KR20240073637A - Non-aqueous electrolyte and lithium secondary battery comprising the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 리튬 염; 유기 용매; 및 첨가제를 포함하며, 상기 첨가제가 특정 화학식으로 표시되는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 비수 전해질을 제공한다. 본 발명에 따른 비수 전해질은 전지의 고온 내구성, 수명 성능을 향상시키고, 동시에 발열 특성 제어 및 열 안전성을 향상시킬 수 있다.The present invention relates to a lithium salt; organic solvent; and an additive, wherein the additive includes a compound represented by a specific chemical formula. The non-aqueous electrolyte according to the present invention can improve the high-temperature durability and life performance of the battery, and at the same time improve heat generation characteristics control and thermal safety.
Description
본 발명은 비수 전해질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a non-aqueous electrolyte and a lithium secondary battery containing the same.
최근 리튬 이차전지의 응용 영역이 전기, 전자, 통신, 컴퓨터와 같은 전자 기기의 전력 공급뿐만 아니라, 자동차나 전력 저장 장치와 같은 대면적 기기의 전력 저장 공급까지 급속히 확대됨에 따라, 고용량, 고출력이면서도 고안정성인 이차전지에 대한 요구가 늘어나고 있다.Recently, the application area of lithium secondary batteries has rapidly expanded not only to supply power to electronic devices such as electricity, electronics, communication, and computers, but also to supply power storage to large-area devices such as automobiles and power storage devices. Demand for stable secondary batteries is increasing.
리튬 이차전지는 일반적으로 리튬 함유 전이금속 산화물 등으로 된 양극 활물질 또는 리튬 이온을 흡장 및 방출할 수 있는 탄소계 활물질, 실리콘계 활물질 등의 음극 활물질과, 선택적으로 바인더 및 도전재를 혼합한 물질을 각각 양극 집전체 및 음극 집전체에 도포하여 양극과 음극을 제조하고, 이를 분리막의 양측에 적층하여 소정 형상의 전극 집전체를 형성한 다음, 이 전극 집전체와 비수 전해질을 전지 케이스에 삽입하여 제조된다. 여기에 전지의 성능을 확보하고자 거의 필수적으로 포메이션(formation, 화성) 및 에이징(aging) 공정을 거치게 된다.Lithium secondary batteries are generally made of a mixture of positive electrode active materials such as lithium-containing transition metal oxides or negative electrode active materials such as carbon-based active materials and silicon-based active materials that can occlude and release lithium ions, and optionally a binder and a conductive material. It is manufactured by applying it to the positive electrode current collector and the negative electrode current collector to manufacture the positive electrode and negative electrode, stacking them on both sides of the separator to form an electrode current collector of a predetermined shape, and then inserting this electrode current collector and non-aqueous electrolyte into the battery case. . In order to secure the performance of the battery, it almost inevitably goes through formation and aging processes.
상기 포메이션 공정은 전지 조립 후 충전과 방전을 되풀이하여 이차전지를 활성화하는 단계로, 상기 충전 시 양극으로 사용되는 양극 활물질에서 나온 리튬 이온이 음극으로 사용되는 음극 활물질로 이동하여 삽입된다. 이때 반응성이 강한 리튬 이온은 전해질과 반응하여 Li2CO3, Li2O, LiOH 등의 화합물을 생성하고, 이 화합물들은 전극 표면에 고체 전해질 계면막(Solid Electrolyte Interface: SEI 피막) 층을 형성한다.The formation process is a step of activating the secondary battery by repeating charging and discharging after battery assembly. During the charging, lithium ions from the positive electrode active material used as the positive electrode move and are inserted into the negative electrode active material used as the negative electrode. At this time, highly reactive lithium ions react with the electrolyte to generate compounds such as Li 2 CO 3 , Li 2 O, and LiOH, and these compounds form a solid electrolyte interface (SEI film) layer on the electrode surface. .
상기 SEI 피막은 수명 및 용량 유지에 밀접하게 영향을 주는 중요한 인자이다. 특히, 고온에서 저장 시 SEI 피막이 서서히 붕괴되어 전극 노출 등의 문제가 야기될 수 있으므로, 고온 저장 시 부반응을 억제할 수 있는 SEI 피막 생성에 도움을 주는 전해액 내 첨가제의 개발이 필요하다.The SEI film is an important factor that closely affects lifespan and capacity maintenance. In particular, when stored at high temperatures, the SEI film gradually collapses, which may cause problems such as electrode exposure, so it is necessary to develop additives in the electrolyte that help create an SEI film that can suppress side reactions when stored at high temperatures.
또한, 비수 전해질은 주변 온도 및 전지 자체의 온도 상승에 의한 연소에 의해 안전성이 낮은 단점이 있으므로, 이러한 단점을 보완하여 성능 및 안전성이 동시에 확보된 리튬 이차 전지용 비수 전해질의 개발이 요구되고 있다.In addition, non-aqueous electrolytes have the disadvantage of low safety due to combustion due to increases in ambient temperature and the temperature of the battery itself. Therefore, there is a demand for the development of non-aqueous electrolytes for lithium secondary batteries that compensate for these disadvantages and ensure both performance and safety.
본 발명의 일 과제는 전지의 고온 내구성, 수명 성능을 향상시키고, 동시에 발열 특성 제어 및 열 안전성을 향상시킬 수 있는 비수 전해질을 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide a non-aqueous electrolyte that can improve the high-temperature durability and life performance of a battery, and at the same time control heat generation characteristics and improve thermal safety.
또한, 본 발명의 다른 과제는 전술한 비수 전해질을 포함하는 리튬 이차전지를 제공하는 것이다.In addition, another object of the present invention is to provide a lithium secondary battery containing the above-described non-aqueous electrolyte.
본 발명은 리튬 염; 유기 용매; 및 첨가제;를 포함하고, 상기 첨가제는 하기 화학식 1 내지 화학식 4로 표시되는 화합물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종을 포함하는 비수 전해질을 제공한다.The present invention relates to a lithium salt; organic solvent; and an additive, wherein the additive includes at least one selected from the group consisting of compounds represented by Formulas 1 to 4 below.
[화학식 1][Formula 1]
[화학식 2][Formula 2]
[화학식 3][Formula 3]
[화학식 4][Formula 4]
상기 화학식 1 내지 4에서, R1 내지 R4는 서로 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 불소가 하나 이상 치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 탄소수 6 내지 30의 아릴기 및 불소가 하나 이상 치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기 중에서 선택되고, L1 내지 L4는 서로 독립적으로 직접 결합, -COO-, 및 -SO2- 중에서 선택된다.In Formulas 1 to 4, R 1 to R 4 are independently selected from an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms with one or more fluorine substituted, an aryl group with 6 to 30 carbon atoms, and an alkyl group with one or more fluorine substituted. It is selected from aryl groups having 6 to 30 carbon atoms, and L 1 to L 4 are independently selected from a direct bond, -COO-, and -SO 2 -.
또한, 본 발명은 양극 활물질을 포함하는 양극; 음극 활물질을 포함하는 음극; 상기 양극 및 상기 음극 사이에 개재되는 분리막; 및 전술한 비수 전해질;을 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다.In addition, the present invention provides a positive electrode including a positive electrode active material; A negative electrode containing a negative electrode active material; a separator interposed between the anode and the cathode; It provides a lithium secondary battery comprising the above-mentioned non-aqueous electrolyte.
본 발명의 비수 전해질은 첨가제로서 특정 치환기가 인(P)에 치환된 고리형 포스포레인(phospholane) 화합물을 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 첨가제는 양/음극에 고온 내구성이 우수한 SEI 피막 형성을 가능케 하여, 전지의 수명 성능이 향상될 수 있으며, 전지의 발열을 제어하고 안전성을 확보할 수 있다.The non-aqueous electrolyte of the present invention is characterized by containing a cyclic phospholane compound in which a specific substituent is substituted for phosphorus (P) as an additive. The additive enables the formation of an SEI film with excellent high-temperature durability on the anode/cathode, thereby improving battery life performance, controlling heat generation of the battery, and ensuring safety.
따라서, 전술한 비수 전해질을 포함하는 리튬 이차전지는 고온에서의 수명 성능, 저항 특성이 우수하며, 열 안전성이 향상될 수 있다.Therefore, a lithium secondary battery containing the above-described non-aqueous electrolyte has excellent life performance and resistance characteristics at high temperatures, and thermal safety can be improved.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.Terms or words used in this specification and claims should not be construed as limited to their common or dictionary meanings, and the inventor may appropriately define the concept of terms in order to explain his or her invention in the best way. It should be interpreted with meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it is.
본 명세서에서 "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 구성 요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 구성 요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In this specification, terms such as “comprise,” “comprise,” or “have” are intended to designate the presence of implemented features, numbers, steps, components, or a combination thereof, but are intended to indicate the presence of one or more other features or numbers. It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the presence or addition of steps, components, or combinations thereof.
한편, 본 발명을 설명하기에 앞서, 본 발명에서 특별한 언급이 없는 한 " * "는 동일하거나, 상이한 원자 또는 화학식의 말단부 간의 연결된 부분(결합 부위)을 의미한다.Meanwhile, before explaining the present invention, unless otherwise specified in the present invention, "*" means a connected portion (bonding site) between terminal parts of the same or different atoms or chemical formulas.
또한, 본 명세서 내에서 "탄소수 a 내지 b"의 기재에 있어서, "a" 및 "b"는 구체적인 작용기에 포함되는 탄소 원자의 개수를 의미한다. 즉, 상기 작용기는 "a" 내지 "b" 개의 탄소원자를 포함할 수 있다. 예를 들어, "탄소수 1 내지 5의 알킬기"는 탄소수 1 내지 5의 탄소 원자를 포함하는 알킬기, 즉 CH3-, CH3CH2-, CH3CH2CH2-, (CH3)2CH-, CH3CH2CH2CH2-, (CH3)2CHCH2-, CH3CH2CH2CH2CH2-, (CH3)2CHCH2CH2- 등을 의미한다.In addition, in the description of “carbon numbers a to b” in this specification, “a” and “b” refer to the number of carbon atoms included in a specific functional group. That is, the functional group may include “a” to “b” carbon atoms. For example, “alkyl group having 1 to 5 carbon atoms” refers to an alkyl group containing 1 to 5 carbon atoms, i.e. CH 3 -, CH 3 CH 2 -, CH 3 CH 2 CH 2 -, (CH 3 ) 2 CH -, CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 -, (CH 3 ) 2 CHCH 2 -, CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 -, (CH 3 ) 2 CHCH 2 CH 2 -, etc.
또한, 본 명세서에서 알킬기, 알케닐기 또는 알키닐기는 모두 치환 또는 비치환될 수 있다. 상기 "치환"이란 별도의 정의가 없는 한, 탄소에 결합된 적어도 하나 이상의 수소가 수소 이외의 원소로 치환된 것을 의미하는 것으로, 예를 들면, 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 탄소수 2 내지 20의 알케닐기, 탄소수 2 내지 20의 알키닐기, 탄소수 1 내지 20의 알콕시기, 탄소수 3 내지 12의 사이클로알킬기, 탄소수 3 내지 12의 사이클로알케닐기, 탄소수 3 내지 12의 사이클로알키닐기, 탄소수 3 내지 12의 헤테로사이클로알킬기, 탄소수 3 내지 12의 헤테로사이클로알케닐기, 탄소수 2 내지 12의 헤테로사이클로알키닐기, 탄소수 6 내지 12의 아릴옥시기, 할로겐 원자, 탄소수 1 내지 20의 플루오로알킬기, 니트로기, 탄소수 6 내지 20의 아릴기, 탄소수 2 내지 20의 헤테로아릴기, 탄소수 6 내지 20의 할로아릴기 등으로 치환된 것을 의미한다.Additionally, in the present specification, the alkyl group, alkenyl group, or alkynyl group may all be substituted or unsubstituted. Unless otherwise defined, the term "substitution" means that at least one hydrogen bonded to carbon is replaced with an element other than hydrogen, for example, an alkyl group with 1 to 20 carbon atoms, an alkene with 2 to 20 carbon atoms. Nyl group, alkynyl group of 2 to 20 carbon atoms, alkoxy group of 1 to 20 carbon atoms, cycloalkyl group of 3 to 12 carbon atoms, cycloalkenyl group of 3 to 12 carbon atoms, cycloalkynyl group of 3 to 12 carbon atoms, hetero group of 3 to 12 carbon atoms Cycloalkyl group, heterocycloalkenyl group with 3 to 12 carbon atoms, heterocycloalkynyl group with 2 to 12 carbon atoms, aryloxy group with 6 to 12 carbon atoms, halogen atom, fluoroalkyl group with 1 to 20 carbon atoms, nitro group, 6 to 12 carbon atoms It means substituted with an aryl group of 20, a heteroaryl group of 2 to 20 carbon atoms, a haloaryl group of 6 to 20 carbon atoms, etc.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
비수 전해질non-aqueous electrolyte
본 발명은 비수 전해질에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 상기 비수 전해질은 리튬 이차전지용 비수 전해질일 수 있다.The present invention relates to non-aqueous electrolytes. More specifically, the non-aqueous electrolyte may be a non-aqueous electrolyte for a lithium secondary battery.
본 발명에 따른 비수 전해질은 상기 첨가제는 하기 화학식 1 내지 화학식 4로 표시되는 화합물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종을 포함하는 비수 전해질을 제공한다.The non-aqueous electrolyte according to the present invention provides a non-aqueous electrolyte wherein the additive includes at least one selected from the group consisting of compounds represented by the following formulas 1 to 4.
[화학식 1][Formula 1]
[화학식 2][Formula 2]
[화학식 3][Formula 3]
[화학식 4][Formula 4]
상기 화학식 1 내지 4에서, R1 내지 R4는 서로 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 불소가 하나 이상 치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 탄소수 6 내지 30의 아릴기 및 불소가 하나 이상 치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기 중에서 선택되고, L1 내지 L4는 서로 독립적으로 직접 결합, 직접 결합, -COO-, 및 -SO2-중에서 선택된다.In Formulas 1 to 4, R 1 to R 4 are independently selected from an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms with one or more fluorine substituted, an aryl group with 6 to 30 carbon atoms, and an alkyl group with one or more fluorine substituted. It is selected from aryl groups having 6 to 30 carbon atoms, and L 1 to L 4 are independently selected from a direct bond, a direct bond, -COO-, and -SO 2 -.
본 발명의 비수 전해질은 첨가제로서 상술한 치환기가 인(P)에 치환된 고리형 포스포레인(phospholane) 화합물을 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 첨가제는 양/음극에 고온 내구성이 우수한 SEI 피막 형성을 가능케 하여, 전지의 수명 성능이 향상될 수 있으며, 전지의 발열을 제어하고 안전성을 확보할 수 있다. 따라서, 전술한 비수 전해질을 포함하는 리튬 이차전지는 고온에서의 수명 성능, 저항 특성이 우수하며, 열 안전성이 향상될 수 있다.The non-aqueous electrolyte of the present invention is characterized by containing, as an additive, a cyclic phospholane compound in which the above-described substituent is substituted for phosphorus (P). The additive enables the formation of an SEI film with excellent high-temperature durability on the anode/cathode, thereby improving battery life performance, controlling heat generation of the battery, and ensuring safety. Therefore, a lithium secondary battery containing the above-described non-aqueous electrolyte has excellent life performance and resistance characteristics at high temperatures, and thermal safety can be improved.
(1) 리튬 염(1) Lithium salt
본 발명에서 사용되는 리튬 염으로는, 리튬 이차전지용 비수 전해질에 통상적으로 사용되는 다양한 리튬 염들이 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 리튬 염은, 양이온으로 Li+를 포함하고, 음이온으로는 F-, Cl-, Br-, I-, NO3 -, N(CN)2 -, BF4 -, ClO4 -, AlO4 -, AlCl4 -, PF6 -, SbF6 -, AsF6 -, B10Cl10 -, BF2C2O4 -, BC4O8 -, PF4C2O4 -, PF2C4O8 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 -, C4F9SO3 -, CF3CF2SO3 -, (FSO2)2N-, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, CH3SO3 -, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -, SCN- 및 (CF3CF2SO2)2N-로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.As the lithium salt used in the present invention, various lithium salts commonly used in non-aqueous electrolytes for lithium secondary batteries can be used without limitation. For example, the lithium salt includes Li + as a cation, and F - , Cl - , Br - , I - , NO 3 - , N(CN) 2 - , BF 4 - , and ClO 4 - as anions. , AlO 4 - , AlCl 4 - , PF 6 - , SbF 6 - , AsF 6 - , B 10 Cl 10 - , BF 2 C 2 O 4 - , BC 4 O 8 - , PF 4 C 2 O 4 - , PF 2 C 4 O 8 - , (CF 3 ) 2 PF 4 - , (CF 3 ) 3 PF 3 - , (CF 3 ) 4 PF 2 - , (CF 3 ) 5 PF - , (CF 3 ) 6 P - , CF 3 SO 3 - , C 4 F 9 SO 3 - , CF 3 CF 2 SO 3 - , (FSO 2 ) 2 N - , CF 3 CF 2 (CF 3 ) 2 CO - , (CF 3 SO 2 ) 2 CH - , CH 3 SO 3 - , CF 3 (CF 2 ) 7 SO 3 - , CF 3 CO 2 - , CH 3 CO 2 - , SCN - and (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 N - selected from the group consisting of It may include at least one of them.
구체적으로, 상기 리튬 염은 LiCl, LiBr, LiI, LiBF4, LiClO4, LiAlO4, LiAlCl4, LiPF6, LiSbF6, LiAsF6, LiB10Cl10, LiBOB (LiB(C2O4)2), LiCF3SO3, LiFSI (LiN(SO2F)2), LiCH3SO3, LiCF3CO2, LiCH3CO2 및 LiBETI (LiN(SO2CF2CF3)2)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종을 포함할 수 있다. 구체적으로 상기 리튬 염은 LiBF4, LiClO4, LiPF6, LiBOB (LiB(C2O4)2), LiCF3SO3, LiTFSI (LiN(SO2CF3)2), LiFSI ((LiN(SO2F)2) 및 LiBETI (LiN(SO2CF2CF3)2)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종을 포함할 수 있다.Specifically, the lithium salt is LiCl, LiBr, LiI, LiBF 4 , LiClO 4 , LiAlO 4 , LiAlCl 4 , LiPF 6 , LiSbF 6 , LiAsF 6 , LiB 10 Cl 10 , LiBOB (LiB(C 2 O 4 ) 2 ) , LiCF 3 SO 3 , LiFSI (LiN(SO 2 F) 2 ), LiCH 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiCH 3 CO 2 and LiBETI (LiN(SO 2 CF 2 CF 3 ) 2 ). It may include at least one type. Specifically, the lithium salt is LiBF 4 , LiClO 4 , LiPF 6 , LiBOB (LiB(C 2 O 4 ) 2 ), LiCF 3 SO 3 , LiTFSI (LiN(SO 2 CF 3 ) 2 ), LiFSI ((LiN(SO 2 F) 2 ) and LiBETI (LiN(SO 2 CF 2 CF 3 ) 2 ).
상기 리튬 염은 상기 비수 전해질에 0.5M 내지 5M의 농도, 구체적으로 0.8M 내지 4M의 농도, 보다 구체적으로 0.8M 내지 2.0M의 농도로 포함될 수 있다. 상기 리튬 염의 농도가 상기 범위를 만족할 때, 리튬 이온 수율(Li+ transference number) 및 리튬 이온의 해리도가 향상되어 전지의 출력 특성이 향상될 수 있다.The lithium salt may be included in the non-aqueous electrolyte at a concentration of 0.5M to 5M, specifically 0.8M to 4M, and more specifically 0.8M to 2.0M. When the concentration of the lithium salt satisfies the above range, the lithium ion yield (Li + transference number) and the degree of dissociation of lithium ions are improved, thereby improving the output characteristics of the battery.
(2) 유기 용매(2) Organic solvent
상기 유기 용매로는 리튬 이차전지에 통상적으로 사용되는 비수계 용매로서, 이차전지의 충방전 과정에서 산화 반응 등에 의한 분해가 최소화될 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는다.The organic solvent is a non-aqueous solvent commonly used in lithium secondary batteries, and is not particularly limited as long as it can minimize decomposition due to oxidation reactions, etc. during the charging and discharging process of the secondary battery.
구체적으로, 상기 유기 용매는 환형 카보네이트계 용매, 선형 카보네이트계 용매, 선형 에스터계 용매 및 환형 에스터계 용매로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종을 포함할 수 있다.Specifically, the organic solvent may include at least one selected from the group consisting of cyclic carbonate-based solvents, linear carbonate-based solvents, linear ester-based solvents, and cyclic ester-based solvents.
구체적으로, 상기 유기 용매는 환형 카보네이트계 용매, 선형 카보네이트계 용매 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. Specifically, the organic solvent may include a cyclic carbonate-based solvent, a linear carbonate-based solvent, or a mixture thereof.
상기 환형 카보네이트계 용매는 고점도의 유기 용매로서 유전율이 높아 전해질 내의 리튬염을 잘 해리시킬 수 있는 유기 용매로서, 구체적으로 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 1,2-부틸렌 카보네이트, 2,3-부틸렌 카보네이트, 1,2-펜틸렌 카보네이트, 2,3-펜틸렌 카보네이트 및 비닐렌 카보네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 유기 용매를 포함할 수 있으며, 보다 구체적으로 에틸렌 카보네이트를 포함할 수 있다.The cyclic carbonate-based solvent is a high-viscosity organic solvent that has a high dielectric constant and can easily dissociate the lithium salt in the electrolyte. Specifically, it is ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), 1,2-butylene carbonate, It may contain at least one organic solvent selected from the group consisting of 2,3-butylene carbonate, 1,2-pentylene carbonate, 2,3-pentylene carbonate, and vinylene carbonate, and more specifically, ethylene carbonate. may include.
또한, 상기 선형 카보네이트계 용매는 저점도 및 저유전율을 가지는 유기 용매로서, 구체적으로 디메틸 카보네이트(dimethyl carbonate, DMC), 디에틸 카보네이트(diethyl carbonate, DEC), 디프로필 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트(EMC), 메틸프로필 카보네이트 및 에틸프로필 카보네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함할 수 있으며, 보다 구체적으로 에틸메틸 카보네이트(EMC)를 포함할 수 있다.In addition, the linear carbonate-based solvent is an organic solvent having low viscosity and low dielectric constant, specifically dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate, and ethylmethyl carbonate (EMC). , may include at least one member selected from the group consisting of methylpropyl carbonate and ethylpropyl carbonate, and more specifically may include ethylmethyl carbonate (EMC).
상기 유기 용매는 환형 카보네이트계 용매와 선형 카보네이트계 용매의 혼합물일 수 있다. 이때, 상기 환형 카보네이트계 용매와 선형 카보네이트계 용매는 10:90 내지 40:60의 부피비, 구체적으로 10:90 내지 30:70의 부피비, 보다 구체적으로 15:85 내지 30:70의 부피비로 혼합될 수 있다. 환형 카보네이트계 용매와 선형 카보네이트계 용매의 혼합비가 상기 범위를 만족할 경우, 고유전율과 저점도 특성을 동시에 만족하며, 우수한 이온 전도도 특성을 구현할 수 있다.The organic solvent may be a mixture of a cyclic carbonate-based solvent and a linear carbonate-based solvent. At this time, the cyclic carbonate-based solvent and the linear carbonate-based solvent are mixed in a volume ratio of 10:90 to 40:60, specifically 10:90 to 30:70, and more specifically 15:85 to 30:70. You can. When the mixing ratio of the cyclic carbonate-based solvent and the linear carbonate-based solvent satisfies the above range, high dielectric constant and low viscosity characteristics can be simultaneously satisfied, and excellent ionic conductivity characteristics can be realized.
또한, 상기 유기 용매는 높은 이온 전도율을 갖는 전해질을 제조하기 위하여, 상기 환형 카보네이트계 용매 및 선형 카보네이트계 용매로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 카보네이트계 용매에 선형 에스터계 용매 및 환형 에스터계 용매로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 에스터계 용매를 추가로 포함할 수 있다.In addition, in order to prepare an electrolyte having high ionic conductivity, the organic solvent is added to at least one carbonate-based solvent selected from the group consisting of the cyclic carbonate-based solvent and the linear carbonate-based solvent as a linear ester-based solvent and a cyclic ester-based solvent. It may further include at least one ester-based solvent selected from the group consisting of
상기 선형 에스터계 용매는 구체적으로 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 프로필 아세테이트, 메틸 프로피오네이트, 에틸 프로피오네이트, 프로필 프로피오네이트 및 부틸 프로피오네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함할 수 있다.The linear ester-based solvent may specifically include at least one selected from the group consisting of methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, propyl propionate, and butyl propionate. .
또한, 상기 환형 에스터계 용매는 구체적으로 γ-부티로락톤, γ-발레로락톤, γ-카프로락톤, σ-발레로락톤 및 ε-카프로락톤으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함할 수 있다.In addition, the cyclic ester solvent may specifically include at least one selected from the group consisting of γ-butyrolactone, γ-valerolactone, γ-caprolactone, σ-valerolactone, and ε-caprolactone. there is.
한편, 상기 유기 용매는 필요에 따라 비수 전해질에 통상적으로 사용되는 유기 용매를 제한 없이 추가하여 사용할 수 있다. 예를 들면, 에테르계 용매, 글라임계 용매 및 니트릴계 용매 중 적어도 하나 이상의 유기 용매를 추가로 포함할 수도 있다.Meanwhile, the organic solvent can be used by adding organic solvents commonly used in non-aqueous electrolytes without limitation, if necessary. For example, it may further include at least one organic solvent selected from ether-based solvents, glyme-based solvents, and nitrile-based solvents.
상기 에테르계 용매로는 디메틸에테르, 디에틸에테르, 디프로필 에테르, 메틸에틸에테르, 메틸프로필 에테르, 에틸프로필 에테르, 1,3-디옥소란(DOL) 및 2,2-비스(트리플루오로메틸)-1,3-디옥소란(TFDOL)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The ether-based solvents include dimethyl ether, diethyl ether, dipropyl ether, methyl ethyl ether, methyl propyl ether, ethyl propyl ether, 1,3-dioxolane (DOL), and 2,2-bis (trifluoromethyl )-1,3-dioxolane (TFDOL) or a mixture of two or more of these may be used, but are not limited thereto.
상기 글라임계 용매는 선형 카보네이트계 용매에 비해 높은 유전율 및 낮은 표면 장력을 가지며, 메탈과의 반응성이 적은 용매로서, 디메톡시에탄 (글라임, DME), 디에톡시에탄, 디글라임 (digylme), 트리-글라임(Triglyme), 및 테트라-글라임 (TEGDME)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. The glyme-based solvent has a high dielectric constant and low surface tension compared to the linear carbonate-based solvent, and is a solvent with low reactivity with metal, such as dimethoxyethane (glyme, DME), diethoxyethane, digylme, and trimethylamine. -It may include at least one selected from the group consisting of triglyme and tetra-glyme (TEGDME), but is not limited thereto.
상기 니트릴계 용매는 아세토니트릴, 프로피오니트릴, 부티로니트릴, 발레로니트릴, 카프릴로니트릴, 헵탄니트릴, 싸이클로펜탄 카보니트릴, 싸이클로헥산 카보니트릴, 2-플루오로벤조니트릴, 4-플루오로벤조니트릴, 다이플루오로벤조니트릴, 트리플루오로벤조니트릴, 페닐아세토니트릴, 2-플루오로페닐아세토니트릴, 4-플루오로페닐아세토니트릴로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The nitrile-based solvents include acetonitrile, propionitrile, butyronitrile, valeronitrile, caprylonitrile, heptanenitrile, cyclopentane carbonitrile, cyclohexane carbonitrile, 2-fluorobenzonitrile, and 4-fluorobenzonitrile. , difluorobenzonitrile, trifluorobenzonitrile, phenylacetonitrile, 2-fluorophenylacetonitrile, and 4-fluorophenylacetonitrile, but is not limited thereto.
(3) 첨가제(3) Additives
본 발명에 따른 비수 전해질은 첨가제를 포함한다.The non-aqueous electrolyte according to the invention contains additives.
상기 첨가제는 하기 화학식 1 내지 화학식 4로 표시되는 화합물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종을 포함한다.The additive includes at least one selected from the group consisting of compounds represented by the following formulas 1 to 4.
[화학식 1][Formula 1]
[화학식 2][Formula 2]
[화학식 3][Formula 3]
[화학식 4][Formula 4]
상기 화학식 1 내지 4에서, R1 내지 R4는 서로 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 불소가 하나 이상 치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 탄소수 6 내지 30의 아릴기 및 불소가 하나 이상 치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기 중에서 선택되고, L1 내지 L4는 서로 독립적으로 직접 결합, -COO-, 및 -SO2- 중에서 선택된다.In Formulas 1 to 4, R 1 to R 4 are independently selected from an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms with one or more fluorine substituted, an aryl group with 6 to 30 carbon atoms, and an alkyl group with one or more fluorine substituted. It is selected from aryl groups having 6 to 30 carbon atoms, and L 1 to L 4 are independently selected from a direct bond, -COO-, and -SO 2 -.
상기 화학식 1 내지 4로 표시되는 화합물들은 상술한 치환기가 인(P)에 치환된 고리형 포스포레인 화합물로서, 리튬 이차전지에 포함될 때 양/음극에 고온 내구성이 우수한 SEI 피막을 형성할 수 있으며, 특히 주변 온도 또는 전지 온도 상승에 의한 발열을 제어할 수 있고, 전지의 핫 박스 안전성을 현저한 수준으로 향상시킬 수 있다. The compounds represented by Formulas 1 to 4 are cyclic phosphorene compounds in which the above-mentioned substituents are substituted with phosphorus (P), and when included in a lithium secondary battery, they can form an SEI film with excellent high-temperature durability on the positive and negative electrodes. , In particular, heat generation due to an increase in ambient temperature or battery temperature can be controlled, and the hot box safety of the battery can be significantly improved.
만일, 고리형 포스포레인 화합물에서 수소(H)가 인(P)에 결합되어 있는 경우, 탈양성자화(deprotonation)에 의해 산성도(acidty)가 증가함에 따라 전해질의 부반응이 심화되는 문제가 있으나, 본 발명은 상술한 치환기가 인(P)에 결합됨에 따라 전해질 부반응이 방지될 수 있다. 또한, 고리형 포스포레인 화합물에서 산소(O)가 인(P)에 직접 결합되어 있는 경우에는 SEI 피막 형성 반응 전 원치 않는 부반응이 심화될 수 있다. 예를 들면 고리형 포스포레인 화합물에서 알콕시기가 인(P)에 직접 결합되어 있는 경우에는 알콕시기 내의 알킬기가 Li으로 치환될 수 있고, 이때 알킬기가 전해질 내에서 부반응을 일으켜 안정적인 SEI 피막의 형성이 어려울 수 있다.If hydrogen (H) is bonded to phosphorus (P) in a cyclic phosphorene compound, there is a problem that side reactions in the electrolyte become more severe as acidity increases due to deprotonation. In the present invention, electrolyte side reactions can be prevented as the above-mentioned substituent is bonded to phosphorus (P). Additionally, if oxygen (O) is directly bonded to phosphorus (P) in the cyclic phosphorene compound, unwanted side reactions may intensify before the SEI film formation reaction. For example, when the alkoxy group is directly bonded to phosphorus (P) in a cyclic phosphorene compound, the alkyl group in the alkoxy group may be replaced with Li, and in this case, the alkyl group causes a side reaction in the electrolyte, leading to the formation of a stable SEI film. It can be difficult.
상기 화학식 1 내지 4에서, R1 내지 R4는 서로 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 불소가 하나 이상 치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 탄소수 6 내지 30의 아릴기 및 불소가 하나 이상 치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기 중에서 선택될 수 있으며, 보다 구체적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬기 및 불소가 하나 이상 치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기 중에서 선택될 수 있고, 보다 더 구체적으로 서로 독립적으로 탄소수 1 내지 5의 알킬기 및 불소가 하나 이상 치환된 탄소수 1 내지 5의 알킬기 중에서 선택될 수 있고, 보다 더 구체적으로 서로 독립적으로 메틸기 및 트리플루오로메틸기 중에서 선택될 수 있다.In Formulas 1 to 4, R 1 to R 4 are independently selected from an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms with one or more fluorine substituted, an aryl group with 6 to 30 carbon atoms, and an alkyl group with one or more fluorine substituted. It may be selected from aryl groups having 6 to 30 carbon atoms, and more specifically, may be selected from alkyl groups having 1 to 10 carbon atoms and alkyl groups having 1 to 10 carbon atoms substituted with one or more fluorines, and more specifically, independently of each other, alkyl groups having 1 to 10 carbon atoms. It may be selected from an alkyl group with 1 to 5 carbon atoms and an alkyl group with 1 to 5 carbon atoms substituted with at least one fluorine, and more specifically, independently of each other, from a methyl group and a trifluoromethyl group.
상기 화학식 1 내지 4에서, L1 내지 L4는 서로 독립적으로 직접 결합, -COO-, -SO2- 중에서 선택될 수 있다. 이때, 상기 -COO-의 경우 탄소가 인과 결합되거나 산소가 인과 결합될 수 있고, 보다 구체적으로 -COO-의 탄소가 인과 결합되는 것일 수 있다.In Formulas 1 to 4, L 1 to L 4 may be independently selected from a direct bond, -COO-, and -SO 2 -. At this time, in the case of -COO-, carbon may be combined with phosphorus or oxygen may be combined with phosphorus, and more specifically, the carbon of -COO- may be combined with phosphorus.
보다 구체적으로, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 1-A, 화학식 1-B, 화학식 1-C, 화학식 1-D, 화학식 1-E, 화학식 1-F, 화학식 2-A, 화학식 2-B, 화학식 2-C, 화학식 2-D, 화학식 2-E, 화학식 2-F, 화학식 3-A, 화학식 3-B, 화학식 3-C, 화학식 3-D, 화학식 3-E, 화학식 3-F, 화학식 4-A, 화학식 4-B, 화학식 4-C, 화학식 4-D, 화학식 4-E, 및 화학식 4-F로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종을 포함할 수 있다. More specifically, the compound represented by Formula 1 has the following Formula 1-A, Formula 1-B, Formula 1-C, Formula 1-D, Formula 1-E, Formula 1-F, Formula 2-A, and Formula 2. -B, Formula 2-C, Formula 2-D, Formula 2-E, Formula 2-F, Formula 3-A, Formula 3-B, Formula 3-C, Formula 3-D, Formula 3-E, Formula 3 -F, Formula 4-A, Formula 4-B, Formula 4-C, Formula 4-D, Formula 4-E, and Formula 4-F.
[화학식 1-A][Formula 1-A]
[화학식 1-B][Formula 1-B]
[화학식 1-C][Formula 1-C]
[화학식 1-D][Formula 1-D]
[화학식 1-E][Formula 1-E]
[화학식 1-F][Formula 1-F]
[화학식 2-A][Formula 2-A]
[화학식 2-B][Formula 2-B]
[화학식 2-C][Formula 2-C]
[화학식 2-D][Formula 2-D]
[화학식 2-E][Formula 2-E]
[화학식 2-F][Formula 2-F]
[화학식 3-A][Formula 3-A]
[화학식 3-B][Formula 3-B]
[화학식 3-C][Formula 3-C]
[화학식 3-D][Formula 3-D]
[화학식 3-E][Formula 3-E]
[화학식 3-F][Formula 3-F]
[화학식 4-A][Formula 4-A]
[화학식 4-B][Formula 4-B]
[화학식 4-C][Formula 4-C]
[화학식 4-D][Formula 4-D]
[화학식 4-E][Formula 4-E]
[화학식 4-F][Formula 4-F]
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 상기 비수 전해질에 0.005중량% 내지 12중량%, 구체적으로 0.01중량% 내지 10중량%, 보다 구체적으로 0.1중량% 내지 8중량%, 보다 더 구체적으로 3중량% 내지 7중량%로 포함될 수 있다. 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 함량이 상기 범위를 만족할 경우, 전술한 전지의 고온 내구성 향상 효과 및 안전성 향상 효과가 충분히 발휘되면서, 첨가제의 과량 과량 첨가에 의한 리튬 이차전지의 저항 증가, 이에 따른 수명 성능 저하를 방지한다는 측면에서 바람직하다.The compound represented by Formula 1 is added to the non-aqueous electrolyte in an amount of 0.005% to 12% by weight, specifically 0.01% to 10% by weight, more specifically 0.1% to 8% by weight, and even more specifically 3% to 7% by weight. It may be included in weight percent. When the content of the compound represented by Formula 1 satisfies the above range, the effect of improving the high temperature durability and safety of the battery described above is sufficiently exerted, and the resistance of the lithium secondary battery is increased by adding an excessive amount of the additive, thereby increasing the lifespan. This is desirable in terms of preventing performance degradation.
상기 첨가제는 상기 화학식 1 화합물과 함께 추가 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 추가 첨가제는 고출력의 환경에서 비수 전해질이 분해되어 음극 붕괴가 유발되는 것을 방지하거나, 저온 고율방전 특성, 고온 안정성, 과충전 방지, 고온에서의 전지 팽창 억제 효과 등을 위해 비수 전해질에 포함될 수 있다.The additive may further include additional additives along with the compound of Formula 1. The additional additive may be included in the non-aqueous electrolyte to prevent decomposition of the non-aqueous electrolyte in a high-power environment, causing cathode collapse, or to improve low-temperature high-rate discharge characteristics, high-temperature stability, overcharge prevention, and battery expansion inhibition at high temperatures.
구체적으로 상기 추가 첨가제는 비닐렌 카보네이트(Vinylene Carbonate), 비닐에틸렌 카보네이트(vinyl ethylene carbonate), 플루오로에틸렌 카본네이트(fluoroethylene carbonate), 프로판 설톤(Propane sultone), 프로펜설톤(Propene Sultone), 숙시노니트릴(succinonitrile), 아디포니트릴(Adiponitrile), 에틸렌 설페이트(ethylene sulfate), LiBF4, LiPO2F2, LiODFB(Lithium difluorooxalatoborate), LiBOB(Lithium bis-(oxalato)borate), TMSPa(3-trimethoxysilanyl-propyl-N-aniline), 및 TMSPi(Tris(trimethylsilyl) Phosphite)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종일 수 있으며, 구체적으로 비닐렌 카보네이트, 비닐에틸렌 카보네이트, 플루오로에틸렌 카보네이트, 프로판 설톤, 에틸렌 설페이트, LiPO2F2, LiBF4, 및 LiODFB로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종일 수 있다.Specifically, the additional additives include vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, fluoroethylene carbonate, propane sultone, propene sultone, and succino. Nitrile (succinonitrile), Adiponitrile (Adiponitrile), ethylene sulfate (ethylene sulfate), LiBF 4 , LiPO 2 F 2 , LiODFB (Lithium difluorooxalatoborate), LiBOB (Lithium bis-(oxalato)borate), TMSPa (3-trimethoxysilanyl- propyl-N-aniline), and TMSPi (Tris(trimethylsilyl) Phosphite). Specifically, vinylene carbonate, vinylethylene carbonate, fluoroethylene carbonate, propane sultone, ethylene sulfate, LiPO 2 It may be at least one selected from the group consisting of F 2 , LiBF 4 , and LiODFB.
상기 추가 첨가제는 상기 비수 전해질에 0.1중량% 내지 15중량%으로 포함될 수 있다.The additional additive may be included in the non-aqueous electrolyte in an amount of 0.1% to 15% by weight.
리튬 이차전지Lithium secondary battery
또한, 본 발명은 전술한 비수 전해질을 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다.Additionally, the present invention provides a lithium secondary battery containing the above-described non-aqueous electrolyte.
구체적으로, 상기 리튬 이차전지는 양극 활물질을 포함하는 양극; 음극 활물질을 포함하는 음극; 상기 양극 및 상기 음극 사이에 개재되는 분리막; 및 전술한 비수 전해질;을 포함할 수 있다.Specifically, the lithium secondary battery includes a positive electrode containing a positive electrode active material; A negative electrode containing a negative electrode active material; a separator interposed between the anode and the cathode; and the non-aqueous electrolyte described above.
이때, 본 발명의 리튬 이차전지는 당 기술 분야에 알려진 통상적인 방법에 따라 제조할 수 있다. 예를 들면, 양극, 음극 및 양극과 음극 사이에 분리막이 순차적으로 적층되어 전극 조립체를 형성한 후, 상기 전극 조립체를 전지 케이스 내부에 삽입하고, 본 발명에 따른 비수 전해질을 주입하여 제조할 수 있다.At this time, the lithium secondary battery of the present invention can be manufactured according to a common method known in the art. For example, the anode, the cathode, and the separator between the anode and the cathode are sequentially stacked to form an electrode assembly, and then the electrode assembly can be manufactured by inserting the inside of the battery case and injecting the non-aqueous electrolyte according to the present invention. .
(1) 양극(1) Anode
상기 양극은 양극 활물질을 포함한다.The positive electrode includes a positive electrode active material.
상기 양극은 양극 집전체; 및 상기 양극 집전체의 적어도 일면에 배치된 양극 활물질층;을 포함할 수 있다. 이때, 상기 양극 활물질은 상기 양극 활물질층에 포함될 수 있다.The positive electrode includes a positive electrode current collector; and a positive electrode active material layer disposed on at least one surface of the positive electrode current collector. At this time, the positive electrode active material may be included in the positive electrode active material layer.
상기 양극 집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 구체적으로 상기 양극 집전체는 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 및 알루미늄-카드뮴 합금으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종, 바람직하게는 알루미늄을 포함할 수 있다.The positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical changes in the battery. Specifically, the positive electrode current collector may include at least one selected from the group consisting of copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, and aluminum-cadmium alloy, preferably aluminum.
상기 양극 집전체의 두께는 통상적으로 3 내지 500㎛의 두께를 가질 수 있다.The thickness of the positive electrode current collector may typically range from 3 to 500 ㎛.
상기 양극 집전체는 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있다. 예를 들어, 상기 양극 집전체는 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The positive electrode current collector may form fine irregularities on the surface to strengthen the bonding force of the negative electrode active material. For example, the positive electrode current collector may be used in various forms such as films, sheets, foils, nets, porous materials, foams, and non-woven materials.
상기 양극 활물질층은 상기 양극 집전체의 적어도 일면에 배치된다. 구체적으로, 상기 양극 활물질층은 상기 양극 집전체의 일면 또는 양면에 배치될 수 있다.The positive electrode active material layer is disposed on at least one side of the positive electrode current collector. Specifically, the positive electrode active material layer may be disposed on one or both sides of the positive electrode current collector.
상기 양극 활물질층은 양극 활물질을 포함할 수 있다.The positive electrode active material layer may include a positive electrode active material.
상기 양극 활물질은 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물로서, 구체적으로는 니켈, 코발트, 망간 및 알루미늄으로 이루어진 적어도 1종의 전이금속과 리튬을 포함하는 리튬 전이금속 복합 산화물, 바람직하게는 니켈, 코발트 및 망간을 포함하는 전이금속과 리튬을 포함하는 리튬 전이금속 복합 산화물을 포함할 수 있다.The positive electrode active material is a compound capable of reversible intercalation and deintercalation of lithium, and specifically, a lithium transition metal complex oxide containing lithium and at least one transition metal consisting of nickel, cobalt, manganese, and aluminum, Preferably, it may include a transition metal containing nickel, cobalt, and manganese, and a lithium transition metal complex oxide containing lithium.
예를 들어, 상기 리튬 전이금속 복합 산화물로는 리튬-망간계 산화물(예를 들면, LiMnO2, LiMn2O4 등), 리튬-코발트계 산화물(예를 들면, LiCoO2 등), 리튬-니켈계 산화물(예를 들면, LiNiO2 등), 리튬-니켈-망간계 산화물(예를 들면, LiNi1-YMnYO2(여기에서, 0<Y<1), LiMn2-zNizO4(여기에서, 0<Z<2) 등), 리튬-니켈-코발트계 산화물(예를 들면, LiNi1-Y1CoY1O2(여기에서, 0<Y1<1) 등), 리튬-망간-코발트계 산화물(예를 들면, LiCo1-Y2MnY2O2(여기에서, 0<Y2<1), LiMn2-z1Coz1O4(여기에서, 0<Z1<2) 등), 리튬-니켈-망간-코발트계 산화물(예를 들면, Li(NipCoqMnr1)O2(여기에서, 0<p<1, 0<q<1, 0<r1<1, p+q+r1=1) 또는 Li(Nip1Coq1Mnr2)O4(여기에서, 0<p1<2, 0<q1<2, 0<r2<2, p1+q1+r2=2) 등), 또는 리튬-니켈-코발트-전이금속(M) 산화물 (예를 들면, Li(Nip2Coq2Mnr3MS2)O2(여기에서, M은 Al, Fe, V, Cr, Ti, Ta, Mg 및 Mo로 이루어지는 군으로부터 선택되고, p2, q2, r3 및 s2는 각각 독립적인 원소들의 원자분율로서, 0<p2<1, 0<q2<1, 0<r3<1, 0<s2<1, p2+q2+r3+s2=1이다) 등) 등을 들 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 화합물이 포함될 수 있다. 이중에서도 전지의 용량 특성 및 안정성을 높일 수 있다는 점에서 상기 리튬 전이금속 복합 산화물은 LiCoO2, LiMnO2, LiNiO2, 리튬 니켈-망간-코발트 산화물(예를 들면, Li(Ni0.6Mn0.2Co0.2)O2, Li(Ni0.5Mn0.3Co0.2)O2, Li(Ni0.7Mn0.15Co0.15)O2 또는 Li(Ni0.8Mn0.1Co0.1)O2 등), 또는 리튬 니켈코발트알루미늄 산화물(예를 들면, Li(Ni0.8Co0.15Al0.05)O2 등) 등일 수 있으며, 리튬 전이금속 복합 산화물을 형성하는 구성원소의 종류 및 함량비 제어에 따른 개선 효과의 현저함을 고려할 때 상기 리튬 전이금속 복합 산화물은 Li(Ni0.6Mn0.2Co0.2)O2, Li(Ni0.5Mn0.3Co0.2)O2, Li(Ni0.7Mn0.15Co0.15)O2 또는 Li(Ni0.8Mn0.1Co0.1)O2 등일 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.For example, the lithium transition metal complex oxides include lithium-manganese oxides (e.g., LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , etc.), lithium-cobalt oxides (e.g., LiCoO 2 , etc.), and lithium-nickel. oxides (e.g., LiNiO 2 , etc.), lithium-nickel-manganese oxides (e.g., LiNi 1-Y Mn Y O 2 (where 0<Y<1), LiMn 2-z Ni z O 4 (here, 0<Z<2), etc.), lithium-nickel-cobalt-based oxide (for example, LiNi 1-Y1 Co Y1 O 2 (here, 0<Y1<1), etc.), lithium-manganese -Cobalt-based oxides (e.g., LiCo 1-Y2 Mn Y2 O 2 (where 0<Y2<1), LiMn 2-z1 Co z1 O 4 (where 0<Z1<2), etc.), lithium -Nickel-manganese-cobalt oxide (for example, Li(Ni p Co q Mn r1 )O 2 (where 0<p<1, 0<q<1, 0<r1<1, p+q+ r1=1) or Li(Ni p1 Co q1 Mn r2 )O 4 (where 0<p1<2, 0<q1<2, 0<r2<2, p1+q1+r2=2), etc.), or Lithium-nickel-cobalt-transition metal (M) oxide (e.g., Li(Ni p2 Co q2 Mn r3 M S2 )O 2 (where M is Al, Fe, V, Cr, Ti, Ta, Mg and It is selected from the group consisting of Mo, and p2, q2, r3 and s2 are each independent atomic fraction of elements, 0 < p2 < 1, 0 < q2 < 1, 0 < r3 < 1, 0 < s2 < 1, p2 +q2+r3+s2=1), etc.), and any one or two or more of these compounds may be included. Among these, in that the capacity characteristics and stability of the battery can be improved, the lithium transition metal composite oxide is LiCoO 2 , LiMnO 2 , LiNiO 2 , lithium nickel-manganese-cobalt oxide (for example, Li(Ni 0.6 Mn 0.2 Co 0.2 )O 2 , Li(Ni 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 )O 2 , Li(Ni 0.7 Mn 0.15 Co 0.15 )O 2 or Li(Ni 0.8 Mn 0.1 Co 0.1 )O 2 etc.), or lithium nickel cobalt aluminum oxide (e.g. For example, it may be Li (Ni 0.8 Co 0.15 Al 0.05 )O 2 , etc.), and considering the remarkable improvement effect due to control of the type and content ratio of the constituent elements forming the lithium transition metal complex oxide, the lithium transition metal The complex oxide is Li(Ni 0.6 Mn 0.2 Co 0.2 )O 2 , Li(Ni 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 )O 2 , Li(Ni 0.7 Mn 0.15 Co 0.15 )O 2 or Li(Ni 0.8 Mn 0.1 Co 0.1 )O 2 etc., and any one or a mixture of two or more of these may be used.
보다 구체적으로, 상기 양극 활물질은 리튬 전이금속 복합 산화물로서, 상기 리튬 전이금속 복합 산화물에 포함된 전이금속의 전체 몰수를 기준으로 니켈을 60몰% 이상 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 양극 활물질은 리튬 전이금속 복합 산화물로서, 상기 전이금속은 니켈; 및 망간, 코발트 및 알루미늄 중에서 선택된 적어도 1종을 포함하고, 상기 니켈을 상기 전이금속의 전체 몰수를 기준으로 60몰% 이상, 구체적으로 60몰% 내지 90몰%로 포함하는 것일 수 있다. 이러한 니켈을 고함량으로 사용하는 리튬 전이금속 복합 산화물을 전술한 비수 전해액을 함께 사용할 때, 구조 붕괴에 의해 발생되는 가스 상에 부산물을 감소시켜 줄 수 있다는 측면에서 바람직하다.More specifically, the positive electrode active material is a lithium transition metal complex oxide and may contain 60 mol% or more of nickel based on the total number of moles of transition metals contained in the lithium transition metal complex oxide. Specifically, the positive electrode active material is a lithium transition metal complex oxide, and the transition metal includes nickel; and at least one selected from manganese, cobalt, and aluminum, and may include nickel in an amount of 60 mol% or more, specifically 60 mol% to 90 mol%, based on the total number of moles of the transition metal. When this lithium transition metal complex oxide using a high content of nickel is used together with the above-described non-aqueous electrolyte, it is preferable in that it can reduce by-products in the gas phase generated by structural collapse.
상기 양극 활물질은 양극 활물질의 충분한 용량 발휘 등을 고려하여 양극 활물질층에 80중량% 내지 99중량%, 바람직하게는 92중량% 내지 98.5중량%로 포함될 수 있다.The positive electrode active material may be included in the positive electrode active material layer at 80% to 99% by weight, preferably 92% to 98.5% by weight, in consideration of sufficient capacity of the positive electrode active material.
상기 양극 활물질층은 전술한 양극 활물질과 함께 바인더 및/또는 도전재를 더 포함할 수 있다.The positive electrode active material layer may further include a binder and/or a conductive material along with the positive electrode active material described above.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결착과 집전체에 대한 결착에 조력하는 성분이며, 구체적으로 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌-부타디엔 고무 및 불소 고무로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종, 바람직하게는 폴리비닐리덴플루오라이드를 포함할 수 있다.The binder is a component that helps bind active materials and conductive materials and bind to the current collector, and is specifically made of polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose (CMC), starch, and hydroxypropyl cellulose. From the group consisting of wood, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, polytetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene-butadiene rubber and fluoroelastomer. It may include at least one selected type, preferably polyvinylidene fluoride.
상기 바인더는 양극 활물질 등 성분 간 결착력을 충분히 확보하는 측면에서 상기 양극 활물질층에 1중량% 내지 20중량%, 바람직하게는 1.2중량% 내지 10중량%로 포함될 수 있다.The binder may be included in the positive electrode active material layer in an amount of 1% to 20% by weight, preferably 1.2% to 10% by weight, in terms of ensuring sufficient binding force between components such as the positive electrode active material.
상기 도전재는 이차전지에 도전성을 보조 및 향상시키기 위해 사용될 수 있고, 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 구체적으로 상기 양극 도전재는 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 파네스 블랙, 램프 블랙, 서멀 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 탄소 나노 튜브 등의 도전성 튜브; 플루오로카본; 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스커; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 및 폴리페닐렌 유도체로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 도전성 향상 측면에서 카본 블랙을 포함할 수 있다.The conductive material can be used to assist and improve conductivity in secondary batteries, and is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical changes. Specifically, the anode conductive material includes graphite such as natural graphite or artificial graphite; Carbon black, such as carbon black, acetylene black, Ketjen black, channel black, Paneth black, lamp black, and thermal black; Conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber; Conductive tubes such as carbon nanotubes; fluorocarbon; Metal powders such as aluminum and nickel powder; Conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; and polyphenylene derivatives, and may preferably include carbon black in terms of improving conductivity.
상기 도전재는 전기 전도성을 충분히 확보하는 측면에서 상기 양극 활물질층 내에 1중량% 내지 20중량%, 바람직하게는 1.2중량% 내지 10중량%로 포함될 수 있다.In terms of ensuring sufficient electrical conductivity, the conductive material may be included in the positive electrode active material layer in an amount of 1% to 20% by weight, preferably 1.2% to 10% by weight.
상기 양극 활물질층의 두께는 30㎛ 내지 400㎛, 바람직하게는 40㎛ 내지 110㎛일 수 있다.The thickness of the positive electrode active material layer may be 30㎛ to 400㎛, preferably 40㎛ to 110㎛.
상기 양극은 상기 양극 집전체 상에 양극 활물질 및 선택적으로 바인더, 도전재 및 양극 슬러리 형성용 용매를 포함하는 양극 슬러리를 코팅한 다음, 건조 및 압연하여 제조될 수 있다.The positive electrode may be manufactured by coating a positive electrode slurry containing a positive electrode active material and optionally a binder, a conductive material, and a solvent for forming a positive electrode slurry on the positive electrode current collector, followed by drying and rolling.
상기 양극 슬러리 형성용 용매는 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone) 등의 유기 용매를 포함할 수 있다. 상기 양극 슬러리의 고형분 함량은 40중량% 내지 90중량%, 구체적으로 50중량% 내지 80중량%일 수 있다.The solvent for forming the positive electrode slurry may include an organic solvent such as NMP (N-methyl-2-pyrrolidone). The solid content of the positive electrode slurry may be 40% by weight to 90% by weight, specifically 50% by weight to 80% by weight.
(2) 음극(2) cathode
상기 음극은 상기 양극에 대향할 수 있다.The cathode may face the anode.
상기 음극은 음극 활물질을 포함한다.The negative electrode includes a negative electrode active material.
상기 음극은 음극 집전체; 및 상기 음극 집전체의 적어도 일면에 배치된 음극 활물질층;을 포함할 수 있다. 이때, 상기 음극 활물질은 상기 음극 활물질층에 포함될 수 있다.The negative electrode includes a negative electrode current collector; and a negative electrode active material layer disposed on at least one side of the negative electrode current collector. At this time, the negative electrode active material may be included in the negative electrode active material layer.
상기 음극 집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 구체적으로 상기 음극 집전체는 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 탄소, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다.The negative electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical changes in the battery. Specifically, the negative electrode current collector may be copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, copper or stainless steel surface treated with carbon, nickel, titanium, silver, etc., aluminum-cadmium alloy, etc. there is.
상기 음극 집전체는 통상적으로 3 내지 500㎛의 두께를 가질 수 있다.The negative electrode current collector may typically have a thickness of 3 to 500 ㎛.
상기 음극 집전체는 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있다. 예를 들어, 상기 음극 집전체는 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The negative electrode current collector may form fine irregularities on the surface to strengthen the bonding force of the negative electrode active material. For example, the negative electrode current collector may be used in various forms such as films, sheets, foils, nets, porous materials, foams, and non-woven fabrics.
상기 음극 활물질층은 상기 음극 집전체의 적어도 일면에 배치된다. 구체적으로, 상기 음극 활물질층은 상기 음극 집전체의 일면 또는 양면에 배치될 수 있다.The negative electrode active material layer is disposed on at least one side of the negative electrode current collector. Specifically, the negative electrode active material layer may be disposed on one or both sides of the negative electrode current collector.
상기 음극 활물질층은 음극 활물질을 포함할 수 있다.The negative electrode active material layer may include a negative electrode active material.
상기 음극 활물질은 리튬 이온을 가역적으로 삽입/탈리시킬 수 있는 물질로서, 탄소계 활물질, (준)금속계 활물질, 및 리튬 금속으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종을 포함할 수 있고, 구체적으로 탄소계 활물질 및 (준)금속계 활물질 중에서 선택된 적어도 1종을 포함할 수 있다.The negative electrode active material is a material capable of reversibly inserting/extracting lithium ions, and may include at least one selected from the group consisting of carbon-based active materials, (semi-)metal-based active materials, and lithium metal, and specifically, carbon-based active materials. and (semi-)metal-based active materials.
상기 탄소계 활물질은 인조 흑연, 천연 흑연, 하드카본, 소프트카본, 카본 블랙, 그래핀 및 섬유상 탄소로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 인조 흑연 및 천연 흑연으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종을 포함할 수 있다.The carbon-based active material may include at least one selected from the group consisting of artificial graphite, natural graphite, hard carbon, soft carbon, carbon black, graphene, and fibrous carbon, and preferably consists of artificial graphite and natural graphite. It may include at least one species selected from the group.
상기 탄소계 활물질의 평균 입경(D50)은 충방전 시에 구조적 안정성을 기하고 전해액과의 부반응을 줄이는 측면에서 10㎛ 내지 30㎛, 바람직하게는 15㎛ 내지 25㎛일 수 있다.The average particle diameter (D 50 ) of the carbon-based active material may be 10 ㎛ to 30 ㎛, preferably 15 ㎛ to 25 ㎛, in terms of ensuring structural stability during charging and discharging and reducing side reactions with the electrolyte solution.
구체적으로, 상기 (준)금속계 활물질은 Cu, Ni, Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Si, Sb, Pb, In, Zn, Ba, Ra, Ge, Al, V, Ti, 및 Sn으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 (준)금속; Cu, Ni, Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Si, Sb, Pb, In, Zn, Ba, Ra, Ge, Al, V, Ti, 및 Sn으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 (준)금속과 리튬의 합금; Cu, Ni, Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Si, Sb, Pb, In, Zn, Ba, Ra, Ge, Al, V, Ti, 및 Sn으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 (준)금속의 산화물; 리튬 티타늄 옥사이드(LTO); 리튬 바나듐 옥사이드; 등을 포함할 수 있다.Specifically, the (semi-)metal-based active materials include Cu, Ni, Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Si, Sb, Pb, In, Zn, Ba, Ra, Ge, Al, At least one (semi-)metal selected from the group consisting of V, Ti, and Sn; From the group consisting of Cu, Ni, Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Si, Sb, Pb, In, Zn, Ba, Ra, Ge, Al, V, Ti, and Sn. An alloy of lithium and at least one selected (semi-)metal; From the group consisting of Cu, Ni, Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Si, Sb, Pb, In, Zn, Ba, Ra, Ge, Al, V, Ti, and Sn. An oxide of at least one selected (semi-)metal; Lithium Titanium Oxide (LTO); lithium vanadium oxide; It may include etc.
보다 구체적으로, 상기 (준)금속계 활물질은 실리콘계 활물질을 포함할 수 있다.More specifically, the (semi-)metal-based active material may include a silicon-based active material.
상기 실리콘계 활물질은 SiOx(0≤x<2)로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다. SiO2의 경우 리튬 이온과 반응하지 않아 리튬을 저장할 수 없으므로, x는 상기 범위 내인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 실리콘계 산화물은 SiO일 수 있다.The silicon-based active material may include a compound represented by SiO x (0≤x<2). In the case of SiO 2 , since lithium cannot be stored because it does not react with lithium ions, x is preferably within the above range, and more preferably, the silicon-based oxide may be SiO.
상기 실리콘계 활물질의 평균 입경(D50)은 충방전 시 구조적 안정성을 기하면서 전해액과의 부반응을 감소시키는 측면에서 1㎛ 내지 30㎛, 바람직하게는 2㎛ 내지 15㎛일 수 있다. The average particle diameter (D 50 ) of the silicon-based active material may be 1 ㎛ to 30 ㎛, preferably 2 ㎛ to 15 ㎛ in terms of reducing side reactions with the electrolyte solution while ensuring structural stability during charging and discharging.
상기 음극 활물질은 음극 활물질층에 60중량% 내지 99중량%, 바람직하게는 75중량% 내지 95중량%로 포함될 수 있다.The negative electrode active material may be included in the negative electrode active material layer in an amount of 60% to 99% by weight, preferably 75% to 95% by weight.
상기 음극 활물질층은 상기 음극 활물질과 함께 바인더 및/또는 도전재를 더 포함할 수 있다.The negative electrode active material layer may further include a binder and/or a conductive material along with the negative electrode active material.
상기 바인더는 상기 음극 활물질층 및 상기 음극 집전체와의 접착력을 향상시켜 전지의 성능을 향상시키기 위하여 사용되는 것으로서, 예를 들어, 폴리비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HFP), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride, PVDF), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로오스, 재생 셀룰로오스, 폴리비닐피롤리돈, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아크릴산, 에틸렌-프로필렌-디엔 모노머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 불소 고무, 및 이들의 수소를 Li, Na 또는 Ca 등으로 치환된 물질로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 또한 이들의 다양한 공중합체를 포함할 수 있다.The binder is used to improve battery performance by improving adhesion between the negative electrode active material layer and the negative electrode current collector, for example, polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co- HFP), polyvinylidenefluoride (PVDF), polyacrylonitrile, polymethylmethacrylate, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, recycled Cellulose, polyvinylpyrrolidone, polytetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, polyacrylic acid, ethylene-propylene-diene monomer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butadiene rubber (SBR), fluoroelastomer, and hydrogen thereof. It may include at least one selected from the group consisting of substances substituted with Li, Na, or Ca, and may also include various copolymers thereof.
상기 바인더는 상기 음극 활물질층에 0.5중량% 내지 10중량%, 바람직하게는 1중량% 내지 5중량%로 포함될 수 있다.The binder may be included in the negative electrode active material layer in an amount of 0.5% to 10% by weight, preferably 1% to 5% by weight.
상기 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 파네스 블랙, 램프 블랙, 서멀 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 탄소 나노 튜브 등의 도전성 튜브; 플루오로카본; 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스커; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.The conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical changes in the battery. For example, graphite such as natural graphite or artificial graphite; Carbon black, such as carbon black, acetylene black, Ketjen black, channel black, Paneth black, lamp black, and thermal black; Conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber; Conductive tubes such as carbon nanotubes; fluorocarbon; Metal powders such as aluminum and nickel powder; Conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives may be used.
상기 도전재는 상기 음극 활물질층에 0.5중량% 내지 10중량%, 바람직하게는 1중량% 내지 5중량%로 포함될 수 있다.The conductive material may be included in the negative electrode active material layer in an amount of 0.5% to 10% by weight, preferably 1% to 5% by weight.
상기 음극 활물질층의 두께는 10㎛ 내지 100㎛, 바람직하게는 50㎛ 내지 80㎛일 수 있다.The thickness of the negative electrode active material layer may be 10㎛ to 100㎛, preferably 50㎛ to 80㎛.
상기 음극은 음극 집전체의 적어도 일면에 음극 활물질, 바인더, 도전재 및/또는 음극 슬러리 형성용 용매를 포함하는 음극 슬러리를 코팅한 다음, 건조 및 압연하여 제조될 수 있다.The negative electrode may be manufactured by coating at least one surface of a negative electrode current collector with a negative electrode slurry containing a negative electrode active material, a binder, a conductive material, and/or a solvent for forming a negative electrode slurry, followed by drying and rolling.
상기 음극 슬러리 형성용 용매는 예를 들어 음극 활물질, 바인더 및/또는 도전재의 분산을 용이하게 하는 측면에서, 증류수, NMP(N-methyl-2-pyrrolidone), 에탄올, 메탄올, 및 이소프로필 알코올로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종, 바람직하게는 증류수를 포함할 수 있다. 상기 음극 슬러리의 고형분 함량은 30중량% 내지 80중량%, 구체적으로 40중량% 내지 70중량%일 수 있다.The solvent for forming the negative electrode slurry is, for example, distilled water, NMP (N-methyl-2-pyrrolidone), ethanol, methanol, and isopropyl alcohol in terms of facilitating dispersion of the negative electrode active material, binder, and/or conductive material. It may contain at least one selected from the group, preferably distilled water. The solid content of the negative electrode slurry may be 30% by weight to 80% by weight, specifically 40% by weight to 70% by weight.
(3) 분리막(3) Separator
또한, 분리막으로는 종래에 분리막으로 사용된 통상적인 다공성 고분자 필름, 예를 들어 에틸렌 단독공중합체, 프로필렌 단독공중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체 및 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름을 단독으로 또는 이들을 적층하여 사용할 수 있으며, 또는 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 내열성 또는 기계적 강도 확보를 위해 세라믹 성분 또는 고분자 물질이 포함된 코팅된 분리막이 사용될 수도 있으며, 선택적으로 단층 또는 다층 구조로 사용될 수 있다.In addition, the separator includes typical porous polymer films conventionally used as separators, such as ethylene homopolymer, propylene homopolymer, ethylene/butene copolymer, ethylene/hexene copolymer, and ethylene/methacrylate copolymer. Porous polymer films made of the same polyolefin polymer can be used alone or by laminating them, or conventional porous nonwoven fabrics, such as high melting point glass fibers, polyethylene terephthalate fibers, etc., can be used. It is not limited. Additionally, a coated separator containing ceramic components or polymer materials may be used to ensure heat resistance or mechanical strength, and may optionally be used in a single-layer or multi-layer structure.
본 발명의 리튬 이차전지의 외형은 특별한 제한이 없으나, 캔을 사용한 원통형, 각형, 파우치(pouch)형 또는 코인(coin)형 등이 될 수 있다.The external shape of the lithium secondary battery of the present invention is not particularly limited, but may be cylindrical, prismatic, pouch-shaped, or coin-shaped using a can.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시일 뿐, 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 본 기재의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것은 당연한 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through specific examples. However, the following examples are only examples to aid understanding of the present invention and do not limit the scope of the present invention. It is obvious to those skilled in the art that various changes and modifications are possible within the scope and technical spirit of the present description, and it is natural that such changes and modifications fall within the scope of the appended patent claims.
실시예 및 비교예Examples and Comparative Examples
실시예 1Example 1
(비수 전해질의 제조)(Preparation of non-aqueous electrolyte)
유기 용매로서 에틸렌 카보네이트(EC)와 에틸메틸 카보네이트(EMC)를 2:8의 부피비로 혼합된 것을 사용하였다.As an organic solvent, a mixture of ethylene carbonate (EC) and ethylmethyl carbonate (EMC) in a volume ratio of 2:8 was used.
상기 유기 용매에 리튬 염으로서 LiPF6; 및 상기 화학식 1-A로 표시되는 화합물;을 첨가하여 비수 전해질을 제조하였다.LiPF 6 as a lithium salt in the organic solvent; And a compound represented by Formula 1-A was added to prepare a non-aqueous electrolyte.
상기 LiPF6은 비수 전해질에 1.2M의 몰 농도로 포함되었다.The LiPF 6 was included in the non-aqueous electrolyte at a molar concentration of 1.2M.
상기 화학식 1-A로 표시되는 화합물은 상기 비수 전해질에 5중량%로 포함되었다.The compound represented by Formula 1-A was included at 5% by weight in the non-aqueous electrolyte.
(리튬 이차전지 제조)(Lithium secondary battery manufacturing)
양극 활물질(Li[Ni0.6Co0.2Mn0.2]O2) : 도전재(카본블랙): 바인더 (폴리비닐리덴플루오라이드)를 98:1:1 중량비로 용제인 N-메틸-2-피롤리돈(NMP) 에 첨가하여 양극 합제 슬러리(고형분 60 중량%)를 제조하였다. 상기 양극 합제 슬러리를 두께가 15㎛인 양극 집전체(Al 박막) 일면에 도포하고, 건조 및 롤 프레스(roll press)를 실시하여 양극을 제조하였다. Cathode active material (Li[Ni 0.6 Co 0.2 Mn 0.2 ]O 2 ): conductive material (carbon black): binder (polyvinylidene fluoride) in a weight ratio of 98:1:1 and N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent. (NMP) was added to prepare a positive electrode mixture slurry (solid content: 60% by weight). The positive electrode mixture slurry was applied to one side of a positive electrode current collector (Al thin film) with a thickness of 15㎛, and dried and roll pressed to prepare a positive electrode.
음극 활물질(천연흑연) : 도전재(카본블랙) : 바인더(SBR-CMC)를 95:3.5:1.5 중량비 로 용제인 증류수에 첨가하여 음극 합제 슬러리(고형분 60 중량%)를 제조하였다. 상기 음극 합제 슬러리를 두께가 10㎛인 음극 집전체(Cu 박막) 일면에 도포하고, 건조 및 롤 프레스(roll press)를 실시하여 음극을 제조하였다.Anode active material (natural graphite): conductive material (carbon black): binder (SBR-CMC) was added to distilled water as a solvent in a weight ratio of 95:3.5:1.5 to prepare a negative electrode mixture slurry (solid content: 60% by weight). The negative electrode mixture slurry was applied to one side of a negative electrode current collector (Cu thin film) with a thickness of 10㎛, and dried and roll pressed to prepare a negative electrode.
드라이 룸에서 상기 제조된 양극과 음극 사이에 폴리에틸렌 다공성 필름 세퍼레이터를 개재한 다음, 상기 제조된 비수 전해질을 주액하여 이차 전지를 제조하였다.A polyethylene porous film separator was interposed between the prepared positive electrode and the negative electrode in a dry room, and then the prepared non-aqueous electrolyte was injected to prepare a secondary battery.
실시예 2 Example 2
상기 화학식 1-A로 표시되는 화합물을 비수 전해질에 0.01중량%의 함량이 되도록 첨가하여 비수 전해질을 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 비수 전해질 및 이차전지를 제조하였다.A non-aqueous electrolyte and a secondary battery were prepared in the same manner as in Example 1, except that the non-aqueous electrolyte was prepared by adding the compound represented by Formula 1-A to the non-aqueous electrolyte in an amount of 0.01% by weight.
실시예 3 Example 3
상기 화학식 1-A로 표시되는 화합물을 비수 전해질에 10중량%의 함량이 되도록 첨가하여 비수 전해질을 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 비수 전해질 및 이차전지를 제조하였다.A non-aqueous electrolyte and a secondary battery were prepared in the same manner as in Example 1, except that the non-aqueous electrolyte was prepared by adding the compound represented by Formula 1-A to the non-aqueous electrolyte in an amount of 10% by weight.
실시예 4 Example 4
상기 화학식 1-A로 표시되는 화합물 대신 상기 화학식 1-B로 표시되는 화합물을 비수 전해질에 5중량%의 함량이 되도록 첨가하여 비수 전해질을 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 비수 전해질 및 이차전지를 제조하였다.A non-aqueous electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1, except that the non-aqueous electrolyte was prepared by adding the compound represented by Formula 1-B to the non-aqueous electrolyte in an amount of 5% by weight instead of the compound represented by Formula 1-A. and a secondary battery was manufactured.
실시예 5 Example 5
상기 화학식 1-A로 표시되는 화합물 대신 상기 화학식 1-C로 표시되는 화합물을 비수 전해질에 5중량%의 함량이 되도록 첨가하여 비수 전해질을 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 비수 전해질 및 이차전지를 제조하였다.A non-aqueous electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1, except that the non-aqueous electrolyte was prepared by adding the compound represented by Formula 1-C to the non-aqueous electrolyte in an amount of 5% by weight instead of the compound represented by Formula 1-A. and a secondary battery was manufactured.
실시예 6 Example 6
상기 화학식 1-A로 표시되는 화합물 대신 상기 화학식 1-D로 표시되는 화합물을 비수 전해질에 5중량%의 함량이 되도록 첨가하여 비수 전해질을 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 비수 전해질 및 이차전지를 제조하였다.A non-aqueous electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1, except that the non-aqueous electrolyte was prepared by adding the compound represented by Formula 1-D to the non-aqueous electrolyte in an amount of 5% by weight instead of the compound represented by Formula 1-A. and a secondary battery was manufactured.
실시예 7 Example 7
상기 화학식 1-A로 표시되는 화합물 대신 상기 화학식 1-E로 표시되는 화합물을 비수 전해질에 5중량%의 함량이 되도록 첨가하여 비수 전해질을 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 비수 전해질 및 이차전지를 제조하였다.A non-aqueous electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1, except that the non-aqueous electrolyte was prepared by adding the compound represented by Formula 1-E to the non-aqueous electrolyte in an amount of 5% by weight instead of the compound represented by Formula 1-A. And a secondary battery was manufactured.
실시예 8 Example 8
상기 화학식 1-A로 표시되는 화합물 대신 상기 화학식 1-F로 표시되는 화합물을 비수 전해질에 5중량%의 함량이 되도록 첨가하여 비수 전해질을 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 비수 전해질 및 이차전지를 제조하였다.A non-aqueous electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1, except that the non-aqueous electrolyte was prepared by adding the compound represented by Formula 1-F to the non-aqueous electrolyte in an amount of 5% by weight instead of the compound represented by Formula 1-A. And a secondary battery was manufactured.
실시예 9 Example 9
상기 화학식 1-A로 표시되는 화합물 대신 상기 화학식 2-A로 표시되는 화합물을 비수 전해질에 5중량%의 함량이 되도록 첨가하여 비수 전해질을 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 비수 전해질 및 이차전지를 제조하였다.A non-aqueous electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1, except that the non-aqueous electrolyte was prepared by adding the compound represented by Formula 2-A to the non-aqueous electrolyte in an amount of 5% by weight instead of the compound represented by Formula 1-A. And a secondary battery was manufactured.
실시예 10 Example 10
상기 화학식 1-A로 표시되는 화합물 대신 상기 화학식 3-A로 표시되는 화합물을 비수 전해질에 5중량%의 함량이 되도록 첨가하여 비수 전해질을 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 비수 전해질 및 이차전지를 제조하였다.A non-aqueous electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1, except that the non-aqueous electrolyte was prepared by adding the compound represented by Formula 3-A to the non-aqueous electrolyte in an amount of 5% by weight instead of the compound represented by Formula 1-A. and a secondary battery was manufactured.
실시예 11 Example 11
상기 화학식 1-A로 표시되는 화합물 대신 상기 화학식 4-A로 표시되는 화합물을 비수 전해질에 5중량%의 함량이 되도록 첨가하여 비수 전해질을 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 비수 전해질 및 이차전지를 제조하였다.A non-aqueous electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1, except that the non-aqueous electrolyte was prepared by adding the compound represented by Formula 4-A to the non-aqueous electrolyte in an amount of 5% by weight instead of the compound represented by Formula 1-A. And a secondary battery was manufactured.
비교예 1Comparative Example 1
상기 화학식 1-A로 표시되는 화합물을 비수 전해질에 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 비수 전해질, 리튬 이차전지를 제조하였다.A non-aqueous electrolyte and a lithium secondary battery were manufactured in the same manner as in Example 1, except that the compound represented by Formula 1-A was not added to the non-aqueous electrolyte.
비교예 2Comparative Example 2
상기 화학식 1-A로 표시되는 화합물 대신 상기 화학식 X로 표시되는 화합물을 비수 전해질에 5중량%의 함량이 되도록 첨가하여 비수 전해질을 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 비수 전해질 및 이차전지를 제조하였다.Non-aqueous electrolyte and secondary electrolyte were prepared in the same manner as in Example 1, except that the non-aqueous electrolyte was prepared by adding the compound represented by Formula A battery was manufactured.
[화학식 X][Formula X]
비교예 3Comparative Example 3
상기 화학식 1-A로 표시되는 화합물 대신 상기 화학식 Y로 표시되는 화합물을 비수 전해질에 5중량%의 함량이 되도록 첨가하여 비수 전해질을 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 비수 전해질 및 이차전지를 제조하였다.Non-aqueous electrolyte and secondary electrolyte were prepared in the same manner as in Example 1, except that the non-aqueous electrolyte was prepared by adding the compound represented by Formula Y instead of the compound represented by Formula 1-A to the non-aqueous electrolyte in an amount of 5% by weight. A battery was manufactured.
[화학식 Y][Formula Y]
비교예 4Comparative Example 4
상기 화학식 1-A로 표시되는 화합물 대신 상기 화학식 Z로 표시되는 화합물을 비수 전해질에 5중량%의 함량이 되도록 첨가하여 비수 전해질을 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 비수 전해질 및 이차전지를 제조하였다.Non-aqueous electrolyte and secondary electrolyte were prepared in the same manner as in Example 1, except that the non-aqueous electrolyte was prepared by adding the compound represented by Formula Z instead of the compound represented by Formula 1-A to the non-aqueous electrolyte in an amount of 5% by weight. A battery was manufactured.
[화학식 Z][Formula Z]
실험예Experiment example
실험예 1: 고온 사이클 특성 평가Experimental Example 1: Evaluation of high temperature cycle characteristics
실시예 1 내지 11 및 비교예 1 내지 6에서 제조한 이차전지 각각에 대하여 고온 사이클 특성을 평가하였다.High-temperature cycle characteristics were evaluated for each of the secondary batteries manufactured in Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 6.
구체적으로, 상기 실시예 1 내지 11 및 비교예 1 내지 6에서 제조된 이차전지 각각을 45℃에서 0.33C로 4.2V까지 정전류/정전압 조건으로 충전(0.05C cut-off)하고, 0.33C로 3.0V까지 정전류 조건으로 방전하는 것을 1 사이클로 하여, 200 사이클의 충방전을 실시하고, 용량 유지율 및 저항 증가율을 평가하였다.Specifically, each of the secondary batteries manufactured in Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 6 were charged under constant current/constant voltage conditions up to 4.2V at 0.33C at 45°C (0.05C cut-off), and 3.0 at 0.33C. Discharging under constant current conditions to V was considered one cycle, and 200 cycles of charge and discharge were performed, and the capacity retention rate and resistance increase rate were evaluated.
용량 유지율은 하기 식으로 계산되었다.The capacity retention rate was calculated by the following equation.
용량 유지율(%) = {(200 사이클 후의 방전 용량/1 사이클 후의 방전 용량)} × 100Capacity retention rate (%) = {(discharge capacity after 200 cycles/discharge capacity after 1 cycle)} × 100
또한, 저항 증가율은 아래와 같은 방법으로 측정 및 계산되었다.Additionally, the resistance increase rate was measured and calculated as follows.
1 사이클의 충방전 후, 전기화학 충방전기를 사용하여 1 사이클 후의 방전 용량을 측정하고, SOC 50%로 SOC를 조정한 다음, 2.5C의 펄스(pulse)를 10 초간 인가하여, 펄스 인가 전 전압과, 인가 후 전압의 차를 통하여 초기 저항을 산출하였다.After 1 cycle of charging and discharging, measure the discharge capacity after 1 cycle using an electrochemical charging and discharging device, adjust the SOC to 50%, and then apply a pulse of 2.5C for 10 seconds to reduce the voltage before applying the pulse. The initial resistance was calculated through the difference in voltage after application.
200 사이클의 충방전 후, 상기와 같은 방법으로 200 사이클 충방전 후 저항을 산출하였다.After 200 cycles of charging and discharging, the resistance after 200 cycles of charging and discharging was calculated in the same manner as above.
저항 증가율은 하기 식으로 계산되었다.The resistance increase rate was calculated by the following equation.
저항 증가율(%) = {(200 사이클 충방전 후 저항 - 초기 저항)/(초기 저항)} × 100Resistance increase rate (%) = {(Resistance after 200 cycles of charge/discharge - initial resistance)/(initial resistance)} × 100
그 결과를 하기 표 1에 나타낸다.The results are shown in Table 1 below.
실험예 2: 고온 저장 시 용량 유지율 평가Experimental Example 2: Evaluation of capacity retention rate during high temperature storage
실시예 1 내지 11 및 비교예 1 내지 6에서 제조한 이차전지 각각에 대하여 고온 저장 특성을 평가하였다.High-temperature storage characteristics were evaluated for each of the secondary batteries manufactured in Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 6.
구체적으로, 상기 실시예 1 내지 11 및 비교예 1 내지 6에서 제조된 이차전지 각각을 4.2V까지 만충전한 후, 60℃에서 8주간 보존하였다.Specifically, each of the secondary batteries manufactured in Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 6 were fully charged to 4.2V and then stored at 60°C for 8 weeks.
보존하기 전에, 만충전된 이차전지의 용량을 측정하여 이를 초기 용량으로 설정하였다.Before storage, the capacity of the fully charged secondary battery was measured and set as the initial capacity.
8주 후, 보존된 이차전지에 대해 용량을 측정하여 8주의 저장 기간 동안 감소한 용량을 계산하였다. 상기 초기 용량에 대해 감소한 용량의 퍼센트 비율을 계산하여 8주 후 용량 유지율을 도출하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타낸다.After 8 weeks, the capacity of the preserved secondary battery was measured and the capacity decreased during the 8-week storage period was calculated. The percentage ratio of the reduced dose to the initial dose was calculated to derive the dose maintenance rate after 8 weeks. The results are shown in Table 1 below.
실험예 3: 고온 저장 시 저항 증가율 평가Experimental Example 3: Evaluation of resistance increase rate when stored at high temperature
상기에서 제조된 실시예 1~11, 비교예 1~4의 리튬 이차전지를 25℃에서 CC/CV, 0.33C 조건으로 4.2V까지 충전하고 0.33C로 2.5V까지 방전하여 초기 충방전을 수행하였고, 상온에서 용량 확인 후 방전용량 기준으로 SOC 50%로 충전하고, 2.5C 전류로 10초간 방전하여 이 때의 전압강하 차이로 저항을 측정하여 초기 저항으로 하고, 60℃에서 8주 저장 이후 동일한 방법으로 저항을 측정하고 이를 최종 저항으로 하여 하기 식을 통해 저항 증가율을 계산하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.The lithium secondary batteries of Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 4 prepared above were charged to 4.2V under CC/CV, 0.33C conditions at 25°C and discharged to 2.5V at 0.33C to perform initial charge and discharge. , After checking the capacity at room temperature, charge to SOC 50% based on the discharge capacity, discharge for 10 seconds at 2.5C current, measure the resistance using the voltage drop difference at this time to determine the initial resistance, and store it at 60℃ for 8 weeks, then use the same method. The resistance was measured and this was used as the final resistance to calculate the resistance increase rate using the following equation. The results are shown in Table 1 below.
저항 증가율(%) = (최종 저항 - 초기 저항) / (초기 저항) × 100Resistance increase rate (%) = (final resistance - initial resistance) / (initial resistance) × 100
실험예 4: 열 안정성 평가Experimental Example 4: Thermal stability evaluation
실시예 1 내지 11 및 비교예 1 내지 4에서 제조한 이차전지 각각에 대하여 열 안정성을 평가하였다.Thermal stability was evaluated for each of the secondary batteries manufactured in Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 4.
구체적으로, 상기 실시예 및 비교예에서 제조된 리튬 이차전지에 대해 활성화(formation) 공정을 실시한 다음, 25℃에서 0.33C로 4.2V까지 정전류/정전류 조건으로 충전(0.05C cut-off)을 실시하여 SOC 100%까지 만충전하였다. 만충전된 전지를 5℃/min의 승온 속도로 140℃까지 승온시킨 다음, 각각 1시간 방치하여 발화 여부를 확인하는 핫 박스(hot box) 평가 실험을 실시하였다. 발화가 일어나지 않은 경우를 Pass, 발화가 일어난 경우를 Fail로 평가하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.Specifically, a formation process was performed on the lithium secondary batteries manufactured in the above examples and comparative examples, and then charging was performed under constant current/constant current conditions up to 4.2V at 0.33C at 25°C (0.05C cut-off). Thus, the SOC was fully charged to 100%. A hot box evaluation experiment was conducted in which fully charged batteries were heated to 140°C at a temperature increase rate of 5°C/min, then left for 1 hour to check for ignition. Cases where ignition did not occur were evaluated as Pass, cases where ignition occurred were evaluated as Fail, and the results are shown in Table 1 below.
(45℃, 200cycle)Capacity maintenance rate (%)
(45℃, 200cycle)
(45℃, 200cycle)Resistance increase rate (%)
(45℃, 200cycle)
(60℃, 8주 저장)Capacity maintenance rate (%)
(60℃, stored for 8 weeks)
(60℃, 8주 저장)Resistance increase rate (%)
(60℃, storage for 8 weeks)
상기 표 1을 참조하면, 본 발명에 따른 비수 전해질을 포함하는 실시예 1 내지 11의 리튬 이차전지는 비교예 1 내지 4의 경우에 비해 고온 사이클 충방전 및 고온 저장 시의 수명 특성 및 저항 특성이 우수함과 동시에, 열 안정성이 현저한 수준으로 향상됨을 확인할 수 있다.Referring to Table 1, the lithium secondary batteries of Examples 1 to 11 containing the non-aqueous electrolyte according to the present invention have life characteristics and resistance characteristics during high-temperature cycle charging and discharging and high-temperature storage compared to Comparative Examples 1 to 4. It can be seen that, in addition to being excellent, thermal stability is significantly improved.
Claims (10)
유기 용매; 및
첨가제;를 포함하고,
상기 첨가제는 하기 화학식 1 내지 화학식 4로 표시되는 화합물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종을 포함하는 비수 전해질:
[화학식 1]
[화학식 2]
[화학식 3]
[화학식 4]
상기 화학식 1 내지 4에서, R1 내지 R4는 서로 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 불소가 하나 이상 치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 탄소수 6 내지 30의 아릴기 및 불소가 하나 이상 치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기 중에서 선택되고,
L1 내지 L4는 서로 독립적으로 직접 결합, -COO-, 및 -SO2- 중에서 선택된다.
lithium salt;
organic solvent; and
Contains additives;
The additive is a non-aqueous electrolyte containing at least one selected from the group consisting of compounds represented by the following formulas 1 to 4:
[Formula 1]
[Formula 2]
[Formula 3]
[Formula 4]
In Formulas 1 to 4, R 1 to R 4 are independently selected from an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms with one or more fluorine substituted, an aryl group with 6 to 30 carbon atoms, and an alkyl group with one or more fluorine substituted. selected from aryl groups having 6 to 30 carbon atoms,
L 1 to L 4 are independently selected from a direct bond, -COO-, and -SO 2 -.
상기 화학식 1 내지 4에서, R1 내지 R4는 서로 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬기 및 불소가 하나 이상 치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기 중에서 선택되는 비수 전해질.
In claim 1,
In Formulas 1 to 4, R 1 to R 4 are independently selected from an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms and an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms substituted with one or more fluorine.
상기 화학식 1 내지 4에서, R1 내지 R4는 서로 독립적으로 메틸기 및 트리플루오로메틸기 중에서 선택되는 비수 전해질.
In claim 1,
In Formulas 1 to 4, R 1 to R 4 are each independently selected from a methyl group and a trifluoromethyl group.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 1-A, 화학식 1-B, 화학식 1-C, 화학식 1-D, 화학식 1-E, 화학식 1-F, 화학식 2-A, 화학식 2-B, 화학식 2-C, 화학식 2-D, 화학식 2-E, 화학식 2-F, 화학식 3-A, 화학식 3-B, 화학식 3-C, 화학식 3-D, 화학식 3-E, 화학식 3-F, 화학식 4-A, 화학식 4-B, 화학식 4-C, 화학식 4-D, 화학식 4-E, 및 화학식 4-F로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종을 포함하는 비수 전해질:
[화학식 1-A]
[화학식 1-B]
[화학식 1-C]
[화학식 1-D]
[화학식 1-E]
[화학식 1-F]
[화학식 2-A]
[화학식 2-B]
[화학식 2-C]
[화학식 2-D]
[화학식 2-E]
[화학식 2-F]
[화학식 3-A]
[화학식 3-B]
[화학식 3-C]
[화학식 3-D]
[화학식 3-E]
[화학식 3-F]
[화학식 4-A]
[화학식 4-B]
[화학식 4-C]
[화학식 4-D]
[화학식 4-E]
[화학식 4-F]
In claim 1,
The compound represented by Formula 1 has the following Formula 1-A, Formula 1-B, Formula 1-C, Formula 1-D, Formula 1-E, Formula 1-F, Formula 2-A, Formula 2-B, Formula 2-C, Formula 2-D, Formula 2-E, Formula 2-F, Formula 3-A, Formula 3-B, Formula 3-C, Formula 3-D, Formula 3-E, Formula 3-F, Formula A non-aqueous electrolyte comprising at least one member selected from the group consisting of 4-A, Formula 4-B, Formula 4-C, Formula 4-D, Formula 4-E, and Formula 4-F:
[Formula 1-A]
[Formula 1-B]
[Formula 1-C]
[Formula 1-D]
[Formula 1-E]
[Formula 1-F]
[Formula 2-A]
[Formula 2-B]
[Formula 2-C]
[Formula 2-D]
[Formula 2-E]
[Formula 2-F]
[Formula 3-A]
[Formula 3-B]
[Formula 3-C]
[Formula 3-D]
[Formula 3-E]
[Formula 3-F]
[Formula 4-A]
[Formula 4-B]
[Formula 4-C]
[Formula 4-D]
[Formula 4-E]
[Formula 4-F]
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 상기 비수 전해질에 0.005중량% 내지 12중량%로 포함되는 비수 전해질.
In claim 1,
The compound represented by Formula 1 is a non-aqueous electrolyte contained in an amount of 0.005% to 12% by weight in the non-aqueous electrolyte.
상기 리튬 염은 LiCl, LiBr, LiI, LiBF4, LiClO4, LiAlO4, LiAlCl4, LiPF6, LiSbF6, LiAsF6, LiB10Cl10, LiBOB(LiB(C2O4)2), LiCF3SO3, LiFSI(LiN(SO2F)2), LiCH3SO3, LiCF3CO2, LiCH3CO2 및 LiBETI(LiN(SO2CF2CF3)2)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종을 포함하는 비수 전해질.
In claim 1,
The lithium salt is LiCl, LiBr, LiI, LiBF 4 , LiClO 4 , LiAlO 4 , LiAlCl 4 , LiPF 6 , LiSbF 6 , LiAsF 6 , LiB 10 Cl 10 , LiBOB (LiB(C 2 O 4 ) 2 ), LiCF 3 At least one selected from the group consisting of SO 3 , LiFSI (LiN(SO 2 F) 2 ), LiCH 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiCH 3 CO 2 and LiBETI (LiN(SO 2 CF 2 CF 3 ) 2 ) A non-aqueous electrolyte containing.
상기 리튬 염은 상기 비수 전해질에 0.5 M 내지 5.0 M의 몰 농도로 포함되는 것인 비수 전해질.
In claim 1,
The lithium salt is included in the non-aqueous electrolyte at a molar concentration of 0.5 M to 5.0 M.
상기 유기 용매는 환형 카보네이트계 용매, 선형 카보네이트계 용매, 선형 에스터계 용매 및 환형 에스터계 용매로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 비수 전해질.
In claim 1,
The organic solvent is a non-aqueous electrolyte comprising at least one selected from the group consisting of a cyclic carbonate-based solvent, a linear carbonate-based solvent, a linear ester-based solvent, and a cyclic ester-based solvent.
상기 첨가제는 비닐렌 카보네이트, 비닐에틸렌 카보네이트, 플루오로에틸렌 카보네이트, 프로판 설톤, 프로펜 설톤, 숙시노니트릴, 아디포니트릴, 에틸렌 설페이트, LiPO2F2, LiODFB(Lithium difluorooxalatoborate), LiBOB(Lithium bis-(oxalato)borate), TMSPa(3-trimethoxysilanyl-propyl-N-aniline), 및 TMSPi(Tris(trimethylsilyl) Phosphite)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 추가 첨가제를 더 포함하는 비수 전해질.
In claim 1,
The additives include vinylene carbonate, vinylethylene carbonate, fluoroethylene carbonate, propane sultone, propene sultone, succinonitrile, adiponitrile, ethylene sulfate, LiPO 2 F 2 , LiODFB (Lithium difluorooxalatoborate), LiBOB (Lithium bis- (oxalato)borate), 3-trimethoxysilanyl-propyl-N-aniline (TMSPa), and Tris(trimethylsilyl) Phosphite (TMSPi).
음극 활물질을 포함하는 음극;
상기 양극 및 상기 음극 사이에 개재되는 분리막; 및
청구항 1에 따른 비수 전해질;을 포함하는 리튬 이차전지.A positive electrode containing a positive electrode active material;
A negative electrode containing a negative electrode active material;
a separator interposed between the anode and the cathode; and
A lithium secondary battery comprising the non-aqueous electrolyte according to claim 1.
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