KR100508931B1 - Lithium secondary battery - Google Patents

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KR100508931B1
KR100508931B1 KR10-2003-0003974A KR20030003974A KR100508931B1 KR 100508931 B1 KR100508931 B1 KR 100508931B1 KR 20030003974 A KR20030003974 A KR 20030003974A KR 100508931 B1 KR100508931 B1 KR 100508931B1
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Abstract

본 발명은 안전성이 높고, 또한 충방전 용량의 열화가 적은 리튬 이차 전지를 제공한다. 상기 리튬 이차 전지는 양극, 음극 및 비수 전해액을 포함하며, 상기 비수 전해질에 불연성 용매를 포함하고, 상기 음극의 표면에 폴리아크릴레이트 화합물 및/ 또는 아지리딘 화합물로 이루어진 피막이 형성되어 있다.The present invention provides a lithium secondary battery having high safety and low deterioration in charge and discharge capacity. The lithium secondary battery includes a positive electrode, a negative electrode, and a nonaqueous electrolyte, a nonflammable solvent is included in the nonaqueous electrolyte, and a film made of a polyacrylate compound and / or an aziridine compound is formed on a surface of the negative electrode.

Description

리튬 이차 전지{LITHIUM SECONDARY BATTERY}Lithium secondary battery {LITHIUM SECONDARY BATTERY}

[산업상 이용 분야][Industrial use]

본 발명은 리튬 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 안전성이 우수한 리튬 이차 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a lithium secondary battery, and more particularly to a lithium secondary battery excellent in safety.

[종래 기술][Prior art]

종래 리튬 이차 전지용 비수 전해질(비수 전해액)로는 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트 등의 환상 에스테르에 디메틸카보네이트, 프로피온산 에테르 등의 직쇄상 에스테르와 테트라히드로퓨란 등의 환상에테르를 혼합한 혼합물이 이용되고 있다. 그러나 종래 비수 전해액에서는 인화점을 갖는 가연성 용매를 사용하는 것이 많아 안전성을 만족시키지 않는다.Conventionally, the mixture which mixed cyclic ester, such as dimethyl carbonate and a propionic acid ether, and cyclic ether, such as tetrahydrofuran, is used for cyclic esters, such as ethylene carbonate and a propylene carbonate, as a nonaqueous electrolyte for lithium secondary batteries. However, in the conventional nonaqueous electrolyte, a flammable solvent having a flash point is often used, which does not satisfy safety.

또한 최근에는, 리튬 이차 전지의 안전성을 향상시키기 위하여, 열과 산화 분해에 안정성이 높은 유기 할로겐 화합물을 용매로 사용한 전해액이 제안되고 있다. 유기 할로겐 화합물을 포함하는 전해액은 발화되기 어려운 경향이 있기 때문에, 전지의 안전성을 향상시키는 수단으로서 주목되고 있다. 예를 들면, 일본 특허 공개 평 7-249432 호에 할로겐화 폴리에테르를 사용한 전해액이 기재되어 있다. 그러나 이러한 할로겐화 폴리에테르는 아직 양산화되지 못하고, 가격이 비싼 문제가 있다.Moreover, in recent years, in order to improve the safety of a lithium secondary battery, the electrolyte solution which used the organic halogen compound with high stability for heat and oxidative decomposition as a solvent is proposed. Since an electrolyte solution containing an organic halogen compound tends to be hard to ignite, it is attracting attention as a means for improving the safety of a battery. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 7-249432 describes an electrolytic solution using a halogenated polyether. However, such halogenated polyethers are not yet mass-produced, and there is a problem that the price is high.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 안전성이 높고 충방전 용량의 열화가 적은 리튬 이차 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a lithium secondary battery having high safety and low deterioration of charge and discharge capacity.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 양극, 음극 및 불연성 용매를 포함하는 비수 전해질을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a lithium secondary battery comprising a nonaqueous electrolyte comprising a positive electrode, a negative electrode and a nonflammable solvent.

상기 불연성 용매는 유기 할로겐 화합물이 바람직하고, 구체적으로는 테트라클로로에틸렌 또는 이염화 오플루오로화 부탄이 바람직하다. 이염화 오플루오로화 부탄으로는 다양한 구조 이성체가 있으나, 이중에서도 하기 화학식 1 및 2의 2종류의 이성체를 1 : 1 비율로 혼합한 것이 바람직하다.The nonflammable solvent is preferably an organic halogen compound, and specifically, tetrachloroethylene or butane difluoropentane is preferable. There are various structural isomers as the dichloropentenated butane, but it is preferable to mix two kinds of isomers of the following Chemical Formulas 1 and 2 in a 1: 1 ratio.

[화학식 1][Formula 1]

CF3CF2CHCl2 CF 3 CF 2 CHCl 2

[화학식 2][Formula 2]

CClF2CF2CHClFCClF 2 CF 2 CHClF

이러한 불연성 용매는 인화점이 낮고 할로겐 원소가 분자내에 존재하기 때문에 자기 소화성이 우수하고 또한 증기압이 낮은 성질이 있어 비수 전해질에 첨가하면 비수 전해질의 인화점을 높여 인화를 방지할 수 있고, 리튬 이차 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.Since the nonflammable solvent has a low flash point and a halogen element in the molecule, it has excellent self-extinguishing property and low vapor pressure. Therefore, when it is added to the nonaqueous electrolyte, the nonflammable solvent can increase the flash point of the nonaqueous electrolyte and prevent the flash. Can improve.

또한 본 발명의 리튬 이차 전지는, 상기 음극 표면에 폴리아크릴레이트 화합물 및/또는 아지리딘 화합물로 이루어진 피막이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.The lithium secondary battery of the present invention is also characterized in that a film made of a polyacrylate compound and / or an aziridine compound is formed on the surface of the negative electrode.

이와 같이, 음극의 표면에 폴리아크릴레이트 화합물 및/또는 아지리딘 화합물로 이루어진 피막이 형성되어 있으면, 이 피막이 불연성 용매에 의하여 음극 중의 결착재가 용해될 수 있는 단점을 방지하여 음극 활물질이 집전체로부터 탈락되지 않고, 또한 음극 표면에서 비수 전해질의 성분이 분해될 우려가 없고, 리튬 이차 전지의 충방전 용량을 향상시킬 수 있다. As such, if a film made of a polyacrylate compound and / or an aziridine compound is formed on the surface of the negative electrode, the film prevents the disadvantage of dissolving the binder in the negative electrode by a nonflammable solvent, thereby preventing the negative electrode active material from falling off the current collector. In addition, there is no fear that the components of the nonaqueous electrolyte are decomposed on the surface of the negative electrode, and the charge and discharge capacity of the lithium secondary battery can be improved.

상기 폴리아크릴레이트 화합물로는 세 개 이상의 수산기(-OH)를 갖는 (폴리에스테르)폴리올의 수산기 중, 일부 또는 전부가 (메타)아크릴산 에스테르로 치환되고, (메타)아크릴산 에스테르로 치환되지 않은 나머지 일부 미반응 수산기는 라디칼 반응성이 없는 그룹으로 치환시킨 폴리(에스테르)(메타)아크릴레이트가 바람직하다.As the polyacrylate compound, some or all of the hydroxyl groups of the (polyester) polyol having three or more hydroxyl groups (-OH) are substituted with (meth) acrylic acid esters and the remaining part is not substituted with (meth) acrylic acid esters. Unreacted hydroxyl groups are preferably poly (ester) (meth) acrylates substituted with groups that are not radically reactive.

또한 상기 아지리딘 화합물로는 하기 화학식 3 내지 6 중 하나인 것이 바람직하다.In addition, the aziridine compound is preferably one of the following Chemical Formulas 3 to 6.

단, 하기 화학식 3의 구조식 중, R1은 H, CH3, OH 중 하나이고, R2는 H 또는 CH3중 하나이다.However, in the structural formula of Formula 3, R 1 is one of H, CH 3 , OH, R 2 is one of H or CH 3 .

또한 아지리딘 화합물로서 하기 화학식 4로 표시되는 화합물, 또는 하기 화학식 3로 표시되는 화합물과 하기 화학식 4로 표시되는 구조식으로 표시되는 화합물과의 혼합물이 바람직하다.As the aziridine compound, a compound represented by the following formula (4) or a compound represented by the following formula (3) and a compound represented by the structural formula represented by the following formula (4) is preferable.

또한 아지리딘 화합물로서 하기 화학식 5 또는 6으로 표시되는 화합물을 사용할 수도 있다. 이러한 화합물은 하기 화학식 3 및/또는 화학식 4로 표시되는 것과 동시에 사용하는 것이 바람직하다.Moreover, the compound represented by following formula (5) or 6 can also be used as an aziridine compound. Such compounds are preferably used simultaneously with the formulas (3) and / or (4).

또한 하기 화학식 4 구조식 중, R2는 H 또는 CH3 중 하나이고, 하기 화학식 5에 있어서 n1은 0 내지 10의 범위가 바람직하고, 하기 화학식 6에 있어서 n2는 0 내지 10의 범위가 바람직하다.In addition, in the following Chemical Formula 4, R 2 is one of H or CH 3 , n 1 in Formula 5 is preferably in the range of 0 to 10, and n 2 in Formula 6 is preferably in the range of 0 to 10. Do.

[화학식 3][Formula 3]

[화학식 4][Formula 4]

[화학식 5][Formula 5]

[화학식 6][Formula 6]

또한 본 발명의 리튬 이차 전지는 상기 비수 전해질이 산화 안티몬을 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the lithium secondary battery of the present invention is characterized in that the nonaqueous electrolyte further includes antimony oxide.

상기 산화 안티몬은 자기 소화성을 갖기 때문에 비수 전해질에 소량이 용해되어도 비수 전해질의 인화점을 높이는 작용을 한다.Since the antimony oxide has self-extinguishing ability, even if a small amount is dissolved in the nonaqueous electrolyte, the antimony oxide serves to increase the flash point of the nonaqueous electrolyte.

따라서 상기 산화 안티몬이 첨가되면 비수 전해질(비수 전해액)의 인화점을 높여 인화를 방지할 수 있고, 리튬 이차 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.Therefore, when the antimony oxide is added, the flash point of the nonaqueous electrolyte (nonaqueous electrolyte) can be increased to prevent the flash, and the safety of the lithium secondary battery can be improved.

이하 본 발명의 실시 형태를 도면을 참조하여 설명한다.Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

본 발명의 리튬 이차 전지는 양극, 음극과 비수 전해질을 포함하고, 이 비수 전해질은 불연성 용매를 포함한다.The lithium secondary battery of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode and a nonaqueous electrolyte, and the nonaqueous electrolyte contains a nonflammable solvent.

본 발명의 비수 전해질은 불연성 용매와 비프로톤성 용매의 혼합 용매에 리튬염이 용해되어 있는 비수 전해질(비수 전해액), 또는 비수 전해액이 폴리머에 함되어 있는 겔형 비수 전해질이다. 폴리머로서는 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리프로필렌옥사이드(PPO), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리메타크릴레이트(PMA), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 또는 이들의 중합체를 사용할 수 있다.The nonaqueous electrolyte of the present invention is a nonaqueous electrolyte (nonaqueous electrolyte) in which lithium salt is dissolved in a mixed solvent of a nonflammable solvent and an aprotic solvent, or a gel nonaqueous electrolyte in which a nonaqueous electrolyte is contained in a polymer. Polymers include polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), polyacrylonitrile (PAN), polyvinylidene fluoride (PVDF), polymethacrylate (PMA), polymethyl methacrylate (PMMA) or these The polymer of can be used.

이러한 불연성 용매는 소위 유기 할로겐 화합물로서, 인화점이 낮고, 할로겐 원소가 분자내에 존재하기 때문에 자기 소화성이 우수하고 또한 증기압이 낮은 성질이 있어 비수 전해질에 첨가되면 비수 전해질의 인화점을 높여 비수전해질을 난연성이 되게 한다.This nonflammable solvent is a so-called organic halogen compound, which has a low flash point, a halogen element present in the molecule, and thus has excellent self-extinguishing property and a low vapor pressure. Therefore, when added to a nonaqueous electrolyte, the nonaqueous electrolyte is flame retardant. To be.

따라서 비수 전해질에 불연성 용매가 첨가되어 있는 것으로서, 비수 전해질(비수 전해액) 자체의 인화점이 높아지므로 비수 전해질이 인화될 우려가 없고 리튬 이차 전지의 안전성이 향상된다.Therefore, since the non-aqueous electrolyte is added to the nonaqueous electrolyte, the flash point of the nonaqueous electrolyte (nonaqueous electrolyte) itself increases, so that the nonaqueous electrolyte does not ignite and the safety of the lithium secondary battery is improved.

또한 세퍼레이터는 비수 전해질이 겔화되지 않은 경우에 필수적인 요소로서 다공질 폴리프로필렌 필름, 다공질 폴리에틸렌 필름 등 공지 세퍼레이터를 적당하게 사용할 수 있다.As the separator, an essential separator such as a porous polypropylene film and a porous polyethylene film can be suitably used as an essential element when the nonaqueous electrolyte is not gelled.

비수 전해질에 포함된 불연성 용매는 유기 할로겐 화합물이 바람직하고, 구체적으로는 테트라클로로에틸렌 또는 이염화 오플루오로화 부탄이 바람직하다. 또한 이염화 오플루오로화 부탄에는 다양한 구조 이성체가 있으나, 이중에서도 특히 하기 화학식 1 및 2의 2종류의 이성체를 1 : 1 비율로 혼합한 것이 바람직하다. The nonflammable solvent contained in the nonaqueous electrolyte is preferably an organic halogen compound, and specifically, tetrachloroethylene or difluorobutane dichloride is preferable. In addition, although there are various structural isomers in the dichloropentenyl butyrate, it is preferable to mix two kinds of isomers of the following general formulas (1) and (2) in a 1: 1 ratio.

[화학식 1][Formula 1]

CF3CF2CHCl2 CF 3 CF 2 CHCl 2

[화학식 2][Formula 2]

CClF2CF2CHClFCClF 2 CF 2 CHClF

또한 비프로톤성 용매로는 예를 들면, 에틸렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, γ-부티로락톤 등의 환상 카보네이트 또는 환상 에스테르 중 1종 이상을 포함하는 것이 바람직하고, 또한 이외에 디메틸 카보네이트, 메틸에틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트 중 하나를 포함하여도 좋다.As the aprotic solvent, for example, one or more of cyclic carbonates or cyclic esters such as ethylene carbonate, butylene carbonate, propylene carbonate and γ-butyrolactone is preferable, and in addition, dimethyl carbonate, methyl Ethyl carbonate or diethyl carbonate may be included.

비수 전해질 중에 이러한 비프로톤성 용매가 불연성 용매와 함께 포함되므로 리튬 이온의 해리를 향상시켜 비수 전해질 자체의 이온 전도도를 높일 수 있다.Since the aprotic solvent is included with the nonflammable solvent in the nonaqueous electrolyte, the dissociation of lithium ions may be improved to increase the ionic conductivity of the nonaqueous electrolyte itself.

리튬염은 LiPF6, LiBF4, Li[N(SO2C2F6)2 ], Li[B(OCOCF3)4], Li[B(OCOC2F5)4]를 사용할 수 있으나, LiPF6 또는 BETI(Li[N(SO2C2F5]2 ) 중 하나 또는 하나 이상을 사용하는 것이 바람직하다. 이 리튬염의 비수 전해질에 대한 농도는 0.5몰/L 이상 2.0몰/L 이하가 바람직하다.LiPF may be LiPF 6 , LiBF 4 , Li [N (SO 2 C 2 F 6 ) 2 ], Li [B (OCOCF 3 ) 4 ], Li [B (OCOC 2 F 5 ) 4 ], but LiPF It is preferable to use one or at least one of 6 or BETI (Li [N (SO 2 C 2 F 5 ] 2 ). The concentration of the lithium salt in the nonaqueous electrolyte is preferably 0.5 mol / L or more and 2.0 mol / L or less. Do.

비수 전해질 중 상기 리튬염이 포함되어 있으므로 비수 전해질 자체의 이온 전도도를 향상시킬 수 있다.Since the lithium salt is included in the nonaqueous electrolyte, the ionic conductivity of the nonaqueous electrolyte itself may be improved.

비수 전해질(비수 전해액)에 대해서 불연성 용매의 함유율은 5 질량% 이상, 40 질량% 이하의 범위가 바람직하고, 10 질량% 이상, 30 질량% 이하의 범위가 보다 바람직하다. 불연성 용매의 함유율이 5 질량% 미만이면, 비수 전해질의 인화점을 높일 수 없어 바람직하지 않고, 함유율이 30 질량%를 초과하면 비프로톤성 용매의 함유량이 상대적으로 저하되어 이온 전도성이 저하되어 바람직하지 않다.The content of the nonflammable solvent is preferably in the range of 5% by mass or more and 40% by mass or less, more preferably in the range of 10% by mass or more and 30% by mass or less with respect to the nonaqueous electrolyte (nonaqueous electrolyte). If the content of the nonflammable solvent is less than 5% by mass, the flash point of the nonaqueous electrolyte cannot be increased, and this is not preferable. If the content is more than 30% by mass, the content of the aprotic solvent is relatively lowered and the ion conductivity is lowered, which is not preferable. .

양극은 양극 활물질 분말에 폴리비닐리덴 플루오라이드 등의 결착재와 카본 블랙 등의 도전 조재를 혼합하여 쉬트상, 편평원판상 등으로 성형한 것을 에시할 수 있고, 또한 양극 활물질 분말 등을 쉬트상, 편평원판상 등으로 성형하여 금속 집전체에 적층시킨 것을 예시할 수 있다. 상기 양극 활물질로는 코발트, 망간, 니켈로부터 선택되는 적어도 1종과 리튬의 복합 산화물 중 1종 이상을 사용할 수 있고, 구체적으로는 LiMn2O4, LiCoO2, LiNiO2, LiFeO2 , V2O5 등이 바람직하다. 또한 TiS, MoS, 유기 디설페이트 화합물 또는 유기 폴리설페이트 화합물 등의 리튬을 흡장 방출이 가능한 것을 사용하여도 좋다.The positive electrode can be prepared by mixing a binder such as polyvinylidene fluoride with a conductive additive such as carbon black in a positive electrode active material powder and forming a sheet, a flat disc, or the like. The thing shape | molded by the flat disk shape etc. and laminated | stacked on the metal electrical power collector can be illustrated. As the cathode active material, at least one selected from cobalt, manganese, nickel, and at least one of lithium complex oxides may be used. Specifically, LiMn 2 O 4 , LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiFeO 2 , V 2 O 5 and the like are preferable. Moreover, you may use the thing which can occlude | release and release lithium, such as TiS, MoS, an organic disulfate compound, or an organic polysulfate compound.

음극은 리튬을 흡장 및 방출이 가능한 음극 활물질 분말에 폴리비닐리덴 플루오라이드 등의 결착재와 경우에 따라 카본 블랙 등의 도전 조재를 혼합하여 쉬트상, 편평원판상 등으로 성형된 것을 예시할 수 있고, 또한 음극 활물질 등을 쉬트상, 편평원판상 등으로 성형하여 금속 집전체에 적층시킨 것을 예시할 수 있다. 음극 활물질로는 인조 흑연, 천연 흑연, 흑연화 탄소 섬유, 흑연화 메조카본 마이크로 비드, 비정질 탄소 등의 탄소질 재료를 예시할 수 있다. 또한 리튬과 합금화가 가능한 금속 물질 단독과 이 금속 물질과 탄소질 재료를 포함하는 복합물도 음극 활물질로 예시할 수 있다. 리튬과 합금화가 가능한 금속으로는 Al, Si, Sn, Pb, Zn, Bi, In, Mg, Ga, Cd 등을 예시할 수 있다. 또한 음극 활물질로서 금속 리튬박도 사용할 수 있다.The negative electrode may be formed by mixing a binder such as polyvinylidene fluoride and a conductive additive such as carbon black in some cases with a negative active material powder capable of occluding and releasing lithium, and forming a sheet, a flat disc, or the like. Moreover, what shape | molded the negative electrode active material etc. in the sheet form, the flat disk shape, etc., and laminated | stacked on the metal electrical power collector can be illustrated. Examples of the negative electrode active material include carbonaceous materials such as artificial graphite, natural graphite, graphitized carbon fiber, graphitized mesocarbon microbeads, and amorphous carbon. In addition, a metal material that can be alloyed with lithium alone and a composite including the metal material and carbonaceous material may also be exemplified as a negative electrode active material. Examples of the metal that can be alloyed with lithium include Al, Si, Sn, Pb, Zn, Bi, In, Mg, Ga, and Cd. Moreover, metal lithium foil can also be used as a negative electrode active material.

또한 음극의 표면에는 폴리아크릴레이트 화합물 및/또는 아지리딘환을 포함하는 아지리딘 화합물로 이루어진 피막이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 폴리아크릴레이트 화합물 및/또는 아지리딘 화합물로 이루어진 피막이 형성되면, 불연성 용매에 의한 음극 중의 결착재가 용해되는 것을 상기 피막에 의해 방지되므로 음극 활물질이 집전체로부터 탈락되지 않아 리튬 이차 전지의 충방전 용량을 향상시킬 수 있다.Furthermore, it is preferable that the film | membrane which consists of an aziridine compound containing a polyacrylate compound and / or an aziridine ring is formed in the surface of a negative electrode. When a film made of a polyacrylate compound and / or an aziridine compound is formed, the film prevents the dissolution of the binder in the negative electrode due to the incombustible solvent, thereby preventing the negative electrode active material from falling off the current collector, thereby increasing the charge and discharge capacity of the lithium secondary battery. Can be improved.

또한, 폴리아크릴레이트 화합물로는 세 개 이상의 수산기(-OH)를 갖는 (폴리에스테르)폴리올의 수산기 중, 일부 또는 전부가 (메타)아크릴산 에스테르로 치환되고, (메타)아크릴산 에스테르로 치환되지 않은 나머지 일부 미반응 수산기는 라디칼 반응성이 없는 그룹으로 치환시킨 폴리(에스테르)(메타)아크릴레이트가 바람직하다.In addition, as the polyacrylate compound, a part or all of the hydroxyl groups of the (polyester) polyol having three or more hydroxyl groups (-OH) are substituted with (meth) acrylic acid esters and the remainder not substituted with (meth) acrylic acid esters. Some unreacted hydroxyl groups are preferably poly (ester) (meth) acrylates substituted with groups that are not radically reactive.

또한 아지리딘 화합물로는 상기 화학식 3 내지 화학식 6에 나타낸 구조의 것이 바람직하다. 단, 상기 화학식 3의 구조식 중, R1은 H, CH3, OH 중 어느 하나이고, R2는 H 또는 CH3 중 어느 하나이다.Moreover, as an aziridine compound, the thing of the structure shown in the said Formula (3)-(6) is preferable. However, in the structural formula of Formula 3, R 1 is any one of H, CH 3 , OH, R 2 is any one of H or CH 3 .

상기 아지리딘 화합물로서, 화학식 4의 구조식으로 표시되는 화합물, 또는 상기 화학식 3의 구조식으로 표시되는 화합물과 상기 화학식 4의 구조식으로 표시되는 화합물의 혼합물도 바람직하다.As the aziridine compound, a compound represented by the structural formula of Formula 4 or a mixture of a compound represented by the structural formula of Formula 3 and a compound represented by the structural formula of Formula 4 is also preferable.

또한 아지리딘 화합물로서 상기 화학식 5 내지 화학식 6의 화합물을 사용할 수도 있다. 이러한 화합물은 상기 화학식 3 및/또는 상기 화학식 4의 화합물과 동시에 사용하는 것이 바람직하다.As the aziridine compound, the compounds of the formulas (5) to (6) may also be used. Such a compound is preferably used simultaneously with the compound of Formula 3 and / or Formula 4.

또한 상기 화학식 4의 구조식 중, R2는 H 또는 CH3 중 어느 하나이고, 상기 화학식 5에 있어서, n1은 0 내지 10의 범위가 바람직하고, 상기 화학식 6에 있어서, n2는 0 내지 10의 범위가 바람직하다.In addition, in the structural formula of Formula 4, R 2 is any one of H or CH 3 , in the formula 5, n 1 is preferably in the range of 0 to 10, in the formula 6, n 2 is 0 to 10 The range of is preferable.

이러한 폴리아크릴레이트 화합물과 아지리딘 화합물은 비수 전해질에 첨가된 상태로 리튬 이차 전지에 투입되어, 초기 충전시 음극 표면에 중합되어 피막을 형성한다. 형성된 피막은 리튬 이온의 전도성이 우수하며 불연성 용매에 의해 용해성이 낮아 안정된 피막 구조를 유지할 수 있다.The polyacrylate compound and the aziridine compound are added to the lithium secondary battery in the state of being added to the nonaqueous electrolyte, and are polymerized on the surface of the negative electrode during initial charging to form a film. The formed film has excellent conductivity of lithium ions and is low in solubility by a nonflammable solvent to maintain a stable film structure.

상기 폴리아크릴레이트 화합물은 아니온 중합되는 아니온 부가 중합성 모노머로서 충전시 낮은 전위가 되는 음극 표면상에 피막을 형성한다. 이 폴리아크릴레이트 화합물이 아니언 중합하면, 분자 내의 이중 경합이 열려 각각 별도의 폴리아크릴레이트 화합물과 결합하는 반응이 연속적으로 일어나서, 음극 표면상에 폴리아크릴레이트 화합물이 중합된 피막이 형성된다.The polyacrylate compound is an anionic addition polymerizable monomer to be anionic polymerized to form a film on the surface of the negative electrode which becomes a low potential during charging. When this polyacrylate compound is not polymerized, double contention in a molecule | numerator opens, reaction which couple | bonds with a separate polyacrylate compound occurs continuously, and the film | membrane in which the polyacrylate compound was superposed | polymerized on the negative electrode surface is formed.

또한, 폴리아크릴레이트 화합물에 의한 피막 형성은 도 1에 나타낸 것과 같이 진행되는 것으로 추정된다. 우선 도 1(a)에 나타낸 것과 같이, 초충전 개시 전에는 비수 전해질(비수 전해액) 중에 폴리아크릴레이트 화합물이 존재하고, 다음에 도 1(b)에 나타낸 것과 같이 충전을 개시하면 폴리아크릴레이트 화합물이 음극 표면상으로 끌어당겨져서, 음극 표면상에서 아니온 중합하여 최종적으로 도 1(c)에 나타낸 것과 같이 피막이 형성된다.In addition, the film formation by a polyacrylate compound is estimated to advance as shown in FIG. First, as shown in Fig. 1 (a), before the start of super charging, a polyacrylate compound is present in the nonaqueous electrolyte (nonaqueous electrolyte), and when the charge is initiated as shown in Fig. 1 (b), the polyacrylate compound is It is pulled onto the cathode surface, anionic polymerization on the cathode surface, and finally a film is formed as shown in Fig. 1 (c).

또한 상기 화학식 3 내지 화학식 6에 표시된 아지리딘 화합물은 탄소 2개와 질소 1개를 골격으로 하는 아지리딘환을 구비하여 구성되고, 이 아지리딘환이 리튬과 배위되거나 또는 열려서 다른 아지리딘 화합물과 함께 중합체를 형성하는 것에 따라 피막을 형성한다. In addition, the aziridine compound represented by Formulas 3 to 6 includes an aziridine ring having a skeleton of 2 carbons and 1 nitrogen, and the aziridine ring is coordinated with or opened with lithium to form a polymer together with another aziridine compound. A film is formed by doing it.

즉, 아지리딘 화합물에 의한 피막 형성은 도 2에 나타낸 것과 같이 초충전개시전에는 비수 전해질(비수 전해액)중에 리튬 이온과 아지리딘 화합물의 전부 또는 일부가 고차의 망목구조에 까지는 도달하지 않는 정도의 이온 가교물(「Li-아지리딘 가교물」이라 한다)로서 존재하는 것으로 생각된다. 이 Li-아지리딘 가교물은 아지리딘 화합물의 음전하를 갖는 아지리딘 환이 양이온인 리튬 이온에 배위되어 형성되는 것으로 생각된다.That is, the film formation by the aziridine compound, as shown in FIG. 2, is such that all or some of the lithium ions and the aziridine compound in the nonaqueous electrolyte (nonaqueous electrolyte) do not reach the higher order network structure before the start of supercharge. It is considered to exist as a crosslinked material (referred to as "Li-aziridine crosslinked product"). This Li-aziridine crosslinked product is thought to be formed by coordinating the aziridine ring having a negative charge of the aziridine compound to lithium ions which are cations.

이어서, 도 2(b)에 나타낸 것과 같이, 충전을 개시하면, 양이온인 리튬 이온이 음극에 끌어당겨짐에 따라 Li-아지리딘 가교물이 음극 표면에 부착된다. 이에 따라 음극 표면에 있어서, 아지리딘 화합물의 밀도 증가가 발생된다.Then, as shown in Fig. 2 (b), when charging is started, Li-aziridine crosslinked material adheres to the negative electrode surface as lithium ions, which are cations, are attracted to the negative electrode. This causes an increase in the density of the aziridine compound on the negative electrode surface.

이어서, 리튬 이온이 아지리딘 환과 이온 가교로부터 유리되어 음극에 흡장된다. 그러면 남은 아지리딘 환이 열려서 중합 반응이 개시되고, 그 결과 도 2(c)에 나타낸 것과 같이 피막이 형성된다. 이 생성된 피막은 음전하를 띠기때문에, 양이온만을 수송하는 피막이 된다. 이 때문에, 전해액이 직접 음극에 접촉하여 분해되는 것을 방지할 수 있다.Subsequently, lithium ions are liberated from the aziridine ring and the ionic bridge and occluded in the negative electrode. Then, the remaining aziridine ring is opened to start the polymerization reaction. As a result, a film is formed as shown in Fig. 2 (c). Since this produced film has a negative charge, it becomes a film for transporting only cations. For this reason, it can prevent that electrolyte solution contacts a negative electrode and decomposes directly.

또한 폴리아크릴레이트 화합물과 아지리딘 화합물이 혼합된 피막은 불연성 용매에 의하여 용해성이 특히 저하되어 보다 안정한 피막을 유지할 수 있다. In addition, the film in which the polyacrylate compound and the aziridine compound are mixed can have a particularly low solubility due to a nonflammable solvent, thereby maintaining a more stable film.

즉, 도 3에 나타낸 것과 같이, 폴리아크릴레이트 화합물과 아지리딘 화합물이 동시에 첨가되는 경우에는 도 1 및 도 2에서 설명된 중합 반응과 동일한 반응이 각각 진행되어(도 3(a) 및 (b)), 최종적으로 폴리아크릴레이트 화합물과 아지리딘 화합물이 혼합된 피막이 형성된다(도 3(c)). 이 피막은 매우 치밀하고 견고하며, 불연성 용매에 의한 내성이 매우 높다.That is, as shown in Fig. 3, when the polyacrylate compound and the aziridine compound are added at the same time, the same reaction as the polymerization reaction described in Figs. 1 and 2 proceeds respectively (Figs. 3 (a) and (b)). ), And finally, a film in which the polyacrylate compound and the aziridine compound are mixed is formed (FIG. 3 (c)). This coating is very dense and firm and has a very high resistance to incombustible solvents.

폴리아크릴레이트 화합물은 비수 전해질에 대해서 0.1 질량% 이상, 1.0 질량% 이하의 범위로 첨가하는 것이 바람직하다. 또한 아지리딘 화합물은 비수 전해질에 대해서 0.5 질량% 이상, 1.5 질량% 이하의 범위로 첨가하는 것이 바람직하다.It is preferable to add a polyacrylate compound in 0.1 mass% or more and 1.0 mass% or less with respect to a nonaqueous electrolyte. Moreover, it is preferable to add an aziridine compound in 0.5 mass% or more and 1.5 mass% or less with respect to a nonaqueous electrolyte.

폴리아크릴레이트 화합물 및/또는 아지리딘 화합물의 첨가량이 상기 범위보다 적으면 음극 표면에 충분한 피막이 형성되지 않기 때문에 바람직하지 않고, 첨가량이 상기 범위보다 크면 피막이 두꺼워져서 계면 저항이 증가되어 바람직하지 않다.If the addition amount of the polyacrylate compound and / or the aziridine compound is less than the above range, it is not preferable because a sufficient coating is not formed on the surface of the negative electrode. If the addition amount is larger than the above range, the coating becomes thick and the interface resistance increases, which is not preferable.

또한 비수 전해질 중에 산화 안티몬을 첨가하여 용해시키는 것이 바람직하다. 산화 안티몬을 용해시키면, 유기 할로겐 화합물과 산화 안티몬이 상호 작용하여 비수 전해질의 인화점이 유기 할로겐 화합물의 단독 첨가 경우보다도 상승한다. 산화 안티몬은 자기 소화성이 있기 때문에 비수 전해질에 소량이라도 용해되어 비수 전해질의 인화점을 높이는 작용을 한다. In addition, it is preferable to add and dissolve antimony oxide in the nonaqueous electrolyte. When the antimony oxide is dissolved, the organic halogen compound and the antimony oxide interact with each other, and the flash point of the nonaqueous electrolyte is higher than when the organic halogen compound is added alone. Since antimony oxide is self-extinguishing, even a small amount is dissolved in the nonaqueous electrolyte to increase the flash point of the nonaqueous electrolyte.

산화 안티몬의 첨가량에 있어서는 비수 전해질에 대하여 0.1 질량% 이상, 1 질량% 이하가 바람직하다. 첨가량이 상기 범위보다 작으면 인화점이 대부분 변화되어 바람직하지 않고, 첨가량이 상기 범위를 초과하면 산화 안티몬이 용해되지 않고 추출되므로 바람직하지 않다.In the addition amount of antimony oxide, 0.1 mass% or more and 1 mass% or less are preferable with respect to a nonaqueous electrolyte. If the addition amount is smaller than the above range, the flash point is mostly changed, and it is not preferable.

상기 리튬 이차 전지에 의하면, 비수 전해질에 상기 불연성 용매가 함유되어 비수 전해질의 인화점을 높게 할 수 있어서, 리튬 이차 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.According to the lithium secondary battery, the non-aqueous electrolyte may contain the nonflammable solvent to increase the flash point of the nonaqueous electrolyte, thereby improving the safety of the lithium secondary battery.

또한 음극의 표면에 폴리아크릴레이트 화합물 및/또는 아지리딘 화합물로 이루어진 피막이 형성되기 때문에, 불연성 용매에 의한 음극 중의 결착재의 용해를 방지하여 음극 활물질이 집전체로부터 탈락되지 않고, 또한 비수 전해질의 성분이 음극 표면에서 분해될 우려가 없기 때문에 리튬 이차 전지의 충방전 용량을 향상시킬 수 있다.In addition, since a film made of a polyacrylate compound and / or an aziridine compound is formed on the surface of the negative electrode, dissolution of the binder in the negative electrode by a non-flammable solvent prevents the negative electrode active material from dropping off the current collector, and the component of the nonaqueous electrolyte. Since there is no possibility of decomposition on the negative electrode surface, the charge / discharge capacity of the lithium secondary battery can be improved.

본 실시 형태의 리튬 이차 전지에 있어서, 폴리아크릴레이트 화합물 및/또는 아지리딘 화합물의 피막을 음극에 형성하는 공정은 후술하는 「화성」에 의한 충방전으로 실시하는 것이 적절하다.In the lithium secondary battery of this embodiment, it is preferable to perform the process of forming the film of a polyacrylate compound and / or an aziridine compound in a negative electrode by the charge / discharge by "chemical conversion" mentioned later.

또한 폴리아크릴레이트 화합물 및/또는 아지리딘 화합물이 비수 전해질에 대한 함유량이 높은 경우, 이 자체가 다른 용매 및 리튬염을 포함하여 겔화되어 고체 전해질을 형성하는 경우가 있다. Moreover, when a polyacrylate compound and / or an aziridine compound have high content with respect to a nonaqueous electrolyte, it may gel with another solvent and lithium salt itself, and may form a solid electrolyte.

따라서, 본 실시형태의 리튬 이차 전지를 비수 전해액 이차 전지로서 제조하는 경우에는 예를 들면, 방치되더라도 겔을 형성할 수 없는 정도로 소량의 폴리아크릴레이트 화합물 및/또는 아지리딘 화합물을 비수 전해질에 첨가하여 음극 표면에만 피막을 형성하는 것이 적당하다.Therefore, when the lithium secondary battery of the present embodiment is manufactured as a nonaqueous electrolyte secondary battery, for example, a small amount of polyacrylate compound and / or aziridine compound is added to the nonaqueous electrolyte to such an extent that a gel cannot be formed even if left unattended. It is appropriate to form a film only on the surface of the cathode.

또한 본 실시형태의 리튬 이차 전지를 겔 전해질 이차 전지로서 제조하는 경우에는, 겔형성에 충분한 비교적 다량의 폴리아크릴레이트 화합물 및/또는 아지리진 화합물을 비수 전해질에 첨가하고, 겔화가 완전하게 종료되기 전에 초충전을 실시함에 따라 음극에 피막을 형성하는 것이 적당하다.When the lithium secondary battery of the present embodiment is prepared as a gel electrolyte secondary battery, a relatively large amount of polyacrylate compound and / or azirizine compound sufficient for gel formation is added to the nonaqueous electrolyte and before gelation is completed completely. It is appropriate to form a film on the cathode as the supercharging is carried out.

이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred examples and comparative examples of the present invention are described. However, the following examples are only preferred embodiments of the present invention and the present invention is not limited to the following examples.

(실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 5)(Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 5)

하기 표 1에서와 같이, 불연성 용매로 트리클로로에틸렌, 이염화 오플루오로화 부탄(CF3CF2CHCl2 및 CClF2CF2CHClF를 1 : 1 로 혼합한 것), C6HF13 및 CHF2(CF2)3CH2OH를 준비하였다. 이는 적어도 인화점이 없으며 불소 또는 염소를 분자내에 갖고, 자기 소화성을 나타내는 것이다.As shown in Table 1, trichloroethylene, butyric difluorobutane (a mixture of CF 3 CF 2 CHCl 2 and CClF 2 CF 2 CHClF in 1: 1), C 6 HF 13 and CHF as a nonflammable solvent 2 (CF 2 ) 3 CH 2 OH was prepared. It has at least a flash point and has fluorine or chlorine in the molecule and exhibits self-extinguishing ability.

이어서, 비수 전해질로서, 에틸렌 카보네이트(EC)와 디에틸카보네이트(DEC)의 혼합 용매(체적비로 EC:DEC=3:7)에 LiPF6를 1.3몰/L의 농도로 용해시킨 것을 준비하였다.Subsequently, a nonaqueous electrolyte was prepared by dissolving LiPF 6 at a concentration of 1.3 mol / L in a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) (EC: DEC = 3: 7 by volume ratio).

또한 피막을 형성하는 화합물로 하기 화학식 7의 구조의 폴리아크릴레이트 화합물을 준비하였다(이하 PAA라 기재). In addition, a polyacrylate compound having a structure represented by the following formula (7) was prepared as a compound for forming a film (hereinafter referred to as PAA).

[화학식 7][Formula 7]

또한 별도로 피막을 형성하는 화합물로 하기 화학식 8의 구조의 테트라메티롤메탄-트리-β-아리지디닐프로피오네이트(tetramethylolmethane-tri-β-aziridinylpropionate]와 상기 화학식 4의 R2가 H인 화합물이 25 : 75의 비율로 혼합된 혼합물(이하, TAZO라 기재)를 준비하였다.In addition, as a compound to form a separate film Tetramethylolmethane-tri-β-aziridinylpropionate of the structure of Formula 8 and the compound of R 2 of Formula 4 is H A mixed mixture (hereinafter referred to as TAZO) in a ratio of 25:75 was prepared.

[화학식 8][Formula 8]

상기 불연성 용매, 비수 전해액과 폴리아크릴레이트 화합물 또는 TAZO를 혼합하여 실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 5의 비수 전해질을 제조하였다. 표 1에 각 비수 전해질의 혼합비를 나타내었다.The non-aqueous electrolytes of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 5 were prepared by mixing the nonflammable solvent, the nonaqueous electrolyte solution, and the polyacrylate compound or TAZO. Table 1 shows the mixing ratio of each nonaqueous electrolyte.

불연성 용매Nonflammable solvent 피막 형성 재료Film forming material 비수전해액 함유율Non-aqueous electrolyte content 종류Kinds 함유율(질량%)Content rate (mass%) 종류Kinds 함유율(질량%)Content rate (mass%) (질량%)(mass%) 실시예 1Example 1 테트라클로로에틸렌Tetrachloroethylene 1010 TAZOTAZO 1One 잔부Balance 실시예 2Example 2 테트라클로로에틸렌Tetrachloroethylene 1010 PAAPAA 0.20.2 잔부Balance 실시예 3Example 3 이염화 오플로우로화 부탄Dichlorochloride Obuturized Butane 1010 TAZOTAZO 1One 잔부Balance 실시예 4Example 4 이염화 오플루오로화 부탄Difluoro pentafluorobutane 1010 PAAPAA 0.20.2 잔부Balance 실시예 5Example 5 테트라클로로에틸렌Tetrachloroethylene 1010 TAZO + PAATAZO + PAA TAZO:1%, PAA:0.2%TAZO: 1%, PAA: 0.2% 잔부Balance 실시예 6Example 6 이염화 오플루오로화 부탄Difluoro pentafluorobutane 1010 TAZO + PAATAZO + PAA TAZO:1%, PAA:0.2%TAZO: 1%, PAA: 0.2% 잔부Balance 비교예 1Comparative Example 1 -- -- -- -- 100100 비교예 2Comparative Example 2 트리클로로에틸렌Trichloroethylene 1010 -- -- 잔부Balance 비교예 3Comparative Example 3 이염화 오플루오로화 부탄Difluoro pentafluorobutane 1010 -- -- 잔부Balance 비교예 4Comparative Example 4 C6HF13 C 6 HF 13 1010 -- -- 잔부Balance 비교예 5Comparative Example 5 CHF2(CF2)3CH2OHCHF 2 (CF 2 ) 3 CH 2 OH 1010 -- -- 잔부Balance

제조된 비수 전해질의 성상을 눈으로 관찰한 결과 C6HF13을 첨가한 비교예 4의 비수 전해질에는 상분리가 확인되어 리튬 이차 전지의 비수 전해질로 사용하는 것은 불가능한 상태였다. 비교예 4 이외의 비수 전해질은 상분리되지 않고, 언뜻 보기에 균일한 것이 얻어졌다.As a result of visually observing the properties of the prepared nonaqueous electrolyte, phase separation was confirmed in the nonaqueous electrolyte of Comparative Example 4 to which C 6 HF 13 was added, and thus it was not possible to use it as a nonaqueous electrolyte of a lithium secondary battery. Nonaqueous electrolytes other than Comparative Example 4 did not phase separate, and at first glance, a uniform one was obtained.

또한 비교예 4를 제외한 모든 비수 전해질에 있어서, JIS-K2265의 규정에 의한 개방식 인화점 측정 장치에 의한 인화점을 측정한 결과 비교예 1의 전지는 인화점 58℃가 확인되었고, 실시예 1 내지 6 및 비교예 2 내지 3 및 5에 있어서는 실온내지 70℃ 범위에서 인화점이 확인되지 않았다. 실시예 1 내지 6 및 비교예 2 내지 3 및 5의 비수 전해질에는 낮은 증기압으로 자기 소화성을 나타내는 불연성 용매가 첨가되어 있기 때문에, 비수 전해질의 헤드스페이스에 있어서, 불연성 용매의 증기가 고농도로 존재하기 때문에 인화점 측정 장치에서 인화되지 않는 것으로 생각된다.In addition, in all of the nonaqueous electrolytes except Comparative Example 4, the flash point of the open flash point measuring apparatus according to JIS-K2265 was measured. As a result, the flash point of the battery of Comparative Example 1 was found to have a flash point of 58 ° C. In Examples 2 to 3 and 5, no flash point was observed in the room temperature to 70 ° C range. Since nonflammable solvents exhibiting self-extinguishing properties at low vapor pressure are added to the nonaqueous electrolytes of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 2 to 3 and 5, since the vapor of the nonflammable solvent is present at a high concentration in the headspace of the nonaqueous electrolyte. It is not believed that flashing occurs in the flash point measuring device.

또한 동시에 실시예 1 내지 6, 비교예 2 내지 3 및 5에 산화 안티몬을 0.5 질량% 첨가, 용해한 경우의 인화점을 측정하였다. 그 결과 실온 내지 75℃ 범위에서 인화를 확인할 수 있었다. 이는 유기 할로겐 화합물과 산화 안티몬의 상호 작용에 의한 것으로 생각된다.In addition, the flash point at the time of adding and dissolving 0.5 mass% of antimony oxides to Examples 1-6 and Comparative Examples 2-3 and 5 simultaneously was measured. As a result, it was possible to confirm the ignition in the range from room temperature to 75 ℃. This is thought to be due to the interaction of organic halogen compounds with antimony oxide.

이어서, 제조된 비수 전해질(비교예 4를 제외)을 사용하여 코인형 리튬 이차 전지를 제조하였다. 전지의 제조는, LiCoO2를 양극 활물질, 폴리비닐리덴 플루오라이드 결착재, 카본 블랙 도전 조재, Al 박을 집전체로 하는 쉬트상 양극과 흑연음극 활물질, 폴리비닐리덴 플루오라이드 결착재, Cu박 집전체로 하는 쉬트상 음극과 폴리프로필렌제 세퍼레이터를 와인딩한 상태로 전지 용기에 투입하고, 상기 제조된 비수 전해질을 주입한 후 전지 용기를 봉구하는 방법에 따라 제조되었다. 직경 20mm, 높이 1.6mm, 설계 충방전 용량이 5mAh의 코인형 전지를 제조하였다.Subsequently, a coin-type lithium secondary battery was manufactured using the prepared nonaqueous electrolyte (except Comparative Example 4). The manufacture of the battery is a sheet-like positive electrode and graphite negative electrode active material, a polyvinylidene fluoride binder, a Cu foil current collector using LiCoO 2 as a positive electrode active material, a polyvinylidene fluoride binder, a carbon black conductive assistant, and an Al foil as a current collector. The sheet-like negative electrode and the polypropylene separator were put into the battery container in a winding state, and the prepared nonaqueous electrolyte was injected, followed by sealing the battery container. A coin-type battery having a diameter of 20 mm, a height of 1.6 mm, and a design charge and discharge capacity of 5 mAh was manufactured.

실시예 1, 3, 비교예 1 내지 3 및 5의 리튬 이차 전지에 대해서는 0.2C전류로 전지 전압이 4.2V에 도달할 때까지 정전류 충전을 실시한 후에 9시간 정전압 충전하는 2단계 충전을 실시함에 따라 각 전지에 대해서 초충전(화성)을 실시하여 음극 표면에 피막을 형성하였다.The lithium secondary batteries of Examples 1 and 3 and Comparative Examples 1 to 3 and 5 were subjected to two-stage charging with constant voltage charging for 9 hours after constant current charging at 0.2 C current until the battery voltage reached 4.2V. Each battery was supercharged (chemically formed) to form a film on the surface of the negative electrode.

한편, 실시예 2, 4, 5, 6의 리튬 이차 전지에 대해서는 0.2C의 전류로 전지 전압이 3V에 도달할 때까지 정전류 충전을 실시한 후에 4시간 정전압 충전을 실시하고 또한 0.2C 전류로 전저 전압이 4.2V에 도달할 때까지 정전류 충전을 실시한 후에 9시간 정전압 충전하는 2단계 충전을 실시하는 것에 따라 각 전지에 대해서 초충전(화성)을 실시하여, 음극 표면에 피막을 형성하였다.On the other hand, the lithium secondary batteries of Examples 2, 4, 5, and 6 were subjected to constant current charging until the battery voltage reached 3V at a current of 0.2C, followed by constant voltage charging for 4 hours, and further to the low voltage at 0.2C current. After performing constant current charging until reaching 4.2V, two-stage charging with constant voltage charging for 9 hours was performed, and supercharge (chemical conversion) was performed with respect to each battery, and the film was formed in the negative electrode surface.

이후, 모든 전지에 대하여 0.2C의 전류로 전지 전압이 2.75V가 될 때까지 방전을 실시하여 방전 용량을 측정하였다. 각 전지의 충방전 곡선을 도 4 내지 6에 나타내었고, 비교예 1의 방전 용량을 100%로 한 경우의 각 전지의 방전 용량비(%)를 표 2에 나타내었다. Thereafter, all the batteries were discharged with a current of 0.2 C until the battery voltage became 2.75 V to measure the discharge capacity. The charge / discharge curves of the respective batteries are shown in FIGS. 4 to 6, and the discharge capacity ratio (%) of each battery when the discharge capacity of Comparative Example 1 is 100% is shown in Table 2.

방전 용량비(%)Discharge capacity ratio (%) 실시예 1Example 1 90.390.3 실시예 2Example 2 83.683.6 실시예 3Example 3 90.890.8 실시예 4Example 4 87.287.2 실시예 5Example 5 93.293.2 실시예 6Example 6 98.698.6 비교예 1Comparative Example 1 100100 비교예 2Comparative Example 2 72.772.7 비교예 3Comparative Example 3 55.555.5 비교예 5Comparative Example 5 00

먼저, 도 4 및 표 2에 나타낸 것과 같이, 비교예 2 및 3의 전지는 비교예 1보다도 큰 폭으로 방전 용량이 저하되었다. 방전 후 비교예 2 및 3의 전지를 분해하여 보면, 음극 활물질의 일부가 Cu박으로부터 탈락되었다. 그 결과로부터 비교예 2 및 3에서는 비수 전해질에 첨가된 불연성 용매에 의해 음극의 결착재가 팽윤 또는 용해되어 음극 활물지과 Cu박이 분리됨에 따라 방전이 정상적으로 진행되지 않는 것으로 생각된다.First, as shown in FIG. 4 and Table 2, the discharge capacity of the batteries of Comparative Examples 2 and 3 was much larger than that of Comparative Example 1. When discharging the batteries of Comparative Examples 2 and 3 after discharge, a part of the negative electrode active material was dropped from the Cu foil. As a result, in Comparative Examples 2 and 3, it is considered that the discharging does not proceed normally as the binder of the negative electrode swells or dissolves due to the incombustible solvent added to the nonaqueous electrolyte to separate the negative active material and the Cu foil.

또한 표 2에 나타낸 것과 같이 비교예 5의 전지는 충방전이 진행되지 않았다. 이는 비교예 5에 첨가된 불연성 용매가 알콜류이기 때문에 리튬이 알콜의 수산화기와 반응하여 불황성인 수산화리튬으로 변화되었기 때문으로 생각된다.In addition, as shown in Table 2, the battery of Comparative Example 5 was not charged or discharged. This is considered to be because the non-flammable solvent added in Comparative Example 5 is alcohol, so that lithium reacts with the hydroxyl group of the alcohol and is changed to lithium hydroxide which is inert.

이어서, 도 5 및 표 2에 나타낸 것과 같이, 실시예 1 내지 4의 전지는 방전 용량비가 비교예 2 및 3에 비해서 크게 향상되었다. 이 전지를 분해한 결과, 집전체로부터 음극 활물질의 탈락이 발견되지 않았고, 양호한 밀착상태를 유지하였다. 이는 PAA 또는 TAZO를 첨가함에 따라 음극 표면에 피막이 형성되어, 그 결과 음극의 결착재 분해가 방지되고 또한 피막이 존재함에 따라 음극 표면에서의 비수 전해질 분해가 방지되었기 때문으로 생각된다.Next, as shown in FIG. 5 and Table 2, the discharge capacity ratio of the batteries of Examples 1 to 4 was significantly improved as compared with Comparative Examples 2 and 3. FIG. As a result of disassembling the battery, no dropping of the negative electrode active material was found from the current collector, and a good adhesion state was maintained. This is thought to be due to the addition of PAA or TAZO to form a coating on the surface of the negative electrode, as a result of which binder dissolution of the negative electrode was prevented and also nonaqueous electrolyte decomposition on the negative electrode surface was prevented as the coating was present.

또한 도 6 및 표 2에 나타낸 것과 같이, 실시예 5 및 6의 전지는 방전 용량비가 또한 향상되었다. 이는 PAA 및 TAZO를 동시에 첨가함에 따라 음극 표면에 매우 견고한 피막이 형성되었고, 그 결과 음극의 결착재 용해와 음극 표면에서의 비수 전해질의 분해가 각각 효과적으로 방지되었기 때문으로 생각된다.6 and Table 2, the discharge capacity ratio of the batteries of Examples 5 and 6 was also improved. This is thought to be because the addition of PAA and TAZO simultaneously resulted in the formation of a very hard film on the surface of the cathode, which effectively prevented the dissolution of the binder from the cathode and the decomposition of the nonaqueous electrolyte on the surface of the anode.

이상 상세하게 설명한 것과 같이 본 발명의 리튬 이차 전지에 의하면 비수 전해질이 불연성 용매르 포함함에 따라 비수 전해질의 인화점을 향상시켜 발화를 방지할 수 있고, 리튬 이차 전지의 안전성을 보다 향상시킬 수 있다.As described in detail above, according to the lithium secondary battery of the present invention, as the nonaqueous electrolyte contains a nonflammable solvent, the flash point of the nonaqueous electrolyte can be improved to prevent ignition, and the safety of the lithium secondary battery can be further improved.

또한 음극 표면에 폴리아크릴레이트 화합물 및/또는 아지리딘 화합물로 이루어진 피막이 형성되어 있어 이 피막이 존재함에 따라 불연성 용매에 의한 음극 중의 결착재의 용해가 방지되어 음극 활물질이 집전체로부터 탈락되지 않고, 또한 음극 표면에서 비수 전해질의 성분이 분해되지 않아 리튬 이차 전지의 충방전 용량을 향상시킬 수 있다.In addition, a film made of a polyacrylate compound and / or an aziridine compound is formed on the surface of the negative electrode. As a result of this coating, dissolution of the binder in the negative electrode by a non-flammable solvent is prevented, so that the negative electrode active material does not fall off from the current collector and the negative electrode surface. In the non-aqueous electrolyte component is not decomposed can improve the charge and discharge capacity of the lithium secondary battery.

도 1은 음극에 폴리아크릴레이트 화합물 피막을 형성하는 기구의 설명도. 1 is an explanatory diagram of a mechanism for forming a polyacrylate compound film on a negative electrode;

도 2는 음극에 아지리딘 화합물 피막을 형성하는 기구의 설명도.2 is an explanatory diagram of a mechanism for forming an aziridine compound film on a cathode;

도 3은 음극에 폴리아크릴레이트 화합물 및 아지리딘 화합물 피막을 형성하는 기구의 설명도.3 is an explanatory diagram of a mechanism for forming a polyacrylate compound and an aziridine compound film on a negative electrode;

도 4는 비교예 1 내지 3의 충방전 곡선을 나타내는 그래프.4 is a graph showing charge and discharge curves of Comparative Examples 1 to 3. FIG.

도 5는 본 발명의 실시예 1 내지 4와 비교예 1의 충방전 곡선을 나타내는 그래프.5 is a graph showing charge and discharge curves of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 of the present invention.

도 6은 본 발명의 실시예 5 및 6과 비교예 1 내지 3의 충방전 곡선을 나타내는 그래프.6 is a graph showing charge and discharge curves of Examples 5 and 6 and Comparative Examples 1 to 3 of the present invention.

Claims (6)

양극;anode; 음극; 및cathode; And 테트라클로로에틸렌 또는 이염화 오플루오로화 부탄을 포함하는 불연성 용매를 포함하는 비수 전해질 Non-aqueous electrolyte comprising a nonflammable solvent comprising tetrachloroethylene or butane difluoropentane 을 포함하는 리튬 이차 전지.Lithium secondary battery comprising a. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 음극 표면에 폴리아크릴레이트 화합물 및/또는 아지리딘 화합물로 이루어진 피막이 형성되어 있는 리튬 이차 전지.The lithium secondary battery according to claim 1, wherein a film made of a polyacrylate compound and / or an aziridine compound is formed on the surface of the negative electrode. 제 1 항에 있어서, 상기 비수 전해질은 산화 안티몬을 더욱 포함하는 것인 리튬 이차 전지.The lithium secondary battery of claim 1, wherein the nonaqueous electrolyte further comprises antimony oxide.
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