일반기술

다성분계 고체고분자 전해질의 제조방법 및 이를 이용한 리튬고분자 전지

0∼80중량%의 PAN계 화합물[예를 들면, 폴리아크릴로니트릴, 폴리(아크릴로니트릴-메틸아크릴레이트), 폴리(아크릴로니트릴-co-메틸메타크릴레이트) 공중합체], 0∼80중량%의 PVC계 화합물[예를 들면, 폴리비닐클로라이드, 폴리(비닐리덴클로라이드-co-아크릴로니트릴)], 0∼80중량%의 PVdF계 화합물[예를 들면, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리(비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로-프로필렌) 공중합체] 및 5∼90중량%의 PMMA계 화합물[예를 들면, 폴리(메틸메타크릴레이트), 폴리(메틸메타크릴레이트-co-에틸아크릴레이트), 폴리(메틸메타크릴레이트-co-메타크릴산)]을 혼합한 화합물에 중량비로 1∼5배의 가소제를 첨가하고, 중량비로 혼합물의 3∼10배의 유기용매를 가하고, 중량비로 1∼5배의 유기용매 전해질[예를 들면, 리튬염이 용해된 EC-DMC 용액, 리튬염이 용해된 EC-EMC 용액]을 첨가하고, 0∼20중량%의 SiO2를 혼합하고 110∼180℃까지 가열하여 10분∼2시간 정도 또는 30∼100℃의 온도에서 10분∼24시간 동안 고분자 블렌딩을 실시하여 매트릭스를 형성하고 이를 캐스팅하여 다성분계 고체고분자 전해질을 제조한 다음, 음극/다성분계 고체고분자 전해질/양극/다성분계 고체고분자전해질/음극의 순으로 적층하여 리튬고분자 전지를 제조한다기존의 고체고분자 전해질은 주로 폴리(에틸렌옥사이드)(PEO) 계였으나, 근래에는 이온전도도가 우수한 젤형태의 폴리아크릴로니트릴(PAN)계 및 하이브리드 형태의 폴리(비닐리덴플루오라이드)(PVdF)계가 개발되었다. PAN계 전해질은 강도가 떨어지는 단점이 있고, PVdF계 전해질은 제조공정이 까다로우며, 접착력이 불량하여 전극 및 전지 제조시 가열 라미네이션과 추출공정을 필요로 하는 결정적인 단점이 있고, 폴리비닐클로라이드(PVC)계 고체 고분자 전해질은 상온에서 이온전도도 및 기계적 강도가 우수하지만 저온특성이 나쁘며 접촉저항이 큰 단점이 있다. 또한, 근래에 발표된 폴리(메틸메타크릴레이트) (PMMA)계 전해질도 상온에서 이온전도도 및 접착력은 우수하나 기계적 강도가 매우 취약하다.PMMA계, PAN계, PVC계 및 PVdF계를 블렌딩하여 다성분계 고체 고분자 전해질을 제조함으로써 각 성분 고분자 전해질들의 단점을 해결한 리튬 고분자 전지용 고체 고분자 전해질을 제조한 것이다. PMMA계/PAN계/PVC계/PVdF계 혼합물의 혼합비는 고체고분자 전해질의 물리적 성질에 따라 변화되는데, 접착력이 요구되는 경우에는 PMMA계 및 PAN계 화합물의 비율이 높아지고 기계적 강도가 요구되는 경우에는 PVC계 및 PVdF계 화합물의 비가 높아지게 된다. 고체 고분자 전해질들은 이온전도도가 리튬 고분자 전지용 전해질로서 충분히 사용할 수 있을 정도로 우수하고, 접착력 및 기계적 강도가 우수하여 전지제조가 용이할 뿐만 아니라 이를 이용한 전지는 전극용량 및 싸이클 수명 특성과 같은 전지성능도 우수하게 나타나 리튬고분자 전지용 고체고분자 전해질로서 적합하다