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KR102260832B1 - Electrolyte of rechargeable lithium battery and rechargeable lithium battery including same - Google Patents

Electrolyte of rechargeable lithium battery and rechargeable lithium battery including same Download PDF

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KR102260832B1
KR102260832B1 KR1020180107029A KR20180107029A KR102260832B1 KR 102260832 B1 KR102260832 B1 KR 102260832B1 KR 1020180107029 A KR1020180107029 A KR 1020180107029A KR 20180107029 A KR20180107029 A KR 20180107029A KR 102260832 B1 KR102260832 B1 KR 102260832B1
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South Korea
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electrolyte
lithium secondary
additive
secondary battery
active material
Prior art date
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KR1020180107029A
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박혜진
문정진
우명희
이하림
임진혁
정성훈
조원석
최현봉
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

리튬 이차 전지용 전해질 및 이를 리튬 이차 전지에 관한 것으로서, 이 전해질은 비수성 유기 용매, 리튬염 및 하기 화학식 1로 표현되는 첨가제를 포함한다.
[화학식 1]

Figure 112018089124029-pat00010

(상기 화학식 1에서, 각 치환기의 정의는 상세한 설명과 동일하다)An electrolyte for a lithium secondary battery and the same relates to a lithium secondary battery, wherein the electrolyte includes a non-aqueous organic solvent, a lithium salt, and an additive represented by the following formula (1).
[Formula 1]
Figure 112018089124029-pat00010

(In Formula 1, the definition of each substituent is the same as in the detailed description)

Description

리튬 이차 전지용 전해질 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지{ELECTROLYTE OF RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY AND RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY INCLUDING SAME}Electrolyte for a lithium secondary battery and a lithium secondary battery comprising the same {ELECTROLYTE OF RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY AND RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY INCLUDING SAME}

리튬 이차 전지용 전해질 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것이다.It relates to an electrolyte for a lithium secondary battery and a lithium secondary battery including the same.

리튬 이차 전지는 방전 전압이 높고 에너지 밀도가 높아, 다양한 전자기기의 전원으로 주목받고 있다.Lithium secondary batteries have a high discharge voltage and high energy density, attracting attention as a power source for various electronic devices.

리튬 이차 전지의 양극 활물질로는 LiCoO2, LiMn2O4, LiNi1-xCoxO2(0 < x < 1)등과 같이 리튬 이온의 인터칼레이션이 가능한 구조를 가진 리튬과 전이 금속으로 이루어진 산화물이 주로 사용된다.As a cathode active material for a lithium secondary battery, LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNi 1-x Co x O 2 (0 < x < 1) Lithium having a structure that allows intercalation of lithium ions and a transition metal, such as Oxides are mainly used.

음극 활물질로는 리튬의 삽입/탈리가 가능한 인조, 천연 흑연, 하드 카본을 포함한 다양한 형태의 탄소계 재료가 주로 사용되고 있다. As an anode active material, various types of carbon-based materials including artificial, natural graphite, and hard carbon capable of insertion/desorption of lithium are mainly used.

리튬 이차 전지의 전해질로는 리튬염이 용해된 유기 용매가 사용되고 있다.An organic solvent in which a lithium salt is dissolved is used as an electrolyte for a lithium secondary battery.

리튬 이차 전지를 고온에서 저장시 가스 발생으로 인하여 전지 두께가 현저하게 팽창되는 문제가 발생할 수 있다.When the lithium secondary battery is stored at a high temperature, there may be a problem in that the thickness of the battery is significantly expanded due to gas generation.

일 구현예는 고온 저장시 가스 발생을 억제할 수 있어, 결과적으로 전지 두께 팽창을 억제할 수 있는 리튬 이차 전지용 전해질을 제공하는 것이다.One embodiment is to provide an electrolyte for a lithium secondary battery capable of suppressing the generation of gas during high-temperature storage, and consequently suppressing the thickness expansion of the battery.

다른 구현예는 상기 전해질을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공하는 것이다. Another embodiment is to provide a lithium secondary battery including the electrolyte.

일 구현예에 따르면, 비수성 유기 용매 리튬염 및 하기 화학식 1로 표현되는 첨가제를 포함하는 리튬 이차 전지용 전해질을 제공한다.According to one embodiment, there is provided an electrolyte for a lithium secondary battery comprising a non-aqueous organic solvent lithium salt and an additive represented by the following Chemical Formula 1.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112018089124029-pat00001
Figure 112018089124029-pat00001

상기 화학식 1에서, X1은 탄소 또는 N이고, Ra는 치환된 또는 비치환된 알킬기이다. 상기 치환된 알킬기는 불소 치환된 알킬기이다.In Formula 1, X1 is carbon or N, and R a is a substituted or unsubstituted alkyl group. The substituted alkyl group is a fluorine-substituted alkyl group.

상기 첨가제의 함량은 상기 전해질 전체 중량에 대하여 0.1 중량% 내지 3 중량%일 수 있다. 일 구현예에 따르면, 상기 첨가제의 함량은 전해질 전체 중량에 대하여 1 중량% 내지 2 중량%일 수 있다.The content of the additive may be 0.1 wt% to 3 wt% based on the total weight of the electrolyte. According to one embodiment, the content of the additive may be 1 wt% to 2 wt% based on the total weight of the electrolyte.

상기 전해질은 플루오로에틸렌 카보네이트, 비닐렌 카보네이트, 숙시노니트릴, 헥산 트리시아나이드, LiBF4, 또는 이들의 조합인 제2 첨가제를 더욱 포함할 수 있다. 상기 제2 첨가제의 함량은 상기 전해질 전체 중량에 대하여 5 중량% 내지 20 중량%일 수 있다.The electrolyte may further include a second additive that is fluoroethylene carbonate, vinylene carbonate, succinonitrile, hexane tricyanide, LiBF 4 , or a combination thereof. The content of the second additive may be 5 wt% to 20 wt% based on the total weight of the electrolyte.

다른 일 구현예는 음극 활물질을 포함하는 음극; 양극 활물질을 포함하는 양극; 및 상기 전해질을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다. Another embodiment is a negative electrode comprising a negative active material; a positive electrode including a positive active material; And it provides a lithium secondary battery comprising the electrolyte.

기타 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.The details of other implementations are included in the detailed description below.

본 발명의 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지용 전해질은 고온 저장 특성, 특히 고온 스웰링 특성을 향상시킬 수 있다. The electrolyte for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention may improve high-temperature storage characteristics, particularly high-temperature swelling characteristics.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지를 간략하게 나타낸 도면.
도 2는 실시예 2 및 비교예 1의 전해질의 CV 결과를 나타낸 그래프.
1 is a view schematically showing a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a graph showing the CV results of the electrolyte of Example 2 and Comparative Example 1.

이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, this is presented as an example, and the present invention is not limited thereto, and the present invention is only defined by the scope of the claims to be described later.

일 구현예는 비수성 유기 용매 리튬염 및 하기 화학식 1로 표현되는 첨가제를 포함하는 리튬 이차 전지용 전해질을 제공한다.One embodiment provides an electrolyte for a lithium secondary battery comprising a non-aqueous organic solvent lithium salt and an additive represented by Formula 1 below.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112018089124029-pat00002
Figure 112018089124029-pat00002

상기 화학식 1에서, X1은 탄소 또는 N이고, 일 구현예에 따르면, X1은 N일 수 있다. 상기 화학식 1에서, Ra는 치환된 또는 비치환된 알킬기이다. 이 알킬기는 C1 내지 C20 알킬기이며, 선형 또는 분지형 알킬기이다. 또한, 상기 치환된 알킬기는 불소 치환된 알킬기이다. 즉, 치환된 알킬기는 적어도 하나의 수소가 불소로 치환된 알킬기로서, 그 예를 들면, -(CF2)n-CF3(n은 0 내지 20의 정수임)일 수 있다.In Formula 1, X1 may be carbon or N, and according to one embodiment, X1 may be N. In Formula 1, R a is a substituted or unsubstituted alkyl group. This alkyl group is a C1 to C20 alkyl group, and is a linear or branched alkyl group. In addition, the substituted alkyl group is a fluorine-substituted alkyl group. That is, the substituted alkyl group is an alkyl group in which at least one hydrogen is substituted with fluorine, and may be, for example, -(CF 2 ) n -CF 3 (n is an integer of 0 to 20).

일 구현예에서, 상기 화학식 1의 구체적인 예는 하기 화학식 1a 또는 하기 화학식 1b일 수 있다.In one embodiment, a specific example of Formula 1 may be Formula 1a or Formula 1b below.

[화학식 1a][Formula 1a]

Figure 112018089124029-pat00003
Figure 112018089124029-pat00003

[화학식 1b][Formula 1b]

Figure 112018089124029-pat00004
Figure 112018089124029-pat00004

일 구현예에 따른 첨가제를 포함하는 전해질을 사용하는 전지를 충방전을 진행하는 경우, 첨가제가 분해되어 음극 표면에 리튬 이온의 전달성이 우수하고, 고온 저장시 안정한 피막을 형성하여, 고온에서의 가스 발생을 억제할 수 있고, 이에 개선된 스웰링 특성을 나타낼 수 있다.When charging and discharging a battery using an electrolyte including an additive according to one embodiment, the additive is decomposed to have excellent lithium ion transfer properties on the surface of the negative electrode, and forms a stable film when stored at a high temperature. It is possible to suppress the generation of gas, thereby exhibiting improved swelling properties.

상기 화학식 1에 나타낸 것과 같이, 일 구현예에 따른 첨가제는 5원링에 S를 포함하고, 이 5원링에 -SO2Ra이 결합되므로, 음극 표면에서 환원 분해되어 열적 안정성이 우수한 폴리 설포네이트계 피막을 형성할 수 있고, 이에 고온 저장 특성을 개선시킬 수 있다. 이러한 특성은 5원링에 S와 함께 N을 더욱 포함하며(즉, X1이 N인 경우), 이 5원링에 포함되는 N에 -SO2Ra이 결합되는 경우, 더욱 극대화될 수 있어 적절하다.As shown in Formula 1, the additive according to an embodiment contains S in the 5-membered ring, and -SO 2 R a is bonded to the 5-membered ring, so it is reduced and decomposed on the surface of the anode to have excellent thermal stability. A film can be formed, thereby improving high-temperature storage characteristics. This property further includes N along with S in the five-membered ring (ie, when X1 is N), and when -SO 2 R a is combined with N included in the five-membered ring, it can be further maximized, so it is appropriate.

상기 5원링에 S를 포함하지 않거나, S를 포함하더라도, 5원링에 알킬기가 결합되는 경우에는 음극에 과도한 피막을 형성하여 초기 두께와 저항을 상승시키는문제가 있다. If S is not included in the 5-membered ring, or even includes S, when an alkyl group is bonded to the 5-membered ring, there is a problem in that an excessive film is formed on the negative electrode to increase the initial thickness and resistance.

특히, 종래 고온 저장시 스웰링 특성을 개선하고자 주로 사용되는 프로판 설톤의 경우, 고온 저장시 스웰링 특성은 개선할 수 있으나 저항을 증가시켜 용량 유지율과 용량 회복율을 악화시키는 문제가 있었으나, 일 구현예에 따른 화학식 1의 첨가제는 고온에서 안정적인 피막을 형성시키면서 저항을 증가시키지 않기 때문에 고온 저장시 스웰링 특성과 용량 유지율 및 회복율을 효과적으로 향상시킬 수 있다. In particular, in the case of propane sultone, which is mainly used to improve the swelling characteristics when stored at a high temperature, the swelling characteristics can be improved when stored at a high temperature, but there is a problem in that the capacity retention rate and capacity recovery rate are deteriorated by increasing the resistance. Since the additive of Chemical Formula 1 according to Formula 1 does not increase resistance while forming a stable film at high temperature, it is possible to effectively improve the swelling characteristics, capacity retention rate, and recovery rate during high temperature storage.

상기 첨가제의 함량은 상기 전해질 전체 중량에 대하여 0.1 중량% 내지 3 중량%일 수 있고, 상기 첨가제의 함량은 전해질 전체 중량에 대하여 1 중량% 내지 2중량%일 수 있다. 상기 첨가제의 함량이 상기 범위에 포함되는 경우, 이 전지를 저장시 전해액 분해로 인한 가스 발생이 거의 일어나지 않으면서, 특히 고온 저장시에 가스 발생이 거의 일어나지 않아, 보다 향상된 고온 저장 특성을 나타낼 수 있다. 만약 상기 첨가제 함량이 0.1 중량% 미만인 경우에는 음극 표면에 피막을 다소 충분하게 형성하지 못하여, 고온 특성 개선 효과가 다소 미미하며, 첨가제 함량이 3 중량%를 초과하는 경우에는, 전해액이 다소 심하게 분해되어, 가스 발생량이 증가하므로, 이로 인하여 초기 두께와 저항을 다소 상승시킬 수 있다. The content of the additive may be 0.1 wt% to 3 wt% based on the total weight of the electrolyte, and the content of the additive may be 1 wt% to 2 wt% based on the total weight of the electrolyte. When the content of the additive is included in the above range, gas generation due to decomposition of the electrolyte hardly occurs when the battery is stored, and in particular, gas generation hardly occurs during high-temperature storage, thereby exhibiting improved high-temperature storage characteristics. If the additive content is less than 0.1% by weight, the film cannot be sufficiently formed on the surface of the anode, so the effect of improving the high-temperature characteristics is somewhat insignificant. When the additive content exceeds 3% by weight, the electrolyte is somewhat severely decomposed, , since the amount of gas generated increases, this may slightly increase the initial thickness and resistance.

상기 전해질은 상기 첨가제를 제1 첨가제로 포함하면서, 플루오로에틸렌 카보네이트, 비닐렌 카보네이트, 숙시노니트릴, 헥산 트리시아나이드, LiBF4, 또는 이들의 조합인 제2 첨가제를 더욱 포함할 수 있다. 상기 제2 첨가제를 더욱 포함하는 경우, 음극 표면에 보다 견고한 피막을 형성하고, 양극 계면을 안정화하여, 부수적인 전해액 분해를 보다 잘 방지할 수 있다. 상기 제2 첨가제를 더욱 포함하는 경우, 제2 첨가제의 함량은 상기 전해질 전체 중량에 대하여 5 중량% 내지 20 중량%일 수 있다. 제2 첨가제를 상기 범위의 양으로 포함하는 경우, 제2 첨가제를 사용함에 따른 효과를 더욱 적절하게 얻을 수 있다. 만약, 상기 제2 첨가제를 상기 함량보다 과량 사용하는 경우에는 저항을 과도하게 증가시켜 충방전 사이클이 진행되는 동안, 전지 열화 문제를 발생시킬 수 있다. 상기 제2 첨가제로, 플루오로에틸렌 카보네이트, 비닐렌 카보네이트, 숙시노니트릴, 헥산 트리시아나이드 또는 LiBF4를 혼합하여 사용하는 경우, 이들의 혼합비는 적절하게 조절할 수 있으며, 한정할 필요는 없다.The electrolyte may further include a second additive that is fluoroethylene carbonate, vinylene carbonate, succinonitrile, hexane tricyanide, LiBF 4 , or a combination thereof while including the additive as the first additive. When the second additive is further included, a more robust film is formed on the surface of the anode, and the anode interface is stabilized, so that collateral decomposition of the electrolyte can be better prevented. When the second additive is further included, the content of the second additive may be 5 wt% to 20 wt% based on the total weight of the electrolyte. When the second additive is included in an amount within the above range, the effect of using the second additive may be more appropriately obtained. If the second additive is used in excess of the amount, resistance may be excessively increased to cause deterioration of the battery during the charge/discharge cycle. As the second additive, when fluoroethylene carbonate, vinylene carbonate, succinonitrile, hexane tricyanide or LiBF 4 is mixed and used, the mixing ratio thereof may be appropriately adjusted, and there is no need to limit it.

상기 비수성 유기 용매는 전지의 전기화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 한다. The non-aqueous organic solvent serves as a medium through which ions involved in the electrochemical reaction of the battery can move.

상기 비수성 유기 용매로는 카보네이트계, 에스테르계, 에테르계, 케톤계, 알코올계, 또는 비프로톤성 용매를 사용할 수 있다. As the non-aqueous organic solvent, a carbonate-based, ester-based, ether-based, ketone-based, alcohol-based, or aprotic solvent may be used.

상기 카보네이트계 용매로는 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트(DPC), 메틸프로필 카보네이트(MPC), 에틸프로필 카보네이트(EPC), 메틸에틸 카보네이트(MEC), 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 부틸렌 카보네이트(BC) 등이 사용될 수 있다. 상기 에스테르계 용매로는 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, n-프로필 아세테이트, 디메틸아세테이트, 메틸프로피오네이트, 에틸프로피오네이트, 프로필프로피오네이트, γ-부티로락톤, 데카놀라이드(decanolide), 발레로락톤, 메발로노락톤(mevalonolactone), 카프로락톤(caprolactone) 등이 사용될 수 있다. Examples of the carbonate-based solvent include dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate (DPC), methylpropyl carbonate (MPC), ethylpropyl carbonate (EPC), methylethyl carbonate (MEC), ethylene carbonate ( EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), and the like may be used. Examples of the ester solvent include methyl acetate, ethyl acetate, n-propyl acetate, dimethyl acetate, methylpropionate, ethylpropionate, propylpropionate, γ-butyrolactone, decanolide, valero. Lactone, mevalonolactone (mevalonolactone), caprolactone (caprolactone) and the like may be used.

상기 에테르계 용매로는 디부틸 에테르, 테트라글라임, 디글라임, 디메톡시에탄, 2-메틸테트라히드로퓨란, 테트라히드로퓨란 등이 사용될 수 있으며, 상기 케톤계 용매로는 시클로헥사논 등이 사용될 수 있다. Dibutyl ether, tetraglyme, diglyme, dimethoxyethane, 2-methyltetrahydrofuran, tetrahydrofuran, etc. may be used as the ether-based solvent, and cyclohexanone, etc. may be used as the ketone-based solvent. have.

상기 알코올계 용매로는 에틸알코올, 이소프로필 알코올 등이 사용될 수 있으며, 상기 비프로톤성 용매로는 T-CN(T는 탄소수 2 내지 20의 직쇄상, 분지상, 또는 환 구조의 탄화수소기이며, 이중결합 방향 환 또는 에테르 결합을 포함할 수 있다) 등의 니트릴류, 디메틸포름아미드 등의 아미드류,1,3-디옥솔란 등의 디옥솔란류, 설포란(sulfolane)류 등이 사용될 수 있다. Ethyl alcohol, isopropyl alcohol, etc. may be used as the alcohol-based solvent, and the aprotic solvent is T-CN (T is a linear, branched, or cyclic hydrocarbon group having 2 to 20 carbon atoms, nitriles such as nitriles (which may contain double bond aromatic rings or ether bonds), amides such as dimethylformamide, dioxolanes such as 1,3-dioxolane, sulfolanes, and the like can be used.

상기 비수성 유기 용매는 단독으로 또는 하나 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 하나 이상 혼합하여 사용하는 경우의 혼합 비율은 목적하는 전지 성능에 따라 적절하게 조절할 수 있고, 이는 당해 분야에 종사하는 사람들에게는 널리 이해될 수 있다.The non-aqueous organic solvent may be used alone or in combination of one or more. When one or more are mixed and used, the mixing ratio can be appropriately adjusted according to the desired battery performance, which can be widely understood by those skilled in the art.

또한, 상기 카보네이트계 용매의 경우 환형(cyclic) 카보네이트와 사슬형(chain) 카보네이트를 혼합하여 사용하는 것이 좋다. 이 경우 환형 카보네이트와 사슬형 카보네이트는 1:1 내지 1:9의 부피비로 혼합하여 사용하는 것이 전해액의 성능이 우수하게 나타날 수 있다. In addition, in the case of the carbonate-based solvent, it is preferable to use a mixture of a cyclic carbonate and a chain carbonate. In this case, when the cyclic carbonate and the chain carbonate are mixed in a volume ratio of 1:1 to 1:9, the electrolyte may exhibit excellent performance.

상기 비수성 유기용매는 상기 카보네이트계 용매에 방향족 탄화수소계 유기용매를 더 포함할 수도 있다. 이때 상기 카보네이트계 용매와 방향족 탄화수소계 유기용매는1:1 내지 30:1의 부피비로 혼합될 수 있다.The non-aqueous organic solvent may further include an aromatic hydrocarbon-based organic solvent in the carbonate-based solvent. In this case, the carbonate-based solvent and the aromatic hydrocarbon-based organic solvent may be mixed in a volume ratio of 1:1 to 30:1.

상기 방향족 탄화수소계 유기용매로는 하기 화학식 2의 방향족 탄화수소계 화합물이 사용될 수 있다.As the aromatic hydrocarbon-based organic solvent, an aromatic hydrocarbon-based compound represented by the following Chemical Formula 2 may be used.

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112018089124029-pat00005
Figure 112018089124029-pat00005

(상기 화학식 2에서, R1 내지 R6는 서로 동일하거나 상이하며 수소, 할로겐, 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 할로알킬기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것이다.)(In Formula 2, R 1 to R 6 are the same as or different from each other and are selected from the group consisting of hydrogen, halogen, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a haloalkyl group, and combinations thereof.)

상기 방향족 탄화수소계 유기용매의 구체적인 예로는 벤젠, 플루오로벤젠, 1,2-디플루오로벤젠, 1,3-디플루오로벤젠, 1,4-디플루오로벤젠, 1,2,3-트리플루오로벤젠, 1,2,4-트리플루오로벤젠, 클로로벤젠, 1,2-디클로로벤젠, 1,3-디클로로벤젠, 1,4-디클로로벤젠, 1,2,3-트리클로로벤젠, 1,2,4-트리클로로벤젠, 아이오도벤젠, 1,2-디아이오도벤젠, 1,3-디아이오도벤젠, 1,4-디아이오도벤젠, 1,2,3-트리아이오도벤젠, 1,2,4-트리아이오도벤젠, 톨루엔, 플루오로톨루엔, 2,3-디플루오로톨루엔, 2,4-디플루오로톨루엔, 2,5-디플루오로톨루엔, 2,3,4-트리플루오로톨루엔, 2,3,5-트리플루오로톨루엔, 클로로톨루엔, 2,3-디클로로톨루엔, 2,4-디클로로톨루엔, 2,5-디클로로톨루엔, 2,3,4-트리클로로톨루엔, 2,3,5-트리클로로톨루엔, 아이오도톨루엔, 2,3-디아이오도톨루엔, 2,4-디아이오도톨루엔, 2,5-디아이오도톨루엔, 2,3,4-트리아이오도톨루엔, 2,3,5-트리아이오도톨루엔, 자일렌, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것이다.Specific examples of the aromatic hydrocarbon-based organic solvent include benzene, fluorobenzene, 1,2-difluorobenzene, 1,3-difluorobenzene, 1,4-difluorobenzene, 1,2,3-tri Fluorobenzene, 1,2,4-trifluorobenzene, chlorobenzene, 1,2-dichlorobenzene, 1,3-dichlorobenzene, 1,4-dichlorobenzene, 1,2,3-trichlorobenzene, 1 ,2,4-trichlorobenzene, iodobenzene, 1,2-diiodobenzene, 1,3-diiodobenzene, 1,4-diiodobenzene, 1,2,3-triiodobenzene, 1, 2,4-triiodobenzene, toluene, fluorotoluene, 2,3-difluorotoluene, 2,4-difluorotoluene, 2,5-difluorotoluene, 2,3,4-trifluoro Rottoluene, 2,3,5-trifluorotoluene, chlorotoluene, 2,3-dichlorotoluene, 2,4-dichlorotoluene, 2,5-dichlorotoluene, 2,3,4-trichlorotoluene, 2, 3,5-trichlorotoluene, iodotoluene, 2,3-diiodotoluene, 2,4-diiodotoluene, 2,5-diiodotoluene, 2,3,4-triiodotoluene, 2,3 ,5-triiodotoluene, xylene, and combinations thereof are selected from the group consisting of.

상기 리튬 이차 전지용 전해질은 전지 수명을 향상시키기 위하여, 하기 화학식 3의 에틸렌 카보네이트계 화합물을 수명 향상 첨가제로 더욱 포함할 수도 있다.The electrolyte for a lithium secondary battery may further include an ethylene carbonate-based compound represented by the following Chemical Formula 3 as a lifespan improving additive in order to improve battery life.

[화학식 3][Formula 3]

Figure 112018089124029-pat00006
Figure 112018089124029-pat00006

(상기 화학식 3에서, R7 및 R8은 각각 독립적으로 수소, 할로겐기, 시아노기(CN), 니트로기(NO2) 및 불소화된 탄소수 1 내지 5의 알킬기로 이루어진 군에서 선택되며,상기 R7 및 R8 중 적어도 하나는 할로겐기, 시아노기(CN), 니트로기(NO2) 및 불소화된 탄소수 1 내지 5의 알킬기로 이루어진 군에서 선택되고,단 R7과 R8이 모두 수소는 아니다.)(In Formula 3, R 7 and R 8 are each independently selected from the group consisting of hydrogen, a halogen group, a cyano group (CN), a nitro group (NO 2 ), and a fluorinated alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, the R At least one of 7 and R 8 is selected from the group consisting of a halogen group, a cyano group (CN), a nitro group (NO 2 ) and a fluorinated alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, provided that R 7 and R 8 are not both hydrogen .)

상기 에틸렌 카보네이트계 화합물의 대표적인 예로는 디플루오로 에틸렌카보네이트, 클로로에틸렌 카보네이트, 디클로로에틸렌 카보네이트, 브로모에틸렌 카보네이트, 디브로모에틸렌 카보네이트, 니트로에틸렌 카보네이트, 시아노에틸렌 카보네이트 또는 플루오로에틸렌 카보네이트 등을 들 수 있다. 이러한 수명 향상 첨가제를 더욱 사용하는 경우 그 사용량은 적절하게 조절할 수 있다.Representative examples of the ethylene carbonate-based compound include difluoroethylene carbonate, chloroethylene carbonate, dichloroethylene carbonate, bromoethylene carbonate, dibromoethylene carbonate, nitroethylene carbonate, cyanoethylene carbonate or fluoroethylene carbonate. can When such a life-enhancing additive is further used, its amount can be appropriately adjusted.

상기 리튬염은 유기 용매에 용해되어, 전지 내에서 리튬 이온의 공급원으로 작용하여 기본적인 리튬 이차 전지의 작동을 가능하게 하고, 양극과 음극 사이의 리튬 이온의 이동을 촉진하는 역할을 하는 물질이다. 이러한 리튬염의 대표적인 예로는 LiPF6, LiSbF6, LiAsF6, LiN(SO2C2F5)2, Li(CF3SO2)2N, LiN(SO3C2F5)2, LiC4F9SO3, LiClO4, LiAlO2, LiAlCl4, LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)(여기서, x 및 y는 자연수이며, 예를 들면 1 내지 20의 정수임), LiCl, LiI 및 LiB(C2O4)2(리튬 비스옥살레이트 보레이트(lithium bis(oxalato) borate: LiBOB)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상을 지지(supporting) 전해염으로 포함한다. 리튬염의 농도는 0.1M 내지 2.0M 범위 내에서 사용하는 것이 좋다. 리튬염의 농도가 상기 범위에 포함되면, 전해질이 적절한 전도도 및 점도를 가지므로 우수한 전해질 성능을 나타낼 수 있고, 리튬 이온이 효과적으로 이동할 수 있다.The lithium salt is dissolved in an organic solvent, serves as a source of lithium ions in the battery, enables basic lithium secondary battery operation, and promotes movement of lithium ions between the positive electrode and the negative electrode. Representative examples of such lithium salts include LiPF 6 , LiSbF 6 , LiAsF 6 , LiN(SO 2 C 2 F 5 ) 2 , Li(CF 3 SO 2 ) 2 N, LiN(SO 3 C 2 F 5 ) 2 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiClO 4 , LiAlO 2 , LiAlCl 4 , LiN(C x F 2x+1 SO 2 )(C y F 2y+1 SO 2 ), where x and y are natural numbers, for example, 1 to 20 is an integer of), LiCl, LiI, and LiB(C 2 O 4 ) 2 (lithium bis(oxalato) borate: LiBOB) as an electrolyte salt supporting one or two or more selected from the group consisting of The concentration of lithium salt is preferably used within the range of 0.1 M to 2.0 M. When the concentration of lithium salt is included in the above range, the electrolyte has appropriate conductivity and viscosity, so that excellent electrolyte performance can be exhibited, and lithium ions can move effectively.

다른 일 구현예는 상기 전해질, 양극 및 음극을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다.Another embodiment provides a lithium secondary battery including the electrolyte, the positive electrode and the negative electrode.

상기 양극은 전류 집전체 및 이 전류 집전체에 형성되고,양극 활물질을 포함하는 양극 활물질 층을 포함한다.The positive electrode includes a current collector and a positive electrode active material layer formed on the current collector and including a positive electrode active material.

상기 양극 활물질 층에서, 양극 활물질로는 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물(리티에이티드 인터칼레이션 화합물)을 사용할 수 있으며, 구체적으로는 코발트, 망간, 니켈, 및 이들의 조합으로부터 선택되는 금속과 리튬과의 복합 산화물 중 1종 이상의 것을 사용할 수 있다. 보다 구체적인 예로는 하기 화학식 중 어느 하나로 표현되는 화합물을 사용할 수 있다. LiaA1-bXbD2(0.90 ≤ a≤1.8, 0 ≤ b≤ 0.5); LiaA1-bXbO2-cDc(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05); LiaE1-bXbO2-cDc(0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05); LiaE2-bXbO4-cDc(0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05); LiaNi1-b-cCobXcDα(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0 < α ≤2); LiaNi1-b-cCobXcO2-αTα(0.90 ≤ a≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2); LiaNi1-b-cCobXcO2-αT2(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2); LiaNi1-b-cMnbXcDα(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤2); LiaNi1-b-cMnbXcO2-αTα(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2); LiaNi1-b-cMnbXcO2-αT2(0.90 ≤ a≤ 1.8, 0 ≤ b ≤0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2); LiaNibEcGdO2(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0.001 ≤ d ≤ 0.1); LiaNibCocMndGeO2(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0 ≤ d ≤ 0.5, 0.001 ≤ e ≤ 0.1); LiaNiGbO2(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1) LiaCoGbO2(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1); LiaMn1-bGbO2(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1); LiaMn2GbO4(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1); LiaMn1-gGgPO4(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ g ≤ 0.5); QO2; QS2; LiQS2; V2O5; LiV2O5; LiZO2; LiNiVO4; Li(3-f)J2(PO4)3(0 ≤ f ≤2); Li(3-f)Fe2(PO4)3(0 ≤ f ≤ 2); LiaFePO4(0.90 ≤ a ≤ 1.8)In the cathode active material layer, a compound capable of reversible intercalation and deintercalation of lithium (lithiated intercalation compound) may be used as the cathode active material, and specifically, cobalt, manganese, nickel, and these At least one of a complex oxide of a metal selected from a combination of lithium and lithium may be used. As a more specific example, a compound represented by any one of the following formulas may be used. Li a A 1-b X b D 2 (0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5); Li a A 1-b X b O 2-c D c (0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05); Li a E 1-b X b O 2-c D c (0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05); Li a E 2-b X b O 4-c D c (0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05); Li a Ni 1-bc Co b X c D α (0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0 < α ≤2); Li a Ni 1-bc Co b X c O 2-α T α (0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α <2); Li a Ni 1-bc Co b X c O 2-α T 2 (0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α <2); Li a Ni 1-bc Mn b X c D α (0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤2); Li a Ni 1-bc Mn b X c O 2-α T α (0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α <2); Li a Ni 1-bc Mn b X c O 2-α T 2 (0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α <2); Li a Ni b E c G d O 2 (0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0.001 ≤ d ≤ 0.1); Li a Ni b Co c Mn d G e O 2 (0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0 ≤ d ≤ 0.5, 0.001 ≤ e ≤ 0.1); Li a NiG b O 2 (0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1) Li a CoG b O 2 (0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1); Li a Mn 1-b G b O 2 (0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1); Li a Mn 2 G b O 4 (0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1); Li a Mn 1-g G g PO 4 (0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ g ≤ 0.5); QO 2 ; QS 2 ; LiQS 2 ; V 2 O 5 ; LiV 2 O 5 ; LiZO 2 ; LiNiVO 4 ; Li (3-f) J 2 (PO 4 ) 3 (0 ≤ f ≤ 2); Li (3-f) Fe 2 (PO 4 ) 3 (0 ≤ f ≤ 2); Li a FePO 4 (0.90 ≤ a ≤ 1.8)

상기 화학식에 있어서, A는 Ni, Co, Mn, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고; X는 Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, 희토류 원소 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고; D는 O, F, S, P, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고; E는 Co, Mn, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고; T는 F, S, P, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고; G는 Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고; Q는 Ti, Mo, Mn, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고; Z는 Cr, V, Fe, Sc, Y, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되며; J는 V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된다.In the above formula, A is selected from the group consisting of Ni, Co, Mn, and combinations thereof; X is selected from the group consisting of Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, rare earth elements and combinations thereof; D is selected from the group consisting of O, F, S, P, and combinations thereof; E is selected from the group consisting of Co, Mn, and combinations thereof; T is selected from the group consisting of F, S, P, and combinations thereof; G is selected from the group consisting of Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V, and combinations thereof; Q is selected from the group consisting of Ti, Mo, Mn, and combinations thereof; Z is selected from the group consisting of Cr, V, Fe, Sc, Y, and combinations thereof; J is selected from the group consisting of V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, and combinations thereof.

물론 이 화합물 표면에 코팅층을 갖는 것도 사용할 수 있고, 또는 상기 화합물과 코팅층을 갖는 화합물을 혼합하여 사용할 수도 있다. 이 코팅층은 코팅 원소의 옥사이드, 코팅 원소의 하이드록사이드, 코팅 원소의 옥시하이드록사이드, 코팅 원소의 옥시카보네이트 및 코팅 원소의 하이드록시카보네이트로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 코팅 원소 화합물을 포함할 수 있다. 이들 코팅층을 이루는 화합물은 비정질 또는 결정질일 수 있다. 상기 코팅층에 포함되는 코팅 원소로는 Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, V, Sn, Ge, Ga, B, As, Zr 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 코팅층 형성 공정은 상기 화합물에 이러한 원소들을 사용하여 양극 활물질의 물성에 악영향을 주지 않는 방법(예를 들어 스프레이 코팅, 침지법 등)으로 코팅할 수 있으면 어떠한 코팅 방법을 사용하여도 무방하며, 이에 대하여는 당해 분야에 종사하는 사람들에게 잘 이해될 수 있는 내용이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.Of course, a compound having a coating layer on the surface of the compound may be used, or a mixture of the compound and a compound having a coating layer may be used. The coating layer may include at least one coating element compound selected from the group consisting of an oxide of a coating element, a hydroxide of a coating element, an oxyhydroxide of a coating element, an oxycarbonate of a coating element, and a hydroxycarbonate of a coating element. can The compound constituting these coating layers may be amorphous or crystalline. As the coating element included in the coating layer, Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, V, Sn, Ge, Ga, B, As, Zr, or a mixture thereof may be used. In the coating layer forming process, any coating method may be used as long as it can be coated by a method that does not adversely affect the physical properties of the positive electrode active material by using these elements in the compound (eg, spray coating, dipping method, etc.). Since the content can be well understood by those engaged in the field, a detailed description thereof will be omitted.

상기 양극에서, 상기 양극 활물질의 함량은 양극 활물질 층 전체 중량에 대하여 90 중량% 내지 98 중량%일 수 있다.In the positive electrode, the content of the positive active material may be 90 wt% to 98 wt% based on the total weight of the positive active material layer.

일 구현예에 있어서, 상기 양극 활물질 층은 바인더 및 도전재를 더욱 포함할 수 있다. 이때, 상기 바인더 및 도전재의 함량은 양극 활물질 층 전체 중량에 대하여 각각 1 중량% 내지 5 중량%일 수 있다.In one embodiment, the positive active material layer may further include a binder and a conductive material. In this case, the content of the binder and the conductive material may be 1 wt% to 5 wt%, respectively, based on the total weight of the positive electrode active material layer.

상기 바인더는 양극 활물질 입자들을 서로 잘 부착시키고, 또한 양극 활물질을 전류 집전체에 잘 부착시키는 역할을 하며, 그 대표적인 예로는 폴리비닐알콜, 카르복시메틸셀룰로즈, 히드록시프로필셀룰로즈, 디아세틸셀룰로즈, 폴리비닐클로라이드, 카르복실화된 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 에틸렌 옥사이드를 포함하는 폴리머, 폴리비닐피롤리돈, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이티드 스티렌-부타디엔 러버, 에폭시 수지, 나일론 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The binder serves to adhere the positive active material particles well to each other and also to the positive electrode active material to the current collector, and representative examples thereof include polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, diacetyl cellulose, polyvinyl. Chloride, carboxylated polyvinylchloride, polyvinylfluoride, polymers including ethylene oxide, polyvinylpyrrolidone, polyurethane, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyethylene, polypropylene, styrene- Butadiene rubber, acrylated styrene-butadiene rubber, epoxy resin, nylon, etc. may be used, but the present invention is not limited thereto.

상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성 재료이면 어떠한 것도 사용가능하다. 도전재의 예로 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 탄소섬유 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유 등의 금속계 물질; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 폴리머; 또는 이들의 혼합물을 포함하는 도전성 재료를 들 수 있다.The conductive material is used to impart conductivity to the electrode, and in the configured battery, any electronically conductive material may be used without causing chemical change. Examples of the conductive material include carbon-based materials such as natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, ketjen black, and carbon fiber; metal-based substances such as metal powders such as copper, nickel, aluminum, and silver, or metal fibers; conductive polymers such as polyphenylene derivatives; or a conductive material containing a mixture thereof.

상기 전류 집전체로는 알루미늄 박, 니켈 박 또는 이들의 조합을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The current collector may be an aluminum foil, a nickel foil, or a combination thereof, but is not limited thereto.

상기 음극은 전류 집전체 및 이 전류 집전체에 형성되고,음극 활물질을 포함하는 음극 활물질 층을 포함한다.The negative electrode includes a current collector and a negative electrode active material layer formed on the current collector and including a negative electrode active material.

상기 음극 활물질로는 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션/디인터칼레이션할 수 있는 물질, 리튬 금속, 리튬 금속의 합금, 리튬에 도프 및 탈도프 가능한 물질 또는 전이 금속 산화물을 사용할 수 있다.As the anode active material, a material capable of reversibly intercalating/deintercalating lithium ions, lithium metal, an alloy of lithium metal, a material capable of doping and dedoping lithium, or a transition metal oxide may be used.

상기 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션/디인터칼레이션할 수 있는 물질로는, 그 예로 탄소 물질, 즉 리튬 이차 전지에서 일반적으로 사용되는 탄소계 음극 활물질을 들 수 있다. 탄소계 음극 활물질의 대표적인 예로는 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 이들을 함께 사용할 수 있다. 상기 결정질 탄소의 예로는 무정형, 판상, 린편상(flake), 구형 또는 섬유형의 천연 흑연 또는 인조 흑연과 같은 흑연을 들 수 있고, 상기 비정질 탄소의 예로는 소프트 카본(soft carbon) 또는 하드 카본(hard carbon), 메조페이스 피치 탄화물, 소성된 코크스 등을 들 수 있다.As a material capable of reversibly intercalating/deintercalating lithium ions, for example, a carbon material, that is, a carbon-based negative active material generally used in a lithium secondary battery may be used. Representative examples of the carbon-based negative active material include crystalline carbon, amorphous carbon, or a combination thereof. Examples of the crystalline carbon include graphite such as amorphous, plate-like, flake, spherical or fibrous natural graphite or artificial graphite, and examples of the amorphous carbon include soft carbon or hard carbon ( hard carbon), mesophase pitch carbide, and calcined coke.

상기 리튬 금속의 합금으로는 리튬과, Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Si, Sb, Pb, In, Zn, Ba, Ra, Ge, Al 및 Sn으로 이루어진 군에서 선택되는 금속의 합금이 사용될 수 있다.The lithium metal alloy includes lithium and a group consisting of Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Si, Sb, Pb, In, Zn, Ba, Ra, Ge, Al and Sn. An alloy of a metal selected from may be used.

상기 리튬에 도프 및 탈도프 가능한 물질로는 Si, SiOx(0 < x < 2), Si-Q 합금(상기 Q는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 15족 원소, 16족 원소, 전이금속, 희토류 원소 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 원소이며, Si은 아님), Si-탄소 복합체, Sn, SnO2, Sn-R(상기 R은 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 15족 원소, 16족 원소, 전이금속, 희토류 원소 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 원소이며, Sn은 아님), Sn-탄소 복합체 등을 들 수 있고, 또한 이들 중 적어도 하나와 SiO2를 혼합하여 사용할 수도 있다. 상기 원소 Q 및 R로는 Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Po, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다.Examples of the material capable of doping and dedoping lithium include Si, SiO x (0 < x < 2), Si-Q alloy (wherein Q is an alkali metal, alkaline earth metal, group 13 element, group 14 element, group 15 element, 16 an element selected from the group consisting of group elements, transition metals, rare earth elements, and combinations thereof, and not Si), Si-carbon composite, Sn, SnO 2 , Sn-R (wherein R is an alkali metal, alkaline earth metal, 13 an element selected from the group consisting of a group element, a group 14 element, a group 15 element, a group 16 element, a transition metal, a rare earth element, and a combination thereof (not Sn), Sn-carbon composite, and the like, and these At least one of SiO 2 may be mixed and used. The elements Q and R include Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ge, P, As, Sb, Bi, S, One selected from the group consisting of Se, Te, Po, and combinations thereof may be used.

상기 전이 금속 산화물로는 리튬 티타늄 산화물을 사용할 수 있다.Lithium titanium oxide may be used as the transition metal oxide.

상기 음극 활물질 층은 음극 활물질과 바인더를 포함하며, 선택적으로 도전재를 더욱 포함할 수 있다.The anode active material layer includes an anode active material and a binder, and may optionally further include a conductive material.

상기 음극 활물질 층에서 음극 활물질의 함량은 음극 활물질 층 전체 중량에 대하여 95 중량% 내지 99 중량%일 수 있다. 상기 음극 활물질 층에서 바인더의 함량은 음극 활물질 층 전체 중량에 대하여 1 중량% 내지 5 중량%일 수 있다. 또한 도전재를 더욱 포함하는 경우에는 음극 활물질을 90 중량% 내지 98 중량%, 바인더를 1 내지 5 중량%, 도전재를 1 중량% 내지 5 중량% 사용할 수 있다.The content of the anode active material in the anode active material layer may be 95 wt% to 99 wt% based on the total weight of the anode active material layer. The content of the binder in the anode active material layer may be 1 wt% to 5 wt% based on the total weight of the anode active material layer. In addition, when the conductive material is further included, 90 wt% to 98 wt% of the negative active material, 1 to 5 wt% of the binder, and 1 wt% to 5 wt% of the conductive material may be used.

상기 바인더는 음극 활물질 입자들을 서로 잘 부착시키고, 또한 음극 활물질을 전류 집전체에 잘 부착시키는 역할을 한다. 상기 바인더로는 비수용성 바인더, 수용성 바인더 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다.The binder serves to well adhere the negative active material particles to each other and also to adhere the negative active material to the current collector. As the binder, a water-insoluble binder, a water-soluble binder, or a combination thereof may be used.

상기 비수용성 바인더로는 폴리비닐클로라이드, 카르복실화된 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 에틸렌 옥사이드를 포함하는 폴리머, 폴리비닐피롤리돈, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아미드이미드, 폴리이미드또는 이들의 조합을 들 수 있다. Examples of the water-insoluble binder include polyvinyl chloride, carboxylated polyvinyl chloride, polyvinyl fluoride, ethylene oxide-containing polymer, polyvinylpyrrolidone, polyurethane, polytetrafluoroethylene, and polyvinylidene fluoride. , polyethylene, polypropylene, polyamideimide, polyimide, or a combination thereof.

상기 수용성 바인더로는 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이티드 스티렌-부타디엔 러버, 폴리비닐알콜, 폴리아크릴산 나트륨, 프로필렌과탄소수가 2 내지 8의 올레핀 공중합체, (메타)아크릴산과 (메타)아크릴산알킬에스테르의 공중합체 또는 이들의 조합을 들 수 있다.Examples of the water-soluble binder include styrene-butadiene rubber, acrylated styrene-butadiene rubber, polyvinyl alcohol, sodium polyacrylate, an olefin copolymer having 2 to 8 propylene and carbon atoms, (meth)acrylic acid and (meth)acrylic acid alkyl ester. copolymers or combinations thereof.

상기 음극 바인더로 수용성 바인더를 사용하는 경우, 점성을 부여할 수 있는 셀룰로즈 계열 화합물을 증점제로 더욱 포함할 수 있다. 이 셀룰로즈 계열 화합물로는 카르복시메틸 셀룰로즈, 하이드록시프로필메틸 셀룰로즈, 메틸 셀룰로즈,또는 이들의 알칼리 금속염 등을 1종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 알칼리 금속으로는 Na, K 또는 Li를 사용할 수 있다. 이러한 증점제 사용 함량은 음극 활물질 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 내지 3 중량부일 수 있다. When a water-soluble binder is used as the negative electrode binder, a cellulose-based compound capable of imparting viscosity may be further included as a thickener. As the cellulose-based compound, carboxymethyl cellulose, hydroxypropylmethyl cellulose, methyl cellulose, or alkali metal salts thereof may be mixed and used. As the alkali metal, Na, K or Li may be used. The amount of the thickener used may be 0.1 parts by weight to 3 parts by weight based on 100 parts by weight of the negative active material.

상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성 재료이면 어떠한 것도 사용가능하다. 도전재의 예로 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 덴카 블랙, 탄소섬유 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유 등의 금속계 물질; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 폴리머; 또는 이들의 혼합물을 포함하는 도전성 재료를 들 수 있다.The conductive material is used to impart conductivity to the electrode, and in the configured battery, any electronically conductive material may be used without causing chemical change. Examples of the conductive material include carbon-based materials such as natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, ketjen black, denka black, and carbon fiber; metal-based substances such as metal powders such as copper, nickel, aluminum, and silver, or metal fibers; conductive polymers such as polyphenylene derivatives; or a conductive material containing a mixture thereof.

상기 집전체로는 구리 박, 니켈 박, 스테인레스강 박, 티타늄 박, 니켈 발포체(foam), 구리 발포체, 전도성 금속이 코팅된 폴리머 기재, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다.The current collector may be selected from the group consisting of copper foil, nickel foil, stainless steel foil, titanium foil, nickel foam, copper foam, a polymer substrate coated with conductive metal, and combinations thereof.

상기 양극 활물질 층 및 음극 활물질 층은 음극 활물질, 바인더 및 선택적으로 도전재를 용매 중에서 혼합하여 활물질 조성물을 제조하고, 이 활물질 조성물을 전류 집전체에 도포하여 형성한다. 이와 같은 활물질 층 형성 방법은 당해 분야에 널리 알려진 내용이므로 본 명세서에서 상세한 설명은 생략하기로 한다. 상기 용매로는 N-메틸피롤리돈 등을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 음극 활물질 층에 수용성 바인더를 사용하는 경우, 음극 활물질 조성물 제조시 사용되는 용매로 물을 사용할 수 있다.The positive active material layer and the negative active material layer are formed by preparing an active material composition by mixing an anode active material, a binder, and optionally a conductive material in a solvent, and applying the active material composition to a current collector. Since such a method for forming an active material layer is widely known in the art, a detailed description thereof will be omitted herein. The solvent may include, but is not limited to, N-methylpyrrolidone. In addition, when a water-soluble binder is used for the anode active material layer, water may be used as a solvent used in preparing the anode active material composition.

또한, 리튬 이차 전지의 종류에 따라 양극과 음극 사이에 세퍼레이터가 존재할 수도 있다. 이러한 세퍼레이터로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드 또는 이들의 2층 이상의 다층막이 사용될 수 있으며, 폴리에틸렌/폴리프로필렌 2층 세퍼레이터, 폴리에틸렌/폴리프로필렌/폴리에틸렌 3층 세퍼레이터, 폴리프로필렌/폴리에틸렌/폴리프로필렌 3층 세퍼레이터 등과 같은 혼합 다층막이 사용될 수 있음은 물론이다.In addition, depending on the type of the lithium secondary battery, a separator may exist between the positive electrode and the negative electrode. As such a separator, polyethylene, polypropylene, polyvinylidene fluoride, or a multilayer film of two or more layers thereof may be used. A polyethylene/polypropylene two-layer separator, a polyethylene/polypropylene/polyethylene three-layer separator, and polypropylene/polyethylene/poly It goes without saying that a mixed multilayer film such as a propylene three-layer separator or the like can be used.

도 1에 본 발명의 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지의 분해 사시도를 나타내었다. 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지는 파우치형 전지를 것을 예로 설명하지만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 원통형, 각형 등 다양한 형태의 전지에 적용될 수 있다.1 is an exploded perspective view of a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention. The lithium secondary battery according to an embodiment is described as a pouch-type battery as an example, but the present invention is not limited thereto, and may be applied to various types of batteries such as cylindrical and prismatic.

도 1을 참고하면, 일 구현예에 따른 리튬 이차 파우치 전지(100)는 양극(10)과 음극(20) 사이에 세퍼레이터(30)를 개재하여 와인딩된 전극 조립체(110), 상기 전극 조립체(110)가 내장되는 케이스(120), 그리고 상기 전극 조립체(110)에서 형성된 전류를 외부로 유도하기 위한 전기적 통로 역할을 하는 전극탭(130)을 포함할 수 있다. 상기 케이스(120)의 두 면은 서로 마주보는 면을 겹쳐 밀봉하게 된다. 또한 상기 전극 조립체(110)를 담고 있는 케이스(120) 내부로 전해액이 주액되어, 상기 양극(10), 상기 음극(20) 및 상기 세퍼레이터(30)는 전해액(미도시)에 함침되어 있을 수 있다.Referring to FIG. 1 , a lithium secondary pouch battery 100 according to an embodiment includes an electrode assembly 110 wound with a separator 30 interposed between a positive electrode 10 and a negative electrode 20 , and the electrode assembly 110 . ) may include a case 120 therein, and an electrode tab 130 serving as an electrical path for inducing a current formed in the electrode assembly 110 to the outside. The two surfaces of the case 120 overlap and seal the surfaces facing each other. In addition, the electrolyte is injected into the case 120 containing the electrode assembly 110, and the positive electrode 10, the negative electrode 20, and the separator 30 may be impregnated with the electrolyte (not shown). .

이하 본 발명의 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러한 하기한 실시예는 본 발명의 일 실시예일뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, Examples and Comparative Examples of the present invention will be described. The following examples are only examples of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.

(실시예 1)(Example 1)

1.15M LiPF6를 에틸렌 카보네이트 및 에틸메틸 카보네이트의 혼합 용매(3:7 부피비)에 첨가하고, 이 혼합물 100 중량%에 하기 화학식 1a의 첨가제 0.5 중량%, 플루오로에틸렌 카보네이트 5 중량% 및 비닐렌 카보네이트 1 중량%를 첨가하여 리튬 이차 전지용 전해질을 제조하였다. 1.15M LiPF 6 was added to a mixed solvent of ethylene carbonate and ethylmethyl carbonate (3:7 volume ratio), and 0.5 wt% of the additive of Formula 1a below, 5 wt% of fluoroethylene carbonate and vinylene carbonate to 100 wt% of the mixture An electrolyte for a lithium secondary battery was prepared by adding 1 wt%.

[화학식 1a][Formula 1a]

Figure 112018089124029-pat00007
Figure 112018089124029-pat00007

(실시예 2)(Example 2)

상기 화학식 1a의 첨가제 함량을 1 중량%로 변경한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 리튬 이차 전지용 전해질을 제조하였다.An electrolyte for a lithium secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1, except that the additive content of Formula 1a was changed to 1 wt%.

(실시예 3)(Example 3)

상기 화학식 1a의 첨가제 함량을 2 중량%로 변경한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 리튬 이차 전지용 전해질을 제조하였다.An electrolyte for a lithium secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1, except that the additive content of Formula 1a was changed to 2 wt%.

(비교예 1)(Comparative Example 1)

1.15M LiPF6를 에틸렌 카보네이트 및 에틸렌 카보네이트의 혼합 용매(3:7 부피비)에 첨가하고, 이 혼합물 100 중량%에 플루오로에틸렌 카보네이트 5 중량%, 비닐렌 카보네이트 1 중량% 및 프로판설톤 2 중량%를 첨가하여 리튬 이차 전지용 전해질을 제조하였다. 1.15M LiPF 6 was added to a mixed solvent of ethylene carbonate and ethylene carbonate (3:7 volume ratio), and to 100% by weight of the mixture, 5% by weight of fluoroethylene carbonate, 1% by weight of vinylene carbonate, and 2% by weight of propanesultone was added to prepare an electrolyte for a lithium secondary battery.

(비교예 2)(Comparative Example 2)

1.15M LiPF6를 에틸렌 카보네이트 및 에틸메틸 카보네이트의 혼합 용매(3:7 부피비)에 첨가하고, 이 혼합물 100 중량%에 하기 화학식 4의 첨가제 1 중량%, 플루오로에틸렌 카보네이트 5 중량% 및 비닐렌 카보네이트 1 중량%를 첨가하여 리튬 이차 전지용 전해질을 제조하였다. 1.15M LiPF 6 was added to a mixed solvent of ethylene carbonate and ethylmethyl carbonate (3:7 volume ratio), and to 100% by weight of the mixture, 1% by weight of the additive of Formula 4 below, 5% by weight of fluoroethylene carbonate and vinylene carbonate An electrolyte for a lithium secondary battery was prepared by adding 1 wt%.

[화학식 4][Formula 4]

Figure 112018089124029-pat00008
Figure 112018089124029-pat00008

* 순환전류(Cyclic Voltammetry: CV) 특성 평가* Cyclic Voltammetry (CV) characteristics evaluation

상기 비교예 1의 전해질, 흑연 작동 전극(graphite working electrode) 및 리튬 대극(Li counter electrode)를 사용한 3전극의 순환 전류 전압(스캔 속도: 0.1mV/sec)을 측정하여, 그 결과를 도 2에 나타내었다. 또한, 상기 실시예 2의 전해질, 흑연 작동 전극 및 리튬 대극을 사용한 3전극의 순환 전류 전압(스캔 속도: 1mV/sec)을 측정하여, 그 결과를 도 2에 함께 나타내었다.The circulating current voltage (scan rate: 0.1 mV/sec) of the three electrodes using the electrolyte of Comparative Example 1, the graphite working electrode, and the lithium counter electrode was measured, and the results are shown in FIG. indicated. In addition, the circulating current voltage (scan speed: 1 mV/sec) of the three electrodes using the electrolyte of Example 2, the graphite working electrode, and the lithium counter electrode was measured, and the results are shown together in FIG. 2 .

도 2에 나타낸 것과 같이, 실시예 2의 전해질이 비교예 1보다 높은 전위에서 반응이 일어나므로, 음극에 대한 반응성이 증가함을 알 수 있다. 또한, 도 2에 나타낸 것과 같이, 실시예 2의 전해질은 분해 피크, 즉 환원 피크가 약 0.8V 부근에서 나타나는 반면, 비교예 1의 전해질은 분해 피크가 나타나지 않음을 알 수 있다. 실시예 2의 전해질은 0.5V에서 환원 피크가 나타나는 에틸렌 카보네이트보다 높은 전위에서 반응이 일어나는 것이므로, 에틸렌 카보네이트보다 먼저 환원되는 것임을 알 수 있다. 이와 같이, 에틸렌 카보네이트보다 먼저 환원되는 경우, 음극 표면에 피막을 형성하여 에틸렌 카보네이트의 추가적인 분해를 억제 할 수 있다. As shown in FIG. 2 , since the electrolyte of Example 2 reacts at a higher potential than Comparative Example 1, it can be seen that the reactivity to the negative electrode is increased. In addition, as shown in FIG. 2 , it can be seen that the electrolyte of Example 2 has a decomposition peak, that is, a reduction peak around 0.8V, whereas the electrolyte of Comparative Example 1 does not have a decomposition peak. It can be seen that the electrolyte of Example 2 is reduced before ethylene carbonate because the reaction occurs at a higher potential than ethylene carbonate having a reduction peak at 0.5V. As such, when reduced before ethylene carbonate, a film is formed on the surface of the anode to suppress further decomposition of ethylene carbonate.

이와 같이, 에틸렌 카보네이트 분해에 따른 전해질의 용매 고갈로 리튬 이동이 어렵고, 저항체로 작용하여 사이클 수명 특성 및 출력 특성을 저하시킬 수 있는 에틸렌 카보네이트에 기인한 피막 형성의 문제를 방지할 수 있다.As described above, it is possible to prevent the problem of film formation due to ethylene carbonate, which is difficult to move due to solvent depletion of the electrolyte due to decomposition of ethylene carbonate, and may reduce cycle life characteristics and output characteristics by acting as a resistor.

이러한 결과로부터 실시예 1의 전해질을 이용한 리튬 이차 전지는 초기 1회 충방전시 음극에 피막을 형성할 수 있음을 알 수 있고, 또한 이 피막의 리튬 삽입/탈리시 저항이 작음을 알 수 있다.From these results, it can be seen that the lithium secondary battery using the electrolyte of Example 1 can form a film on the negative electrode during the initial one-time charging and discharging, and it can be seen that the film has a small resistance during lithium insertion/desorption.

* 전지 제조* Battery manufacturing

LiCoO2 양극 활물질 96 중량%, 케첸 블랙 도전재 2 중량% 및 폴리비닐리덴 플루오라이드 2 중량%를 N-메틸피롤리돈 용매 중에서 혼합하여 양극활물질 슬러리를 제조하였다. 상기 양극 활물질 슬러리를 알루미늄박에 코팅, 건조 및 압연하여 양극을 제조하였다.96 wt% of LiCoO 2 cathode active material, 2 wt% of Ketjen black conductive material, and 2 wt% of polyvinylidene fluoride were mixed in an N-methylpyrrolidone solvent to prepare a cathode active material slurry. The positive electrode active material slurry was coated on an aluminum foil, dried and rolled to prepare a positive electrode.

인조 흑연 음극 활물질 96 중량%, 케첸 블랙 도전재 2 중량% 및 폴리비닐리덴 플루오라이드 2 중량%를 N-메틸피롤리돈 용매 중에서 혼합하여 음극활물질 슬러리를 제조하였다. 상기 음극 활물질 슬러리를 구리박에 코팅, 건조 및 압연하여 음극을 제조하였다.An anode active material slurry was prepared by mixing 96 wt% of an artificial graphite anode active material, 2 wt% of Ketjen Black conductive material, and 2 wt% of polyvinylidene fluoride in an N-methylpyrrolidone solvent. The negative electrode active material slurry was coated on a copper foil, dried and rolled to prepare a negative electrode.

제조된 양극, 음극 및 상기 실시예 1 내지 3, 상기 비교예 1 및 2에 따라 제조된 전해질을 이용하여, 통상의 방법으로 리튬 이차 전지를 제조하였다. 이때 전해액 주액량은 5.8g을 사용하였다. A lithium secondary battery was manufactured by a conventional method using the prepared positive electrode, the negative electrode, and the electrolytes prepared according to Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2. At this time, the amount of electrolyte injection was 5.8 g.

* 85℃에서 전지 두께 증가율* Battery thickness increase rate at 85℃

제조된 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 2의 전해질을 이용한 리튬 이차 전지를 4.4V까지, 0.7C로 SOC(State of Charge)100%(만충전, 전지를 2.75V 내지 4.4V에서 충방전시,전지 전체 충전 용량을 100%로 하였을 때, 100% 충전 용량이 되도록 충전한 상태)까지 충전한 후, 85℃에서 8시간 보존하였다. 보존 전 전지 두께를 측정하고, 보존 후 전지 두께를 측정하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 또한, 이 결과로부터 전지 두께 증가율을 계산하여, 그 결과를 하기 표 1에 함께 나타내었다.Lithium secondary batteries using the prepared electrolytes of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 2 were charged at 4.4V, 0.7C, SOC (State of Charge) 100% (full charge, the battery was charged and discharged at 2.75V to 4.4V) At the time, when the total charge capacity of the battery was 100%, the battery was charged to 100% charge capacity), and then stored at 85° C. for 8 hours. The battery thickness before storage was measured, and the battery thickness after storage was measured, and the results are shown in Table 1 below. In addition, the battery thickness increase rate was calculated from this result, and the results are shown in Table 1 below.

* 85℃에서 용량 유지율 및 회복율* Capacity retention and recovery rate at 85℃

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 2의 전해질을 이용한 리튬 이차 전지를 4.4V까지, 0.7C로 SOC(State of Charge)100%(만충전, 전지를 2.75V 내지 4.4V에서 충방전시, 전지 전체 충전 용량을 100%로 하였을 때, 100% 충전 용량이 되도록 충전한 상태)까지 충전하여 85℃에서 8시간 보존 후 0.2C, 2.75 V 컷-오프 전압 방전하여 1회 방전 용량에 대한 저장 후 방전 용량비(용량유지율)를 구하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.Lithium secondary batteries using the electrolytes of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 2 were charged to 4.4V and 0.7C to SOC (State of Charge) 100% (full charge, when charging and discharging the battery at 2.75V to 4.4V) , when the total charge capacity of the battery is 100%, the battery is charged to 100% charge capacity), stored at 85°C for 8 hours, discharged at 0.2C, 2.75V cut-off voltage, and stored for one-time discharge capacity The post-discharge capacity ratio (capacity retention rate) was calculated, and the results are shown in Table 1 below.

이어서, 상기와 동일한 조건으로 1회 충방전을 실시하여 방전 용량을 측정하였고 저장 전 초기 용량에 대한 방전 용량비를 하기 표1에 용량 회복율로 나타내었다. Then, the discharge capacity was measured by charging and discharging once under the same conditions as above, and the ratio of the discharge capacity to the initial capacity before storage is shown as the capacity recovery rate in Table 1 below.

저장전 두께(mm)Thickness before storage (mm) 저장후 두께(mm)Thickness after storage (mm) 두께 증가율(%)Thickness increase rate (%) 용량유지율(%)Capacity retention rate (%) 용량회복율(%)Capacity recovery rate (%) 비교예 1Comparative Example 1 5.1455.145 5.4585.458 6.096.09 93.593.5 97.097.0 비교예 2Comparative Example 2 5.1455.145 5.5685.568 8.238.23 92.092.0 97.097.0 실시예 1Example 1 5.1405.140 5.3505.350 4.104.10 93.693.6 98.298.2 실시예 2Example 2 5.1435.143 5.2055.205 1.211.21 94.094.0 98.898.8 실시예 3Example 3 5.1405.140 5.2135.213 1.421.42 93.893.8 98.998.9

상기 표 1에 나타낸 것과 같이, 화학식 1a의 첨가제를 사용한 실시예 1 내지 3의 전해질을 이용한 전지는 프로판 설톤 또는 화학식 4의 첨가제를 사용한 비교예 1 및 2의 전해질을 이용한 전지에 비하여, 85℃ 고온에서의 두께 증가율이 매우 작고, 용량 유지율 및 용량 회복율은 우수한 결과가 얻어졌음을알 수 있다.As shown in Table 1, the batteries using the electrolytes of Examples 1 to 3 using the additive of Formula 1a were compared to the batteries using the electrolytes of Comparative Examples 1 and 2 using propane sultone or the additive of Formula 4 at 85°C high temperature. It can be seen that the thickness increase rate is very small, and the capacity retention rate and capacity recovery rate are excellent results.

특히, 화학식 1a의 첨가제를 1 내지 2 중량% 사용한 실시예 2 및 3의 전해질을 이용한 전지는 매우 우수한 스웰링 특성 및 용량 특성을 나타냄을 알 수 있다.In particular, it can be seen that the batteries using the electrolytes of Examples 2 and 3 using 1 to 2 wt% of the additive of Formula 1a exhibit very good swelling and capacity characteristics.

* 60℃에서 전지 두께 증가율* Battery thickness increase rate at 60℃

제조된 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 2의 전해질을 이용한 리튬 이차 전지를 4.4V까지, 0.7C로 SOC(State of Charge)100%(만충전, 전지를 2.75V 내지 4.4V에서 충방전시,전지 전체 충전 용량을 100%로 하였을 때, 100% 충전 용량이 되도록 충전한 상태)까지 충전한 후, 60℃에서 21일 보존하였다. 보존 전 전지 두께를 측정하고, 보존 후 전지 두께를 측정하여, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 또한, 이 결과로부터 전지 두께 증가율을 계산하여, 그 결과를 하기 표 2에 함께 나타내었다.Lithium secondary batteries using the prepared electrolytes of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 2 were charged at 4.4V, 0.7C, SOC (State of Charge) 100% (full charge, the battery was charged and discharged at 2.75V to 4.4V) At the time, when the total charge capacity of the battery was 100%, the battery was charged to 100% charge capacity), and then stored at 60° C. for 21 days. The battery thickness before storage was measured, and the battery thickness after storage was measured, and the results are shown in Table 2 below. In addition, the battery thickness increase rate was calculated from this result, and the results are shown in Table 2 below.

* 60℃에서 용량 유지율 및 회복율* Capacity retention and recovery rate at 60℃

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 2의 전해질을 이용한 리튬 이차 전지를 4.4V까지, 0.7C로 SOC(State of Charge)100%(만충전, 전지를 2.75V 내지 4.4V에서 충방전시,전지 전체 충전 용량을 100%로 하였을 때, 100% 충전 용량이 되도록 충전한 상태)까지 충전하여 60℃에서 21일 보존 후 0.2C, 2.75 V 컷-오프 전압 방전하여 1회 방전 용량에 대한 저장 후 방전 용량비(용량유지율)를 구하여, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.Lithium secondary batteries using the electrolytes of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 2 were charged to 4.4V and 0.7C to SOC (State of Charge) 100% (full charge, when charging and discharging the battery at 2.75V to 4.4V) , When the total charge capacity of the battery is 100%, the battery is charged up to 100% charge capacity) and stored at 60°C for 21 days, then discharged at 0.2C, 2.75V cut-off voltage, and stored for one-time discharge capacity The post-discharge capacity ratio (capacity retention rate) was calculated, and the results are shown in Table 2 below.

이어서, 상기와 동일한 조건으로 1회 충방전을 실시하여 방전 용량을 측정하였고 저장 전 초기 용량에 대한 방전 용량비를 하기 표 2에 용량 회복율로 나타내었다. Then, the discharge capacity was measured by charging and discharging once under the same conditions as described above, and the ratio of the discharge capacity to the initial capacity before storage is shown as the capacity recovery rate in Table 2 below.

저장전 두께(mm)Thickness before storage (mm) 저장후 두께(mm)Thickness after storage (mm) 두께 증가율(%)Thickness increase rate (%) 용량유지율(%)Capacity retention rate (%) 용량회복율(%)Capacity recovery rate (%) 비교예 1Comparative Example 1 5.1405.140 5.5215.521 7.417.41 86.386.3 97.097.0 비교예 2Comparative Example 2 5.1405.140 6.2706.270 22.0122.01 87.087.0 96.996.9 실시예 1Example 1 5.1415.141 5.3605.360 4.264.26 87.087.0 97.297.2 실시예 2Example 2 5.1395.139 5.2305.230 1.771.77 88.088.0 97.697.6 실시예 3Example 3 5.1405.140 5.2405.240 1.951.95 88.088.0 97.597.5

상기 표 2에 나타낸 것과 같이, 화학식 1a의 첨가제를 사용한 실시예 1 내지 3의 전해질을 이용한 전지는 프로판 설톤 또는 화학식 4의 첨가제를 사용한 비교예 1 및 2의 전해질을 이용한 전지에 비하여, 60℃ 고온에서 장기 보관시에도, 두께 증가율이 매우 작고, 용량 유지율 및 용량 회복율은 우수한 결과가 얻어졌음을 알 수 있다.As shown in Table 2, the batteries using the electrolytes of Examples 1 to 3 using the additive of Chemical Formula 1a have a higher temperature of 60° C. than the batteries using the electrolytes of Comparative Examples 1 and 2 using the additive of Propane Sultone or Chemical Formula 4 It can be seen that even during long-term storage, the thickness increase rate was very small, and excellent results were obtained in the capacity retention rate and capacity recovery rate.

특히, 화학식 1a의 첨가제를 1 내지 2 중량% 사용한 실시예 2 및 3의 전해질을 이용한 전지는 매우 우수한 스웰링 특성 및 용량 특성을 나타냄을 알 수 있다.In particular, it can be seen that the batteries using the electrolytes of Examples 2 and 3 using 1 to 2 wt% of the additive of Formula 1a exhibit very good swelling and capacity characteristics.

본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.The present invention is not limited to the above embodiments, but can be manufactured in a variety of different forms, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can take other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. It will be understood that it can be implemented as Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.

Claims (7)

비수성 유기 용매;
리튬염; 및
하기 화학식 1로 표현되는 첨가제를 포함하는
리튬 이차 전지용 전해질.
[화학식 1]
Figure 112018089124029-pat00009

(상기 화학식 1에서,
X1은 탄소 또는 N이고, Ra는 치환된 또는 비치환된 알킬기임)
non-aqueous organic solvents;
lithium salt; and
An additive represented by the following formula (1)
Electrolyte for lithium secondary batteries.
[Formula 1]
Figure 112018089124029-pat00009

(In Formula 1,
X1 is carbon or N, and R a is a substituted or unsubstituted alkyl group)
제1항에 있어서,
상기 첨가제의 함량은 상기 전해질 전체 중량에 대하여 0.1 중량% 내지 3 중량%인 리튬 이차 전지용 전해질.
According to claim 1,
The content of the additive is 0.1% to 3% by weight based on the total weight of the electrolyte for a lithium secondary battery.
제1항에 있어서,
상기 첨가제의 함량은 전해질 전체 중량에 대하여 1 중량% 내지 2 중량%인 리튬 이차 전지용 전해질.
According to claim 1,
The content of the additive is 1% to 2% by weight based on the total weight of the electrolyte for a lithium secondary battery.
제1항에 있어서,
상기 치환된 알킬기는 불소 치환된 알킬기인 리튬 이차 전지용 전해질.
According to claim 1,
The substituted alkyl group is an electrolyte for a lithium secondary battery that is a fluorine-substituted alkyl group.
제1항에 있어서,
상기 전해질은 플루오로에틸렌 카보네이트, 비닐렌 카보네이트, 숙시노니트릴, 헥산 트리시아나이드, LiBF4, 또는 이들의 조합인 제2 첨가제를 더욱 포함하는 것인 리튬 이차 전지용 전해질.
According to claim 1,
The electrolyte is fluoroethylene carbonate, vinylene carbonate, succinonitrile, hexane tricyanide, LiBF 4 , or a combination thereof, the electrolyte for a lithium secondary battery further comprising a second additive.
제5항에 있어서,
상기 제2 첨가제의 함량은 상기 전해질 전체 중량에 대하여 5 중량% 내지 20 중량%인 리튬 이차 전지용 전해질.
6. The method of claim 5,
The content of the second additive is 5% to 20% by weight based on the total weight of the electrolyte for a lithium secondary battery.
음극 활물질을 포함하는 음극;
양극 활물질을 포함하는 양극; 및
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 전해질
을 포함하는 리튬 이차 전지.
a negative electrode including an anode active material;
a positive electrode including a positive active material; and
The electrolyte of any one of claims 1 to 6
A lithium secondary battery comprising a.
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