KR20040021393A - An electrolyte for a lithium battery and a lithium battery comprising the same - Google Patents
An electrolyte for a lithium battery and a lithium battery comprising the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR20040021393A KR20040021393A KR1020020053219A KR20020053219A KR20040021393A KR 20040021393 A KR20040021393 A KR 20040021393A KR 1020020053219 A KR1020020053219 A KR 1020020053219A KR 20020053219 A KR20020053219 A KR 20020053219A KR 20040021393 A KR20040021393 A KR 20040021393A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- electrolyte
- carbonate
- group
- lithium battery
- lithium
- Prior art date
Links
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
-
- 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
- H01M10/0568—Liquid materials characterised by the solutes
-
- 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
- H01M10/0569—Liquid materials characterised by the solvents
-
- 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)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
Description
[산업상 이용 분야][Industrial use]
본 발명은 리튬 전지용 전해질 및 이를 포함하는 리튬 전지에 관한 것으로서, 상세하게는 스웰링 특성과 안전성이 우수한 리튬 전지용 전해질 및 이를 포함하는 리튬 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a lithium battery electrolyte and a lithium battery including the same, and more particularly, to a lithium battery electrolyte having excellent swelling properties and safety and a lithium battery including the same.
[종래 기술][Prior art]
최근 휴대용 전자기기의 소형화 및 경량화 추세와 관련하여 이들 기기의 전원으로 사용되는 전지의 고성능화 및 대용량화에 대한 필요성이 높아지고 있다. 현재 상업화되어 사용 중인 리튬 이차 전지는 평균 방전 전위가 3.7V, 즉 4V대의 전지로서 3C라 일컬어지는 휴대용 전화, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등에 급속도로 적용되고 있는 디지털 시대의 심장에 해당하는 요소이다.Recently, with the trend toward miniaturization and light weight of portable electronic devices, the need for high performance and high capacity of batteries used as power sources for these devices is increasing. Lithium secondary batteries, which are commercially available and currently used, correspond to the heart of the digital era, which is rapidly being applied to portable phones, notebook computers, camcorders, and the like, which have an average discharge potential of 3.7V, that is, 4C.
전지의 용량, 성능 특성의 개선과 함께 과충전 특성과 같은 안전성을 향상시키기 위한 연구도 활발하게 진행되고 있다. 전지가 과충전되면 충전상태에 따라 양극에서는 리튬이 과잉 석출되고, 음극에서는 리튬이 과잉 삽입되어 양극 및 음극이 열적으로 불안정해져 전해질의 유기용매가 분해되는 등 급격한 발열반응이 일어나고, 또한 열폭주 현상이 발생하여 전지의 안전성에 심각한 문제점이 발생한다.In addition to improving battery capacity and performance characteristics, studies are being actively conducted to improve safety such as overcharging characteristics. When the battery is overcharged, depending on the state of charge, lithium is excessively precipitated at the positive electrode, lithium is excessively inserted at the negative electrode, and the positive electrode and negative electrode are thermally unstable, causing rapid exothermic reactions such as decomposition of the organic solvent in the electrolyte and thermal runaway. Occurs, a serious problem occurs in the safety of the battery.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 전해질 중에 레독스 셔틀(redox shuttle) 첨가제로서 방향족 화합물을 첨가하는 방법이 이용되고 있다. 예를 들어 미국특허 제5,709,968호는 2,4-디플루오로아니솔(2,4-difluoroanisole)과 같은 벤젠 화합물을 첨가하여 과충전 전류 및 이로 인한 열폭주 현상을 방지할 수 있는 비수계 리튬 이온 전지를 개시하고 있다. 제5,879,834호에는 바이페닐(biphenyl), 3-클로로티오펜(3-chlorothiophene), 퓨란 등의 방향족 화합물을 소량 첨가하여 비정상적인 과전압 상태에서 전기화학적으로 중합되어 내부저항을 증가시킴으로써 전지의 안전성을 향상시키기 위한 방법이 기재되어 있다. 이들 레독스 셔틀 첨가제들은 산화발열 반응에 의해 발생되는 열에 의해 전지 내부 온도를 조기에 상승시켜 세퍼레이터의 기공을 빠르고 균일하게 차단(shut-down)시킴으로써 과충전 반응을 억제하는 작용을 한다. 또한 과충전시 정극 표면에서 첨가제의 중합반응이 과충전 전류를 소비하여 전지를 보호하는 기능도 한다.In order to solve this problem, a method of adding an aromatic compound as a redox shuttle additive in an electrolyte has been used. For example, U.S. Patent No. 5,709,968 adds a benzene compound such as 2,4-difluoroanisole to prevent overcharge currents and the resulting thermal runaway phenomenon. It is starting. No. 5,879,834 add a small amount of aromatic compounds such as biphenyl, 3-chlorothiophene, furan and the like to electrochemically polymerize at abnormal overvoltage conditions to increase the internal resistance to improve battery safety. A method is described. These redox shuttle additives act to suppress the overcharge reaction by prematurely raising the temperature inside the battery due to the heat generated by the oxidative heating reaction to shut down the pores of the separator quickly and uniformly. In addition, the polymerization reaction of the additive on the surface of the positive electrode during overcharge also functions to protect the battery by consuming the overcharge current.
그러나 첨가제의 중합반응으로는 과충전 전류를 충분히 제거할 수 없고 산화반응에 의한 분해로 가스가 다량 발생하여 전지의 스웰링(swelling) 현상이 심화되는 등 상기와 같은 레독스 셔틀 첨가제로 전지의 안전성을 개선하는 데에는 한계가 있다. 상기 스웰링 현상은 전지가 특정 방향으로 부풀어오르는 등 특정면의 중심부가 변형되는 현상을 의미한다. 또한 이들 첨가제들은 전지의 고온 특성이나 수명 특성 등 전지의 전기화학적 특성에 나쁜 영향을 주는 문제점이 있다.However, it is not possible to sufficiently remove the overcharge current by the polymerization reaction of the additive, and the gas swelling phenomenon is intensified due to the decomposition of the oxidation reaction. There is a limit to improvement. The swelling phenomenon refers to a phenomenon in which a central portion of a specific surface is deformed, such as a battery swelling in a specific direction. In addition, these additives have a problem that adversely affect the electrochemical properties of the battery, such as high temperature characteristics or life characteristics of the battery.
스웰링 현상을 해결하기 위한 방법으로 일정 수준 이상의 전지의 내압 상승시 내부의 가스를 분출시키기 위한 벤트 또는 전류 차단기(current breaker)를 장착하여 이차 전지의 안전성을 개선하는 방법이 있다. 그러나 이 방법은 내압 상승으로 인하여 오작동의 위험까지 야기시키는 문제점이 있다.As a method for solving the swelling phenomenon, there is a method of improving the safety of the secondary battery by installing a vent or a current breaker for ejecting the internal gas when the internal pressure of the battery rises above a certain level. However, this method has a problem of causing a risk of malfunction due to the internal pressure rise.
이밖에도 전지의 스웰링 특성을 향상시키기 위하여 극판을 100 내지 200℃의 범위에서 열처리한 후 상온 냉각하는 방법이 알려져 있다(특허출원 제1999-10904호).In addition, in order to improve the swelling characteristic of the battery, a method of heat-treating the electrode plate in the range of 100 to 200 ° C and then cooling it to room temperature is known (Patent Application 1999-10904).
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 리튬 전지의 스웰링 특성과 안전성을 개선시킬 수 있는 리튬 전지용 전해질을 제공하기 위한 것이다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an electrolyte for a lithium battery that can improve the swelling characteristics and safety of the lithium battery.
본 발명의 다른 목적은 스웰링 특성과 안전성이 우수한 리튬 전지를 제공하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to provide a lithium battery having excellent swelling characteristics and safety.
도 1은 각형 리튬 이차 전지의 단면도.1 is a cross-sectional view of a rectangular lithium secondary battery.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 비수성 유기용매; 리튬염; 및 리튬염; 및 하기 화학식 1의 티올 화합물을 포함하는 리튬 전지용 전해질을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is a non-aqueous organic solvent; Lithium salts; And lithium salts; And it provides a lithium battery electrolyte comprising a thiol compound of formula (1).
[화학식 1][Formula 1]
R1SHR 1 SH
(상기 식에서 R1은 탄소수 1 내지 30, 바람직하게는 탄소수 10 내지 20의 포화 또는 불포화 탄화수소기, 질소 또는 산소의 헤테로 원자를 포함하는 탄소수 1 내지 30, 또는 에테르, 이미드, 에탄올, 또는 카르복실산기를 포함하는 화합물기이다.)Wherein R 1 represents a saturated or unsaturated hydrocarbon group having 1 to 30 carbon atoms, preferably 10 to 20 carbon atoms, or 1 to 30 carbon atoms containing a hetero atom of nitrogen or oxygen, or ether, imide, ethanol, or carboxyl Compound group containing an acid group.)
본 발명은 또한, 상기 전해질을 포함하는 리튬 전지를 제공한다.The present invention also provides a lithium battery containing the electrolyte.
이하 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
일반적인 비수계 리튬 이차 전지(1)의 구조는 도 1에 도시된 바와 같다. 상기 전지는 리티에이티드 인터칼레이션 화합물을 양극(2) 및 음극(4)으로 사용하고 양극(2)과 음극(4) 사이에 세퍼레이터(6)를 삽입하여 이를 권취하여 전극조립체(8)를 형성한 다음 케이스(10)에 넣어 제조된다. 상기 전지의 상부는 캡 플레이트(12)와 가스켓(14)으로 밀봉한다. 상기 캡 플레이트(12)에는 전지의 과압 형성을 방지하는 안전밸브(safety vent; 16)가 설치될 수 있다. 상기 양극(2) 및 음극(4)에 각각 양극 탭(18)과 음극 탭(20)을 설치하고 절연체(22, 24)는 전지의 내부 단락을 방지하기 위하여 삽입된다. 전지를 밀봉하기 전에 전해질(26)을 주입한다. 주입된 전해질(26)은 세퍼레이터(6)에 함침된다.The structure of the general non-aqueous lithium secondary battery 1 is as shown in FIG. The battery uses a lithiated intercalation compound as a positive electrode (2) and a negative electrode (4), inserts a separator (6) between the positive electrode (2) and the negative electrode (4) and wound the electrode assembly (8). After forming it is put into the case 10 is manufactured. The top of the cell is sealed with a cap plate 12 and a gasket 14. The cap plate 12 may be provided with a safety vent (16) to prevent the battery from forming overpressure. The positive electrode tab 18 and the negative electrode tab 20 are respectively provided on the positive electrode 2 and the negative electrode 4 and the insulators 22 and 24 are inserted to prevent internal short circuit of the battery. The electrolyte 26 is injected before sealing the cell. The injected electrolyte 26 is impregnated into the separator 6.
본 발명에서는 일반적으로 리튬 전지용 전해질로 사용되고 있는 비수성 유기용매와 리튬염에 하기 화학식 1의 티올 화합물을 함유시킨 조성물을 전해질로 사용한다.In the present invention, a composition containing a thiol compound represented by the following Chemical Formula 1 in a non-aqueous organic solvent and a lithium salt generally used as an electrolyte for lithium batteries is used as an electrolyte.
[화학식 1][Formula 1]
R1SHR 1 SH
(상기 식에서 R1은 탄소수 1 내지 30, 바람직하게는 탄소수 10 내지 20의 포화 또는 불포화 탄화수소기, 질소 또는 산소의 헤테로 원자를 포함하는 탄소수 1 내지 30, 또는 에테르, 이미드, 에탄올, 또는 카르복실산기를 포함하는 화합물기이다.)Wherein R 1 represents a saturated or unsaturated hydrocarbon group having 1 to 30 carbon atoms, preferably 10 to 20 carbon atoms, or 1 to 30 carbon atoms containing a hetero atom of nitrogen or oxygen, or ether, imide, ethanol, or carboxyl Compound group containing an acid group.)
상기 화학식 1의 R1은 탄소수 1 내지 30, 바람직하게는 탄소수 10 내지 20의 포화 또는 불포화 탄화수소기, 질소 또는 산소의 헤테로 원자를 포함하는 탄소수 1 내지 30, 또는 에테르, 이미드, 에탄올, 또는 카르복실산기를 포함하는 화합물기이다. 바람직하게는 탄소수 10 내지 20의 포화 또는 불포화 탄화수소기이며, 보다 바람직하기로는 탄소수 10 내지 20의 알킬기 또는 알케닐기이다.R 1 of Chemical Formula 1 is a C1-30, preferably a C10-C30 saturated or unsaturated hydrocarbon group, C1-30 containing a hetero atom of nitrogen or oxygen, or ether, imide, ethanol, or carbon It is a compound group containing an acidic group. Preferably it is a C10-20 saturated or unsaturated hydrocarbon group, More preferably, it is a C10-20 alkyl group or an alkenyl group.
상기 화학식의 티올 화합물의 바람직한 예로는 1-펜타데칸티올, 헥산티올, 메톡시벤젠티올(CH3OC6H4SH), 시클로헥실 머캅탄(C6H11SH), 4-머캅토페놀(HSC6H4OH), 3-머캅토-1,2-프로판디올(HSCH2CH(OH)CH2OH), 2-머캅토에틸에테르(HSCH2CH2)2O), 6-머캅토-1-헥산올(HS(CH2)6OH), 도데칸티올(CH3(CH2)11SH), 11-머캅토-1-운데칸올(HS(CH2)11OH), 11-머캅토운데카노익 에시드(HS(CH2)10CO2H), 16-머캅토헥산데카노익 에시드(HS(CH2)15COOH), 2-머캅토-1-메틸이미다졸, 2-머캅토-5-니트로벤즈이미다졸 등이 있다.Preferred examples of the thiol compound of the formula include 1-pentadecanthiol, hexanethiol, methoxybenzenethiol (CH 3 OC 6 H 4 SH), cyclohexyl mercaptan (C 6 H 11 SH), 4-mercaptophenol ( HSC 6 H 4 OH), 3-mercapto-1,2-propanediol (HSCH 2 CH (OH) CH 2 OH), 2-mercaptoethyl ether (HSCH 2 CH 2 ) 2 O), 6-mercapto -1-hexanol (HS (CH 2 ) 6 OH), dodecanethiol (CH 3 (CH 2 ) 11 SH), 11-mercapto-1-undecanol (HS (CH 2 ) 11 OH), 11- Mercaptodecanoic acid (HS (CH 2 ) 10 CO 2 H), 16-mercaptohexanedecanoic acid (HS (CH 2 ) 15 COOH), 2-mercapto-1-methylimidazole, 2 Mercapto-5-nitrobenzimidazole and the like.
상기 티올 화합물은 전체 전해질에 대하여 0.0001 내지 10 중량%의 양으로 사용되는 것이 바람직하고, 0.01 내지 2 중량%의 양으로 사용되는 것이 더 바람직하다. 첨가량이 0.01 중량% 미만이면 첨가효과가 미미하고 2 중량%를 초과하는 경우에는 전지 성능이 열화되는 문제점이 있어 바람직하지 않다.The thiol compound is preferably used in an amount of 0.0001 to 10% by weight, and more preferably in an amount of 0.01 to 2% by weight based on the total electrolyte. If the added amount is less than 0.01% by weight, the addition effect is insignificant, and if it exceeds 2% by weight, there is a problem that the battery performance is deteriorated, which is not preferable.
상기 화학식 1의 티올 화합물은 탄화수소 화합물에 황 원자를 포함한다. 어떠한 특정 이론에 한정되고자 하는 것은 아니지만 티올 화합물의 황 원자는 금속과의 흡착력이 우수하여 전극 표면에 흡착력이 강할 것으로 생각된다. 티올 화합물의 황 원자의 전극에 대한 강한 흡착력으로 고온 방치시 가스의 발생을 억제할 수 있다. 따라서 본 발명의 전해질 첨가제로 사용되는 티올 화합물은 고온에서 전지의 가스 발생을 억제하여 스웰링 현상을 방지할 수 있다.The thiol compound of Formula 1 includes a sulfur atom in a hydrocarbon compound. Although not wishing to be bound by any particular theory, it is believed that the sulfur atom of the thiol compound has a high adsorption force with the metal and thus a strong adsorption force on the electrode surface. The strong adsorption force of the thiol compound to the electrode of the sulfur atom can suppress generation of gas at high temperature. Therefore, the thiol compound used as the electrolyte additive of the present invention can prevent the swelling phenomenon by suppressing the gas generation of the battery at a high temperature.
상기 티올 화합물은 리튬염을 함유하는 비수성 유기용매에 첨가된다. 리튬염은 전지 내에서 리튬 이온의 공급원으로 작용하여 기본적인 리튬 전지의 작동을 가능하게 하며, 비수성 유기용매는 전지의 전기화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 한다.The thiol compound is added to a non-aqueous organic solvent containing a lithium salt. Lithium salt acts as a source of lithium ions in the battery to enable the operation of the basic lithium battery, the non-aqueous organic solvent serves as a medium to move the ions involved in the electrochemical reaction of the battery.
상기 리튬염으로는 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, LiC4F9SO3, LiAlO4, LiAlCl4, LiGaCl4, LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)(여기서, x 및 y는 자연수임), LiNO3, LiCl, 및 LiI로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 혼합시켜 사용가능하다.The lithium salt may be LiPF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAsF 6 , LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, LiC 4 F 9 SO 3 , LiAlO 4 , LiAlCl 4 , LiGaCl 4 , 1 or 2 selected from the group consisting of LiN (C x F 2x + 1 SO 2 ) (C y F 2y + 1 SO 2 ), wherein x and y are natural numbers, LiNO 3 , LiCl, and LiI It is possible to mix and use species.
리튬염의 농도는 0.6 내지 2.0M 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하며, 0.7내지 1.6M 범위 내에서 사용하는 것이 더 바람직하다. 리튬염의 농도가 0.6M 미만이면 전해질의 전도도가 낮아져 전해질 성능이 떨어지고, 2.0M을 초과하는 경우에는 전해질의 점도가 증가하여 리튬 이온의 이동성이 감소되는 문제점이 있다.The concentration of the lithium salt is preferably used in the range of 0.6 to 2.0M, more preferably in the range of 0.7 to 1.6M. When the concentration of the lithium salt is less than 0.6M, the conductivity of the electrolyte is lowered, and the performance of the electrolyte is lowered. When the concentration of the lithium salt is higher than 2.0M, the viscosity of the electrolyte is increased to reduce the mobility of lithium ions.
비수성 유기용매로는 카보네이트, 에스테르, 에테르 또는 케톤을 사용할 수 있다. 상기 카보네이트로는 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 있으며, 상기 에스테르는 n-메틸 아세테이트, n-에틸 아세테이트, n-프로필 아세테이트 등이 사용될 수 있다.상기 비수성 유기용매중 카보네이트계 용매의 경우 환형(cyclic) 카보네이트와 사슬형(chain) 카보네이트를 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 이 경우 환형 카보네이트와 사슬형 카보네이트는 1:1 내지 1:9의 부피비로 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 상기 부피비로 혼합되어야 전해질의 성능이 바람직하게 나타난다.As the non-aqueous organic solvent, carbonate, ester, ether or ketone can be used. The carbonates 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, and the ester may be n-methyl acetate, n-ethyl acetate, n-propyl acetate, or the like. Carbonate solvent in the non-aqueous organic solvent. In this case, it is preferable to use a mixture of cyclic carbonate and chain carbonate. In this case, it is preferable to use the cyclic carbonate and the chain carbonate by mixing in a volume ratio of 1: 1 to 1: 9. The performance of the electrolyte is preferable when mixed in the above volume ratio.
또한 본 발명의 전해질은 상기 카보네이트계 용매에 방향족 탄화수소계 유기용매를 더 포함할 수도 있다. 방향족 탄화수소계 유기용매로는 하기 화학식 2의 방향족 탄화수소계 화합물이 사용될 수 있다.In addition, the electrolyte of the present invention may further include an aromatic hydrocarbon organic solvent in the carbonate solvent. As the aromatic hydrocarbon organic solvent, an aromatic hydrocarbon compound represented by Chemical Formula 2 may be used.
[화학식 2][Formula 2]
(상기 식에서 R2은 할로겐 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기이고 p는 0 내지 6의 정수이다.)(Wherein R 2 is halogen or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms and p is an integer of 0 to 6).
방향족 탄화수소계 유기용매의 구체적인 예로는 벤젠, 플루오로벤젠, 톨루엔, 플루오로톨루엔, 트리플루오로톨루엔, 자일렌 등이 있다. 방향족 탄화수소계 유기용매를 포함하는 전해질에서 카보네이트계 용매/방향족 탄화수소계 용매의 부피비가 1:1 내지 30:1인 것이 바람직하다. 상기 부피비로 혼합되어야 전해질의 성능이 바람직하게 나타난다.Specific examples of the aromatic hydrocarbon-based organic solvent include benzene, fluorobenzene, toluene, fluorotoluene, trifluorotoluene, xylene and the like. In the electrolyte containing an aromatic hydrocarbon-based organic solvent, the volume ratio of the carbonate solvent / aromatic hydrocarbon solvent is preferably 1: 1 to 30: 1. The performance of the electrolyte is preferable when mixed in the above volume ratio.
본 발명은 상기 전해질을 포함하는 리튬 전지를 제공한다. 본 발명의 리튬 전지는 다음과 같은 공정을 거쳐 제조될 수 있다.The present invention provides a lithium battery comprising the electrolyte. The lithium battery of the present invention can be manufactured through the following process.
양극활물질, 바인더 및 도전제를 혼합하고, 이들을 금속호일 또는 금속망으로 이루어진 집전체에 도포하여 시트상으로 성형한 것을 양극으로 사용하고, 음극 활물질, 바인더, 및 필요에 따라 도전제를 혼합하고, 이들을 금속호일 또는 금속망으로 이루어진 집전체에 도포하여 시트상으로 성형한 것을 음극으로 사용한다.A positive electrode active material, a binder, and a conductive agent are mixed, and these are applied to a current collector made of a metal foil or a metal network and molded into sheets to use as a positive electrode, a negative electrode active material, a binder, and a conductive agent are mixed as necessary. These are applied to a current collector made of a metal foil or a metal net and molded into a sheet to use as a negative electrode.
상기와 같이 제조된 양극과 음극 사이에 다공성 절연 수지로 된 세퍼레이터를 삽입하고 이를 와인딩(winding)하거나 스택킹(stacking)하여 전극 조립체를 형성한 다음, 이를 전지 케이스에 넣고 본 발명의 전해질을 주입하여 전지를 조립한다. 이러한 공정을 거쳐 제조된 리튬 전지중 각형 리튬 전지의 단면도는 도 1에 도시되어 있다.Inserting a separator made of a porous insulating resin between the positive electrode and the negative electrode prepared as described above, and winding or stacking the separator to form an electrode assembly, and then put it in a battery case to inject the electrolyte of the present invention Assemble the battery. A cross-sectional view of a prismatic lithium battery among lithium batteries manufactured through such a process is shown in FIG. 1.
리튬 전지의 양극 활물질로는 리튬의 가역적인 인터칼레이션/디인터칼레이션이 가능한 화합물(리티에이티드 인터칼레이션 화합물), 또는 리튬과 가역적으로 반응하여 리튬-함유 화합물을 형성할 수 있는 물질 등이 사용될 수 있다. 이들 물질의 구체적인 예로 LiMn2O4, LiCoO2, LiNiO2, LiFeO2, V2O5등과 같은 복합 금속 산화물, TiS, MoS 등 설파이드 화합물, 유기 디설파이드 화합물이나 유기 폴리설파이드 화합물 등이 있다.Examples of the positive electrode active material of a lithium battery include a compound capable of reversible intercalation / deintercalation of lithium (lithiated intercalation compound), or a material capable of forming a lithium-containing compound by reversibly reacting with lithium. This can be used. Specific examples of these materials include complex metal oxides such as LiMn 2 O 4 , LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiFeO 2 , V 2 O 5 , sulfide compounds such as TiS and MoS, organic disulfide compounds and organic polysulfide compounds.
음극 활물질로는 리튬 금속, 또는 리튬의 가역적인 인터칼레이션/디인터칼레이션이 가능한 탄소재 물질이 사용된다. 예를 들면, 인조흑연, 천연흑연, 흑연화탄소섬유, 비정질탄소 등을 들 수 있다. 또한 이밖에, 종래부터 리튬 전지의 양극 또는 음극으로 사용되고 있는 물질들이 사용될 수 있음은 물론이다.As the negative electrode active material, lithium metal or a carbonaceous material capable of reversible intercalation / deintercalation of lithium is used. For example, artificial graphite, natural graphite, graphitized carbon fibers, amorphous carbon, etc. may be mentioned. In addition, of course, materials conventionally used as a positive electrode or a negative electrode of a lithium battery may be used.
세퍼레이터로는 폴리에틸렌 세퍼레이터, 폴리프로필렌 세퍼레이터, 폴리에틸렌/폴리프로필렌 2층 세퍼레이터, 폴리에틸렌/폴리프로필렌/폴리에틸렌 3층 세퍼레이터 또는 폴리프로필렌/폴리에틸렌/폴리프로필렌 3층 세퍼레이터를 사용할 수 있다.As the separator, a polyethylene separator, a polypropylene separator, a polyethylene / polypropylene two-layer separator, a polyethylene / polypropylene / polyethylene three-layer separator, or a polypropylene / polyethylene / polypropylene three-layer separator may be used.
본 발명의 전해질은 리튬 일차 전지 및 리튬 이차 전지 모두가 가능하다.The electrolyte of the present invention can be both a lithium primary battery and a lithium secondary battery.
본 발명의 전해질을 포함하는 리튬 전지는 스웰링 특성 및 안전성이 기존의 비수계 전해질을 사용하는 전지에 비하여 월등히 우수하다.The lithium battery including the electrolyte of the present invention has superior swelling characteristics and safety compared to a battery using a conventional non-aqueous electrolyte.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일 뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred examples and comparative examples of the present invention are described. However, the following examples are only one preferred embodiment of the present invention and the present invention is not limited to the following examples.
(실시예 1)(Example 1)
에틸렌 카보네이트(EC):에틸메틸 카보네이트(EMC):프로필렌 카보네이트(PC):플루오로벤젠(FB)을 30:55:5:10의 부피비로 혼합한 유기용매에 1.3M LiPF6를 첨가한 다음, 1-펜타데칸티올 0.5 중량%를 첨가하여 전해질 조성물을 제조하였다.1.3M LiPF 6 was added to an organic solvent obtained by mixing ethylene carbonate (EC): ethylmethyl carbonate (EMC): propylene carbonate (PC): fluorobenzene (FB) in a volume ratio of 30: 55: 5: 10. An electrolyte composition was prepared by adding 0.5% by weight of 1-pentadecanthiol.
양극 활물질인 LiCoO2(평균입경: 10㎛), 도전제(수퍼 P) 및 바인더(PVDF)를 94:3:3의 중량비로 N-메틸피롤리돈(NMP)에 첨가하여 슬러리를 제조하였다. 상기 슬러리를 알루미늄 호일 위에 도포하고 건조한 후 롤 프레스로 압연하여 폭 4.9cm이고 두께가 147㎛인 양극 극판을 제조하였다. 음극 활물질인 PHS(니뽄 카본사), 옥살산 및 바인더(PVDF)를 89.8:0.2:10의 중량비로 NMP에 녹여 슬러리를 제조하고, 이 슬러리를 구리 집전체에 도포하고 건조한 후 롤 프레스로 압연하여 폭 5.1cm이고 두께가 178㎛인 음극 극판을 제조하였다. 상기 양극 극판 및 음극 극판의 사이에 폴리에틸렌(PE) 다공성 필름(폭: 5.35cm, 두께: 18㎛)으로 만든 세퍼레이터를 삽입하고 상기 전해질 5.6g을 주입하여 각형의 리튬 이차 전지를 제조하였다.A slurry was prepared by adding LiCoO 2 (average particle diameter: 10 μm), a conductive material (super P), and a binder (PVDF) as a positive electrode active material to N-methylpyrrolidone (NMP) at a weight ratio of 94: 3: 3. The slurry was coated on aluminum foil, dried, and rolled using a roll press to prepare a positive electrode plate having a width of 4.9 cm and a thickness of 147 μm. PHS (Nippon Carbon Co., Ltd.), oxalic acid, and binder (PVDF), which are negative electrode active materials, were dissolved in NMP in a weight ratio of 89.8: 0.2: 10 to prepare a slurry. A negative electrode plate with a thickness of 178 μm and 5.1 cm was prepared. A separator made of a polyethylene (PE) porous film (width: 5.35 cm, thickness: 18 μm) was inserted between the positive electrode plate and the negative electrode plate, and 5.6 g of the electrolyte was injected to prepare a rectangular lithium secondary battery.
(실시예 2)(Example 2)
에틸렌 카보네이트(EC):에틸메틸 카보네이트(EMC):프로필렌 카보네이트(PC):플루오로벤젠(FB)을 30:55:5:10의 부피비로 혼합한 유기용매에 1.15M LiPF6를 첨가한 다음, 헥산티올 0.5 중량%를 첨가하여 전해질 조성물을 제조한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 각형의 리튬 이차 전지를 제조하였다.1.15 M LiPF 6 was added to an organic solvent obtained by mixing ethylene carbonate (EC): ethyl methyl carbonate (EMC): propylene carbonate (PC): fluorobenzene (FB) in a volume ratio of 30: 55: 5: 10. A rectangular lithium secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1, except that 0.5 wt% of hexanethiol was added to prepare an electrolyte composition.
(비교예 1)(Comparative Example 1)
에틸렌 카보네이트(EC):에틸메틸 카보네이트(EMC):프로필렌 카보네이트(PC):플루오로벤젠(FB)을 30:55:5:10의 부피비로 혼합한 유기용매에 1.15 M LiPF6를 첨가한 용액을 전해질 조성물을 제조한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 각형의 리튬 이차 전지를 제조하였다.A solution obtained by adding 1.15 M LiPF 6 to an organic solvent obtained by mixing ethylene carbonate (EC): ethyl methyl carbonate (EMC): propylene carbonate (PC): fluorobenzene (FB) in a volume ratio of 30: 55: 5: 10. A rectangular lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the electrolyte composition was prepared.
상기 실시예 및 비교예의 스웰링 특성을 평가하기 위하여 실시예 1, 2 및 비교예 1의 각형 전지 각각 3개에 대하여 0 V 내지 4.2 V의 전압 범위에서 0.2C로 충방전을 실시하여 화성(formation)을 실시하였다. 0.5C로 표준 충전한 상태에서 90℃의 고온 챔버 안에 4시간, 24시간 및 48시간 동안 방치한 후 전지의 가장 두꺼운 부분을 측정하여 평균치와 두께 증가분(일정시간에서의 두께측정치-초기 두께 측정치)을 산출하였다. 두께 측정의 평균치와 두께 증가분(괄호안에 기재)을 하기 표 1에 기재하였다.In order to evaluate the swelling characteristics of the Examples and Comparative Examples, each of the square cells of Examples 1, 2 and Comparative Example 1 was charged and discharged at 0.2 C in a voltage range of 0 V to 4.2 V to form ) Was performed. After 4 hours, 24 hours and 48 hours in a high temperature chamber at 90 ° C with a standard charge of 0.5C, the thickest part of the cell was measured and the average value and thickness increment (thickness measurement at initial time-initial thickness measurement) Was calculated. The average value and thickness increment (described in parentheses) of the thickness measurements are shown in Table 1 below.
[표 1]TABLE 1
상기 표 1에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 실시예 1에 따른 전지는 스웰링 특성이 비교예 1에 비하여 우수한 것으로 나타났다.As shown in Table 1, the battery according to Example 1 according to the present invention was found to have superior swelling characteristics compared to Comparative Example 1.
본 발명의 전해질을 포함하는 리튬 전지는 스웰링 특성과 전지의 안전성이 우수하다.The lithium battery containing the electrolyte of the present invention is excellent in swelling characteristics and battery safety.
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR10-2002-0053219A KR100467451B1 (en) | 2002-09-04 | 2002-09-04 | An electrolyte for a lithium battery and a lithium battery comprising the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR10-2002-0053219A KR100467451B1 (en) | 2002-09-04 | 2002-09-04 | An electrolyte for a lithium battery and a lithium battery comprising the same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20040021393A true KR20040021393A (en) | 2004-03-10 |
KR100467451B1 KR100467451B1 (en) | 2005-01-24 |
Family
ID=37325593
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR10-2002-0053219A KR100467451B1 (en) | 2002-09-04 | 2002-09-04 | An electrolyte for a lithium battery and a lithium battery comprising the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR100467451B1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008140271A1 (en) * | 2007-05-15 | 2008-11-20 | Lg Chem, Ltd. | Additives for non-aqueous electrolyte and secondary battery using the same |
US7560195B2 (en) | 2004-03-30 | 2009-07-14 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Electrolyte for lithium battery and lithium battery comprising the same |
WO2023164770A1 (en) * | 2022-03-04 | 2023-09-07 | Institut National De La Recherche Scientifique | Additive combination for secondary battery electrolytes |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5593795A (en) * | 1995-05-01 | 1997-01-14 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Polymer electrolyte composition based upon thiol-ene chemistry |
JP4529274B2 (en) * | 2000-04-18 | 2010-08-25 | ソニー株式会社 | Non-aqueous electrolyte battery |
JP2002164084A (en) * | 2000-11-27 | 2002-06-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Lithium battery and its manufacturing method |
KR100458568B1 (en) * | 2002-04-03 | 2004-12-03 | 삼성에스디아이 주식회사 | An electrolyte for a lithium battery and a lithium battery comprising the same |
KR100463188B1 (en) * | 2002-06-24 | 2004-12-23 | 삼성에스디아이 주식회사 | An electrolyte for a lithium ion battery and a lithium ion battery comprising the same |
-
2002
- 2002-09-04 KR KR10-2002-0053219A patent/KR100467451B1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7560195B2 (en) | 2004-03-30 | 2009-07-14 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Electrolyte for lithium battery and lithium battery comprising the same |
WO2008140271A1 (en) * | 2007-05-15 | 2008-11-20 | Lg Chem, Ltd. | Additives for non-aqueous electrolyte and secondary battery using the same |
US8785015B2 (en) | 2007-05-15 | 2014-07-22 | Lg Chem, Ltd. | Additives for non-aqueous electrolyte and secondary battery using the same |
US9368835B2 (en) | 2007-05-15 | 2016-06-14 | Lg Chem, Ltd. | Additives for non-aqueous electrolyte and secondary battery using the same |
WO2023164770A1 (en) * | 2022-03-04 | 2023-09-07 | Institut National De La Recherche Scientifique | Additive combination for secondary battery electrolytes |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR100467451B1 (en) | 2005-01-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100515332B1 (en) | An electrolyte for a lithium battery and a lithium battery comprising the same | |
KR100515298B1 (en) | A non-aqueous electrolyte and a lithium secondary battery comprising the same | |
KR100463189B1 (en) | A lithium secondary battery and a method for preparing the same | |
KR100536196B1 (en) | A non-aqueous electrolyte and a lithium secondary battery comprising the same | |
KR100804689B1 (en) | An electrolyte for a lithium secondary battery and a lithium secondary battery comprising the same | |
KR100463188B1 (en) | An electrolyte for a lithium ion battery and a lithium ion battery comprising the same | |
KR20050014408A (en) | A non-aqueous electrolyte and a lithium secondary battery comprising the same | |
KR100471973B1 (en) | A non-aqueous electrolyte and a lithium secondary battery comprising the same | |
KR100471970B1 (en) | An electrolyte for a lithium ion battery and a lithium ion battery comprising the same | |
KR20050096401A (en) | Electrolyte for lithium battery and lithium battery comprising same | |
US7238452B2 (en) | Electrolyte for lithium battery and lithium battery comprising same | |
KR100766930B1 (en) | An electrolyte for a lithium secondary battery and a lithium secondary battery comprising the same | |
KR100628470B1 (en) | Electrolyte for lithium battery and lithium battery comprising same | |
KR100658742B1 (en) | Electrolyte for lithium battery and lithium battery comprising same | |
KR100467451B1 (en) | An electrolyte for a lithium battery and a lithium battery comprising the same | |
KR100471979B1 (en) | An electrolyte for a lithium battery and a lithium battery comprising the same | |
KR100645775B1 (en) | Non-aqueous electrolyte for Lithium Secondary Batteries and Lithium Secondary Batteries containing the same | |
KR100982323B1 (en) | An electrolyte for a lithium secondary battery and a lithium secondary battery comprising the same | |
KR20060037593A (en) | Electrolyte for lithium battery, method of preparing same and lithium battery comprising same | |
KR100639529B1 (en) | Non-aqueous electrolyte for Lithium Secondary Batteries and Lithium Secondary Batteries containing the same | |
KR20060037591A (en) | Electrolyte for lithium battery and lithium battery comprising same | |
KR101156251B1 (en) | Lithium ion battery | |
KR20060024663A (en) | Non-aqueous electrolyte for lithium secondary batteries and lithium secondary batteries containing the same |
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: 20121221 Year of fee payment: 9 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20131220 Year of fee payment: 10 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20141211 Year of fee payment: 11 |
|
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |