KR102771717B1 - Additive for lithium secondary battery, electrolyte for lithium secondary battery including the same and lithium secondary batter including the same - Google Patents
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Abstract
본 발명의 예시적인 실시예들의 리튬 이차 전지용 첨가제는 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다. 본 발명의 예시적인 실시예들에 따르면, 리튬염, 유기 용매 및 상기 첨가제를 포함하는 리튬 이차 전지용 전해액 및 상기 전해액을 포함하는 리튬 이차 전지가 제공된다.The additive for a lithium secondary battery of exemplary embodiments of the present invention may include a compound represented by Chemical Formula 1. According to exemplary embodiments of the present invention, an electrolyte for a lithium secondary battery including a lithium salt, an organic solvent, and the additive, and a lithium secondary battery including the electrolyte are provided.
Description
본 발명은 리튬 이차 전지용 첨가제, 이를 포함하는 리튬 이차 전지용 전해액 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것이다.The present invention relates to an additive for a lithium secondary battery, an electrolyte for a lithium secondary battery containing the additive, and a lithium secondary battery containing the additive.
최근 리튬 이차 전지의 사용 범위가 소형 전자 기기에서 대형 전자 기기, 자동차 등으로 확대되고 있다. 이에 따라, 상온뿐만 아니라 고온이나 저온 환경 등에서도 우수한 성능을 유지할 수 있는 리튬 이차 전지에 대한 개발이 요구되고 있다.Recently, the scope of application of lithium secondary batteries has expanded from small electronic devices to large electronic devices, automobiles, etc. Accordingly, there is a demand for the development of lithium secondary batteries that can maintain excellent performance not only at room temperature but also in high or low temperature environments.
예를 들면, 리튬 이차 전지는 리튬 이온을 흡장 및 방출할 수 있는 음극 활물질(예를 들어, 탄소재, 흑연)을 포함하는 음극; 리튬 이온의 삽입 및 탈리가 가능한 양극 활물질(예를 들어, 리튬 금속 산화물)을 포함하는 양극; 및 리튬염 및 유기 용매를 포함하는 비수 전해액으로 구성될 수 있다.For example, a lithium secondary battery may be composed of an anode including an anode active material (e.g., carbon material, graphite) capable of inserting and releasing lithium ions; a cathode including an anode active material (e.g., lithium metal oxide) capable of inserting and deintercalating lithium ions; and a non-aqueous electrolyte including a lithium salt and an organic solvent.
예를 들면, 비수 전해액은 유기 용매로서 에틸렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트 등의 카보네이트계 유기 용매를 포함할 수 있고, 리튬염으로서, LiPF6, LiBF4, 등을 포함할 수 있다.For example, the non-aqueous electrolyte may include a carbonate-based organic solvent such as ethylene carbonate or dimethyl carbonate as an organic solvent, and may include LiPF 6 , LiBF 4 , etc. as a lithium salt.
그러나, 카보네이트계 유기 용매는 리튬 이차 전지의 충방전 중 전극 표면에서 분해되어 리튬 금속 산화물과의 부반응을 일으킬 수 있으며, 흑연 층간에 삽입되어 음극의 구조를 붕괴시킬 수 있다. 이에 따라, 리튬 이차 전지의 수명 특성이 저하될 수 있다.However, carbonate-based organic solvents may decompose on the electrode surface during charging and discharging of lithium secondary batteries, causing side reactions with lithium metal oxides, and may be inserted between graphite layers to collapse the structure of the negative electrode. Accordingly, the life characteristics of lithium secondary batteries may be reduced.
상술한 문제를 방지하기 위해, 전극 표면에 고체 전해질 계면상(SEI: solid electrolyte interphase)을 형성시키는 기술이 제안되고 있다. 예를 들면, SEI 형성을 위해 비수 전해액에 첨가제(예를 들어, 프로판 설톤, 프로펜 설톤, 비닐레 카보네이트 등)를 포함시키는 기술이 제안되고 있다.To prevent the above-mentioned problems, a technology for forming a solid electrolyte interphase (SEI) on the electrode surface has been proposed. For example, a technology for including an additive (e.g., propane sultone, propene sultone, vinyl carbonate, etc.) in a non-aqueous electrolyte has been proposed for forming SEI.
또한, 한국공개특허공보 제10-2004-0115350호, 제10-2007-0057118호, 제10-2011-0029672호, 제10-2011-0065021호, 제10-2014-0012268호, 제10-2012-0013003호, 제10-2012-0132224호, 제10-2015-0155005호, 제10-2010-0086323호 및 제10-2016-0139011호에서는 니트릴계 첨가제를 포함하는 리튬 이차 전지용 전해액을 개시하고 있다.In addition, Korean Patent Publication Nos. 10-2004-0115350, 10-2007-0057118, 10-2011-0029672, 10-2011-0065021, 10-2014-0012268, 10-2012-0013003, 10-2012-0132224, 10-2015-0155005, 10-2010-0086323, and 10-2016-0139011 disclose electrolytes for lithium secondary batteries containing nitrile-based additives.
그러나, 상술한 첨가제들의 경우 리튬 이차 전지의 성능 개선 정도가 미비하거나, 리튬 이차 전지의 일부 성능은 개선되나 다른 일부 성능은 감소되는 문제가 있다. 예를 들면, 비닐렌 카보네이트는 통상적인 유기 용매보다 먼저 분해되어 전극 표면에 SEI를 형성시켜 리튬 이차 전지의 상온 성능을 향상시킬 수 있으나, 고온 환경에서는 쉽게 분해되어 가스를 발생시키는 문제가 있다.However, in the case of the additives described above, there is a problem that the degree of improvement in the performance of the lithium secondary battery is insignificant, or some performances of the lithium secondary battery are improved while others are reduced. For example, vinylene carbonate can improve the room temperature performance of the lithium secondary battery by forming SEI on the electrode surface by decomposing earlier than the conventional organic solvent, but there is a problem that it easily decomposes in a high temperature environment and generates gas.
본 발명의 일 과제는 화학적 안정성이 향상된 리튬 이차 전지용 전해액을 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide an electrolyte for a lithium secondary battery having improved chemical stability.
본 발명의 일 과제는 수명 특성이 향상된 리튬 이차 전지를 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide a lithium secondary battery having improved life characteristics.
예시적인 실시예들에 따른 리튬 이차 전지용 첨가제는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.An additive for a lithium secondary battery according to exemplary embodiments may include a compound represented by the following chemical formula 1.
[화학식 1][Chemical Formula 1]
상기 화학식 1에서, R1은 메틸렌기 또는 에틸렌기이고, R2는 C1-C6의 알킬렌기 또는 에터기를 포함하는 C2-C6의 알킬렌기일 수 있다.In the above chemical formula 1, R 1 may be a methylene group or an ethylene group, and R 2 may be a C1-C6 alkylene group or a C2-C6 alkylene group including an ether group.
일 실시예에 있어서, R2는 화학식 2로 표시될 수 있다.In one embodiment, R 2 can be represented by chemical formula 2.
[화학식 2][Chemical formula 2]
화학식 2에서, R3 및 R4는 독립적으로, C1-C3의 알킬렌기일 수 있다.In chemical formula 2, R 3 and R 4 can independently be a C1-C3 alkylene group.
일 실시예에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 3 내지 화학식 7로 표시되는 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In one embodiment, the compound represented by Chemical Formula 1 may include at least one of the compounds represented by Chemical Formulas 3 to 7 below.
[화학식 3][Chemical Formula 3]
[화학식 4][Chemical Formula 4]
[화학식 5][Chemical Formula 5]
[화학식 6][Chemical formula 6]
[화학식 7][Chemical formula 7]
예시적인 실시예들에 따른 리튬 이차 전지용 전해액은 리튬염; 유기 용매; 및 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.An electrolyte for a lithium secondary battery according to exemplary embodiments may include a lithium salt; an organic solvent; and a compound represented by the chemical formula 1.
일 실시예에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 함량은 상기 전해액 총 중량 중 0.1 내지 10중량%인, 리튬 이차 전지용 전해액.In one embodiment, an electrolyte for a lithium secondary battery, wherein the content of the compound represented by the chemical formula 1 is 0.1 to 10 wt% of the total weight of the electrolyte.
일 실시예에 있어서, 상기 전해액은 불소 함유 환형 카보네이트계 화합물, 불소 함유 포스페이트계 화합물, 이중 결합을 갖는 환형 카보네이트계 화합물, 설톤계 화합물, 보레이트계 화합물, 환형 설페이트계 화합물 및 실릴기를 갖는 인계 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 보조 첨가제를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the electrolyte may further include an auxiliary additive including at least one of a fluorine-containing cyclic carbonate compound, a fluorine-containing phosphate compound, a cyclic carbonate compound having a double bond, a sultone compound, a borate compound, a cyclic sulfate compound, and a phosphorus compound having a silyl group.
일 실시예에 있어서, 상기 보조 첨가제의 함량은 상기 전해액 총 중량 중 0.1 내지 10중량%일 수 있다.In one embodiment, the content of the auxiliary additive may be 0.1 to 10 wt% of the total weight of the electrolyte.
일 실시예에 있어서, 상기 전해액 중, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 중량에 대한 상기 보조 첨가제의 중량의 비는 0.5 내지 5일 수 있다.In one embodiment, the weight ratio of the auxiliary additive to the weight of the compound represented by the chemical formula 1 in the electrolyte may be 0.5 to 5.
일 실시예에 있어서, 상기 유기 용매는 카보네이트계 용매를 포함할 수 있다.In one embodiment, the organic solvent may comprise a carbonate-based solvent.
일 실시예에 있어서, 상기 카보네이트계 용매는, 선형 카보네이트계 용매 및 환영 카보네이트계 용매를 포함할 수 있다.In one embodiment, the carbonate solvent may include a linear carbonate solvent and a cyclic carbonate solvent.
예시적인 실시예들에 따른 리튬 이차 전지는 양극; 상기 양극과 대향하는 음극; 및 상기 양극 및 상기 음극을 함침시키는 상기 전해액을 포함할 수 있다.A lithium secondary battery according to exemplary embodiments may include a positive electrode; a negative electrode opposite to the positive electrode; and an electrolyte impregnating the positive electrode and the negative electrode.
본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 리튬 이차 전지용 첨가제는, 고온 저장 용량 유지율, 상온 수명 유지율, 고온 수명 유지율 등이 향상된 리튬 이차 전지를 제공할 수 있다.The additive for a lithium secondary battery according to exemplary embodiments of the present invention can provide a lithium secondary battery having improved high-temperature storage capacity retention rate, room-temperature life retention rate, and high-temperature life retention rate.
도 1 및 도 2는 각각, 예시적인 실시예들에 따른 리튬 이차 전지를 개략적으로 나타낸 평면 투시도 및 단면도이다.FIG. 1 and FIG. 2 are a plan perspective view and a cross-sectional view, respectively, schematically illustrating a lithium secondary battery according to exemplary embodiments.
본 발명에 따르면, 화학식 1로 표시되는 리튬 이차 전지용 첨가제, 상기 첨가제를 포함하는 리튬 이차 전지용 전해액이 제공된다. 또한, 본 발명에 따르면 상기 전해액을 포함하는 리튬 이차 전지가 제공된다.According to the present invention, an additive for a lithium secondary battery represented by chemical formula 1 and an electrolyte for a lithium secondary battery comprising the additive are provided. In addition, according to the present invention, a lithium secondary battery comprising the electrolyte is provided.
이하에서, 본 발명에 대하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 명세서에서 "X계 화합물"은 X 단위를 모체, 측기 또는 치환기에 포함하는 화합물을 의미할 수 있다.In this specification, the term “X-based compound” may mean a compound that includes an X unit in a parent group, side group, or substituent.
본 명세서에서 "Ca-Cb"는 "a 내지 b의 탄소 원자수"를 의미할 수 있다. In this specification, “Ca-Cb” may mean “the number of carbon atoms from a to b.”
리튬 이차 전지용 전해액Electrolyte for lithium secondary batteries
본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 리튬 이차 전지용 전해액은 리튬염, 유기 용매 및 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.An electrolyte for a lithium secondary battery according to exemplary embodiments of the present invention may include a lithium salt, an organic solvent, and a compound represented by the following chemical formula 1.
[화학식 1][Chemical Formula 1]
상기 화학식 1에서, R1은 메틸렌기 또는 에틸렌기이며, R2는 C1-C6의 알킬렌이거나 에터기를 포함하는 C2-C6의 알킬렌기일 수 있다.In the above chemical formula 1, R 1 is a methylene group or an ethylene group, and R 2 can be a C1-C6 alkylene group or a C2-C6 alkylene group including an ether group.
예를 들면, 상기 화학식 1의 화합물은 리튬 이차 전지용 전해액의 첨가제로서 제공될 수 있다.For example, the compound of the above chemical formula 1 can be provided as an additive for an electrolyte for a lithium secondary battery.
예를 들면, 상기 화학식 1의 화합물은 리튬 이차 전지의 전극 표면에 고체 전해질 계면상(SEI: solid electrolyte interphase)을 형성시킬 수 있다. 예를 들면, 상기 전극 표면의 결함점이나 활성화점에 SEI를 형성시켜, 전해액과 전극 활물질 간의 부반응을 억제할 수 있다.For example, the compound of the above chemical formula 1 can form a solid electrolyte interphase (SEI) on the electrode surface of a lithium secondary battery. For example, by forming SEI at a defect point or an active point on the electrode surface, side reactions between the electrolyte and the electrode active material can be suppressed.
또한, 상기 화학식 1의 화합물은 양극 활물질(예를 들면, 리튬 금속 산화물)로부터 용출되는 금속 이온들(예를 들면, Ni, Co, Mn 등)과 착물을 형성함으로써, 상기 금속 이온들이 음극에 전착되는 것을 방지할 수 있다.In addition, the compound of the above chemical formula 1 can prevent the metal ions (e.g., Ni, Co, Mn, etc.) eluted from the positive electrode active material (e.g., lithium metal oxide) from being deposited on the negative electrode by forming a complex with the metal ions.
이에 따라, 상기 화학식 1의 화합물을 포함하는 리튬 이차 전지는 향상된 수명 특성을 가질 수 있다. 더욱이, 상기 화학식 1의 화합물은 고온에서 상기 SEI 및 상기 착물을 잘 형성시켜, 리튬 이차 전지의 고온 수명 특성을 향상시킬 수 있다.Accordingly, a lithium secondary battery including the compound of the chemical formula 1 can have improved life characteristics. Furthermore, the compound of the chemical formula 1 can form the SEI and the complex well at high temperatures, thereby improving the high-temperature life characteristics of a lithium secondary battery.
또한, 상기 화학식 1의 화합물을 포함하는 리튬 이차 전지는 높은 C-rate로 반복적으로 충방전하는 경우에도, 우수한 수명 특성을 구현할 수 있다.In addition, a lithium secondary battery including the compound of the above chemical formula 1 can exhibit excellent life characteristics even when repeatedly charged and discharged at a high C-rate.
일 실시예에 있어서, R2는 메틸렌기 또는 에틸렌기일 수 있다.In one embodiment, R 2 can be a methylene group or an ethylene group.
일 실시예에 있어서, R2는 하기 화학식 2로 표시될 수 있다(즉, 상기 화학식 1의 화합물은 2개의 니트릴기, 에스터기 및 에터기를 포함할 수 있음).In one embodiment, R 2 can be represented by the following formula 2 (i.e., the compound of formula 1 can include two nitrile groups, an ester group, and an ether group).
[화학식 2][Chemical formula 2]
상기 화학식 2에서, R3 및 R4는 독립적으로 C1-C3의 알킬렌기일 수 있다. 예를 들면, *은 결합손을 의미할 수 있다.In the above chemical formula 2, R 3 and R 4 can independently be a C1-C3 alkylene group. For example, * can represent a bond.
일부 실시예들에서, R3 및 R4는 독립적으로 메틸렌기 또는 에틸렌기일 수 있다.In some embodiments, R 3 and R 4 can independently be a methylene group or an ethylene group.
일 실시예에 있어서, 상기 화학식 1의 화합물은 하기 화학식 3 내지 화학식 7로 표시되는 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In one embodiment, the compound of formula 1 may include at least one of the compounds represented by formulae 3 to 7 below.
[화학식 3][Chemical Formula 3]
[화학식 4][Chemical Formula 4]
[화학식 5][Chemical Formula 5]
[화학식 6][Chemical formula 6]
[화학식 7][Chemical formula 7]
일 실시예에 있어서, 상기 화학식 1의 화합물의 함량은 상기 전해액 총 중량 중 0.1 내지 10중량%, 바람직하게는 0.5 내지 5중량%, 보다 바람직하게는 1 내지 2중량%일 수 있다.In one embodiment, the content of the compound of chemical formula 1 may be 0.1 to 10 wt%, preferably 0.5 to 5 wt%, and more preferably 1 to 2 wt% of the total weight of the electrolyte.
일 실시예에 있어서, 상기 전해액은 리튬 이차 전지의 성능을 보다 향상시킬 수 있는 보조 첨가제를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the electrolyte may further include an auxiliary additive that can further improve the performance of the lithium secondary battery.
예를 들면, 상기 보조 첨가제는 불소 함유 환형 카보네이트계 화합물, 불소 함유 포스페이트계 화합물, 이중 결합을 갖는 환형 카보네이트계 화합물, 설톤계 화합물, 보레이트계 화합물, 설페이트계 화합물, 실릴기를 갖는 인계 화합물 등을 포함할 수 있다.For example, the auxiliary additive may include a fluorine-containing cyclic carbonate compound, a fluorine-containing phosphate compound, a cyclic carbonate compound having a double bond, a sultone compound, a borate compound, a sulfate compound, a phosphorus compound having a silyl group, and the like.
일부 실시예들에서, 상기 보조 첨가제는 상기 불소 함유 환형 카보네이트계 화합물 및 상기 보레이트계 화합물을 포함할 수 있다. 이 경우, 리튬 이차 전지의 수명 특성이 보다 향상될 수 있다.In some embodiments, the auxiliary additive may include the fluorine-containing cyclic carbonate compound and the borate compound. In this case, the life characteristics of the lithium secondary battery may be further improved.
일부 실시예들에서, 상기 보조 첨가제의 함량은 상기 전해액 총 중량 중 0.1 내지 10중량%일 수 있다.In some embodiments, the content of the auxiliary additive may be 0.1 to 10 wt% of the total weight of the electrolyte.
일부 실시예들에서, 상기 전해액 중, 상기 화학식 1의 화합물의 중량에 대한 상기 보조 첨가제의 중량의 비는 0.5 내지 5, 또는 0.5 내지 3일 수 있다.In some embodiments, the weight ratio of the auxiliary additive to the weight of the compound of formula 1 in the electrolyte may be 0.5 to 5, or 0.5 to 3.
상기 불소 함유 환형 카보네이트계 화합물은 화합물은 5-7각의 환형 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 불소 함유 환형 카보네이트계 화합물은 플루오로에틸렌 카보네이트(FEC) 등을 포함할 수 있다.The above fluorine-containing cyclic carbonate compound may have a 5-7 membered cyclic structure. For example, the above fluorine-containing cyclic carbonate compound may include fluoroethylene carbonate (FEC), etc.
예를 들면, 상기 불소 함유 환형 카보네이트계 화합물은 상기 전해액 총 중량에 대해 0.1 내지 10 중량%, 바람직하게는 0.5 내지 5중량%, 보다 바람직하게는 1 내지 3중량% 포함될 수 있다.For example, the fluorine-containing cyclic carbonate compound may be included in an amount of 0.1 to 10 wt%, preferably 0.5 to 5 wt%, and more preferably 1 to 3 wt%, relative to the total weight of the electrolyte.
예를 들면, 상기 불소 함유 포스페이트계 화합물은 하기 화학식 8-1로 표시되는 화합물(WCA-1), 하기 화학식 8-2로 표시되는 화합물(WCA-2), 하기 화학식 8-3으로 표시되는 화합물(WCA-3) 등을 포함할 수 있다.For example, the fluorine-containing phosphate compound may include a compound (WCA-1) represented by the following chemical formula 8-1, a compound (WCA-2) represented by the following chemical formula 8-2, a compound (WCA-3) represented by the following chemical formula 8-3, etc.
[화학식 8-1][Chemical Formula 8-1]
[화학식 8-2][Chemical Formula 8-2]
[화학식 8-3][Chemical Formula 8-3]
예를 들면, 상기 불소 함유 포스페이트계 화합물은 상기 전해액 총 중량에 대해 0.1 내지 10중량%, 바람직하게는 0.5 내지 5중량%, 보다 바람직하게는 1 내지 3중량%로 포함될 수 있다.For example, the fluorine-containing phosphate compound may be included in an amount of 0.1 to 10 wt%, preferably 0.5 to 5 wt%, and more preferably 1 to 3 wt%, based on the total weight of the electrolyte.
상기 이중 결합을 갖는 환형 카보네이트계 화합물은 고리 구조 내 이중 결합을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 이중 결합을 갖는 환형 카보네이트계 화합물은 비닐렌 카보네이트(VC) 등을 포함할 수 있다.The cyclic carbonate compound having the above double bond may include a double bond within the ring structure. For example, the cyclic carbonate compound having the above double bond may include vinylene carbonate (VC), etc.
예를 들면, 상기 이중 결합을 갖는 환형 카보네이트계 화합물은 상기 전해액 총 중량에 대해 0.1 내지 10중량%, 바람직하게는 0.5 내지 5중량%, 보다 바람직하게는 1 내지 3중량%로 포함될 수 있다.For example, the cyclic carbonate compound having the double bond may be included in an amount of 0.1 to 10 wt%, preferably 0.5 to 5 wt%, and more preferably 1 to 3 wt%, relative to the total weight of the electrolyte.
예를 들면, 상기 설톤계 화합물은 프로판 설톤(PS), 프로펜 설톤(PRS) 등을 포함할 수 있다.For example, the above sultone compounds may include propane sultone (PS), propene sultone (PRS), etc.
예를 들면, 상기 설톤계 화합물은 상기 전해액 총 중량에 대해 0.1 내지 10중량%, 바람직하게는 0.5 내지 5중량%, 보다 바람직하게는 1 내지 3중량%로 포함될 수 있다.For example, the sultone compound may be included in an amount of 0.1 to 10 wt%, preferably 0.5 to 5 wt%, and more preferably 1 to 3 wt%, relative to the total weight of the electrolyte.
예를 들면, 상기 보레이트계 화합물 하기 화학식 9-1로 표시되는 화합물(LiFOB) 및 하기 화학식 9-2로 표시되는 화합물(LiBOB) 등을 포함할 수 있다.For example, the borate compound may include a compound represented by the following chemical formula 9-1 (LiFOB) and a compound represented by the following chemical formula 9-2 (LiBOB).
[화학식 9-1][Chemical Formula 9-1]
[화학식 9-2][Chemical Formula 9-2]
예를 들면, 상기 보레이트계 화합물은 상기 전해액 총 중량에 대해 0.1 내지 10중량%, 바람직하게는 0.5 내지 5중량%, 보다 바람직하게는 1 내지 3중량%로 포함될 수 있다.For example, the borate compound may be included in an amount of 0.1 to 10 wt%, preferably 0.5 to 5 wt%, and more preferably 1 to 3 wt%, relative to the total weight of the electrolyte.
상기 환형 설페이트계 화합물은 5-7각의 환형 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 환형 설페이트계 화합물은 에틸렌 설페이트(ESA) 등을 포함할 수 있다.The above cyclic sulfate compound may have a 5-7 membered cyclic structure. For example, the above cyclic sulfate compound may include ethylene sulfate (ESA), etc.
예를 들면, 상기 환형 설페이트계 화합물은 상기 전해액 총 중량에 대해 0.1 내지 10중량%, 바람직하게는 0.5 내지 5중량%, 보다 바람직하게는 1 내지 3중량%로 포함될 수 있다.For example, the cyclic sulfate compound may be included in an amount of 0.1 to 10 wt%, preferably 0.5 to 5 wt%, and more preferably 1 to 3 wt%, relative to the total weight of the electrolyte.
예를 들면, 상기 실릴기를 갖는 인계 화합물은 트리스(트리메틸실릴) 포스파이트, 트리스(트리메틸실릴) 포스페이트 등을 포함할 수 있다.For example, the phosphorus compound having the silyl group may include tris(trimethylsilyl) phosphite, tris(trimethylsilyl) phosphate, and the like.
예를 들면, 상기 실릴기를 갖는 인계 화합물은 상기 전해액 총 중량에 대해 0.1 내지 10중량%, 바람직하게는 0.5 내지 5중량%, 보다 바람직하게는 1 내지 3중량%로 포함될 수 있다.For example, the phosphorus compound having the silyl group may be included in an amount of 0.1 to 10 wt%, preferably 0.5 to 5 wt%, and more preferably 1 to 3 wt%, relative to the total weight of the electrolyte.
예를 들면, 상기 리튬염은 LiPF6, LiBF4, LiClO4, LiCl, LiBr, LiI, LiB10Cl10, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, LiN(SO2C2F5)2, Li(CF3SO2)2N, LiC4F9SO3, LiB(C6H5)4, Li(SO2F)2N(LiFSI), (CF3SO2)2NLi 등을 포함할 수 있다.For example, the lithium salt may include LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiCl, LiBr, LiI, LiB 10 Cl 10 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiAlCl 4 , CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, LiN(SO 2 C 2 F 5 ) 2 , Li(CF 3 SO 2 ) 2 N, LiC 4 F 9 SO 3 , LiB(C 6 H 5 ) 4 , Li(SO 2 F) 2 N(LiFSI), (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, and the like.
일 실시예에 있어서, 상기 전해액 중 상기 리튬염의 농도는 0.1 내지 2 M일 수 있다.In one embodiment, the concentration of the lithium salt in the electrolyte may be 0.1 to 2 M.
예를 들면, 상기 유기 용매는 상기 리튬염, 상기 첨가제 및 상기 보조 첨가제에 대해 충분한 용해도를 가질 수 있다.For example, the organic solvent may have sufficient solubility for the lithium salt, the additive, and the auxiliary additive.
일 실시예에 있어서, 상기 유기 용매는 비수성 유기 용매일 수 있다.In one embodiment, the organic solvent may be a non-aqueous organic solvent.
예를 들면, 상기 유기 용매는 카보네이트계 용매, 에스테르계 용매, 에터계 용매, 케톤계 용매, 알코올계 용매, 비양성자성 용매 등을 포함할 수 있다.For example, the organic solvent may include a carbonate solvent, an ester solvent, an ether solvent, a ketone solvent, an alcohol solvent, an aprotic solvent, etc.
일 실시예에 있어서, 상기 유기 용매는 카보네이트계 용매를 포함할 수 있다.In one embodiment, the organic solvent may comprise a carbonate-based solvent.
일부 실시예들에서, 상기 유기 용매는 선형 카보네이트계 용매 및 환영 카보네이트계 용매를 포함할 수 있다.In some embodiments, the organic solvent may include a linear carbonate solvent and a cyclic carbonate solvent.
예를 들면, 상기 선형 카보네이트계 용매는 디메틸카보네이트(DMC; dimethyl carbonate), 에틸메틸카보네이트(EMC; ethyl methyl carbonate), 디에틸카보네이트(DEC; diethyl carbonate), 메틸프로필카보네이트(methyl propyl carbonate), 에틸프로필카보네이트(ethyl propyl carbonate), 디프로필카보네이트(dipropyl carbonate) 등을 포함할 수 있다.For example, the linear carbonate solvent may include dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), diethyl carbonate (DEC), methyl propyl carbonate, ethyl propyl carbonate, dipropyl carbonate, and the like.
예를 들면, 상기 환형 카보네이트계 용매는 에틸렌카보네이트(EC; ethylene carbonate), 프로필렌카보네이트(PC; propylene carbonate), 부틸렌 카보네이트(butylene carbonate) 등을 포함할 수 있다.For example, the cyclic carbonate solvent may include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate, etc.
리튬 이차 전지Lithium secondary battery
이하, 도면을 참조하여 예시적인 실시예들에 따른 리튬 이차 전지에 대해 보다 상세히 설명한다. 도 1 및 도 2는 각각 예시적인 실시예들에 따른 리튬 이차 전지를 나타내는 개략적인 평면 투시도 및 단면도이다.Hereinafter, a lithium secondary battery according to exemplary embodiments will be described in more detail with reference to the drawings. FIG. 1 and FIG. 2 are schematic plan perspective views and cross-sectional views, respectively, showing a lithium secondary battery according to exemplary embodiments.
도 2를 참조하면, 리튬 이차 전지는 양극(100) 및 양극(100)과 대향하는 음극(130)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, a lithium secondary battery may include a positive electrode (100) and a negative electrode (130) opposite to the positive electrode (100).
양극(100)은 양극 집전체(105) 및 양극 집전체(105) 상에 형성된 양극 활물질층(110)을 포함할 수 있다.The positive electrode (100) may include a positive electrode current collector (105) and a positive electrode active material layer (110) formed on the positive electrode current collector (105).
양극 활물질층(110)은 양극 활물질, 필요에 따라, 양극 바인더 및 도전재를 포함할 수 있다.The positive electrode active material layer (110) may include a positive electrode active material, a positive electrode binder, and a conductive material, if necessary.
예를 들면, 양극 집전체(105)는 스테인레스강, 니켈, 알루미늄, 티탄, 구리 등을 포함할 수 있다.For example, the cathode current collector (105) may include stainless steel, nickel, aluminum, titanium, copper, or the like.
예를 들면, 상기 양극 활물질은 리튬 이온의 가역적인 삽입 및 탈리가 가능한 리튬 금속 산화물을 포함할 수 있다.For example, the positive electrode active material may include a lithium metal oxide capable of reversible insertion and deintercalation of lithium ions.
예를 들면, 상기 리튬 금속 산화물은 리튬 코발트계 산화물, 리튬 망간계 산화물, 리튬 구리 산화물, 리튬 니켈계 산화물, 리튬 망간 복합 산화물, 및 리튬-니켈-망간-코발트계 산화물 등을 포함할 수 있다.For example, the lithium metal oxide may include lithium cobalt-based oxide, lithium manganese-based oxide, lithium copper oxide, lithium nickel-based oxide, lithium manganese composite oxide, and lithium-nickel-manganese-cobalt-based oxide.
예를 들면, 상기 리튬 금속 산화물은 LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMn2O4, Li(NiaCobMnc)O2(0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, a+b+c=1), LiNi1-yCoyO2(O<y<1), LiCo1-yMnyO2(O<y<1), LiNi1-yMnyO2(O≤y<1), Li(NiaCobMnc)O4(0<a<2, 0<b<2, 0<c<2, a+b+c=2), LiMn2-zNizO4(0<z<2), LiMn2-zCozO4(0<z<2), LiCoPO4, LiFePO4 등을 포함할 수 있다.For example, the lithium metal oxide may include LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , Li(Ni a Co b Mn c )O 2 (0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, a+b+c=1), LiNi 1-y Co y O 2 (O<y<1), LiCo 1-y Mn y O 2 (O<y<1), LiNi 1-y Mn y O 2 (O≤y<1), Li(Ni a Co b Mn c )O 4 (0<a<2, 0<b<2, 0<c<2, a+b+c=2), LiMn 2-z Ni z O 4 (0<z<2), LiMn 2-z Co z O 4 (0<z<2), LiCoPO 4 , LiFePO 4 , etc. there is.
일 실시예에 있어서, 상기 리튬 금속 산화물은 과잉 리튬(Lithium-rich) 금속 산화물을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 과잉 리튬 금속 산화물은 하기 화학식 8로 표시될 수 있다.In one embodiment, the lithium metal oxide may include a lithium-rich metal oxide. For example, the lithium-rich metal oxide may be represented by the following chemical formula 8.
[화학식 10] [Chemical Formula 10]
LixNiyMnzCowO2 Li x Ni y Mn z Co w O 2
상기 화학식 10에서, 1<x≤2이고, 0<y≤1이고, 0<z≤1이고, 0<w≤1일 수 있다.In the above chemical formula 10, 1<x≤2, 0<y≤1, 0<z≤1, and 0<w≤1.
본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 리튬 이차 전지용 전해액은 4.5 V영역의 전압에서도 전기 화학적으로 안정적인 특성을 유지할 수 있어, 상기 과잉 리튬 금속 산화물 입자와 함께 사용할 수도 있다.The electrolyte for a lithium secondary battery according to exemplary embodiments of the present invention can maintain electrochemically stable characteristics even at a voltage of 4.5 V, and thus can be used together with the excess lithium metal oxide particles.
예를 들면, 상기 바인더는 상기 양극 활물질들 간, 또한, 상기 양극 활물질 및 양극 집전체(110) 간 서로 잘 부착시키는 역할을 할 수 있다. 예를 들면, 상기 바인더는 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리비닐알콜, 카르복시메틸셀룰로즈, 히드록시프로필셀룰로즈, 디아세틸셀룰로즈, 에틸렌옥사이드를 포함하는 폴리머, 폴리비닐클로라이드, 카복실화된 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 폴리비닐피롤리돈, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이티드 스티렌-부타디엔 러버, 에폭시 수지, 나일론 등을 포함할 수 있다.For example, the binder may serve to adhere well between the positive electrode active materials, and also between the positive electrode active material and the positive electrode current collector (110). For example, the binder may include a polymer including polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, diacetyl cellulose, ethylene oxide, polyvinyl chloride, carboxylated polyvinyl chloride, polyvinyl fluoride, polyvinyl pyrrolidone, polyurethane, polytetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, styrene-butadiene rubber, acrylated styrene-butadiene rubber, epoxy resin, nylon, and the like.
예를 들면, 상기 도전재는 양극 활물질층(110)에 도전성을 부여하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 도전재는 천연 흑연, 인조 흑연, 카본블랙, 아세틸렌블랙, 케첸블랙, 탄소섬유, 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말, 금속 섬유 등을 포함할 수 있다.For example, the conductive material may be used to impart conductivity to the positive electrode active material layer (110). For example, the conductive material may include natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, Ketjen black, carbon fiber, metal powder such as copper, nickel, aluminum, and silver, metal fiber, etc.
음극(130)은 음극 집전체(125) 및 음극 집전체(125) 상의 음극 활물질층(120)을 포함할 수 있다.The negative electrode (130) may include a negative electrode current collector (125) and a negative electrode active material layer (120) on the negative electrode current collector (125).
음극 활물질층(120)은 음극 활물질, 필요에 따라, 음극 바인더 및 도전재를 포함할 수 있다.The negative electrode active material layer (120) may include a negative electrode active material, a negative electrode binder, and a conductive material, if necessary.
예를 들면, 음극 집전체(125)는 금, 스테인레스강, 니켈, 알루미늄, 티탄, 구리 등을 포함할 수 있다.For example, the negative electrode collector (125) may include gold, stainless steel, nickel, aluminum, titanium, copper, or the like.
예를 들면, 상기 음극 활물질은 리튬 이온을 흡장 및 탈리할 수 있는 물질일 수 있다. 예를 들면, 상기 음극 활물질은 탄소계 물질, 리튬 금속, 리튬 금속의 합금, 실리콘계 물질, 전이금속 산화물 등을 포함할 수 있다.For example, the negative electrode active material may be a material capable of absorbing and desorbing lithium ions. For example, the negative electrode active material may include a carbon-based material, lithium metal, an alloy of lithium metal, a silicon-based material, a transition metal oxide, etc.
상기 탄소계 물질은 결정질 탄소, 비정질 탄소 등을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 결정질 탄소는 무정형, 판상, 린편상(flake), 구형 또는 섬유형의 천연 흑연 또는 인조 흑연과 같은 흑연을 포함할 수 있다. 또한, 상기 비정질 탄소는 소프트 카본(soft carbon), 하드 카본(hard carbon), 메조페이스 피치 탄화물, 소성된 코크스 등을 포함할 수 있다.The above carbonaceous material may include crystalline carbon, amorphous carbon, and the like. For example, the crystalline carbon may include graphite such as natural graphite or artificial graphite in an amorphous, plate-like, flake-like, spherical, or fiber-like form. In addition, the amorphous carbon may include soft carbon, hard carbon, mesophase pitch carbide, calcined coke, and the like.
상기 리튬 금속의 합금으로는 리튬과 Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Si, Sb, Pb, In, Zn, Ba, Ra, Ge, Al 및 Sn으로 이루어진 군에서 선택되는 금속의 합금이 사용될 수 있다.As the above lithium metal alloy, an alloy of lithium and a metal selected from the group consisting of Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Si, Sb, Pb, In, Zn, Ba, Ra, Ge, Al, and Sn can be used.
상기 실리콘계 물질은 Si, SiOx(0<x<2), 흑연과 Si의 조합, 흑연 입자 표면에 Si이 코팅된 물질, 흑연 입자 표면에 Si 및 카본이 코팅된 물질 등을 포함할 수 있다.The above silicon-based material may include Si, SiOx (0<x<2), a combination of graphite and Si, a material in which Si is coated on the surface of graphite particles, a material in which Si and carbon are coated on the surface of graphite particles, etc.
상기 전이 금속 산화물은 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물 등을 포함할 수 있다.The above transition metal oxide may include vanadium oxide, lithium vanadium oxide, and the like.
상기 음극 바인더 및 도전재는 상술한 양극 바인더 및 도전재와 실질적으로 동일하거나 유사한 물질일 수 있다. 예를 들면, 상기 음극 바인더는 스티렌-부타디엔 러버(SBR) 등의 수계 바인더일 수 있다. 또한, 예를 들면, 상기 음극 바인더는 카르복시메틸 셀룰로오스(CMC)와 같은 증점제와 함께 사용될 수 있다.The above-described negative electrode binder and conductive material may be substantially the same as or similar to the above-described positive electrode binder and conductive material. For example, the above-described negative electrode binder may be an aqueous binder such as styrene-butadiene rubber (SBR). In addition, for example, the above-described negative electrode binder may be used together with a thickener such as carboxymethyl cellulose (CMC).
양극(100) 및 음극(130) 사이에 분리막(140)이 개재될 수 있다.A separator (140) may be interposed between the positive electrode (100) and the negative electrode (130).
예를 들면, 분리막(140)은 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체 등을 포함할 수 있다.For example, the separation membrane (140) may include an ethylene homopolymer, a propylene homopolymer, or the like.
양극(100), 음극(130) 및 분리막(140)을 포함하여 전극 셀이 형성될 수 있다. 복수의 전극 셀들이 적층되어 전극 조립체(150)가 형성될 수 있다(단, 도 2에는 편의상 하나의 전극 셀을 도시하였음).An electrode cell can be formed including a positive electrode (100), a negative electrode (130), and a separator (140). A plurality of electrode cells can be stacked to form an electrode assembly (150) (however, for convenience, only one electrode cell is illustrated in FIG. 2).
분리막(140)의 권취(winding), 적층(lamination) 등에 의해 전극 조립체(150)가 형성될 수 있다.An electrode assembly (150) can be formed by winding, lamination, etc. of a separator (140).
예시적인 실시예들에 따른 리튬 이차 전지는 양극(100)과 연결되며, 케이스(160)의 외부로 돌출되는 양극 리드(107); 및 음극(130)과 연결되며, 케이스(160)의 외부로 돌출되는 음극 리드(127)를 포함할 수 있다.A lithium secondary battery according to exemplary embodiments may include a positive electrode lead (107) connected to a positive electrode (100) and protruding outwardly from a case (160); and a negative electrode lead (127) connected to a negative electrode (130) and protruding outwardly from a case (160).
양극(100)과 양극 리드(107)는 전기적으로 연결되어 있을 수 있다. 마찬가지로, 음극(130)과 음극 리드(127)은 전기적으로 연결되어 있을 수 있다.The anode (100) and the anode lead (107) may be electrically connected. Similarly, the cathode (130) and the cathode lead (127) may be electrically connected.
양극 리드(107)는 양극 집전체(105)와 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 음극 리드(130)는 음극 집전체(125)와 전기적으로 연결될 수 있다.The positive electrode lead (107) may be electrically connected to the positive electrode collector (105). Additionally, the negative electrode lead (130) may be electrically connected to the negative electrode collector (125).
양극 집전체(105)는 일측에 돌출부(양극 탭, 106)를 포함할 수 있다. 양극 탭 (106)상에는 양극 활물질층(110)이 형성되어 있지 않을 수 있다. 양극 탭(106)은 양극 집전체(105)와 일체이거나, 용접 등에 의해 연결되어 있을 수 있다. 양극 탭(106)을 통해 양극 집전체(105) 및 양극 리드(107)가 전기적으로 연결되어 있을 수 있다.The positive electrode current collector (105) may include a protrusion (positive electrode tab, 106) on one side. A positive electrode active material layer (110) may not be formed on the positive electrode tab (106). The positive electrode tab (106) may be integral with the positive electrode current collector (105) or may be connected by welding or the like. The positive electrode current collector (105) and the positive electrode lead (107) may be electrically connected through the positive electrode tab (106).
음극 집전체(125)는 일측에 돌출부(음극 탭, 126)를 포함할 수 있다. 상기 음극 탭 상에는 음극 활물질층(120)이 형성되어 있지 않을 수 있다. 음극 탭(126)은 음극 집전체(125)와 일체이거나, 용접 등에 의해 연결되어 있을 수 있다. 음극 탭(126)을 통해 음극 집전체(125) 및 음극 리드(127)가 전기적으로 연결되어 있을 수 있다.The negative electrode collector (125) may include a protrusion (negative electrode tab, 126) on one side. The negative electrode active material layer (120) may not be formed on the negative electrode tab. The negative electrode tab (126) may be integral with the negative electrode collector (125) or may be connected by welding or the like. The negative electrode collector (125) and the negative electrode lead (127) may be electrically connected through the negative electrode tab (126).
예를 들면, 전극 조립체(150) 및 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 리튬 이차 전지용 전해액이 케이스(160) 내에 수용되어 리튬 이차 전지를 형성할 수 있다.For example, an electrode assembly (150) and an electrolyte for a lithium secondary battery according to exemplary embodiments of the present invention may be accommodated in a case (160) to form a lithium secondary battery.
예를 들면, 상기 리튬 이차 전지는 원통형, 각형, 파우치(pouch)형 또는 코인(coin)형 등일 수 있다.For example, the lithium secondary battery may be cylindrical, square, pouch or coin shaped.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred embodiments and comparative examples of the present invention will be described. However, the following examples are only preferred embodiments of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.
실시예들 및 비교예들Examples and Comparative Examples
1. 전해액의 제조1. Preparation of electrolyte
에틸렌 카보네이트(EC), 에틸 메틸 카보네이트(EMC) 및 디에틸 카보네이트(DEC)를 2:5:5(v/v/v)로 혼합한 유기 용매를 사용하여, 1.0 M의 LiPF6 용액을 제조하였다.A 1.0 M LiPF 6 solution was prepared using an organic solvent consisting of ethylene carbonate (EC), ethyl methyl carbonate (EMC), and diethyl carbonate (DEC) in a 2:5:5 (v/v/v) ratio.
상기 LiPF6 용액에, 전해액 총 중량(100wt%)을 기준으로, 하기 표 1에 따라 첨가제 및 보조 첨가제를 투입 및 혼합하여, 실시예들 및 비교예들의 전해액을 제조하였다.To the above LiPF 6 solution, additives and auxiliary additives were added and mixed according to Table 1 below based on the total weight of the electrolyte (100 wt%), to prepare electrolytes of examples and comparative examples.
2. 리튬 이차 전지의 제조2. Manufacturing of lithium secondary batteries
LiCoO2, PVDF(폴리비닐리덴 플루오라이드) 및 카본블랙을 94:3:3의 중량비로 NMP에 분산시켜 양극 슬러리를 제조하였다. 상기 양극 슬러리를 알루미늄 박에 코팅하여, 양극을 제조하였다.LiCoO 2 , PVDF (polyvinylidene fluoride), and carbon black were dispersed in NMP at a weight ratio of 94:3:3 to prepare a cathode slurry. The cathode slurry was coated on an aluminum foil to prepare a cathode.
흑연, PVDF 및 카본블랙을 96:3:1의 중량비로 물에 분산시켜 음극 슬러리를 제조하였다. 상기 음극 슬러리를 구리 박에 코팅하여, 음극을 제조하였다.Graphite, PVDF, and carbon black were dispersed in water at a weight ratio of 96:3:1 to prepare a cathode slurry. The cathode slurry was coated on a copper foil to prepare a cathode.
상기에서 양극 및 상기 음극 사이에 분리막(폴리에틸렌)을 개재하여 전극 조립체를 형성하였다.An electrode assembly was formed by interposing a separator (polyethylene) between the positive electrode and the negative electrode as described above.
상기 전극 조립체 및 상술한 바에 따른 전해액을 파우치에 투입하고, 진공 포장하여 리튬 이차 전지를 제조하였다.The above electrode assembly and the electrolyte as described above were placed in a pouch and vacuum-packed to manufacture a lithium secondary battery.
실험예 1: 고온 저장 용량 유지율Experimental Example 1: High Temperature Storage Capacity Retention Rate
실시예들 및 비교예들의 리튬 이차 전지를 상온(25℃)에서 4.2V까지 1C로 충전하고, 2.75V까지 1C로 방전하여, 초기 방전 용량 A1을 측정하였다.The lithium secondary batteries of the examples and comparative examples were charged at 1C to 4.2 V at room temperature (25°C) and discharged at 1C to 2.75 V, and the initial discharge capacity A1 was measured.
초기 방전 용량 A1을 측정한 후, 리튬 이차 전지를 4.2V까지 0.5C로 다시 충전하고, 고온(45℃)에서 1주 동안 방치하였다.After measuring the initial discharge capacity A1, the lithium secondary battery was recharged at 0.5 C to 4.2 V and left at high temperature (45°C) for one week.
고온 방치 후, 리튬 이차 전지를 4.2V까지 1C 충전 및 2.75V까지 1C 방전하는 사이클을 2회 진행하여 2회째의 방전 용량 A2를 측정하였다.After being stored at high temperature, the lithium secondary battery was subjected to two cycles of 1C charging to 4.2 V and 1C discharging to 2.75 V, and the discharge capacity A2 of the second cycle was measured.
하기 식에 따라 고온 저장 용량 유지율을 계산하였다.The high temperature storage capacity retention rate was calculated according to the following formula.
고온 저장 용량 유지율(%) = A2/A1 × 100High temperature storage capacity retention rate (%) = A2/A1 × 100
실험예 2: 상온 수명 유지율Experimental Example 2: Room Temperature Lifespan Maintenance Rate
실시예들 및 비교예들의 리튬 이차 전지를 상온(25℃)에서 4.2V까지 1C로 충전하고, 2.75V까지 2C로 방전하여 초기 방전 용량 B1을 측정하였다.The lithium secondary batteries of the examples and comparative examples were charged at 1C to 4.2 V at room temperature (25°C) and discharged at 2C to 2.75 V to measure the initial discharge capacity B1.
상기 충전 및 방전을 500회 반복적으로 실시하여, 500회째의 방전 용량 B2를 측정하였다.The above charging and discharging were repeated 500 times, and the discharge capacity B2 at the 500th time was measured.
하기 식에 따라 상온 수명 유지율을 계산하였다.The room temperature life maintenance rate was calculated according to the following formula.
상온 수명 유지율(%) = B2/B1 × 100Room temperature life retention rate (%) = B2/B1 × 100
실험예 3: 고온 수명 유지율Experimental Example 3: High Temperature Life Retention Rate
실시예들 및 비교예들의 리튬 이차 전지를 고온(45℃)에서 4.2V까지 1C로 충전하고 2.75V까지 2C로 방전하여 초기 방전 용량을 C1을 측정하였다.The lithium secondary batteries of the examples and comparative examples were charged at 1C to 4.2 V and discharged at 2C to 2.75 V at high temperature (45°C) to measure the initial discharge capacity C1.
상기 충전 및 방전을 500회 반복적으로 실시하여, 500회째의 방전 용량 C2를 측정하였다.The above charging and discharging were repeated 500 times, and the discharge capacity C2 at the 500th time was measured.
하기 식에 따라 고온 수명 유지율을 계산하였다.The high temperature life maintenance rate was calculated according to the following formula.
고온 수명 유지율(%) = C2/C1 × 100High temperature life maintenance rate (%) = C2/C1 × 100
용량 유지율
(%)High temperature storage
Capacity retention rate
(%)
수명 유지율
(%)Room temperature
Lifespan maintenance rate
(%)
수명 유지율
(%)High temperature
Lifespan maintenance rate
(%)
LiBOB 1wt%FEC 1wt%
LiBOB 1wt%
LiBOB 1wt%FEC 1wt%
LiBOB 1wt%
LiBOB 1wt%FEC 1wt%
LiBOB 1wt%
LiBOB 1wt%FEC 1wt%
LiBOB 1wt%
LiBOB 1wt%FEC 1wt%
LiBOB 1wt%
LiBOB 1wt%FEC 1wt%
LiBOB 1wt%
[화학식 3]
A-2: 화학식 4의 화합물
[화학식 4]
A-3: 화학식 6의 화합물
[화학식 6]
A-4: 화학식 7의 화합물
[화학식 7]
B-1: 숙시노니트릴A-1: Compound of chemical formula 3
[Chemical Formula 3]
A-2: Compound of chemical formula 4
[Chemical Formula 4]
A-3: Compound of chemical formula 6
[Chemical formula 6]
A-4: Compound of chemical formula 7
[Chemical formula 7]
B-1: Succinonitrile
상기 표 1을 참조하면, 실시예들의 리튬 이차 전지는 비교예들의 리튬 이차 전지에 비해 고온 저장 용량 유지율, 상온 수명 유지율 및 고온 수명 유지율이 전부 향상되었다.Referring to Table 1 above, the lithium secondary batteries of the examples showed improved high-temperature storage capacity retention rate, room-temperature life retention rate, and high-temperature life retention rate compared to the lithium secondary batteries of the comparative examples.
100: 양극 105: 양극 집전체
106: 양극 탭 107: 양극 리드
110: 양극 활물질층 120: 음극 활물질층
125: 음극 집전체 126: 음극 탭
127: 음극 리드 130: 음극
140: 분리막 150: 전극 조립체
160: 케이스100: Anode 105: Anode current collector
106: Positive tab 107: Positive lead
110: Cathode active material layer 120: Cathode active material layer
125: Negative current collector 126: Negative tab
127: Negative lead 130: Negative lead
140: Separator 150: Electrode assembly
160: Case
Claims (11)
[화학식 1]
(화학식 1에서, R1은 메틸렌기 또는 에틸렌기이고,
R2는 화학식 2로 표시되며,
[화학식 2]
화학식 2에서, R3 및 R4는 독립적으로, C1-C3의 알킬렌기임).An additive for a lithium secondary battery, comprising a compound represented by chemical formula 1:
[Chemical Formula 1]
(In chemical formula 1, R 1 is a methylene group or an ethylene group,
R 2 is represented by chemical formula 2,
[Chemical formula 2]
In chemical formula 2, R 3 and R 4 are independently a C1-C3 alkylene group.
[화학식 7]
.In claim 1, the compound represented by the chemical formula 1 is an additive for a lithium secondary battery, which comprises a compound represented by the chemical formula 7:
[Chemical formula 7]
.
유기 용매; 및
화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는, 리튬 이차 전지용 전해액:
[화학식 1]
(화학식 1에서, R1은 메틸렌기 또는 에틸렌기이고,
R2는 화학식 2로 표시되며,
[화학식 2]
화학식 2에서, R3 및 R4는 독립적으로, C1-C3의 알킬렌기임).lithium salt;
organic solvent; and
An electrolyte for a lithium secondary battery, comprising a compound represented by chemical formula 1:
[Chemical Formula 1]
(In chemical formula 1, R 1 is a methylene group or an ethylene group,
R 2 is represented by chemical formula 2,
[Chemical formula 2]
In chemical formula 2, R 3 and R 4 are independently a C1-C3 alkylene group.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 중량에 대한 상기 보조 첨가제의 중량의 비는 0.5 내지 5인, 리튬 이차 전지용 전해액.In claim 6, among the electrolytes,
An electrolyte for a lithium secondary battery, wherein the weight ratio of the auxiliary additive to the weight of the compound represented by the chemical formula 1 is 0.5 to 5.
선형 카보네이트계 용매 및 환형 카보네이트계 용매를 포함하는, 리튬 이차 전지용 전해액.In claim 9, the carbonate solvent is
An electrolyte for a lithium secondary battery, comprising a linear carbonate solvent and a cyclic carbonate solvent.
상기 양극과 대향하는 음극; 및
상기 양극 및 상기 음극을 함침시키는 청구항 4의 리튬 이차 전지용 전해액을 포함하는, 리튬 이차 전지.anode;
a cathode opposite to the anode; and
A lithium secondary battery comprising the electrolyte for a lithium secondary battery according to claim 4, which impregnates the positive electrode and the negative electrode.
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