In this work, we prepared the crosslinked polymer electrolyte based on coated PE membrane. In these polymer electrolyte, PE membrane gave mechanical integrity to the electrolyte system, and the linear polymer coated on both sides of the microporous membrane encapsulated an electrolyte solution within the porous membrane. By the thermal crosslinking of curable solutions of PEGDMA, we can minimize the loss of liquid electrolyte.
Three types of linear polymers were tested as coating material; Kynar(trade name of PVdF-co-HFP), PEO and PVAc. And three types of liquid electrolytes were used;EC-PC/1M LiClO4, EC/DMC/1M LiClO4 and EC-DEC-PC(4/4/2 by weight ratio)/1M LiClO4.
When immersed into liquid electrolyte, PVAc coated membrane containing EC-DEC-PC(4/4/2)/1M LiClO4 shows the highest ionic conductivity, excellent low temperature performance, good liquid electrolyte retention ability, and charge/discharge cycling performance.
The crosslinked polymer electrolyte containing 700wt% liquid electrolyte (EC-DEC-PC(4/4/2)/1M LiClO4) based on PEGDMA showed high ionic conductivity of 1.7×10-3S/cm at room temperature.
The electrochemical stability window of crosslinked polymer electrolyte supported by PVAc coated PE membrane was 4.5V and this is acceptable value for practical application for lithium ion polymer battery.
With these electrolytes, lithium ion polymer cells composed of a carbon anode and LiCoO2 cathode were assembled, their electrochemical performances were evaluated. The cell based on PVAc coated membrane showed discharge capacity of 123mAh/g at 0.2C rate. The capacity at the 1.0C rate was 74% of the discharge capacity at the 0.2C rate. After 20cycles at 0.2C rate, the discharge capacity of non-coated PE membrane was 38% of the initial value and that of PVAc coated membrane was 75%. Therefore, the severe decrease in discharge capacity of non-coated PE membrane with cycling can be improved by the introduction of PVAc coating layer which has a good organic solvent retention ability.
본 연구에서는 코팅된 폴리에틸렌 막을 기초로 한 가교 된 고분자 전해질을 제조하였다. 전해질 필름 내의 기계적 강도 부여를 위해 폴리에틸렌 막을 사용하였고 다공성 막 내로의 액체 전해질 함침을 용이하게 하기 위해 미세다공성 막의 양 쪽을 선형 고분자로 코팅하였다. 또한 가교 가능한 PEGDMA 용액의 열가교를 통해 액체 전해질 손실을 최소화 하고자 하였다.
코팅되는 선형 고분자로는 Kynar, PEO, PVAc를, 액체 전해질로는 EC-PC/1M LiClO4, EC/DMC/1M LiClO4와 EC-DEC-PC(4/4/2 질량비)/1M LiClO4를 사용하였다.
액체 전해질 함침의 경우, PVAc로 코팅한 막을 EC-DEC-PC(4/4/2)/1M LiClO4에 함침시킨 경우가 가장 우수한 이온 전도도, 저온 특성, 액체 전해질 유지 능력 및 충방전 특성을 보였다.
PVAc 코팅된 막을 PEGDMA 가교 매트릭스에 대해 700%의 액체전해질(EC-DEC-PC(4/4/2)/1M LiClO4)을 함유하는 전구체 용액에 함침 시킨 후 열가교에 의해 필름을 제조하였다. 상온에서 이온 전도도를 측정 한 결과 1.7 ´ 10-3 S/cm의 우수한 이온 전도도를 나타내었다.
PVAc로 코팅된 막을 이용한 가교 고분자 전해질은 전기화학적으로 4.5V 까지 안정하였고 이는 리튬 이온 고분자 전지로의 상업적 응용에 적합한 값이다.
이 고분자 전해질을 이용하여 탄소 음극과 리튬코발트옥사이드 양극으로 이루어진 리튬 이온 고분자 전지를 제조하여 전기화학적 성능을 평가하였다. PVAc로 코팅한 막을 이용하여 전지를 구성한 경우 0.2C rate에서 123mAh/g의 용량을 나타내었다. 1.0C rate에서의 방전 용량은 0.2C rate 값의 74%에 해당하는 91mAh/g 였다. 0.2C rate에서 20회의 충방전을 수행한 결과 코팅을 하지 않은 폴리에틸렌 막의 경우 초기 용량의 38%에 해당하는 47mAh/g의 방전 용량을, PVAc로 코팅을 한 막의 경우 초기 용량의 75%에 해당하는 92.2mAh/g의 방전 용량을 보였다. 이와 같이 본 연구에서는 액체전해질과의 친화성이 우수하고 액 유지성이 좋은 PVAc 코팅층을 도입함으로써, 코팅을 하지 않은 폴리에틸렌 막에서 나타나는 충방전 사이클 진행시의 급격한 방전 용량 감소를 줄일 수 있었다.
