KR100639529B1 - Non-aqueous electrolyte for Lithium Secondary Batteries and Lithium Secondary Batteries containing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전지특성에 영향을 주지 않고, 충방전 시 전해액의 분해가 발생하지 않아 전지의 기전력, 방전용량 및 수명특성을 향상시키는 리튬이차전지용 비수전해액에 관한 것으로, 보다 자세하게는 리튬염, 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트(DPC), 메틸프로필 카보네이트(MPC), 에틸프로필 카보네이트(EPC) 및 에틸메틸 카보네이트(EMC) 중 하나 이상의 선형카보네이트와 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC) 및 부틸렌 카보네이트(BC) 중 하나 이상의 환형카보네이트를 혼합한 비수성 유기용매에 하기 화학식 1의 비닐렌트리티오카보네이트(VTTC) 유도체 및 화학식 2의 에틸렌트리티오카보네이트(ETTC) 유도체 중 하나 이상을 0.1 내지 15중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지용 비수전해액에 관한 것이다. The present invention relates to a non-aqueous electrolyte solution for a lithium secondary battery that does not affect the battery characteristics and does not cause decomposition of the electrolyte during charging and discharging, thereby improving the electromotive force, discharge capacity, and lifespan characteristics of the battery, and more particularly, lithium salt and dimethyl carbonate. Linear carbonate and ethylene carbonate (EC), at least one of (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate (DPC), methylpropyl carbonate (MPC), ethylpropyl carbonate (EPC) and ethylmethyl carbonate (EMC), A vinylene trithiocarbonate (VTTC) derivative of Formula 1 and an ethylene trithiocarbonate (ETTC) derivative of Formula 2 in a non-aqueous organic solvent mixed with at least one cyclic carbonate of propylene carbonate (PC) and butylene carbonate (BC) It relates to a non-aqueous electrolyte for a lithium secondary battery, characterized in that it comprises at least one of 0.1 to 15% by weight of .
[화학식 1][Formula 1]
[화학식 2][Formula 2]
리튬이차전지, 비수전해액, 티오카보네이트Lithium Secondary Battery, Non-Aqueous Electrolyte, Thiocarbonate
Description
도1은 본 발명의 실시예1 내지 4에서 제조된 전지의 수명 특성 실험 결과이다.1 is a life characteristics test results of the battery prepared in Examples 1 to 4 of the present invention.
도2는 본 발명의 실시예5 내지 8 및 비교예에서 제조된 전지의 수명 특성 실험 결과이다.2 is a life test results of the battery prepared in Examples 5 to 8 and Comparative Examples of the present invention.
본 발명은 리튬이차전지용 비수전해액에 관한 것으로, 보다 자세하게는 환형 구조의 티오카보네이트 포함하여 전지특성에 영향을 주지 않고, 충방전 시 전해액의 분해가 발생하지 않아 전지의 기전력, 방전용량 및 수명특성을 향상시키는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지용 비수전해액에 관한 것이다. The present invention relates to a non-aqueous electrolyte solution for a lithium secondary battery, and more particularly, does not affect the battery characteristics, including thiocarbonate of a cyclic structure, and does not cause decomposition of the electrolyte during charging and discharging, thereby improving the electromotive force, discharge capacity and life characteristics of the battery. It relates to a nonaqueous electrolyte solution for a lithium secondary battery characterized by improving.
노트북 컴퓨터, 캠코더, 휴대폰 등에 사용되는 소형화 및 슬림화된 리튬이차전지는 리튬이온의 탈리 및 삽입이 가능한 리튬 금속 혼합 산화물로 된 양극 물질, 탄소재료 또는 금속 리튬으로 된 음극 및 혼합 유기 용매에 리튬염이 적당량 용해된 전해액으로 구성되어 있다. 이러한 리튬이차전지의 형태로는 코인형, 18650 원통형, 063048 각형 등이 일반적으로 사용되고 있다. The miniaturized and slimmer lithium secondary battery used in notebook computers, camcorders, mobile phones, etc., has a lithium salt in a positive electrode material of a lithium metal mixed oxide, a negative electrode made of a carbon material or a metal lithium, and a mixed organic solvent capable of removing and inserting lithium ions. It consists of an appropriate amount of electrolyte solution dissolved. Coin type, 18650 cylindrical shape, 063048 square shape, and the like are generally used as the lithium secondary battery.
리튬이차전지의 3.6 내지 3.7V 정도의 평균 방전 전압은 다른 알칼리 전지나 Ni-MH 또는 Ni-Cd전지에 비하여 높은 전력을 얻을 수 있어 가장 큰 장점 중의 하나이다. 이러한 높은 구동 전압을 나타내기 위해서는 충전 영역 0 내지 4.2V에서 전기화학적으로 안정한 전해액 조성이 필요하며, 따라서 에틸렌카보네이트 (ethylene carbonate, EC), 디메틸 카보네이트 (dimethyl carbonate, DMC), 디에틸 카보네이트 (diethyl carbonate, DEC) 등의 탄산염계 유기용매 및 분리막과의 흡윤성을 증가시키기 위하여 플루오로벤젠(Fluorobenzene, FB)을 적절히 혼합하여 전해액 용매로 사용한다. The average discharge voltage of about 3.6 to 3.7 V of the lithium secondary battery is one of the greatest advantages as it can obtain a higher power than other alkaline batteries or Ni-MH or Ni-Cd batteries. In order to exhibit such a high driving voltage, an electrochemically stable electrolyte composition is required in the charge region of 0 to 4.2 V. Therefore, ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), and diethyl carbonate are required. Fluorobenzene (FB) is suitably mixed and used as an electrolyte solvent in order to increase the absorbency with a carbonate organic solvent such as DEC) and a separator.
전해액의 용질로는 통상 LiPF6, LiBF4, LiClO4, LiN(C2F5SO3)2 등의 리튬염을 사용하며, 이들은 전지 내에서 리튬이온의 공급원으로 작용하여 리튬이차전지의 기본적인 작동을 가능하게 한다. As the solute of the electrolyte, lithium salts such as LiPF 6, LiBF 4, LiClO 4, and LiN (C 2 F 5 SO 3) 2 are commonly used, and these act as a source of lithium ions in the battery to enable basic operation of the lithium secondary battery.
그러나, 이와 같이 제조된 비수 전해액은 Ni-MH 또는 Ni-Cd전지에 사용되는 수계 전해액에 비하여 이온 전도도가 현저하게 낮기 때문에 고율 충방전 등에서 불리한 점으로 작용하기도 한다. However, the non-aqueous electrolyte prepared as described above may have disadvantages in high rate charging and discharging because the ion conductivity is significantly lower than that of the aqueous electrolyte used in Ni-MH or Ni-Cd batteries.
리튬이차전지의 초기 충전시 양극으로 사용되는 리튬 금속 복합 산화물로부터 나온 리튬 이온은 음극으로 사용되는 흑연 (결정질 또는 비결정질) 전극으로 이동하여, 흑연 전극의 층간에 삽입 (intercalation)된다. 이때 리튬 이온은 반응성 이 강하므로 흑연 음극 표면에서 전해액 및 음극을 구성하는 탄소와 반응하여 Li2CO3, Li2O, LiOH 등의 화합물을 형성한다. 이들 화합물은 흑연 음극의 표면에 일종의 부동태 피막 (passivation layer)을 형성하게 되는데, 이러한 피막을 SEI(Solid electrolyte interface) 필름이라고 한다. In the initial charging of a lithium secondary battery, lithium ions derived from a lithium metal composite oxide used as a positive electrode move to a graphite (crystalline or amorphous) electrode used as a negative electrode, and are intercalated between layers of the graphite electrode. In this case, since lithium ions are highly reactive, lithium ions react with the carbon constituting the electrolyte and the cathode on the surface of the graphite cathode to form compounds such as Li 2 CO 3, Li 2 O, and LiOH. These compounds form a kind of passivation layer on the surface of the graphite cathode, which is called a solid electrolyte interface (SEI) film.
상기 SEI 필름은 일단 형성되면 이온 터널의 역할을 수행하여 리튬 이온만을 통과시키게 된다. SEI 필름은 이러한 이온 터널의 효과로 리튬 이온을 용매화시켜, 전해액 중에서 리튬 이온과 함께 이동하는 분자량이 큰 유기용매 분자, 예를 들면 EC, DMC 또는 DEC 등이 흑연 음극에 함께 삽입되어 흑연 음극의 구조를 붕괴 시키는 것을 막아 준다. Once formed, the SEI film functions as an ion tunnel to pass only lithium ions. The SEI film solvates lithium ions by the effect of this ion tunnel, and organic solvent molecules having a large molecular weight, such as EC, DMC, or DEC, which move together with lithium ions in the electrolyte are inserted together in the graphite cathode to form a graphite anode. It prevents the structure from collapsing.
일단 SEI필름이 형성되고 나면, 리튬 이온은 다시는 흑연 음극 또는 다른 물질과 부반응을 하지 않게 되고, 상기 SEI 필름 형성에 소모된 전하량은 비가역 용량으로 방전시 가역적으로 반응하지 않는 특성을 갖는다. 따라서 더 이상의 전해액 분해가 발생하지 않고 전해액 중의 리튬 이온의 양이 가역적으로 유지되어 안정적인 충방전이 유지된다 (J. Power Sources (1994) 51: 79~104). Once the SEI film is formed, lithium ions again do not react sideways with the graphite anode or other materials, and the amount of charge consumed to form the SEI film has a property of not reversibly reacting upon discharge with an irreversible capacity. Therefore, no further electrolyte decomposition occurs and the amount of lithium ions in the electrolyte is reversibly maintained to maintain stable charge and discharge (J. Power Sources (1994) 51: 79-104).
그런 박형의 각형 전지에서는 상술한 SEI 형성 반응 중에 탄산염계 유기용매의 분해로부터 발생하는 CO, CO2, CH4, C2H6 등의 기체로 인하여 충전시 전지의 두께가 팽창하는 문제가 발생한다 (J. Power Sources (1998) 72: 66~70). 또한 이 경우 전극과 전해액의 부반응으로 수명특성의 악화 및 용량 저하가 발생하게 된다. In such thin rectangular batteries, the thickness of the battery is expanded during charging due to gases such as CO, CO 2, CH 4, and C 2 H 6 generated from decomposition of the carbonate organic solvent during the SEI formation reaction described above (J. Power Sources). (1998) 72: 66-70). In this case, the side reaction between the electrode and the electrolyte causes deterioration of life characteristics and a decrease in capacity.
상기 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 환형 구조의 티오카보네이트 포 함하여 전지특성에 영향을 주지 않고, 충방전 시 전해액의 분해가 발생하지 않아 전지의 기전력, 방전용량 및 수명특성을 향상시키는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지용 비수전해액을 제공 한다. In order to solve the above problems, the present invention does not affect the battery characteristics, including the thiocarbonate of the cyclic structure, and does not cause decomposition of the electrolyte during charging and discharging to improve the electromotive force, discharge capacity and life characteristics of the battery It provides a non-aqueous electrolyte for lithium secondary battery.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 리튬이차전지용 비수전해액은 리튬염, 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트(DPC), 메틸프로필 카보네이트(MPC), 에틸프로필 카보네이트(EPC) 및 에틸메틸 카보네이트(EMC) 중 하나 이상의 선형카보네이트와 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC) 및 부틸렌 카보네이트(BC) 중 하나 이상의 환형카보네이트를 혼합한 비수성 유기용매에 하기 화학식 1의 비닐렌트리티오카보네이트(VTTC) 유도체 및 화학식 2의 에틸렌트리티오카보네이트(ETTC) 유도체 중 하나 이상을 0.1 내지 15중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지용 비수전해액을 제공한다.Non-aqueous electrolyte for lithium secondary batteries according to the present invention for achieving the above object is lithium salt, dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate (DPC), methylpropyl carbonate (MPC), ethylpropyl carbonate ( EPC) and a non-aqueous organic solvent mixed with at least one linear carbonate of ethyl methyl carbonate (EMC) and at least one cyclic carbonate among ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC) and butylene carbonate (BC) It provides a non-aqueous electrolyte for lithium secondary battery, characterized in that it comprises 0.1 to 15% by weight of at least one of a vinylene trithiocarbonate (VTTC) derivative and an ethylene trithiocarbonate (ETTC) derivative of formula (2).
[화학식 1][Formula 1]
[화학식 2][Formula 2]
(단, R1~R6는 수소 또는 할로겐이거나 탄소수 1~3의 알킬, 알릴 또는 알콕시 그룹이고, R1~R6는 서로 같거나 다를 수 있다.)(Where R 1 to R 6 are hydrogen or halogen or an alkyl, allyl or alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms, and R 1 to R 6 may be the same or different).
상기 화학식1의 화합물은 바람직하게는 하기 화학식4의 비닐렌 트리티오카보 네이트(VTTC) 또는 하기 화학식5의 에틸렌 트리티오카보네이트(ETTC)이다.The compound of Formula 1 is preferably vinylene trithiocarbonate (VTTC) of formula (4) or ethylene trithiocarbonate (ETTC) of formula (5).
[화학식 4][Formula 4]
[화학식 5][Formula 5]
본 발명의 다른 목적은 상기 비수전해액을 사용하는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지를 제공한다.Another object of the present invention to provide a lithium secondary battery, characterized in that using the non-aqueous electrolyte.
상기 전지는 리튬 이온전지 또는 리튬 폴리머전지일 수 있다.The battery may be a lithium ion battery or a lithium polymer battery.
이하, 본 발명의 리튬이차전지용 비수전해액의 구성 성분을 상세히 설명한다.Hereinafter, the component of the nonaqueous electrolyte solution for lithium secondary batteries of this invention is demonstrated in detail.
본 발명의 리튬이차전지용 비수전해액의 제조에 사용되는 비수성 유기용매로는 카보네이트, 에스테르, 에테르 및 케톤으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 사용한다.At least one selected from the group consisting of carbonate, ester, ether and ketone is used as the non-aqueous organic solvent used in the preparation of the non-aqueous electrolyte solution for a lithium secondary battery of the present invention.
상기 카보네이트는 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프 로필 카보네이트(DPC), 메틸프로필 카보네이트(MPC), 에틸프로필 카보네이트(EPC), 에틸메틸 카보네이트(EMC), 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC) 및 부틸렌 카보네이트(BC)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나이다.The carbonate is dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate (DPC), methylpropyl carbonate (MPC), ethylpropyl carbonate (EPC), ethylmethyl carbonate (EMC), ethylene carbonate (EC), At least one selected from the group consisting of propylene carbonate (PC) and butylene carbonate (BC).
이때, 환형 탄산염계 유기용매와 선형 탄산염계 유기용매를 혼합하여 사용하고, 바람직하게는 에틸렌 카보네이트 및 프로필렌 카보네이트로 구성되는 환형 탄산염계 유기용매 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 화합물 및 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트 및 메틸프로필 카보네이트로 구성되는 선형 탄산염계 유기용매 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 화합물을 혼합해서 사용한다. In this case, a cyclic carbonate organic solvent and a linear carbonate organic solvent are mixed and used, preferably at least one compound selected from the group of cyclic carbonate organic solvents composed of ethylene carbonate and propylene carbonate, and dimethyl carbonate and diethyl carbonate. And at least one compound selected from the group of linear carbonate organic solvents composed of ethyl methyl carbonate and methyl propyl carbonate.
비수성 유기용매로 상기 카보네이트를 사용할 때에는 방향족 탄화수소계 유기용매와 혼합하여 사용한다.When the carbonate is used as the non-aqueous organic solvent, it is used by mixing with an aromatic hydrocarbon organic solvent.
상기 방향족 탄화수소계 유기용매로는 하기 화학식3의 화합물을 사용하며, 바람직하게는 벤젠, 플루오로벤젠, 톨루엔, 플루오로톨루엔, 트리플루오로톨루엔 및 자일렌으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 사용한다.As the aromatic hydrocarbon-based organic solvent, a compound of Formula 3 is used, and preferably at least one selected from the group consisting of benzene, fluorobenzene, toluene, fluorotoluene, trifluorotoluene, and xylene is used. .
[화학식 3][Formula 3]
(단, R은 할로겐 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기이고, n은 1 내지 5의 정수이다.)(Wherein R is a halogen or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms and n is an integer of 1 to 5).
또한, 상기 카보네이트계 용매와 상기 방향족 탄화수소계 유기용매는 1:1 내지 30:1의 부피비로 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 상기 부피비로 혼합될 경우 전해질의 성능이 더욱 바람직하게 나타난다. 1:1 이상으로 함유 시 전지특성을 악화시킬 수 있고, 30:1미만으로 함유 시 방향족 탄화수소 화합물의 혼합으로 인한 효과를 기대할 수 없다.In addition, the carbonate-based solvent and the aromatic hydrocarbon-based organic solvent is preferably used by mixing in a volume ratio of 1: 1 to 30: 1. When mixed in the volume ratio, the performance of the electrolyte is more preferable. If the content is greater than 1: 1, the battery characteristics may be deteriorated. If the content is less than 30: 1, the effect of mixing the aromatic hydrocarbon compound may not be expected.
한편, 상기 에스테르는 부티로락톤, 데카놀라이드(decanolide), 발레로락톤, 메발로노락톤(mevalonolactone), 카프로락톤(caprolactone), n-메틸아세테이트, n-에틸 아세테이트 및 n-프로필 아세테이트로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나이다.On the other hand, the ester is composed of butyrolactone, decanolide (decanolide), valerolactone, mevalonolactone, meprolactone (caprolactone), n-methyl acetate, n-ethyl acetate and n-propyl acetate At least one selected from the group.
본 발명의 비수전해액에는 이외에도, 필요에 따라 아세트산프로필, 아세트산메틸, 아세트산에틸, 아세트산부틸, 프로피온산메틸, 프로피온산에틸 및 플루오르벤젠으로 구성되는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 화합물이 추가로 포함될 수 있다. In addition to the nonaqueous electrolyte of the present invention, at least one compound selected from the group consisting of propyl acetate, methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, and fluorobenzene may be further included as necessary.
각 군으로부터 선택된 유기용매의 혼합비는 본 발명의 목적을 저해하지 않는 한 특별히 제한 받는 것은 아니며, 통상의 리튬이차전지용 비수전해액 제조시의 혼합비를 따른다.The mixing ratio of the organic solvent selected from each group is not particularly limited as long as the purpose of the present invention is not impaired, and the mixing ratio in the production of a nonaqueous electrolyte solution for a lithium secondary battery is usually used.
한편, 본 발명의 비수 전해액에 포함된 리튬염으로는 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, LiC4F9SO3, LiAlO4, LiAlCl4, LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)(단, x 및 y는 자연수임), LiCl, 및 LiI로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 또는 그 이상을 사용하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 LiPF6를 사용한다. Meanwhile, lithium salts included in the nonaqueous electrolyte of the present invention include LiPF 6, LiBF 4, LiSbF 6, LiAsF 6, LiClO 4, LiCF 3 SO 3, Li (CF 3 SO 2) 2 N, LiC 4 F 9 SO 3, LiAlO 4, LiAlCl 4, LiN (CxF 2x + 1SO 2) (CyF 2 y + 1 SO 2) However, it is preferable to use one or more selected from the group consisting of x and y are natural numbers), LiCl, and LiI, and more preferably LiPF6.
상기 리튬염은 0.6 내지 2M의 농도로 첨가한다.The lithium salt is added at a concentration of 0.6 to 2M.
상기 리튬염의 첨가농도가 0.6M 미만인 경우에는 이온 전도도가 저하되는 문제점이 있고, 2M을 초과하는 경우에는 전해액의 점도가 증가하여, 리튬 이온의 이동성이 감소되고 저온 성능도 저하되는 문제점이 있다.If the added concentration of the lithium salt is less than 0.6M, there is a problem that the ionic conductivity is lowered, if it exceeds 2M, the viscosity of the electrolyte is increased, there is a problem that the mobility of lithium ions is reduced and low-temperature performance is also reduced.
본 발명의 비수전해액에 포함되는 환형 구조의 티오카보네이트 류(Cyclic type thiocarbonate)는 비수전해액을 기준으로 0.01 내지 15 중량%, 바람직하게는 0.1 내지 10 중량%, 보다 바람직하게는 0.5 내지 5 중량%로 사용한다. Cyclic type thiocarbonates having a cyclic structure included in the nonaqueous electrolyte of the present invention are 0.01 to 15% by weight, preferably 0.1 to 10% by weight, more preferably 0.5 to 5% by weight, based on the nonaqueous electrolyte. use.
상기 함량이 0.01중량% 미만인 경우에는 음극 표면에 안정한 SEI 필름이 충분히 형성되지 않아 수명 특성 개선 효과가 작은 문제점이 있으며, 15중량%를 초과하는 경우에는 과도하게 형성된 SEI 필름이 Li 이온의 삽입/탈리를 저해함으로서 고율특성 또는 용량특성과 같은 전지성능이 저하되는 문제점이 있다.When the content is less than 0.01% by weight, the stable SEI film is not sufficiently formed on the surface of the negative electrode, so there is a small effect of improving the life characteristics. When the content exceeds 15% by weight, the excessively formed SEI film is inserted / desorbed of Li ions. There is a problem in that the battery performance, such as high rate characteristics or capacity characteristics is lowered by inhibiting.
본 발명의 리튬이차전지용 비수전해액을 사용하여 통상의 방법에 따라 리튬이차전지를 제조할 수 있으며, 이와 같이 제조된 리튬이차전지는 충방전 시 전해액의 분해에 따른 전지 내부의 기체 발생 및 부반응에 의한 수명특성의 저하가 억제되기 때문에, 전지의 두께가 팽창하는 부풀림 현상이 방지되고, 고전압 충전에 따른 방전용량특성 또한 우수하다.The lithium secondary battery may be manufactured according to a conventional method using the nonaqueous electrolyte solution for a lithium secondary battery of the present invention. The lithium secondary battery thus prepared may be formed by gas generation and side reactions inside the battery due to decomposition of the electrolyte during charge and discharge. Since the deterioration of the life characteristics is suppressed, the swelling phenomenon in which the thickness of the battery is expanded is prevented, and the discharge capacity characteristic due to the high voltage charging is also excellent.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 하나, 이러한 실시예들은 단지 발명을 설명하기 위한 것으로 본 발명을 제한하는 것으로 해석해 서는 안 된다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but these Examples are only for illustrating the invention and should not be construed as limiting the present invention.
<실시예1>Example 1
에틸렌카보네이트(EC), 에틸메틸카보네이트(EMC), 디에틸카보네이트(DEC)를 1:1:1의 비율로 혼합한 용매에 용질로 LiPF6를 1.0M 용해시킨 후, 비닐렌 트리티오카보네이트(VTTC)를 0.5중량% 첨가한 전해액을 제조하였다. 1.0 M LiPF6 was dissolved in a solvent mixed with ethylene carbonate (EC), ethyl methyl carbonate (EMC) and diethyl carbonate (DEC) in a ratio of 1: 1: 1, and then vinylene trithiocarbonate (VTTC) 0.5% by weight of an electrolyte solution was prepared.
음극 활물질로 흑연, 양극 활물질로 LiCoO2, 결착제로 PVDF, 도전제로 아세틸렌블랙을 사용하여 각형 423048전지를 제조하였다.A rectangular 423048 battery was prepared using graphite as a negative electrode active material, LiCoO 2 as a positive electrode active material, PVDF as a binder, and acetylene black as a conductive agent.
화성충방전(0.2C-rate, 4.2~3.0V) 후, 1.0C-rate으로 4.2~3.0V 범위에서 표준충방전 실험을 하였다. 충전은 정전류-정전압 조건에서, 방전은 정전류 조건으로 하였다.After Mars charge and discharge (0.2C-rate, 4.2 ~ 3.0V), the standard charge and discharge experiment was conducted in the range of 4.2 ~ 3.0V with 1.0C-rate. Charge was made into the constant current-constant voltage conditions, and discharge was made into the constant current conditions.
사이클 회수에 따른 방전용량의 변화를 도1 및 도2에 나타내었다.1 and 2 show changes in discharge capacity according to the number of cycles.
전지의 특성 열화가 없음을 보여주는 데이터, 즉 화성충방전량 및 효율, 내부저항 변화를 표1에 나타내었다.Table 1 shows the data showing no deterioration of the characteristics of the battery, that is, the amount of chemical charge and discharge, and the change in internal resistance.
<실시예2>Example 2
비닐렌 트리티오카보네이트(VTTC)를 3중량% 첨가하는 것을 제외하고 실시예1과 동일한 방법으로 전해액 및 전지를 제조하였으며, 전지의 충방전 실험을 하였다.An electrolyte solution and a battery were prepared in the same manner as in Example 1, except that 3 wt% of vinylene trithiocarbonate (VTTC) was added.
결과를 도1에 나타내었다. The results are shown in FIG.
<실시예3>Example 3
비닐렌 트리티오카보네이트(VTTC)를 7중량% 첨가하는 것을 제외하고 실시예1과 동일한 방법으로 전해액 및 전지를 제조하였으며, 전지의 충방전 실험을 하였다.An electrolyte solution and a battery were prepared in the same manner as in Example 1, except that 7 wt% of vinylene trithiocarbonate (VTTC) was added.
결과를 도1에 나타내었다.The results are shown in FIG.
<실시예4>Example 4
비닐렌 트리티오카보네이트(VTTC)를 10중량% 첨가하는 것을 제외하고 실시예1과 동일한 방법으로 전해액 및 전지를 제조하였으며, 전지의 충방전 실험을 하였다.An electrolyte solution and a battery were prepared in the same manner as in Example 1, except that 10 wt% of vinylene trithiocarbonate (VTTC) was added, and a charge and discharge test was performed.
결과를 도1에 나타내었다.The results are shown in FIG.
<실시예5>Example 5
에틸렌 트리티오카보네이트(ETTC)를 0.5중량% 첨가하는 것을 제외하고 실시예1과 동일한 방법으로 전해액 및 전지를 제조하였으며, 전지의 충방전 실험을 하였다.An electrolyte solution and a battery were prepared in the same manner as in Example 1, except that 0.5 wt% of ethylene trithiocarbonate (ETTC) was added.
결과를 도2에 나타내었다.The results are shown in FIG.
<실시예6>Example 6
에틸렌 트리티오카보네이트(ETTC)를 3중량% 첨가하는 것을 제외하고 실시예1과 동일한 방법으로 전해액 및 전지를 제조하였으며, 전지의 충방전 실험을 하였다.An electrolyte solution and a battery were manufactured in the same manner as in Example 1, except that 3 wt% of ethylene trithiocarbonate (ETTC) was added.
결과를 도2에 나타내었다.The results are shown in FIG.
<실시예7>Example 7
에틸렌 트리티오카보네이트(ETTC)를 7중량% 첨가하는 것을 제외하고 실시예1과 동일한 방법으로 전해액 및 전지를 제조하였으며, 전지의 충방전 실험을 하였다.An electrolyte solution and a battery were prepared in the same manner as in Example 1, except that 7 wt% of ethylene trithiocarbonate (ETTC) was added.
결과를 도2에 나타내었다.The results are shown in FIG.
<실시예8>Example 8
에틸렌 트리티오카보네이트(ETTC)를 10중량% 첨가하는 것을 제외하고 실시예1과 동일한 방법으로 전해액 및 전지를 제조하였으며, 전지의 충방전 실험을 하였다.An electrolyte solution and a battery were prepared in the same manner as in Example 1, except that 10 wt% of ethylene trithiocarbonate (ETTC) was added.
결과를 도2에 나타내었다.The results are shown in FIG.
<비교예>Comparative Example
비닐렌 트리티오카보네이트(VTTC)를 첨가하지 않는 것을 제외하고 실시예1과 동일한 방법으로 전해액 및 전지를 제조하였으며, 전지의 충방전 실험을 하였다.An electrolyte solution and a battery were prepared in the same manner as in Example 1, except that vinylene trithiocarbonate (VTTC) was not added.
결과를 도2에 나타내었다.The results are shown in FIG.
도1 및 도2로부터 본 발명의 환형 구조의 티오카보네이트, 즉 비닐렌 트리티오카보네이트(VTTC) 또는 에틸렌 트리티오카보네이트(ETTC)를 포함하는 비수전해액은 리튬이차전지의 수명특성을 향상시킨다는 것을 확인할 수 있다. It can be seen from FIGS. 1 and 2 that the non-aqueous electrolyte containing thiocarbonate, ie, vinylene trithiocarbonate (VTTC) or ethylene trithiocarbonate (ETTC) of the present invention, improves the life characteristics of a lithium secondary battery. have.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 리튬이차전지용 비수전해액에 의하면, 환형 구조의 티오카보네이트를 포함함으로써 4.2V이상의 충전전압으로 충전 시 전해액의 분해를 억제하여 전지 특성의 열화없이 리튬이차전지의 수명특성을 향상시킬 수 있다.
As described above, according to the nonaqueous electrolyte solution for lithium secondary batteries according to the present invention, by including thiocarbonate having a cyclic structure, the decomposition of the electrolyte solution when charging at a charge voltage of 4.2 V or more is suppressed, and thus the life of the lithium secondary battery without deterioration of battery characteristics. Properties can be improved.
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