은 2 내지 1000이고, m 및 n은 정수이고, 및 z는 2 내지 1000의 범위이다. In one arrangement, the PPSC and PPSH polymers form a crosslinkable network when R (the pendant or end cap) is a crosslinkable group such as benzophenone as shown below. The benzophenone group can be activated by UV light to generate a ketil radical and recombine to facilitate crosslinking of the polymer chain. The X groups are the same or not, and each is independently selected from the examples shown above. The sum of m and n is 2 to 1000, m and n are integers, and z ranges from 2 to 1000.
또 다른 배열에서 PPSC 및 PPSH 폴리머는 사슬 말단이 이하 보여진 바와 같이 벤조페논과 같은 가교성기로 캡씌워질 때 가교성 네트워크를 형성한다. R 및 X는 상기 보여진 예들로부터 각각 독립적으로 선택된다. m 및 n의 합은 2 내지 1000이고, m 및 n은 정수이고, 및 z는 2 내지 1000의 범위이다. In another arrangement, the PPSC and PPSH polymers form a crosslinkable network when the chain ends are capped with a crosslinkable group such as benzophenone, as shown below. R and X are each independently selected from the examples shown above. The sum of m and n is 2 to 1000, m and n are integers, and z ranges from 2 to 1000.
일 배열에서, 하나 이상의 PPSH 또는 PPCS 폴리머는 제2 폴리머를 가지고 블록 코폴리머를 형성하고, 함께 규칙화된 나노구조체를 형성한다. 상기 제2 폴러머는 PPH 또는 PPCS 폴리머가 아니다. 규칙화된 나노구조체는 PPCS 또는 PPSH 폴리머 블록으로 제조된 제1 도메인 및 제2 폴리머 블록으로 제조된 2 도메인의 매트릭스를 포함할 수 있다. PPCS/PPSH 블록은 또한 전해질 염을 포함할 수 있다.In one arrangement, one or more PPSH or PPCS polymers form a block copolymer with a second polymer and together form a regular nanostructure. The second polymer is not a PPH or PPCS polymer. The ordered nanostructures can include a matrix of first domains made of PPCS or PPSH polymer blocks and two domains made of second polymer blocks. The PPCS / PPSH block can also include electrolyte salts.
PPSH의 전도도: Conductivity of PPSH:
임피던스 분광학(Impedance spectroscopy)을 사용하여 PPSH의 전도도를 측정하고, 여기서 펜던트 및 말단-캡 R기는 메틸기이고, X는 시아노프로필기이고, z는 10 내지 500이다. 상기 PPSH는 다양한 농도의 LiTFSI로 혼합되고 알루미늄 대칭셀(symmetric cell) 내 전해질로서 넣었다. 측정은 80°C에서 수행하였다. 표 1의 데이터는 PPSH가 충분한 리튬 이온 전도도(10~30wt% LiTFSI 사이에 10-4 S/cm 차순)를 가져 리튬전지셀에서 유용하다는 것을 나타낸다.The conductivity of PPSH is measured using Impedance spectroscopy, where the pendant and end-cap R groups are methyl groups, X is a cyanopropyl group, and z is 10 to 500. The PPSH was mixed with various concentrations of LiTFSI and placed as an electrolyte in an aluminum symmetric cell. Measurements were performed at 80 ° C. The data in Table 1 shows that PPSH is useful in lithium battery cells with sufficient lithium ion conductivity (10 -4 S / cm in order between 10 and 30 wt% LiTFSI).
PPSC의 전도도: Conductivity of PPSC:
임피던스 분광학을 사용하여 PSSC의 전도도를 측정하였고, 여기서 펜던트 R기는 메틸기이고, X는 시아노프로필기이고, m:n 비는 7:3이었다. PSSC는 다양한 농도의 LiTFSI과 혼합되고 알루미늄 대칭셀 내 전해질로 놓였다. 측정은 80℃에서 이루어졌다. 표 2의 데이터는 PSSC가 80℃에서 충분한 리튬 이온 전도도(10 내지 30중량% LiTFSI 사이에서 10-4 S/cm 차순)를 가져 리튬 전지 셀에서 유용하다는 것을 나타낸다.The conductivity of the PSSC was measured using impedance spectroscopy, where the pendant R group was a methyl group, X was a cyanopropyl group, and the m : n ratio was 7: 3. PSSC was mixed with various concentrations of LiTFSI and placed into the electrolyte in an aluminum symmetric cell. Measurements were made at 80 ° C. The data in Table 2 shows that PSSC is useful in lithium battery cells with sufficient lithium ion conductivity at 80 ° C (10 to 4 S / cm in order between 10 and 30% by weight LiTFSI).
PPSH 및 PPSC 전해질 물질의 전압 안정성:Voltage stability of PPSH and PPSC electrolyte materials:
순환전압전류법(cyclic voltammetry)을 사용하여 PPSH 및 PPSC 전해질 물질의 전압 안정성을 시험하였고, 이들의 전도도는 표 1 및 2에 보여진다. 알루미늄 작동 전극, 리튬 기준 전극, 및 리튬 상대 전극으로 셋업하였다. LiBF4 (PPSH에 대하여 10wt%)과 프로필렌 카보네이트(10 wt%) 중 PPSH 용액 및 LiBF4 (PPSC에 대하여 10 wt%)과 프로필렌 카보네이트 (10 wt%) 중 PPSC의 용액을 제조하였다. 용액을 실온에서 두고 1.38V(개방 순환 전압) 내지 5V로 전압 변화(voltage sweeps)를 주고 전류 반응을 모니터링하였다. 특정 전압에서 서징 전류(surging current)의 시작은 PPSH 또는 PPSC가 산화하는 전압인 것으로 여겨진다. PPSH 및 PPSC 전해질 물질 둘 다 적어도 4.2V, 표준 리튬 전지셀 작동 전압까지는 안정한 것으로 밝혀졌다.The voltage stability of PPSH and PPSC electrolyte materials was tested using cyclic voltammetry, and their conductivity is shown in Tables 1 and 2. It was set up with an aluminum working electrode, a lithium reference electrode, and a lithium counter electrode. A solution of the PPSC of LiBF 4 (with respect to PPSH 10wt%) and propylene carbonate (10 wt%) of PPSH solution and LiBF 4 (10 wt% with respect to the PPSC) and propylene carbonate (10 wt%) was prepared. The solution was left at room temperature and voltage sweeps were applied from 1.38 V (open circulating voltage) to 5 V to monitor the current response. It is believed that the beginning of the surging current at a certain voltage is the voltage at which PPSH or PPSC oxidizes. Both PPSH and PPSC electrolyte materials have been found to be stable up to at least 4.2V, standard lithium battery cell operating voltage.
극성 폴리실록산 전해질Polar polysiloxane electrolyte
PPS 폴리머 물질는 적당한 전해질 염과 조합될 때 전해질로서 사용될 수 있다. 그러한 PPS 전해질에서 사용될 수 있는 전해질 염에 특정한 제한은 없다. 본 출원에서 가장 바람직한 전하 캐리어로서 확인된 이온을 포함하는 임의 전해질이 사용될 수 있다. 이는 특히 폴리머 전해질 내에서 큰 해리 상수를 갖는 전해질 염을 사용하는 것이 특히 유용하다. 전해질이 양극에 사용될 때 이를 양극액이라 할 수 있다.PPS polymer materials can be used as electrolytes when combined with suitable electrolyte salts. There are no specific limitations on the electrolyte salt that can be used in such PPS electrolyte. Any electrolyte containing ions identified as the most preferred charge carrier in this application can be used. It is especially useful to use electrolyte salts with a large dissociation constant in the polymer electrolyte. When an electrolyte is used for the positive electrode, it can be referred to as an anolyte.
여기 개시된 임의 전해질이 적당한 염의 예는, 이에 한정되지는 않지만, 다음으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 염을 포함한다: 리튬, 소듐, 포타슘 및 세슘과 같은 알칼리 금속, 또는 은, 바륨, 납, 칼슘, 루테늄, 탄탈룸, 로듐, 이리듐, 코발트, 니켈, 몰리브데눔, 텅스텐 또는 바나듐의 클로라이드, 브로마이드, 설페이트, 니트레이트, 설파이드, 히드라이드, 니트라이드, 포스파이드, 술폰아미드, 트리플레이트, 티오시아네이트, 퍼클로레이트, 보레이트, 또는 셀렌나이드. 특정 리튬염의 예는 LiSCN, LiN(CN)2, LiClO4, LiBF4, LiAsF6, LiPF6, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, Li(CF3SO2)3C, LiN(SO2C2F5)2, LiN(SO2CF3)2, LiN(SO2CF2CF3)2, 리튬 알킬 플루오로포스페이트 (LiFAP), 리튬 옥살라토보레이트 뿐만 아니라 5 내지 7원자링을 갖는 리튬비스(킬라토)보레이트, 리튬 bis(트리플루오로메탄 술폰 이미드) (LiTFSI), LiPF3(C2F5)3, LiPF3(CF3)3, LiB(C2O4)2, LiOTf, LiC(Tf)3, 리튬 bis-(옥살라토)보레이트 (LiBOB), 리튬 디플루오로(옥살라토)보레이트 (LiDFOB), 리튬-bis (퍼플루오로에틸술포닐)이미드 (LiBETI), 리튬 디플루오로(옥살라토)보레이트 (LiDFOB), 리튬 테트라시아노보레이트 (LiTCB), 및 이들의 혼합물을 포함한다.Examples of suitable salts for any electrolyte disclosed herein include, but are not limited to, metal salts selected from the group consisting of: alkali metals such as lithium, sodium, potassium and cesium, or silver, barium, lead, calcium, ruthenium , Chloride, bromide, sulfate, nitrate, sulfide, hydride, nitride, phosphide, sulfonamide, triflate, thiocyanate, perchlorate, tantalum, rhodium, iridium, cobalt, nickel, molybdenum, tungsten or vanadium , Borate, or selenide. Examples of specific lithium salts are LiSCN, LiN (CN) 2 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, Li (CF 3 SO 2 ) 3 C, LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 CF 2 CF 3 ) 2 , lithium alkyl fluorophosphate (LiFAP), lithium oxalatoborate as well as 5-7 Lithium bis (chelato) borate with atomic ring, lithium bis (trifluoromethane sulfonimide) (LiTFSI), LiPF 3 (C 2 F 5 ) 3 , LiPF 3 (CF 3 ) 3 , LiB (C 2 O 4 ) 2 , LiOTf, LiC (Tf) 3 , lithium bis- (oxalato) borate (LiBOB), lithium difluoro (oxalato) borate (LiDFOB), lithium-bis (perfluoroethylsulfonyl) Imide (LiBETI), lithium difluoro (oxalato) borate (LiDFOB), lithium tetracyanoborate (LiTCB), and mixtures thereof.
또 다른 배열에서, 다른 전기화학에서, 즉 비-리튬 금속이 셀의 기본이 되는 전기화학에서, 전해질은 다양한 종류의 비-리튬염과 여기 개시된 폴리머를 조합하여 제조된다. 예를 들어, 알루미늄, 소듐, 포타슘, 칼슘, 은, 바룸, 납 및 마그네슘의 염과 같은 비-리튬 염은 이들의 대응하는 금속과 함께 사용될 수 있다. 그러한 염의 예는, 이에 한정되지는 않지만, AgSO3CF3, NaSCN, NaSO3CF3, KTFSI, NaTFSI, Ba(TFSI)2, Pb(TFSI)2, 및 Ca(TFSI)2를 포함한다. 여기 개시된 전해질 내 금속 염의 농도는 5 내지 50 wt%, 5 내지 30 wt%, 10 내지 20 wt%, 또는 이들 범위 임의 범위이다. In another arrangement, in other electrochemistry, that is, in the electrochemistry in which non-lithium metal is the basis of the cell, the electrolyte is prepared by combining various types of non-lithium salts with the polymers disclosed herein. Non-lithium salts such as, for example, salts of aluminum, sodium, potassium, calcium, silver, barum, lead and magnesium can be used with their corresponding metals. Examples of such salts include, but are not limited to, AgSO 3 CF 3 , NaSCN, NaSO 3 CF 3 , KTFSI, NaTFSI, Ba (TFSI) 2 , Pb (TFSI) 2 , and Ca (TFSI) 2 . The concentration of metal salt in the electrolyte disclosed herein is 5 to 50 wt%, 5 to 30 wt%, 10 to 20 wt%, or any range in these ranges.
본 발명의 일 실시예에서, 여기 개시된 PPS 전해질은 리튬 전지 셀 내 양극액으로서 사용된다. 도 1을 참조로 하면 리튬 전지 셀(100)은 리튬 이온을 흡수하고 방출하는 음극(120)을 갖는다. 상기 음극(120)은 리튬 금속 또는 리튬 합금 포일 또는 리튬 이온이 흡수될 수 있는 물질, 예를 들어 그라파이트 또는 실리콘으로 만들어질 수 있다. 리튬 전지 셀(100)은 양극활물질 입자(142), 전기적으로-전도적 첨가제(미도시), 전류 집전체(144), 양극액(146) 및 선택적 바인더(미도시)를 포함하는 양극(140)을 갖는다. 상기 양극액(146)은 여기 개시된 임의의 PPS 폴리머 전해질이다. 음극(120) 및 양극(140) 사이의 세퍼레이터 영역(160)이 있다. 상기 세퍼레이터 영역(160)은 리튬 이온(또는 셀의 기본을 형성하는 또 다른 금속 이온)을 음극(120) 및 양극(140) 사이에서 셀(100) 사이클로서 앞으로 및 뒤로 용이하게 움직일 수 있게 하는 전해질을 포함한다. 세퍼레이터 영역(160)은 리튬 전지 셀 내에서 그러한 용도에 적당한 임의 전해질을 포함할 수 있다. 일 배열에서, 상기 세퍼레이터 영역(160)은 액체 전해질이 흡수될 다공성 플라스틱 물질을 포함한다. 또 다른 배열에서, 상기 세퍼레이터 영역(160)은 점성 액체 또는 겔 전해질을 포함한다. 또 다른 배열에서, 세퍼레이터 영역(160)은 고체 폴리머 전해질을 포함한다.In one embodiment of the present invention, the PPS electrolyte disclosed herein is used as an anolyte in a lithium battery cell. Referring to FIG. 1, the
세퍼레이터 영역(160)에 사용하기 위한 고체 폴리머 전해질은 Li 전지에서 사용하기에 적당한 임의 전해질일 수 있다. 물론, 많은 전해질은 또한 이온성 전도도를 제공하는데 도움을 주는 전해질 염을 포함한다. 그러한 전해질의 예는, 이에 한정되지는 않지만, 이온적으로-전도적 블록 및 구조직 블록을 포함하는 블록 코폴리머를 포함하며, 이 블록들은 이온적으로 전도적인 상 및 구조적 상을 각각 제조한다. 일 배열에서 상기 이온적으로 전도적 상은 여기 개시된 것처럼 하나 이상의 PPS를 포함한다. 이온적으로 전도적 상은 또한 코폴리머 내에서와 같이 하나 이상의 이온적으로-전도적 폴리머, 예를 들어 높은 유전상수기, 예를 들어 니트릴, 카보네이트, 및 술폰으로 치환되어 있는, 폴리에테르, 폴리아민, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리 알킬 카보네이트, 폴리니트릴, 퍼플루오로 폴리에테르, 플루오로카본폴리머, 및 이들의 조합과 조합하여 PPS를 포함할 수 있다. The solid polymer electrolyte for use in the
구조적 상은 폴리머, 예를 들어 폴리스티렌, 수소화된 폴리스티렌, 폴리메타크릴레이트, 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리비닐피리딘, 폴리비닐시클로헥산, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리프로필렌, 폴리올레핀, 폴리(t-부틸 비닐 에테르), 폴리(시클로헥실 메타크릴레이트), 폴리(시클로헥실 비닐 에테르), 폴리(t-부틸 비닐 에테르), 폴리에틸렌, 폴리(페닐렌 옥사이드), 폴리(2,6-디메틸-1,4-페닐렌 옥사이드)(pxe), 폴리(페닐렌 설파이드), 폴리(페닐렌 설파이드 술폰), 폴리(페닐렌 설파이드 케톤), 폴리(페닐렌 설파이드 아미드), 폴리술폰, 플루오로카본, 예를 들어 폴리비닐리덴 플루오라이드, 또는 스티렌, 메타크릴레이트, 또는 비닐피리딘을 포함하는 코폴리머로 제조될 수 있다. 만약 구조적 상이 단단하고 유리 또는 결정 상태라면 특히 유용하다. 그러한 블록 코폴리머 전해질에 관한 추가 정보는 2015년 9월 15일에 발행된 US 특허번호 9,136,562, 2014년 11월 18일에 발행된 US 특허번호 8,889,301, 2013년 10월 22일에 발행된 US 특허번호 8,563,168 및 2012년 9월 18일에 발행된 US 특허번호 8,268,197에 개시되어 있고, 이들 모두는 참조로서 여기 포함된다.The structural phase is a polymer such as polystyrene, hydrogenated polystyrene, polymethacrylate, poly (methyl methacrylate), polyvinylpyridine, polyvinylcyclohexane, polyimide, polyamide, polypropylene, polyolefin, poly (t- Butyl vinyl ether), poly (cyclohexyl methacrylate), poly (cyclohexyl vinyl ether), poly (t-butyl vinyl ether), polyethylene, poly (phenylene oxide), poly (2,6-dimethyl-1), 4-phenylene oxide) (pxe), poly (phenylene sulfide), poly (phenylene sulfide sulfone), poly (phenylene sulfide ketone), poly (phenylene sulfide amide), polysulfone, fluorocarbons, e.g. For example, it can be made of polyvinylidene fluoride or a copolymer containing styrene, methacrylate, or vinylpyridine. This is particularly useful if the structural phase is hard and free or crystalline. For additional information regarding such block copolymer electrolytes, see US Patent No. 9,136,562 issued September 15, 2015, US Patent No. 8,889,301 issued November 18, 2014, and US Patent No. issued October 22, 2013. 8,563,168 and US Patent No. 8,268,197, issued on September 18, 2012, all of which are incorporated herein by reference.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 제2 구성의 전지 셀이 설명되어 있다. 도 2를 참조로 하면, 리튬 전지 셀(200)는 리튬 이온을 흡수하고 방출하도록 구성된 음극(220)을 갖는다. 음극(220)은 리튬 또는 리튬 합금 포일이거나 리튬 이온이 흡수될 수 있는 물질, 예를 들어 그라파이트 또는 실리콘으로 제조될 수 있다. 리튬 전지 셀(200)은 또한 양극 활물질 입자(252), 전기적으로-전도적 첨가제(미도시), 전류 집전체(254), 양극액(256), 선택적 바인더(미도시), 선택적 바인더 (미도시), 및 오버코트층(258)을 포함하는 양극(250)을 갖는다. 오버코트층(258) 및 양극액(256) 둘 다의 전해질은 여기 개시된 임의의 PPS 폴리머 전해질을 포함한다. 일 배열에서, 오버코트층(258) 및 양극액(256)에서 전해질은 동일하다. 또 다른 배열에서, 오버코트층(258) 및 양극액(256) 내 전해질은 다르다. 음극(220) 및 양극(250) 사이에 세퍼레이터 영역(260)이 있다. 세퍼레이터 영역(260)은 셀(200) 사이클로서 음극(220) 및 양극(250) 사이에서 리튬 이온을 앞으로 뒤로 용이하게 이동시키는 전해질을 포함한다. 세퍼레이터 영역은 상술한 것처럼 리튬 전지 셀에서 사용하기에 적당한 임의 전해질을 포함할 수 있다.In another embodiment of the invention, the battery cell of the second configuration is described. Referring to FIG. 2, the
본 발명의 또 다른 실시예에서, 제3 구성의 전지 셀이 설명된다. 도 3을 참조로 하면, 리튬 전지 셀(300)은 리튬 이온을 흡수하도록 구성된 음극(320)을 갖는다. 음극(320)은 리튬 또는 리튬 합금 포일이거나, 또는 리튬 이온이 흡수될 수 있는 물질, 예를 들어 그라파이트 또는 실리콘으로 제조될 수 있다. 리튬 전지 셀(300)은 양극 활물질 입자(342), 전기적으로-전도적 첨가제 (미도시), 전류 집전체(344), 양극액(346), 및 선택적 바인더 (미도시)을 포함하는 양극(340)을 갖는다. 양극액(346)는 여기 개시된 임의의 PPS 폴리머 전해질일 수 있다. 음극(320) 및 양극(340) 사이에 세퍼레이터 영역(360)이 있다. 양극액(346)은 세퍼레이터 영역(360) 내로 확장하여 음극(320) 및 양극(340) 사이에서 셀(300) 사이클로서 리튬 이온을 앞으로 그리고 뒤로 용이하게 움직이게 한다.In another embodiment of the present invention, a battery cell of the third configuration is described. Referring to FIG. 3, the
도 1, 2 및 3에 논의된 실시예에 대해서, 적당한 양극 활물질은, 이에 한정되지 않자만, LFP(리튬 철 포스페이트), LMP(리튬 금속 포스페이트, 여기서 상기 금속은 Mn, Co, 또는 Ni일 수 있음), NCA, NCM, 고에너지 NCM, 리튬 망간 스피넬, 및 이들의 조합을 포함한다. 상기 양극 활물질 입자는 리튬 철 포스페이트, 니켈 코발트 알루미늄 옥사이드, 니켈 코발트 망간 옥사이드, 리튬 망간 포스페이트, 리튬 코발트 포스페이트, 리튬 니켈 포스페이트, 및 리튬 망간 스피넬으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질일 수 있다. 적당한 전기적으로-전도적 첨가제는, 이에 한정되지는 않지만, 카본블랙, 그라파이트, 증기-성장 탄소섬유, 그래핀, 카본 나노튜브, 및 이들의 조합을 포함한다. 바인더는 양극 활물질 입자 및 전기적으로 전도적 첨가제를 함께 붙잡기 위하여 사용될 수 있다. 적당한 바인더는, 이에 한정되지는 않지만, PVDF(폴리비닐리덴 디플루오라이드), PVDF-HFP(폴리(비닐리덴 플루오라이드-co-헥사플루오로프로필렌), PAN(폴리아크릴로니트릴), PAA(폴리아크릴산), PEO(폴리에틸렌 옥사이드), CMC(카르복시메틸 셀룰로오스), 및 SBR(스티렌-부타디엔 고무)을 포함한다. For the examples discussed in Figures 1, 2 and 3, suitable positive electrode active materials are, but not limited to, LFP (lithium iron phosphate), LMP (lithium metal phosphate, where the metal may be Mn, Co, or Ni A), NCA, NCM, high energy NCM, lithium manganese spinel, and combinations thereof. The positive electrode active material particles may be one or more materials selected from the group consisting of lithium iron phosphate, nickel cobalt aluminum oxide, nickel cobalt manganese oxide, lithium manganese phosphate, lithium cobalt phosphate, lithium nickel phosphate, and lithium manganese spinel. Suitable electrically-conductive additives include, but are not limited to, carbon black, graphite, vapor-grown carbon fibers, graphene, carbon nanotubes, and combinations thereof. Binders can be used to hold the positive electrode active material particles and the electrically conductive additive together. Suitable binders include, but are not limited to, PVDF (polyvinylidene difluoride), PVDF-HFP (poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), PAN (polyacrylonitrile), PAA (poly Acrylic acid), PEO (polyethylene oxide), CMC (carboxymethyl cellulose), and SBR (styrene-butadiene rubber).
실시예Example
다음 실시예는 본 발명에 따라 PPSH 전해질의 합성에 관하여 상세한 설명을 제공한다. 다음은 단지 대표적인 것이며 본 발명은 실시예에 설정된 설명으로 제한되지 않는다.The following example provides a detailed description of the synthesis of PPSH electrolyte in accordance with the present invention. The following are merely representative and the present invention is not limited to the description set in the Examples.
폴리(시아노프로필)메틸실록산은 다음 반응식에 따라 합성되었다:Poly (cyanopropyl) methylsiloxane was synthesized according to the following scheme:
건식 톨루엔(12 mL) 중 폴리메틸히드록실록산(2.2 g, 37.2 mmol), 알릴 시아나이드(10.0g, 148.8 mmol)의 용액을 제조하고 0°C로 유지하였다. 상기 용액에, 0.5 mL의 2% 플래티늄(0)-1,3-디비닐-1,1,3,3-테트라메틸디실록산 촉매 복합체(자일렌 중)를 첨가하였다. 상기 용액은 점차적으로 120℃까지 가열하고, 반응 과정을 IR 스펙트로스코피를 사용하여 모니터링하였다(1270 cm-1에서 Si-H 스트레칭 프리퀀시가 사라지기 시작할 때부터). 추가적 플래티늄 촉매 (0.2 mL)를 반응이 완료될 때까지 매 12시간마다 상기 혼합물에 첨가하였다. 반응 완료 후, 용액을 셀라이트 플러그를 통과시키고, 과량의 알릴시아나이드 및 톨루엔을 진공 증류로 제거하였다. 폴리머를 디클로로메탄에 용해시켜 농축액을 만들고, 이를 다시 격렬하게 교반하면서 2-프로판올에 첨가하여 폴리머를 침전시켰다. 상기 폴리머는 2-프로판올을 주의하여 부어 얻어졌다. 폴리머는 50℃에서 높은 진공 내에서 밤새 건조하였다. A solution of polymethylhydroxysiloxane (2.2 g, 37.2 mmol), allyl cyanide (10.0 g, 148.8 mmol) in dry toluene (12 mL) was prepared and maintained at 0 ° C. To this solution, 0.5 mL of 2% platinum (0) -1,3-divinyl-1,1,3,3-tetramethyldisiloxane catalyst complex (in xylene) was added. The solution was gradually heated to 120 ° C., and the reaction process was monitored using IR spectroscopy (since the Si-H stretching frequency at 1270 cm −1 began to disappear). Additional platinum catalyst (0.2 mL) was added to the mixture every 12 hours until the reaction was complete. After completion of the reaction, the solution was passed through a celite plug, and excess allyl cyanide and toluene were removed by vacuum distillation. The polymer was dissolved in dichloromethane to make a concentrate, which was then added to 2-propanol with vigorous stirring to precipitate the polymer. The polymer was obtained by carefully pouring 2-propanol. The polymer was dried overnight at 50 ° C. in a high vacuum.
본 발명은 새로운 원리를 적용하기 위하여 관련된 기술 분야의 통상의 기술자들에게 제공하고 그러한 특정 성분들을 추구하고 사용하기 위하여 보다 상세히 설명되어 있다. 그러나, 본 발명은 다른 장치, 물질 및 도구에 의해 수행될 수 있다고 이해될 것이며, 다야한 변경이 본 발명 자체의 기술적 사상을 벗어나지 않고 완성될 수 있다.The present invention has been described in more detail in order to apply new principles to those skilled in the relevant art and to pursue and use such specific ingredients. However, it will be understood that the present invention can be carried out by other devices, materials and tools, and various changes can be completed without departing from the technical spirit of the present invention itself.
Claims (15)
다음의 매트릭스를 포함하는 규칙화된(ordered) 나노구조체:
제1 폴리머와 관련하여 형성된 제1 도메인; 및
제2 폴리머와 관련하여 형성된 제2 도메인;
여기서 제1 폴리머 및 상기 제2 폴리머는 제1 코폴리머를 형성하고, 여기서 상기 제1 코폴리머는 블록 코폴리머이고, 여기서 상기 제1 폴리머는 제1 블록을 형성하고, 제2 폴리머는 제2 블록을 형성하고; 및
여기서 상기 제1 블록은 다음을 포함하고:
다음으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 폴리머:
다음 구조의 호모 폴리머:
및 다음 구조의 코폴리머:
여기서 각 X는 술폰, 시아노메틸 에스테르, 술폭시드, 피롤리돈, 시클릭 카바메이트, 포스포네이트, 포스페이트, 카보네이트 및 퍼플루오로알킬기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되고;
각 R는 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, tert-부틸, n-부틸, n-헥실, 2-에틸헥실, 시클로헥실, 비닐, 알릴, 프로파길, 노보넨, 시클로펜타디에닐, 니트록시드, 브로모-이소부틸 브로마이드, 2,2,6,6- 테트라메틸-1- 피페리디닐옥시, n-테트라부틸-n-(2-메틸-1-페닐프로필)-O-(1-페닐에틸)히드록실아민), 히드라이드, 아지도 프로필, 메르캅토프로필, 벤조페논, 아미노프로필, 페닐, 벤질, 나프탈렌, 안트라센 스티렌, 아실레이트, 노보넨, 에폭시드기 및 치환된 모이어티의 페닐, 벤질, 나프탈렌, 안트라센기, 스티렌, 아실레이트, 노보넨, 및 에폭시드기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되며, 여기서 치환종은 메틸, 에틸, 프로필, n-부틸 또는 t-부틸기이며;
z 는 2 내지 1000의 정수이며; 및
m 및 n은 정수이고, 및 m 및 n의 합은 2 내지 1000이고; 및
상기 제2 블록은 폴리스티렌, 수소화된 폴리스티렌, 폴리메타크릴레이트, 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리비닐피리딘, 폴리비닐시클로헥산, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리프로필렌, 폴리올레핀, 폴리(t-부틸 비닐 에테르), 폴리(시클로헥실 메타크릴레이트), 폴리(시클로헥실 비닐 에테르), 폴리(t-부틸 비닐 에테르), 폴리에틸렌, 폴리(페닐렌 옥사이드), 폴리(2,6-디메틸-1,4-페닐렌 옥사이드) (PXE), 폴리(페닐렌 설파이드), 폴리(페닐렌 설파이드 술폰), 폴리(페닐렌 설파이드 케톤), 폴리(페닐렌 설파이드 아미드), 폴리술폰, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 및 스티렌, 메타크릴레이트, 또는 비닐피리딘을 포함하는 코폴리머로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 폴리머를 포함한다.Block copolymer compositions comprising:
Ordered nanostructures containing the following matrix:
A first domain formed in association with the first polymer; And
A second domain formed in association with the second polymer;
Wherein the first polymer and the second polymer form a first copolymer, where the first copolymer is a block copolymer, wherein the first polymer forms a first block, and the second polymer is a second block To form; And
Where the first block includes:
One or more polymers selected from the group consisting of:
Homo polymers of the following structure:
And copolymers of the following structure:
Wherein each X is independently selected from the group consisting of sulfone, cyanomethyl ester, sulfoxide, pyrrolidone, cyclic carbamate, phosphonate, phosphate, carbonate and perfluoroalkyl groups;
Each R is methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, tert-butyl, n-butyl, n-hexyl, 2-ethylhexyl, cyclohexyl, vinyl, allyl, propargyl, norbornene, cyclopentadienyl, knit Lockside, bromo-isobutyl bromide, 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinyloxy, n-tetrabutyl-n- (2-methyl-1-phenylpropyl) -O- (1 -Phenylethyl) hydroxylamine), hydride, azidopropyl, mercaptopropyl, benzophenone, aminopropyl, phenyl, benzyl, naphthalene, anthracene styrene, acylate, norbornene, epoxide groups and phenyl of substituted moieties , Benzyl, naphthalene, anthracene, styrene, acylate, norbornene, and epoxide groups, wherein the substituted species are methyl, ethyl, propyl, n-butyl or t-butyl groups;
z is an integer from 2 to 1000; And
m and n are integers , and the sum of m and n is 2 to 1000; And
The second block is polystyrene, hydrogenated polystyrene, polymethacrylate, poly (methyl methacrylate), polyvinylpyridine, polyvinylcyclohexane, polyimide, polyamide, polypropylene, polyolefin, poly (t-butyl vinyl) Ether), poly (cyclohexyl methacrylate), poly (cyclohexyl vinyl ether), poly (t-butyl vinyl ether), polyethylene, poly (phenylene oxide), poly (2,6-dimethyl-1,4- Phenylene oxide) (PXE), poly (phenylene sulfide), poly (phenylene sulfide sulfone), poly (phenylene sulfide ketone), poly (phenylene sulfide amide), polysulfone, polyvinylidene fluoride, and styrene , Methacrylate, or vinyl pyridine.
상기 제1 블록은 코폴리머를 포함하고, 각 X는 시아노, 술폰, 술폭시드, 시아노메틸 에스테르, 피롤리돈, 시클릭 카바메이트, 포스포네이트, 포스페이트, 카보네이트 및 퍼플루오로알킬기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된, 블록 코폴리머 조성물.According to claim 1,
The first block comprises a copolymer, each X consisting of cyano, sulfone, sulfoxide, cyanomethyl ester, pyrrolidone, cyclic carbamate, phosphonate, phosphate, carbonate and perfluoroalkyl groups Block copolymer composition, independently selected from the group.
상기 제1 블록은 전해질 염을 포함하고, 각 X는 독립적으로 시아노, 술폰, 술폭시드, 시나오메틸 에스테르, 피롤리돈, 시클릭 카바메이트, 포스포네이트, 포스페이트, 카보네이트 및 퍼플루오로알킬기로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 블록 코폴리머 조성물은 전해질을 포함하는, 블록 코폴리머 조성물.According to claim 1,
The first block contains an electrolyte salt, and each X is independently a cyano, sulfone, sulfoxide, cyanomethyl ester, pyrrolidone, cyclic carbamate, phosphonate, phosphate, carbonate and perfluoroalkyl group The block copolymer composition is selected from the group consisting of, wherein the block copolymer composition comprises an electrolyte.
리튬 이온을 흡수하고 방출하도록 구성된 음극;
양극 활물질 입자, 전기적으로-전도적 첨가제, 양극액, 및 선택적 바인더 물질을 포함하는 양극;
양극 외표면에 인접한 전류 집전체; 및
음극 및 양극 사이의 세퍼레이터 영역으로서, 상기 세퍼레이터 영역은 음극 및 양극 사이에서 리튬 이온을 앞으로 뒤로 이동을 용이하게 하는 세퍼레이터 전해질을 포함하는 세퍼레이터 영역;
여기서 세퍼레이터 전해질 및 양극액 중 적어도 하나는 제4항의 전해질을 포함한다.Electrochemical cells containing:
A negative electrode configured to absorb and release lithium ions;
A positive electrode comprising positive electrode active material particles, an electrically-conductive additive, a positive electrode solution, and an optional binder material;
A current collector adjacent to the anode outer surface; And
As a separator region between the negative electrode and the positive electrode, the separator region includes a separator region including a separator electrolyte that facilitates movement of lithium ions forward and backward between the negative electrode and the positive electrode;
Here, at least one of the separator electrolyte and the anolyte includes the electrolyte of claim 4.
상기 세퍼레이터 전해질 및 양극액이 동일한, 전기화학적 셀.The method of claim 5,
An electrochemical cell in which the separator electrolyte and the anolyte are the same.
상기 양극 및 상기 세퍼레이터 영역 사이에 오버레이어를 더 포함하고, 상기 오버레이어가 오버레이어 전해질을 포함하고, 상기 오버레이어 전해질이 제4항의 전해질을 포함하는, 전기화학적 셀.The method of claim 5,
An electrochemical cell further comprising an overlayer between the positive electrode and the separator region, the overlayer comprising an overlayer electrolyte, and the overlayer electrolyte comprising the electrolyte of claim 4.
상기 오버레이어 전해질 및 양극액은 동일한, 전기화학적 셀.The method of claim 7,
The overlayer electrolyte and the anolyte are the same, an electrochemical cell.
상기 양극 활물질 입자는 리튬 철 포스페이트, 니켈 코발트 알루미늄 옥사이드, 니켈 코발트 망간 옥사이드, 리튬 망간 포스페이트, 리튬 코발트 포스페이트, 리튬 니켈 포스페이트, 및 리튬 망간 스피넬으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질을 포함하는, 전기화학적 셀. The method of claim 5,
The positive electrode active material particles include one or more materials selected from the group consisting of lithium iron phosphate, nickel cobalt aluminum oxide, nickel cobalt manganese oxide, lithium manganese phosphate, lithium cobalt phosphate, lithium nickel phosphate, and lithium manganese spinel. .
상기 바인더 물질은 폴리비닐리덴 디플루오라이드, 폴리(비닐리덴 플루오라이드-co-헥사플루오로프로필렌, 폴리아크릴로니트릴, 폴리아크릴산, 폴리에틸렌 옥사이드, 카르복시메틸 셀룰로오스, 스티렌-부타디엔 고무, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 전기화학적 셀.The method of claim 5,
The binder material is polyvinylidene difluoride, poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene, polyacrylonitrile, polyacrylic acid, polyethylene oxide, carboxymethyl cellulose, styrene-butadiene rubber, and combinations thereof. An electrochemical cell selected from the group consisting of.
다음으로 이루어진 군으로부터 선택된 폴리머:
다음 구조의 호모폴리머:
및 다음 구조의 코폴리머:
여기서 각 X는 술폰, 시아노메틸 에스테르, 술폭시드, 피롤리돈, 시클릭 카바메이트, 포스포네이트, 포스페이트, 카보네이트 및 퍼플루오로알킬기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되고;
각 R은 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, tert-부틸, n-부틸, n-헥실, 2-에틸헥실, 시클로헥시, 비닐, 알릴, 프로파길, 노보넨, 시클로펜타디에닐, 니트록시드, 브로모-이소부틸 브로마이드, 2,2,6,6- 테트라메틸-1- 피페리디닐옥시, n-테트라부틸-n-(2-메틸-1-페닐프로필)-O-(1-페닐에틸)히드록실아민), 히드라이드, 아지도 프로필, 메르캅토프로필, 벤조페논, 아미노프로필, 페닐, 벤질, 나프탈렌, 안트라센 스티렌, 아실레이트, 노보넨, 에폭시드기 및 치환된 모이어티의 페닐, 벤질, 나프탈렌, 안트라센기, 스티렌, 아실레이트, 노보넨, 및 에폭시드기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되고, 여기서 치환종은 메틸, 에틸, 프로필, n-부틸 또는 t-부틸기이고;
z 는 2 내지 1000의 정수이고; 및
m 및 n은 정수이고, 및 m 및 n의 합은 2 내지 1000이다.Polymer composition comprising:
Polymers selected from the group consisting of:
Homopolymers of the following structure:
And copolymers of the following structure:
Wherein each X is independently selected from the group consisting of sulfone, cyanomethyl ester, sulfoxide, pyrrolidone, cyclic carbamate, phosphonate, phosphate, carbonate and perfluoroalkyl groups;
Each R is methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, tert-butyl, n-butyl, n-hexyl, 2-ethylhexyl, cyclohexyl, vinyl, allyl, propargyl, norbornene, cyclopentadienyl, Nitroxide, bromo-isobutyl bromide, 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinyloxy, n-tetrabutyl-n- (2-methyl-1-phenylpropyl) -O- ( 1-phenylethyl) hydroxylamine), hydride, azidopropyl, mercaptopropyl, benzophenone, aminopropyl, phenyl, benzyl, naphthalene, anthracene styrene, acylate, norbornene, epoxide groups and substituted moieties Independently selected from the group consisting of phenyl, benzyl, naphthalene, anthracene group, styrene, acylate, norbornene, and epoxide groups, wherein the substituted species are methyl, ethyl, propyl, n-butyl or t-butyl groups;
z is an integer from 2 to 1000; And
m and n are integers, and the sum of m and n is 2 to 1000.
상기 폴리머는 코폴리머이고, 각 X는 시아노, 술폰, 술폭시드, 시아노메틸 에스테르, 피롤리돈, 시클릭 카바메이트, 포스포네이트, 포스페이트, 카보네이트 및 퍼플루오로알킬기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되는 폴리머 조성물.The method of claim 12,
The polymer is a copolymer, and each X is independently from the group consisting of cyano, sulfone, sulfoxide, cyanomethyl ester, pyrrolidone, cyclic carbamate, phosphonate, phosphate, carbonate and perfluoroalkyl groups. Polymer composition selected.
전해질 염을 더 포함하고, 각 X는 시아노, 술폰, 술폭시드, 시아노메틸 에스테르, 피롤리돈, 시클릭 카바메이트, 포스포네이트, 포스페이트, 카보네이트 및 퍼플루오로알킬 기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되고, 상기 폴리머는 전해질인 폴리머 조성물.The method of claim 12,
Further comprising an electrolyte salt, each X is independently from the group consisting of cyano, sulfone, sulfoxide, cyanomethyl ester, pyrrolidone, cyclic carbamate, phosphonate, phosphate, carbonate and perfluoroalkyl groups. And the polymer composition is an electrolyte.
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|---|---|---|---|---|
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Patent Citations (3)
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