KR100826084B1 - Additives for lithium secondarty battery - Google Patents
Additives for lithium secondarty battery Download PDFInfo
- Publication number
- KR100826084B1 KR100826084B1 KR1020040115350A KR20040115350A KR100826084B1 KR 100826084 B1 KR100826084 B1 KR 100826084B1 KR 1020040115350 A KR1020040115350 A KR 1020040115350A KR 20040115350 A KR20040115350 A KR 20040115350A KR 100826084 B1 KR100826084 B1 KR 100826084B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- lithium secondary
- secondary battery
- battery
- electrolyte
- positive electrode
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
- H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
- H01M10/0566—Liquid materials
- H01M10/0567—Liquid materials characterised by the additives
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
본 발명은 양극(C), 음극(A), 분리막 및 전해액을 포함하는 리튬 이차 전지에 있어서, 상기 전해액은 (a) 니트릴기 함유 화합물; 및 (b) 불화톨루엔 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지를 제공한다. The present invention provides a lithium secondary battery comprising a positive electrode (C), a negative electrode (A), a separator and an electrolyte, wherein the electrolyte is (a) a nitrile group-containing compound; And (b) provides a lithium secondary battery comprising a toluene fluoride compound.
본 발명에 따른 리튬 이차 전지는 고온 사이클 특성 및 안전성을 도모하고자 전해액에 첨가된 니트릴기 함유 화합물로 인해 발생되는 고온 보존시(> 80℃)의 전지 부풀림 현상 및 용량 저하를 불화톨루엔 화합물을 첨가함으로써 향상시킬 수 있다.Lithium secondary battery according to the present invention by adding a toluene fluoride compound in the battery swelling phenomenon and capacity reduction during high temperature storage (> 80 ℃) caused by the nitrile group-containing compound added to the electrolyte in order to improve the high temperature cycling characteristics and safety Can be improved.
니트릴, 불화톨루엔, 고온 보존, 안전성, 리튬 이차 전지Nitrile, Toluene Fluoride, High Temperature Storage, Safety, Lithium Secondary Battery
Description
도 1은 전해액 첨가제를 사용하지 않은 비교예 1의 4.35V 리튬 이차 전지 및 숙시노니트릴을 전해액 첨가제로 사용한 비교예 2의 4.35V 리튬 이차 전지의 고온(45℃) 사이클 특성을 각각 나타낸 도이다.1 is a view showing the high-temperature (45 ° C) cycle characteristics of the 4.35V lithium secondary battery of Comparative Example 1, not using the electrolyte additive, and the 4.35V lithium secondary battery of Comparative Example 2 using the succinonitrile as the electrolyte additive.
도 2는 숙시노니트릴 및 3-불화톨루엔 화합물을 전해액 첨가제로 사용한 실시예 1의 4.35V 리튬 이차 전지의 고온(45℃) 사이클 특성을 나타낸 도이다.Figure 2 is a diagram showing the high temperature (45 ℃) cycle characteristics of the 4.35V lithium secondary battery of Example 1 using a succinonitrile and 3- toluene compound as the electrolyte additive.
도 3a 및 도 3b는 비교예 1의 4.35V 리튬 이차 전지를 각각 6V/1A 및 12V/1A 조건하에서 수행한 과충전 실험 결과도이다. 3A and 3B are diagrams illustrating the results of overcharging experiments of the 4.35V lithium secondary battery of Comparative Example 1 under 6V / 1A and 12V / 1A conditions, respectively.
도 4는 비교예 2의 리튬 이차 전지를 12V/1A의 조건하에서 수행한 과충전 실험 결과도이다.4 is an overcharge test result of the lithium secondary battery of Comparative Example 2 under the conditions of 12V / 1A.
도 5는 실시예 1의 4.35V 리튬 이차 전지를 18V/1A의 조건하에서 수행한 과충전 실험 결과도이다. 5 is an overcharge test result of the 4.35V lithium secondary battery of Example 1 under the conditions of 18V / 1A.
도 6은 비교예 1의 리튬 이차 전지의 고온 노출(Hot box, 150℃) 실험 결과도이다.6 is a test result of a high temperature exposure (Hot box, 150 ° C.) of the lithium secondary battery of Comparative Example 1. FIG.
도 7은 비교예 2의 리튬 이차 전지의 고온 노출 실험 결과도이다.7 is a high-temperature exposure test result diagram of a lithium secondary battery of Comparative Example 2.
도 8은 실시예 1의 리튬 이차 전지의 고온 노출 실험 결과도이다.8 is a high-temperature exposure test result diagram of the lithium secondary battery of Example 1. FIG.
도 9는 실시예 1, 비교예 2 및 비교예 3의 리튬 이차 전지를 각각 고온 장기 저장(30 사이클= 1사이클: 80℃ 3시간 + 상온 7시간) 실험 수행한 후의 결과도이다.Figure 9 is a result of the experiment after performing the high-temperature long-term storage (30 cycles = 1 cycle: 80
도 10은 실시예 1, 비교예 2 및 비교예 3의 리튬 이차 전지를 각각 고온 장기 저장(80℃ 5일) 실험 수행한 후의 결과도이다.FIG. 10 is a result of the lithium secondary batteries of Example 1, Comparative Example 2, and Comparative Example 3 after high-temperature long-term storage (80 ° C. for 5 days).
본 발명은 고온 사이클 특성, 안전성 및 고온 보존 특성이 향상된 리튬 이차 전지에 관한 것이다. The present invention relates to a lithium secondary battery having improved high temperature cycle characteristics, safety and high temperature storage characteristics.
최근 전자기기의 소형화 및 경량화 추세에 따라, 전원으로 작용하는 전지도 소형화 및 경량화가 요구되고 있다. 소형 경량화 및 고용량으로 충방전 가능한 전지로서 리튬 계열 이차전지가 실용화되고 있으며, 소형 비디오 카메라, 휴대전화, 노트퍼스컴 등의 휴대용 전자 및 통신기기 등에 이용되고 있다.In recent years, with the trend of miniaturization and weight reduction of electronic devices, miniaturization and weight reduction of batteries acting as power sources are also required. BACKGROUND ART Lithium-based secondary batteries have been put to practical use as small, light weight, high capacity rechargeable batteries, and are used in portable electronic and communication devices such as small video cameras, mobile phones, and notebook computers.
리튬 이차 전지는 양극, 음극, 전해질로 구성되며, 첫번째 충전에 의해 양극 활물질로부터 나온 리튬 이온이 음극활물질, 예컨대 카본 입자 내에 삽입되고 방전시 다시 탈리되는 등의 양(兩) 전극을 왕복하면서 에너지를 전달하는 역할을 하기 때문에 충방전이 가능하게 된다.The lithium secondary battery is composed of a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte, and the first charge causes lithium ions from the positive electrode active material to be inserted into a negative electrode active material, such as carbon particles, and desorbed when discharged. Charge and discharge is possible because it plays a role.
종래 4.2V급 리튬 이차 전지를 4.35V 이상의 고용량, 고출력 및 고전압 전지로 제조하기 위해서는 전지내 양극활물질의 이론적 가용 용량을 증가시켜야 하는 과정이 필요하다. 전술한 양극활물질의 가용 용량을 증가시키는 방법으로는 양극활 물질에 전이금속 또는 알루미늄, 마그네슘 등과 같은 비전이금속(non-transition metal)을 사용하여 도핑하거나 또는 전지의 충전 종지 전압을 증가시키는 것이다. 리튬 이차 전지의 충전 종지 전압을 4.35V 이상으로 증가시킴에 따라 전지 내 가용 용량은 15% 이상 증가하지만, 양극과 전해액 사이의 반응성 증가에 따라 양극 표면의 분해(degradation) 및 전해액의 산화반응이 일어나게 되며, 따라서 전지의 고온 사이클 특성, 안전성과 고온 저장 특성이 저하되는 문제점이 있었다.In order to manufacture a conventional 4.2V class lithium secondary battery with a high capacity, high output and high voltage battery of 4.35V or more, a process of increasing the theoretical usable capacity of the cathode active material in the battery is required. In order to increase the available capacity of the positive electrode active material, the positive electrode active material may be doped using a transition metal or a non-transition metal such as aluminum or magnesium, or the charging end voltage of the battery may be increased. As the end-of-charge voltage of a lithium secondary battery increases to 4.35V or more, the usable capacity in the battery increases by 15% or more, but as the reactivity between the positive electrode and the electrolyte increases, degradation of the surface of the positive electrode and oxidation of the electrolyte occur. Therefore, there was a problem that the high temperature cycle characteristics, safety and high temperature storage characteristics of the battery are deteriorated.
종래 4.2V급 리튬 이차 전지에서는 시클로헥실벤젠(Cyclo Hexyl Benzene: CHB) 또는 바이페닐(Biphenyl: BP) 등과 같은 과충전 방지제를 사용함으로써, 안전성이 향상되고 고온 장기 저장시 양극에 피막을 형성하여 추가적인 양극과 전해액의 부반응의 진행을 방지하였다. 그러나 4.35V 이상의 고전압 전지에서 CHB 또는 BP와 같이 4.6V 정도의 반응전위를 갖는 첨가제를 사용하는 경우 상온 및 고온 사이클 특성이 급격히 저하되고 고온 저장시 상기 첨가제가 너무 많이 분해되어 양극에 매우 두꺼운 절연체(insulator)를 형성함으로써, 리튬 이온의 이동을 막아 회복 용량(recovery capacity)이 전혀 나오지 않는 문제점이 발생하였다. In the conventional 4.2V class lithium secondary battery, by using an overcharge preventing agent such as cyclohexyl benzene (CHB) or biphenyl (BP), the safety is improved and an additional positive electrode is formed by forming a film on the positive electrode during high temperature long-term storage. The progress of side reaction of the over electrolyte was prevented. However, in the case of using an additive having a reaction potential of about 4.6V, such as CHB or BP in a high voltage battery of 4.35V or more, the temperature and cycle characteristics of the high temperature are drastically degraded, and the additive is decomposed too much during high temperature storage. By forming an insulator, a problem arises in that a recovery capacity is not obtained at all by preventing the movement of lithium ions.
상기의 문제점을 해결하기 위해서, 니트릴기 함유 화합물, 특히 지방족 디니트릴계 화합물을 전해액 첨가제로 사용한 결과, 4.35V 이상급 고전압 전지의 고온 사이클 특성 및 안전성은 향상되었으나 고온 저장시 전지가 두꺼워지고 회복 용량이 유의적으로 감소하는 문제점이 발생하였다.In order to solve the above problems, as a result of using a nitrile group-containing compound, especially an aliphatic dinitrile-based compound as an electrolyte additive, the high temperature cycling characteristics and safety of a high voltage battery of 4.35V or higher are improved, but the battery becomes thick and recovery capacity is maintained at high temperature storage. There was a significant decreasing problem.
본 발명자는 전해액에 4.7V 이상의 반응 전위를 갖는 불화톨루엔 화합물을 첨가함으로써, 전지의 고온 사이클 및 안전성을 향상시키고자 사용된 니트릴기 함유 화합물, 특히 지방족 디니트릴 화합물로 인해 발생된 고온 보존시의 전지 두께 증가 및 용량 저하를 방지할 수 있다는 것을 발견하였다.The present inventors have added a toluene fluoride compound having a reaction potential of 4.7 V or more to the electrolyte, thereby improving the high temperature cycle and safety of the battery. It has been found that an increase in thickness and a decrease in capacity can be prevented.
이에 본 발명은 고온 사이클 특성 및 안전성이 우수할 뿐만 아니라 고온 보존 특성이 향상된 리튬 이차 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a lithium secondary battery having excellent high temperature cycling characteristics and safety as well as improved high temperature storage characteristics.
본 발명은 양극(C), 음극(A), 분리막 및 전해액을 포함하는 리튬 이차 전지에 있어서, 상기 전해액은 (a) 니트릴기(-CN) 함유 화합물; 및 (b) 불화톨루엔 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지를 제공한다.The present invention provides a lithium secondary battery comprising a positive electrode (C), a negative electrode (A), a separator and an electrolyte, the electrolyte comprising: (a) a nitrile group (—CN) -containing compound; And (b) provides a lithium secondary battery comprising a toluene fluoride compound.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명에 따른 전해액은 전해액 용매와 리튬염으로 이루어진 통상적인 전해액에 니트릴(nitrile)기 함유 화합물을 포함한다.The electrolyte according to the present invention includes a nitrile group-containing compound in a conventional electrolyte consisting of an electrolyte solvent and a lithium salt.
리튬염은 LiClO4, LiCF3SO3, LiPF6, LiBF4, LiAsF 6 및 LiN(CF3SO2)2로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택될 수 있으며, 전해액 용매는 에틸렌 코(카)보네이트, 프로필렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 비닐렌 카보네이트, 설포란, γ-부틸로 락톤, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라하이드로푸란 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.The lithium salt may be selected from one or more of LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 and LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , and the electrolyte solvent is ethylene co (carbonate) carbonate. , Propylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, sulfolane, γ-butylo lactone, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, 1,2-dimethoxy ethane, tetrahydrofuran and mixtures thereof The above can be used.
니트릴기 함유 화합물은 전해액과 양극의 부반응 및 양극의 구조붕괴로부터 발생하는 발열량을 감소시킴으로써, 전해액의 연소가 가속화되고 열 폭주가 발생해 전지의 발화 및 파열이 일어나는 것을 방지할 수 있다. 특히, 상기 첨가제 중 강한 극성의 니트릴기는 전극 표면의 활성 부위(active site)를 차단(masking)시켜, 전해액과 양극과의 부반응 및 양극의 구조붕괴로부터 발생된 발열을 감소시키는 것으로 보인다. The nitrile group-containing compound reduces the amount of heat generated from side reactions between the electrolyte and the positive electrode and structural collapse of the positive electrode, thereby accelerating the combustion of the electrolyte and causing thermal runaway to prevent the battery from firing and rupturing. In particular, the highly polar nitrile group in the additive appears to mask active sites on the electrode surface, thereby reducing the exotherm generated from side reactions between the electrolyte and the anode and structural collapse of the anode.
상기 니트릴기 함유 화합물은 지방족 또는 방향족 화합물 모두 사용 가능하며, 1 내지 2개의 니트릴기를 포함하는 모노니트릴 및 디니트릴 화합물이 바람직하다. 특히, 지방족 디니트릴(aliphatic dinitrile) 화합물이 더욱 바람직하다. The nitrile group-containing compound may be an aliphatic or aromatic compound, and mononitrile and dinitrile compounds containing 1 to 2 nitrile groups are preferable. In particular, aliphatic dinitrile compounds are more preferred.
상기 지방족 디니트릴(aliphatic dinitrile) 화합물은 하나 이상의 치환체를 갖는 탄소수 1 내지 12의 선형 또는 분지형 디니트릴 화합물로서, 이의 비제한적인 예로는 숙시노니트릴, 세바코니트릴, 글루타로니트릴, 아디포니트릴, 1,5-디사이노펜탄, 1,6-디시아노헥산,1,7-디시아노헵탄, 1,8-디시아노옥탄, 1,9-디시아노노난, 1,10-디시아노데칸, 1,12-디시아노도데칸, 테트라메틸숙시노니트릴, 2-메틸글루타로니트릴, 2,4-디메틸글루타로니트릴, 2,2,4,4-테트라메틸글루타로니트릴, 1,4-디사이노펜탄, 2,5-디메틸-2,5-헥산디카르보니트릴, 2,6-디시아노헵탄, 2,7-디시아노옥탄, 2,8-디시아노노난 또는 1,6-디시아노데칸 등이 있다. 특히, 숙시노니트릴 또는 세바코니트릴 화합물이 바람직하다.The aliphatic dinitrile compound is a linear or branched dinitrile compound having 1 to 12 carbon atoms having one or more substituents. , 1,5-dicinopentane, 1,6-dicyanohexane, 1,7-dicyanoheptane, 1,8-dicyanooctane, 1,9-dicyanononane, 1,10-dicyanodecane , 1,12-dicyanododecane, tetramethylsuccinonitrile, 2-methylglutaronitrile, 2,4-dimethylglutaronitrile, 2,2,4,4-tetramethylglutaronitrile, 1,4- Dicyanopentane, 2,5-dimethyl-2,5-hexanedicarbonitrile, 2,6-dicyanoheptane, 2,7-dicyanooctane, 2,8-dicyanononane or 1,6-dish Anodecan. In particular, succinonitrile or sebaconitrile compounds are preferred.
니트릴기 함유 화합물은 전해액 중 사용되는 용매에 대한 용해도에 따라 최대 사용량이 결정되나, 전해액 100 중량% 당 0.1 내지 10 중량%가 바람직하다. 0.1 중량% 미만인 경우 안전성 향상 효과가 미미하며, 10 중량%를 초과하는 경우 전해액의 점도가 과도하게 증가하여 상온 특성 및 저온 특성의 저하가 발생할 수 있다. The maximum amount of the nitrile group-containing compound is determined depending on the solubility in the solvent used in the electrolyte, but is preferably 0.1 to 10% by weight per 100% by weight of the electrolyte. If the amount is less than 0.1% by weight, the effect of improving safety is insignificant, and if it exceeds 10% by weight, the viscosity of the electrolyte may be excessively increased, resulting in deterioration of room temperature and low temperature properties.
4.35V 이상급 고전압 리튬 이차 전지에서 전술한 니트릴기 함유 화합물이 첨가된 전해액을 사용하는 경우 고온 사이클 특성 및 안전성 향상 효과를 보여주나, 고온 보존시, 특히 고온 장기 보존시 가스 발생에 의해 전지의 두께가 두꺼워지며 현저한 회복 용량 저하 문제가 발생하였다. In the high-voltage lithium secondary battery of 4.35V or higher, when the above-mentioned nitrile-containing compound is used, it exhibits high temperature cycle characteristics and safety improvement effects. There was a problem with thickening and a significant drop in recovery capacity.
이에, 본 발명은 4.7V 이상의 반응 전위를 갖는 불화톨루엔 화합물을 전해액에 첨가함으로써, 상기한 고전압 전지의 두께 증가 방지 및 회복 용량 저하의 최소화를 구현하는 것을 특징으로 한다.Thus, the present invention is characterized in that by adding a toluene fluoride compound having a reaction potential of 4.7V or more to the electrolyte, it is possible to prevent the increase in the thickness of the high-voltage battery and to minimize the reduction in recovery capacity.
불화톨루엔 화합물은 물리적으로 안정하고, 비점(boiling point)이 높아 열 분해되기 어려울 뿐만 아니라 반응 전위가 종래 CHB 및 바이페닐보다 0.1V 정도 높은 특성을 가짐으로써, 전해액 첨가시 고온 보존 특성이 향상된다. 또한 사이클 진행에 따른 반응전위의 변화가 거의 없기 때문에 고온사이클에 영향을 주지 않는 장점을 가지고 있다. The toluene fluoride compound is physically stable, has a high boiling point, is difficult to thermally decompose, and has a reaction potential of about 0.1 V higher than that of conventional CHB and biphenyl, thereby improving high temperature storage characteristics when an electrolyte is added. In addition, since there is almost no change in the reaction potential according to the progress of the cycle has the advantage that does not affect the high temperature cycle.
상기 불화톨루엔 화합물의 비제한적인 예로는 모노불화톨루엔, 디불화톨루엔 또는 트리불화톨루엔 등이 있으며, 특히 반응전위가 높을 뿐만 아니라 사이클 진행에 따른 반응 전위의 변화가 거의 없는 2-불화톨루엔 또는 3-불화톨루엔이 바람직하다. 또한, 전술한 불화톨루엔 이외에, 4.7V 이상의 반응 전위를 갖는 화합물도 등가의 안전성 및/또는 전지 성능을 나타낼 가능성이 크므로, 본 발명의 균등 범위에 속한다.Non-limiting examples of the toluene fluoride compound include monofluorotoluene, difluorotoluene or trifluoride toluene, and the like. In particular, 2-fluorotoluene or 3-, which has a high reaction potential and little change in the reaction potential with the progress of the cycle. Toluene fluoride is preferred. In addition to the above-mentioned toluene fluoride, a compound having a reaction potential of 4.7 V or higher also has a high possibility of exhibiting equivalent safety and / or battery performance, and thus belongs to the equivalent range of the present invention.
첨가되는 불화톨루엔 화합물의 양은 전체 전해액 100 중량% 당 0.1 내지 10 중량%가 바람직하다. 0.1 중량% 미만시 고온 보존 특성 향상 효과가 미미하며, 10 중량%를 초과하는 경우 전해액의 점도 저하 및 첨가제의 발열반응에 의해 과도한 열을 발생시킬 수 있는 위험이 있다.The amount of the toluene fluoride compound added is preferably 0.1 to 10% by weight per 100% by weight of the total electrolyte. If less than 0.1% by weight, the effect of improving the high temperature storage characteristics is insignificant, and if it exceeds 10% by weight, there is a risk that excessive heat may be generated due to a decrease in viscosity of the electrolyte and an exothermic reaction of the additive.
본 발명의 음극활물질은 리튬 이온을 흡장 및 방출할 수 있는 탄소재, 리튬 금속 또는 이의 합금을 사용할 수 있으며, 기타 리튬을 흡장 및 방출할 수 있고 리튬에 대한 전위가 2V 미만인 TiO2, SnO2와 Li4Ti5O12 같은 금속 산화물도 사용 가능하다.The negative electrode active material of the present invention may use a carbon material, a lithium metal or an alloy thereof capable of occluding and releasing lithium ions, and TiO 2 , SnO 2, and other metals capable of occluding and releasing lithium and having a potential of less than 2 V. Metal oxides such as Li 4 Ti 5 O 12 may also be used.
본 발명의 양극활물질은 LiMxOy(M = Co, Ni, Mn, CoaNibMnc )와 같은 리튬 전이금속 복합산화물(예를 들면, LiMn2O4 등의 리튬 망간 복합산화물, LiNiO2 등의 리튬 니켈 산화물, LiCoO2 등의 리튬 코발트 산화물 및 이들 산화물의 망간, 니켈, 코발트의 일부를 다른 전이금속 등으로 치환한 것 또는 리튬을 함유한 산화바나듐 등) 또는 칼코겐 화합물(예를 들면, 이산화망간, 이황화티탄, 이황화몰리브덴 등) 등이 사용 가능하며, 바람직하게는 리튬 코발트계열 복합산화물, 더욱 바람직하게는 LiCoO2를 사용할 수 있다. The positive electrode active material of the present invention is a lithium transition metal complex oxide such as LiM x O y (M = Co, Ni, Mn, Co a Ni b Mn c ) (for example, lithium manganese composite oxides such as LiMn 2 O 4 , LiNiO 2, and the lithium nickel oxide, LiCoO 2, and the lithium cobalt oxide and combinations of manganese, nickel, a vanadium oxide, etc.), or chalcogenide containing a one or a lithium substituted with other transition metal for a portion of cobalt oxide (for example, g., manganese dioxide, titanium disulfide, molybdenum disulfide, etc.), etc. are used from, and preferably a lithium cobalt-based composite oxide, more preferably LiCoO 2 can be used.
본 발명은 4.35V 이상, 바람직하게는 4.35 내지 4.7V 범위의 고전압 리튬 이차 전지를 제공하기 위해, 상기 양극활물질, 예컨대 LiCoO2를 사용하여 충전종지전압을 4.35V 이상, 바람직하게는 4.35 내지 4.7V 범위로 증가시키거나 또는 상기 양극활물질에 Al, Mg, Zr, Fe, Zn, Ga, Sn, Si, Ge 또는 이들의 혼합체로부터 선택된 금속을 도핑시킬 수 있다. The present invention uses a positive electrode active material, such as LiCoO 2 to provide a high voltage lithium secondary battery of 4.35V or more, preferably 4.35 to 4.7V, and the end-of-charge voltage is 4.35V or more, preferably 4.35 to 4.7V. The positive electrode active material may be increased to a range or doped with a metal selected from Al, Mg, Zr, Fe, Zn, Ga, Sn, Si, Ge, or a mixture thereof.
전술한 전압 범위에서 전지의 안전성을 도모하고자, 양극(C) 대비 음극(A)의 단위면적당 중량비(A/C)를 조절할 수 있으며, 이때 양극(C) 대비 음극(A)의 단위면적당 중량비(A/C)는 0.45 내지 0.70의 범위가 바람직하다. 0.45 미만인 경우 기존 전지의 설계와 동일하므로, 4.35V 이상의 과충전시 용량 균형(capacity valance)이 깨져 음극 표면에 리튬 덴드라이트 성장(dendrite growth) 및 이로 인한 전지의 단락과 같은 문제점과 급격한 용량 감소 현상이 발생하게 된다. 0.7를 초과하는 경우 불필요하게 음극의 리튬 사이트가 발생하면서 전지의 부피당/질량당 에너지밀도가 떨어지므로 바람직하지 않다.In order to improve the safety of the battery in the above-described voltage range, the weight ratio (A / C) per unit area of the negative electrode (A) to the positive electrode (C) can be adjusted, wherein the weight ratio per unit area of the negative electrode (A) to the positive electrode (C) ( A / C) is preferably in the range of 0.45 to 0.70. If it is less than 0.45, it is the same as the design of the existing battery, and thus, capacity valance is broken during overcharging of 4.35V or more, causing problems such as lithium dendrite growth on the surface of the negative electrode and resulting short-circuit of the battery. Will occur. If it exceeds 0.7, the lithium site of the negative electrode is unnecessarily generated and the energy density per volume / mass of the battery falls, which is not preferable.
본 발명에서 사용된 LiCoO2와 같은 양극활물질은 4.35V 이상으로 충전시 열적 특성이 저하되는 문제점이 있으므로, 이를 방지하고자 양극활물질의 비표면적을 조절할 수 있다. 양극활물질의 입자 크기가 클수록, 즉 비표면적이 작을수록 전해액과의 반응성이 감소되어 열적 안전성을 향상시킬 수 있으므로, 본 발명은 통상적으로 사용되는 양극활물질의 크기보다 더 큰 입자 크기를 갖는 양극활물질을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 통상적인 입자보다 큰 입자 크기를 갖는 양극활물질로 인해 발생되는 전체 전지 반응의 속도 저하를 방지하기 위하여 양극활물질 및 음극활물질의 단위면적당 로딩량을 조절할 수 있다. Since the positive electrode active material such as LiCoO 2 used in the present invention has a problem of deteriorating thermal characteristics when charged to 4.35 V or more, the specific surface area of the positive electrode active material may be adjusted to prevent this. The larger the particle size of the positive electrode active material, that is, the smaller the specific surface area, the lower the reactivity with the electrolyte solution, thereby improving thermal stability. It is preferable to use. In addition, the loading amount per unit area of the positive electrode active material and the negative electrode active material may be adjusted in order to prevent a decrease in the rate of the overall battery reaction caused by the positive electrode active material having a larger particle size than the conventional particles.
상기에 있어서, 양극활물질의 입자 크기는 5 내지 20㎛인 것이 바람직하다. 입자 크기가 5㎛ 미만인 경우 양극과 전해액의 반응성이 커져 전지의 안전성 결여와 같은 부작용이 생길 수 있으며, 20㎛를 초과하는 경우 전지의 반응성이 느려지 는 문제가 발생할 수 있다.In the above, the particle size of the positive electrode active material is preferably 5 to 20㎛. If the particle size is less than 5㎛ may increase the reactivity of the positive electrode and the electrolyte may cause side effects such as lack of safety of the battery, if the particle size exceeds 20㎛ may cause a problem that the reactivity of the battery is slow.
상기에 있어서, 양극의 단위면적당 로딩량은 0.01 내지 0.03g/cm2인 것이 바람직하다. 양극의 로딩량이 0.01 g/cm2 미만인 경우 전지의 용량 및 효율성의 저하와 같은 문제가 생길 수 있으며, 0.03 g/cm2를 초과하는 경우 양극의 두께가 증가하여 전지의 반응성이 저하되게 된다.In the above, it is preferable that the loading amount per unit area of the positive electrode is 0.01 to 0.03 g / cm 2 . When the loading amount of the positive electrode is less than 0.01 g / cm 2, problems such as deterioration of the capacity and efficiency of the battery may occur. When the amount of the positive electrode exceeds 0.03 g / cm 2 , the thickness of the positive electrode increases, thereby decreasing the reactivity of the battery.
본 발명에 따른 전극은 당업계에 알려진 통상적인 방법에 따라 제조될 수 있으며,이의 일 실시예를 들면, 금속박으로 이루어지는 집전체 상에 양극 슬러리 및 음극 슬러리를 각각 도포, 압연 및 건조함으로써 통상적으로 얻을 수 있다. The electrode according to the present invention can be prepared according to a conventional method known in the art, for example, it is usually obtained by applying, rolling and drying, respectively, the positive electrode slurry and the negative electrode slurry on a current collector made of metal foil Can be.
상기에 있어서, 양극 슬러리 및 음극 슬러리는 각각 상기한 양극활물질 및 음극활물질을 결착제, 분산매 등과 혼합하여 얻을 수 있으며, 양극 슬러리 및 음극 슬러리에는 소량의 도전제를 포함하게 하는 것이 바람직하다.In the above, the positive electrode slurry and the negative electrode slurry may be obtained by mixing the positive electrode active material and the negative electrode active material, respectively, with a binder, a dispersion medium, and the like, and the positive electrode slurry and the negative electrode slurry may preferably contain a small amount of a conductive agent.
도전제로는 구성된 전지 내에서 화학변화를 일으키지 않는 전자전도성 재료이면 무엇이든지 사용 가능하다. 예를 들면 아세틸렌블랙, 케첸블랙, 파네스블랙, 서멀블랙 등의 카본블랙; 천연흑연, 인조흑연, 도전성 낱소섬유 등을 사용할 수 있다. 특히 카본블랙, 흑연분말, 탄소섬유가 바람직하다.As the conductive agent, any electronically conductive material which does not cause chemical change in the battery constructed can be used. For example, carbon black, such as acetylene black, Ketjen black, Farnes black, and thermal black; Natural graphite, artificial graphite, conductive yarn fibers, and the like can be used. Carbon black, graphite powder and carbon fiber are particularly preferable.
결착제로는 열가소성 수지, 열경화성 수지 중 어느 하나를 사용하더라도 좋으며, 이들을 조합하여 사용할 수도 있다. 이들 중에서는 폴리불화비닐리덴(PVdF) 또는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)이 바람직하며, 특히 PVdF가 더욱 바람직하다. As the binder, any one of a thermoplastic resin and a thermosetting resin may be used, or a combination thereof may be used. Among these, polyvinylidene fluoride (PVdF) or polytetrafluoroethylene (PTFE) is preferable, and PVdF is particularly preferable.
분산매로는 수계분산매나 N-메틸-2-피롤리돈(NMP) 등의 유기분산매를 사용할 수 있다.As the dispersion medium, an organic dispersion medium such as an aqueous dispersion medium or N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) can be used.
상기한 리튬 이차 전지의 양 전극에 있어서, 양극(C) 대비 음극(A)의 전극판 두께 비(A/C)는 0.7 내지 1.4가 적절하며, 특히 0.8 내지 1.2인 것이 바람직하다. 0.7 미만인 경우 전지의 부피당 에너지밀도의 손실이 야기될 수 있으며, 1.4를 초과하는 경우 전체 전지의 반응속도가 느려지는 문제점이 일어날 수 있다.In the above-described positive electrode of the lithium secondary battery, the electrode plate thickness ratio A / C of the negative electrode A to the positive electrode C is appropriately 0.7 to 1.4, and particularly preferably 0.8 to 1.2. If less than 0.7, a loss of energy density per volume of the battery may be caused, and if it exceeds 1.4, a problem may occur that the reaction rate of the entire battery becomes slow.
본 발명에 따른 리튬 이차 전지는 당업계에 알려진 통상적인 방법에 따라 상기한 양극과 음극 사이에 다공성 분리막을 넣고, 전술한 첨가제가 첨가된 비수전해액을 투입함으로써 제조할 수 있다.The lithium secondary battery according to the present invention may be prepared by putting a porous separator between the positive electrode and the negative electrode according to a conventional method known in the art, and adding a non-aqueous electrolyte to which the aforementioned additive is added.
분리막은 다공성 분리막이 사용 가능하며, 예를 들면 폴리프로필렌계, 폴리에틸렌계, 폴리올레핀계 다공성 분리막을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The separator may be a porous separator, for example, a polypropylene-based, polyethylene-based, or polyolefin-based porous separator may be used, but is not limited thereto.
상기의 방법으로 제작된 리튬 이온 이차 전지의 외형은 제한이 없으나, 캔으로 된 원통형, 코인형, 각형 또는 파우치(pouch)형이 가능하다.The external shape of the lithium ion secondary battery manufactured by the above method is not limited, but cans are cylindrical, coin-shaped, square or pouch types.
본 발명은 하기의 실시예 및 실험예에 의거하여 더욱 상세히 설명된다. 단, 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며 이들만으로 한정하는 것은 아니다.The invention is explained in more detail based on the following examples and experimental examples. However, Examples and Experimental Examples are for illustrating the present invention and are not limited to these.
실시예 1. 4.35V급 리튬 이차 전지 제조.Example 1. Manufacture of 4.35V class lithium secondary battery.
1-1. 양극의 제조1-1. Manufacture of anode
입자 크기가 10㎛인 LiCoO2 95 중량%, 도전제 2.5 중량% 및 결착제 2.5 중량%를 혼합하여 슬러리(slurry)를 제조하였으며, 상기 슬러리를 두께 15㎛의 알루미늄 박판 양면에 균일하게 도포하고 압연하여 19.44 mg/cm2의 활물질 중량을 갖는 양극을 제조하였다. A slurry was prepared by mixing 95 wt% of LiCoO 2 having a particle size of 10 μm, 2.5 wt% of a conductive agent, and 2.5 wt% of a binder. The slurry was uniformly coated and rolled on both sides of an aluminum thin plate having a thickness of 15 μm. The positive electrode having an active material weight of 19.44 mg / cm 2 was prepared .
1-2. 음극의 제조1-2. Preparation of Cathode
흑연재 95.3 중량%, 결착제 4.0 중량%, 도전제 0.7 중량%를 첨가 및 혼합하여 음극 슬러리를 제조하였으며, 상기 음극 슬러리를 두께 10㎛의 동판 양면에 균일하게 도포하고 압연하여 9.56 mg/cm2의 활물질 중량을 갖는 음극을 제조하였다. 이때 양극(C) 대비 음극(A)의 단위면적당 중량비(A/C)는 0.49였다.A negative electrode slurry was prepared by adding and mixing 95.3 wt% of graphite material, 4.0 wt% of binder, and 0.7 wt% of a conductive agent. The negative electrode slurry was uniformly coated and rolled on both sides of a copper plate having a thickness of 10 μm and rolled to 9.56 mg / cm 2. A negative electrode having an active material weight of was prepared. At this time, the weight ratio (A / C) per unit area of the anode (A) to the cathode (C) was 0.49.
1-3. 전해액의 제조1-3. Preparation of Electrolyte
에틸렌 카보네이트와 디메틸카보네이트의 부피비가 1:2인 용액에 LiPF6을 1몰 용해시켜 전해액을 제조하였으며, 이에 숙시노니트릴 3 중량% 및 3-불화톨루엔 3중량%를 첨가하였다. An electrolyte solution was prepared by dissolving 1 mol of LiPF 6 in a solution having a volume ratio of ethylene carbonate and dimethyl carbonate of 1: 2, and 3% by weight of succinonitrile and 3% by weight of 3-toluene fluoride were added thereto.
1-4. 전지의 제조1-4. Manufacture of batteries
상기한 방법으로 제조된 양극 및 음극을 사용하여 423450 각형 전지를 제조하였다.A 423450 square cell was manufactured using the positive electrode and the negative electrode produced by the above-described method.
[비교예 1-3]. 리튬 이차 전지의 제조[Comparative Example 1-3]. Fabrication of Lithium Secondary Battery
비교예 1Comparative Example 1
전해액에 숙시노니트릴 및 3-불화톨루엔을 사용하지 않은 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 리튬 이차 전지를 제조하였다.A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that succinonitrile and 3-toluene fluoride were not used in the electrolyte.
비교예 2Comparative Example 2
전해액에 숙시노니트릴을 사용하고 3-불화톨루엔을 사용하지 않은 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 리튬 이차 전지를 제조하였다.A lithium secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1, except that succinonitrile was used as the electrolyte and 3-toluene was not used.
비교예 3Comparative Example 3
전해액에 숙시노니트릴 대신 세바코니트릴을 사용하며, 3-불화톨루엔을 사용하지 않은 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 리튬 이차 전지를 제조하였다.Sebacononitrile was used instead of succinonitrile in the electrolyte, except that 3-fluorotoluene was not used. The lithium secondary battery was manufactured by the same method as Example 1 above.
실험예 1. 리튬 이차 전지의 사이클 평가Experimental Example 1. Cycle evaluation of a lithium secondary battery
본 발명에 따라 제조된 4.35V 이상급 리튬 이차 전지에 대하여 하기와 같이 고온 사이클 평가 실험을 수행하였다.A high temperature cycle evaluation experiment was performed on the 4.35V or higher lithium secondary battery manufactured according to the present invention as follows.
숙시노니트릴 및 3-불화톨루엔을 전해액에 첨가하여 제조된 실시예 1의 리튬 이차 전지를 사용하였으며, 대조군으로 전해액 첨가제를 사용하지 않은 비교예 1의 전지 및 숙시노니트릴을 전해액에 첨가하여 제조된 비교예 2의 전지를 사용하였다.The lithium secondary battery of Example 1 prepared by adding succinonitrile and 3-toluene fluoride was used, and the battery of Comparative Example 1, which did not use the electrolyte additive as a control, and the succinonitrile prepared by adding the succinonitrile to the electrolyte were prepared. The battery of Comparative Example 2 was used.
각 전지들을 3.0에서 4.35V의 충방전 전압 범위에서 실시하였고, 1C (=880mA) 충방전 전류 조건으로 사이클링을 하였다. 4.35V constant voltage 구간에서는 50mA로 전류가 떨어질 때까지 4.35V로 유지시켰다. 상기의 실험은 45℃의 온도에서 실시하였다. Each cell was run at a charge and discharge voltage range of 3.0 to 4.35V and cycled under 1C (= 880 mA) charge and discharge current conditions. In the 4.35V constant voltage section, it was maintained at 4.35V until the current dropped to 50mA. The experiment was carried out at a temperature of 45 ℃.
실험 결과, 첨가제를 사용하지 않은 전해액을 포함하는 비교예 1 (도 1 참 조)의 리튬 이차 전지는 고온에서의 전지 사이클 특성이 크게 저하된 반면, 전해액에 숙시노니트릴을 포함하는 실시예 1 (도 2 참조) 및 비교예 2 (도 1 참조)의 리튬 이차 전지는 모두 고온 사이클 특성이 향상됨을 보여주었다. As a result of the experiment, the lithium secondary battery of Comparative Example 1 (see FIG. 1) containing an electrolyte solution without an additive significantly reduced the battery cycle characteristics at high temperature, while Example 1 (which contains succinonitrile in the electrolyte solution) 2) and the lithium secondary batteries of Comparative Example 2 (see FIG. 1) showed that the high temperature cycle characteristics were improved.
실험예 2. 리튬 이차 전지의 안전성 평가Experimental Example 2 Evaluation of Safety of Lithium Secondary Battery
본 발명에서 제조된 4.35V 이상급 리튬 이차 전지의 안전성을 평가하기 위하여, 하기와 같이 수행하였다.In order to evaluate the safety of the 4.35V or higher lithium secondary battery produced in the present invention, it was performed as follows.
2-1. 과충전(Overcharge) 실험2-1. Overcharge Experiment
숙시노니트릴 및 3-불화톨루엔을 전해액에 첨가하여 제조된 실시예 1의 리튬 이차 전지를 사용하였으며, 대조군으로 전해액 첨가제를 사용하지 않은 비교예 1의 전지 및 숙시노니트릴을 전해액에 첨가하여 제조된 비교예 2의 전지를 사용하였다.The lithium secondary battery of Example 1 prepared by adding succinonitrile and 3-toluene fluoride was used, and the battery of Comparative Example 1, which did not use the electrolyte additive as a control, and the succinonitrile prepared by adding the succinonitrile to the electrolyte were prepared. The battery of Comparative Example 2 was used.
각 전지들을 6V/1A, 12V/1A, 18V/1A의 조건으로 충전하였으며, 이후 전지의 상태를 관찰하였다. Each battery was charged under the conditions of 6V / 1A, 12V / 1A, and 18V / 1A, and then the state of the cells was observed.
실험 결과, 첨가제를 사용하지 않은 전해액을 포함하는 비교예 1의 리튬 이차 전지는 6V/1A 및 12V/1A의 과충전 조건에서 전지의 온도가 급상승했으며, 전지의 발화 및 폭발이 발생하였다(도 3a 및 3b 참조). 이에 비해 전해액에 숙시노니트릴을 포함하는 실시예 1 및 비교예 2의 리튬 이차 전지는 모두 과충전시 안전한 상태를 보여주었다(도 4 및 도 5 참조). As a result of the experiment, the lithium secondary battery of Comparative Example 1 including the electrolyte solution without using an additive rapidly increased the temperature of the battery under overcharge conditions of 6V / 1A and 12V / 1A, and caused ignition and explosion of the battery (FIGS. 3A and 3A). 3b). In comparison, the lithium secondary batteries of Example 1 and Comparative Example 2 including succinonitrile in the electrolyte showed a safe state when overcharged (see FIGS. 4 and 5).
2-2. 고온 노출(Hot Box) 실험2-2. Hot Box Experiment
숙시노니트릴 및 3-불화톨루엔을 전해액에 첨가하여 제조된 실시예 1의 리튬 이차 전지를 사용하였으며, 대조군으로 전해액 첨가제를 사용하지 않은 비교예 1의 전지 및 숙시노니트릴을 전해액에 첨가하여 제조된 비교예 2의 전지를 사용하였다.The lithium secondary battery of Example 1 prepared by adding succinonitrile and 3-toluene fluoride was used, and the battery of Comparative Example 1, which did not use the electrolyte additive as a control, and the succinonitrile prepared by adding the succinonitrile to the electrolyte were prepared. The battery of Comparative Example 2 was used.
실시예 1과 비교예 2에서의 각 전지들은 2시간 30분 동안 1C 조건으로 4.5V까지 충전한 후 정전압 상태로 유지하여, 대류가 가능한 오븐에 넣고 상온으로부터 분당 5℃ (5℃/분)로 승온시켜 150℃의 고온에서 각각 1시간 동안 노출시켜 전지의 발화 여부를 관찰하였다. 비교예 1에서는 각 전지들을 2시간 30분 동안 1C 조건으로 4.4 V까지 충전한 후 정전압 상태로 유지하여 동일한 고온 노출 실험을 진행하였다. Each of the batteries in Example 1 and Comparative Example 2 was charged to 4.5V at 1C for 2 hours and 30 minutes and then maintained at a constant voltage, and placed in a convection-enabled oven at 5 ° C. per minute (5 ° C./min) from room temperature. The temperature was elevated and exposed for 1 hour at a high temperature of 150 ℃ to observe whether the battery ignited. In Comparative Example 1, each battery was charged to 4.4 V under 1C for 2 hours and 30 minutes, and then maintained in a constant voltage state.
실험 결과, 첨가제를 사용하지 않은 전해액을 포함하는 비교예 1의 4.4V까지 충전한 리튬 이차 전지는 고온 노출 실험에서 발화 현상을 나타냈다(도 6 참조). 이에 비해 전해액에 숙시노니트릴을 포함하는 실시예 1 및 비교예 2의 리튬 이차 전지는 4.5V의 충전 조건에서도 모두 안전한 상태를 나타냄으로써, 숙시노니트릴이 전지의 안전성 향상을 도모한다는 것을 확인할 수 있었다(도 7 및 도 8 참조). As a result of the experiment, the lithium secondary battery charged to 4.4 V of Comparative Example 1 containing the electrolyte solution without using an additive exhibited a ignition phenomenon in the high temperature exposure experiment (see FIG. 6). On the contrary, the lithium secondary batteries of Example 1 and Comparative Example 2 containing succinonitrile in the electrolyte showed a safe state even under a charging condition of 4.5 V, indicating that succinonitrile improves the safety of the battery. (See FIGS. 7 and 8).
실험예 3. 리튬 이차 전지의 고온 보존 평가Experimental Example 3. High Temperature Storage Evaluation of Lithium Secondary Battery
본 발명에서 제조된 4.35V 이상급 리튬 이차 전지에 대하여 하기와 같이 고온 보존 실험을 수행하였다.The high temperature storage experiment was performed on the 4.35V or more lithium secondary battery manufactured in the present invention as follows.
3-1. 고온 장기 저장 특성 실험 (Siemens thermal cycle)3-1. Siemens thermal cycle
숙시노니트릴 및 3-불화톨루엔을 전해액에 첨가하여 제조된 실시예 1의 리튬 이차 전지를 사용하였으며, 대조군으로 숙시노니트릴 및 세바코니트릴을 각각 전해액에 첨가하여 제조된 비교예 2 및 비교예 3의 전지를 사용하였다.The lithium secondary battery of Example 1 prepared by adding succinonitrile and 3- toluene to the electrolyte was used, and Comparative Example 2 and Comparative Example 3 prepared by adding succinonitrile and sebaconitrile to the electrolyte, respectively, as a control. The battery of was used.
각 전지를 1C의 충전 전류로 4.35V까지 충전을 실시하였고 (4.35V에서 전류 가 18mA로 떨어질 때까지 정전압으로 유지), GSM 펄스(pulse) 방전을 3.1V 까지 실시하여 초기 방전 용량을 확인하였다. 이후 다시 4.35V로 상기와 같은 조건으로 충전을 시킨 후, 이어서 80℃에서 3시간 보존/상온에서 7시간 보존하는 것을 30 사이클을 반복하였다. 30 사이클 진행이 완료된 후 셀의 두께 변화, OCV(open circuit voltage)의 변화, 임피던스(impedance)의 변화를 각각 측정한 이후 GSM 조건으로 펄스(pulse) 방전하여 전지의 잔존용량을 측정하였다. 잔존용량 측정 후 충방전을 3회 실시하여 전지의 GSM 회복용량(recovery capacity) 을 측정하였다.Each cell was charged up to 4.35V with a charging current of 1C (maintained at constant voltage until the current dropped to 18mA at 4.35V) and GSM pulse discharge was performed to 3.1V to confirm the initial discharge capacity. After charging again under the same conditions as 4.35V, and then repeated 30 cycles to store 3 hours at 80 ℃ / 7 hours at room temperature. After completion of 30 cycles, cell thickness change, OCV (open circuit voltage) change, and impedance (impedance) change were measured, respectively, and then pulse discharge was performed under GSM conditions to measure the remaining capacity of the battery. After the remaining capacity was measured and charged and discharged three times, the GSM recovery capacity of the battery was measured.
실험 결과, 숙시노니트릴 및 3-불화톨루엔 화합물을 전해액 첨가제로 사용한 실시예 1의 4.35V급 리튬 이차 전지는 숙시노니트릴 및 세바코니트릴을 각각 전해액 첨가제로 사용한 비교예 2 및 3의 전지에 비해 부풀지 않았으며, 고온 장기 저장 특성이 향상됨을 보여주었다(도 9 참조).As a result, the 4.35V class lithium secondary battery of Example 1 using the succinonitrile and 3-fluoride toluene compound as electrolyte additives was compared with the batteries of Comparative Examples 2 and 3 using succinonitrile and sebaconitrile as electrolyte additives, respectively. It did not swell and showed high temperature long term storage properties (see FIG. 9).
3-2. 고온 장기 저장 특성 실험 (80℃ 5일 Siemens storage)3-2. High temperature long term storage characteristics test (80
숙시노니트릴 및 3-불화톨루엔을 전해액에 첨가하여 제조된 실시예 1의 리튬 이차 전지를 사용하였으며, 대조군으로 전해액에 각각 숙시노니트릴 및 세바코니트릴을 첨가하여 제조된 비교예 2 및 비교예 3의 전지를 사용하였다.The lithium secondary battery of Example 1 prepared by adding succinonitrile and 3-toluene fluoride was used, and Comparative Example 2 and Comparative Example 3 prepared by adding succinonitrile and sebaconitrile to the electrolyte as control, respectively. The battery of was used.
각 전지를 80℃에서 5일간 장기 보존한 것을 제외하고는, 상기 실험예 3-1(Siemens thermal cycle)과 동일한 방법을 수행하여 전지의 회복용량(recovery capacity) 측정하였다.The recovery capacity of the batteries was measured by performing the same method as Experimental Example 3-1 (Siemens thermal cycle) except that each battery was stored at 80 ° C. for 5 days.
실험 결과, 80℃의 온도에서 5일 동안 저장한 후 비교예 2 및 3의 전지 두께는 현저하게 증가함을 보여주었다(도 10 참조). 이는 니트릴기 함유 화합물인 숙시 노니트릴 또는 세바코니트릴 화합물을 4.35V 이상의 고전압 전지의 전해액 첨가제로 사용시 전지의 안전성과 고온 사이틀 특성은 향상되나, 고온 장기 보관시 상기 디니트릴 화합물이 분해되어 형성된 두꺼운 절연층으로 인해 전지가 두꺼워지며, 이에 따라 회복 용량이 감소함을 나타내는 것이다. 이에 비하여, 숙시노니트릴 및 3-불화톨루엔 화합물을 전해액 첨가제로 사용한 실시예 1의 4.35V급 리튬 이차 전지는 80℃의 고온에서 장기 보존한 후에도 전지의 부풀림 현상이 나타나지 않았다(도 10 참조).Experimental results showed that after storing for 5 days at a temperature of 80 ℃ the cell thickness of Comparative Examples 2 and 3 significantly increased (see FIG. 10). When the succinonitrile or sebaconnitrile compound containing a nitrile group-containing compound is used as an electrolyte additive of a high voltage battery of 4.35 V or higher, the battery safety and high temperature cycle characteristics are improved, but the thick insulation formed by decomposition of the dinitrile compound during high temperature long-term storage The layer makes the cell thicker, indicating a decrease in recovery capacity. On the other hand, the 4.35V class lithium secondary battery of Example 1 using the succinonitrile and 3-fluoride toluene compound as the electrolyte additive did not show swelling of the battery even after long-term storage at a high temperature of 80 ° C (see FIG. 10).
이로서, 본 발명은 4.35V 이상 고전압 전지의 고온사이클 특성 및 안전성 향상제인 니트릴기 함유 화합물에 의해 발생되는 고온 저장시의 문제점을 4.7V 이상의 반응 전위를 갖는 불화톨루엔 화합물을 사용함으로써 유의적으로 향상시킬 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.Thus, the present invention can significantly improve the problems in high temperature storage caused by nitrile group-containing compounds, which are high temperature cycle characteristics and safety enhancers of high voltage batteries of 4.35 V or more, by using a toluene fluoride compound having a reaction potential of 4.7 V or more. I could confirm that there is.
본 발명에 따른 리튬 이차 전지는 고온 사이클 특성 및 안전성을 도모하고자 전해액에 첨가된 니트릴기 함유 화합물로 인해 발생되는 고온 보존시의 전지 부풀림 현상 및 용량 저하를 불화톨루엔 화합물을 첨가함으로써 향상시킬 수 있다.The lithium secondary battery according to the present invention can improve the battery swelling phenomenon and capacity drop during the high temperature storage caused by the nitrile group-containing compound added to the electrolyte in order to improve the high temperature cycle characteristics and safety by adding a toluene fluoride compound.
Claims (9)
Priority Applications (10)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020040115350A KR100826084B1 (en) | 2004-12-29 | 2004-12-29 | Additives for lithium secondarty battery |
US11/139,897 US20060024584A1 (en) | 2004-05-28 | 2005-05-27 | Additives for lithium secondary battery |
PCT/KR2005/001557 WO2005117198A1 (en) | 2004-05-28 | 2005-05-27 | Additives for lithium secondary battery |
TW094117413A TWI306680B (en) | 2004-05-28 | 2005-05-27 | Additives for lithium secondary battery |
JP2007526993A JP4543085B2 (en) | 2004-05-28 | 2005-05-27 | Additive for lithium secondary battery |
CNB200580017212XA CN100550503C (en) | 2004-05-28 | 2005-05-27 | Additive for lithium secondary batteries |
RU2006142312/09A RU2327260C1 (en) | 2004-05-28 | 2005-05-27 | Additives to lithium secondary battery |
BRPI0511204A BRPI0511204B1 (en) | 2004-05-28 | 2005-05-27 | lithium secondary battery |
DE602005020295T DE602005020295D1 (en) | 2004-05-28 | 2005-05-27 | ADDITIVES FOR A LITHIUM SECONDARY BATTERY |
EP05746057A EP1766717B1 (en) | 2004-05-28 | 2005-05-27 | Additives for lithium secondary battery |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020040115350A KR100826084B1 (en) | 2004-12-29 | 2004-12-29 | Additives for lithium secondarty battery |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20060075966A KR20060075966A (en) | 2006-07-04 |
KR100826084B1 true KR100826084B1 (en) | 2008-04-29 |
Family
ID=37168449
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020040115350A KR100826084B1 (en) | 2004-05-28 | 2004-12-29 | Additives for lithium secondarty battery |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR100826084B1 (en) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100814885B1 (en) | 2006-11-17 | 2008-03-20 | 삼성에스디아이 주식회사 | Rechargeable lithium battery |
CN102544585A (en) | 2007-04-05 | 2012-07-04 | 三菱化学株式会社 | Nonaqueous electrolyte for rechargeable battery, and rechargeable battery with nonaqueous electrolyte |
KR20090063441A (en) | 2007-12-14 | 2009-06-18 | 삼성에스디아이 주식회사 | Lithium secondary battery |
US9093702B2 (en) | 2009-09-03 | 2015-07-28 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Electrolytic solution for lithium battery, lithium battery employing the same and method for operating the lithium battery |
KR102187691B1 (en) | 2013-08-26 | 2020-12-07 | 솔브레인 주식회사 | Electrolyte and lithium secondary battery comprising the same |
KR102398690B1 (en) | 2019-01-24 | 2022-05-17 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | Lithium secondary battery |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20040083670A (en) * | 2003-03-24 | 2004-10-06 | 삼성에스디아이 주식회사 | A non-aqueous electrolyte and a lithium secondary battery comprising the same |
-
2004
- 2004-12-29 KR KR1020040115350A patent/KR100826084B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20040083670A (en) * | 2003-03-24 | 2004-10-06 | 삼성에스디아이 주식회사 | A non-aqueous electrolyte and a lithium secondary battery comprising the same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20060075966A (en) | 2006-07-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4543085B2 (en) | Additive for lithium secondary battery | |
JP4975617B2 (en) | 4.35V or higher lithium secondary battery | |
JP3844733B2 (en) | Nonaqueous electrolyte secondary battery | |
JP4092618B2 (en) | Nonaqueous electrolyte secondary battery | |
JP4837614B2 (en) | Lithium secondary battery | |
KR101581780B1 (en) | electrolyte for lithium secondary battery and lithium secondary battery containing the same | |
US11876177B2 (en) | Non-aqueous electrolyte solution for lithium secondary battery and lithium secondary battery including the same | |
KR101836043B1 (en) | Nonaqueous electrolyte secondary battery | |
CN101375459A (en) | Additives for non-aqueous electrolyte and lithium secondary battery using the same | |
KR20140094959A (en) | Electrolyte for rechargeable lithium battery, and rechargeable lithium battery including the same | |
KR102068707B1 (en) | Electrolyte solution and lithium secondary battery comprising the same | |
KR20150095248A (en) | Electrolyte with additive for lithium secondary battery and lithium secondary battery | |
KR101542071B1 (en) | Electrolyte for long cycle life secondary battery and secondary battery containing the same | |
US20040214092A1 (en) | Electrolyte for rechargeable lithium battery and rechargeable lithium battery comprising same | |
US10090559B2 (en) | Non-aqueous electrolyte and lithium secondary battery including the same | |
KR100804980B1 (en) | Additives for secondarty battery and lithium secondary battery using the same | |
KR100826084B1 (en) | Additives for lithium secondarty battery | |
KR101586681B1 (en) | electrolyte for lithium secondary battery and lithium secondary battery containing the same | |
KR20060075970A (en) | Lithium secondary battery comprising electrolyte added with nitrile group-containing compound and preparation method thereof | |
KR101625848B1 (en) | electrolyte for lithium secondary battery and lithium secondary battery containing the same | |
JP2002260726A (en) | Nonaqueous electrolyte secondary battery | |
KR20220004305A (en) | Electrolyte for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising the same | |
KR20150109732A (en) | Electrolyte for high capacity secondary battery and secondary battery containing the same | |
KR100751206B1 (en) | Additives for lithium secondarty battery with charge-cutoff voltages over 4.35 | |
KR100786942B1 (en) | Lithium secondarty battery additives |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20130410 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140318 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150416 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160418 Year of fee payment: 9 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20170328 Year of fee payment: 10 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180418 Year of fee payment: 11 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190401 Year of fee payment: 12 |