겔형 고분자 전해질 막 및 이의 제조방법

PEG-폴리비닐피리딘 삼중블록 고분자 기반 무지지체 리튬전지 겔 전해질막

본 기술은 에틸렌 옥사이드 사슬을 주쇄 중앙에 두고 양쪽에 4-비닐피리딘 블록을 결합한 삼중블록 고분자로 겔형 고분자 전해질 막을 만들고, 이를 리튬 이차전지에 적용하는 기술입니다. RAFT 개시제와 PEG의 커플링 후 단량체 중합으로 고분자를 합성합니다.

리튬 이차전지의 안전성 문제로 액체 전해질을 고분자 전해질로 대체하려는 연구가 이어졌습니다. 그러나 종래의 고분자 전해질은 PVdF-HFP 같은 별도 지지체가 필요했고, 기계적 특성과 이온 전도도를 함께 높이는 데 한계가 존재했습니다.

본 기술은 주쇄의 에틸렌 옥사이드가 리튬 이온 이동 채널을 형성하고 블록 구조가 기계적 강도를 높여, 지지체 없이도 높은 이온 전도도와 물성을 함께 확보합니다. 단계적으로 온도를 올리는 3단 건조로 막 품질을 안정화합니다. 전기차와 에너지저장장치용 리튬 이차전지에 적용될 수 있어 누액과 발화 위험이 낮은 고안전 전해질 설계를 가능하게 합니다.

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Key Features:

• m'과 l'이 120 내지 170인 화학식 3의 반복단위를 포함하는 고분자 전해질용 삼중블록 고분자
• 4-cyano-4-(phenylcarbonothioylthio)pentanoic acid와 PEG를 DMAP 및 DCC와 커플링 반응시켜 화학식 4의 공중합체를 제조하는 단계
• 제조된 공중합체를 4-비닐 피리딘 단량체와 1:300 몰 비율로 혼합하여 삼중블록 고분자를 합성한 뒤 이온교환 작용기를 도입하는 단계
• 고분자 막을 30~50℃, 50~70℃, 70~90℃ 순으로 온도를 높여 3단계 건조하여 리튬 이차전지용 전해질 막을 완성하는 단계

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본 발명은 교육부의 블루카본 바이오매스 기반 원천소재 개발 및 해양자원 재활용 플랫폼 구축 지원을 통해 개발되었습니다.

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