KR100693287B1 - Electrolyte for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising the same - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 실시예 1에 따라 제조된 리튬이차전지의 초기 충방전 특성을 나타낸 그래프이다. 1 is a graph showing the initial charge and discharge characteristics of the lithium secondary battery prepared according to Example 1.
도 2는 실시예 1-3 및 비교예 1,2에 따라 제조된 리튬이차전지의 초기 충방전 수명 특성을 나타낸 그래프이다. Figure 2 is a graph showing the initial charge and discharge life characteristics of the lithium secondary battery prepared according to Examples 1-3 and Comparative Examples 1,2.
도 3 내지 도 7은 실시예 1-3 및 비교예 1,2에 따른 리튬이차전지의 발화 여부 측정 결과를 나타낸 그래프이다.3 to 7 are graphs showing the results of measuring the ignition of lithium secondary batteries according to Examples 1-3 and Comparative Examples 1,2.
본 발명은 리튬이차전지용 전해액 및 이를 채용하고 있는 리튬이차전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 향상된 초기 충방전 효율 및 수명 특성을 가지며, 과충전 오용으로 인한 전지의 발화를 억제할 수 있는 리튬이차전지용 전해액 및 이를 채용하는 리튬이차전지에 관한 것이다. The present invention relates to a lithium secondary battery electrolyte and a lithium secondary battery employing the same, and more particularly, has an improved initial charge and discharge efficiency and life characteristics, electrolyte electrolyte for lithium secondary batteries that can suppress the ignition of the battery due to overcharge misuse And it relates to a lithium secondary battery employing the same.
최근 정보 통신 산업의 발전에 따라 전자 기기가 소형화, 경량화, 박형화 및 휴대화됨에 따라, 이러한 전자 기기의 전원으로 사용되는 전지의 고에너지 밀도화 에 대한 요구가 높아지고 있다. 리튬이차전지는 이러한 요구를 가장 잘 충족시킬 수 있는 전지로서, 현재 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. As electronic devices are miniaturized, reduced in weight, thinned, and portable in recent years with the development of the information and communication industry, demand for high energy density of batteries used as power sources of such electronic devices is increasing. Lithium secondary batteries are the batteries that can best meet these demands, and research on these is being actively conducted.
리튬이차전지는 캐소드, 애노드 및 캐소드와 애노드 사이에 리튬 이온의 이동 경로를 제공하는 전해질과 세퍼레이터로 구성되는 전지로서, 리튬 이온이 상기 캐소드 및 애노드에서 삽입/탈삽입될 때의 산화, 환원 반응에 의해 전기에너지를 생성한다.A lithium secondary battery is composed of a cathode, an anode, and an electrolyte and a separator that provide a migration path of lithium ions between the cathode and the anode, and are used for oxidation and reduction reactions when lithium ions are inserted / deinserted from the cathode and the anode. Thereby generating electrical energy.
이러한 리튬이차전지의 최초의 형태는 에너지 밀도가 높은 리튬 금속을 음극으로 하고, 액체 용매를 전해질로 하는 것이었는데, 이러한 리튬이차전지는 덴드라이트(dendrite) 현상으로 인해서 수명이 떨어지는 단점이 있었다. 이러한 단점을 개선하기 위하여 리튬 금속 대신에 리튬 이온을 다량 흡수할 수 있는 탄소재를 음극으로 하고, 유기 액체 또는 고체 고분자를 전해질로 구성한 리튬이차전지가 개발되었다. The first form of such a lithium secondary battery was a lithium metal having a high energy density as a negative electrode, and a liquid solvent as an electrolyte. The lithium secondary battery had a disadvantage of shortening its life due to a dendrite phenomenon. In order to improve this disadvantage, a lithium secondary battery has been developed in which a carbon material capable of absorbing a large amount of lithium ions is used as a negative electrode instead of lithium metal, and an organic liquid or a solid polymer is composed of an electrolyte.
그러나, 음극 활물질로 탄소재를 사용한 리튬이차전지는, 전해질로서 고비점, 고이온전도도를 갖고 저온 특성이 우수하며 전기화학적으로 매우 안정한 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate)를 사용하면, 충방전 효율이 떨어지는 단점을 가지고 있다. 이는 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate)가 탄소재의 분해를 촉진하기 때문이다. 이러한 단점을 개선하기 위하여 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate) 대신 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate)에 선형 카보네이트계 유기용매인 디메틸 카보네이트(dimethyl carbonate) 또는 디에틸 카보네이트(diethyl carbonate)를 혼합하여 사용하거나, 유기용매에 비닐 아세테이트 (vinyl acetate), 에틸 설파이트(ethyle sulfite), 비닐 카보네이트(vinyl carbonate)를 첨가제로 사용하여 왔으나, 여전히 초기 충방전 효율 및 수명 특성을 충분히 향상시키는데 한계가 있고, 더욱이 과충전 오용시의 전지의 발화 문제를 해결하지 못하였다. 이에 리튬이차전지의 실용화를 위하여는 초기 충방전 효율의 향상과 전지의 발화 문제 해결을 위한 연구가 필요한 실정이다. However, a lithium secondary battery using a carbon material as a negative electrode active material has a low boiling point, high ion conductivity as an electrolyte, and has a low temperature characteristic and an electrochemically stable propylene carbonate. Have This is because propylene carbonate promotes decomposition of the carbon material. In order to improve these disadvantages, instead of propylene carbonate, ethylene carbonate is mixed with dimethyl carbonate or diethyl carbonate, which is a linear carbonate organic solvent, or vinyl is mixed with an organic solvent. Although acetate, ethyl sulfite, and vinyl carbonate have been used as additives, there are still limitations in sufficiently improving initial charge and discharge efficiency and life characteristics. It did not solve the problem of ignition. Therefore, in order to commercialize a lithium secondary battery, research for improving an initial charge and discharge efficiency and solving a ignition problem of a battery is required.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 리튬이차전지의 충방전 효율 및 수명 특성을 향상시키고, 과충전시 전지의 발화를 억제할 수 있는 리튬이차전지용 전해액을 제공하는 것이다. Therefore, the technical problem to be achieved by the present invention is to provide an electrolyte solution for a lithium secondary battery that can improve the charge and discharge efficiency and life characteristics of the lithium secondary battery, and can suppress the ignition of the battery during overcharge.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상술한 바와 같은 전해액을 채용한 리튬이차전지를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a lithium secondary battery employing the electrolyte as described above.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 리튬염; 및 유기용매를 포함하는 리튬이차전지용 전해액에 있어서, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물, 하기 화학식 2로 표시되는 화합물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 불소화 비닐 카보네이트계 화합물(fluorinated vinyl carbonate)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지용 전해액을 제공한다. In order to achieve the above technical problem, the present invention is a lithium salt; And in the lithium secondary battery electrolyte comprising an organic solvent, a compound represented by the following formula (1), a compound represented by the following formula (2), and mixtures thereof are further selected from the group consisting of fluorinated vinyl carbonate (fluorinated vinyl carbonate) It provides a lithium secondary battery electrolyte characterized in that it comprises.
상기 리튬이차전지용 전해액은 음극 활물질로 사용되는 탄소재가 분해되는 것을 막아 리튬이차전지의 충방전 효율 및 수명 특성을 향상시키고, 과충전 오용시의 발화를 억제하여 안정성을 향상시킨다.The lithium secondary battery electrolyte prevents the carbonaceous material used as the negative electrode active material from being decomposed, thereby improving charge and discharge efficiency and lifespan characteristics of the lithium secondary battery, and suppressing ignition during overcharge misuse, thereby improving stability.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 리튬함유 금속산화물을 포함하는 캐소드; 탄소재를 포함하는 애노드; 상기 캐소드 및 애노드 사이에 개재되는 세퍼레이터; 및 전해질을 포함하는 리튬이차전지에 있어서, 상기 전해질은 상술한 바와 같은 전해액을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지를 제공한 다. In order to achieve the above another technical problem, the present invention is a cathode comprising a lithium-containing metal oxide; An anode comprising a carbon material; A separator interposed between the cathode and the anode; And in a lithium secondary battery comprising an electrolyte, the electrolyte provides a lithium secondary battery comprising the electrolyte as described above.
상기 리튬이차전지는 상기와 같은 전해액을 채용함으로써 우수한 충방전 효율, 수명 특성 및 안정성을을 나타낸다. The lithium secondary battery exhibits excellent charge and discharge efficiency, lifespan characteristics, and stability by employing the above electrolyte solution.
상기 리튬이차전지는 리튬이온전지로서, 상기 전해질은 액체 전해질일 수 있다. The lithium secondary battery is a lithium ion battery, the electrolyte may be a liquid electrolyte.
또한, 상기 리튬이차전지는 리튬폴리머전지로서, 상기 전해질은 고분자 수지를 더 포함하는 겔형의 고체 전해질일 수 있다. In addition, the lithium secondary battery is a lithium polymer battery, the electrolyte may be a gel-type solid electrolyte further comprising a polymer resin.
이하, 본 발명에 따른 리튬이차전지용 전해액에 대하여 상세히 설명한다. Hereinafter, the lithium secondary battery electrolyte according to the present invention will be described in detail.
리튬이차전지는 캐소드, 애노드 및 전해질에서의 복합적인 반응에 의해 전기를 발생시키므로, 적절한 전해액의 사용은 리튬이차전지의 성능을 향상시키는 중요한 요소 중의 하나이다. 본 발명은 이와 같은 리튬이차전지용 전해액에 관한 것으로, 본 발명의 전해액은 리튬염, 유기용매 및 불소화 비닐 카보네이트(fluorinated vinyl carbonate)를 포함한다. 본 발명의 전해액은 리튬염, 유기용매 및 불소화 비닐 카보네이트(fluorinated vinyl carbonate)를 혼합함에 의해 제조될 수 있다. Since a lithium secondary battery generates electricity by a complex reaction in a cathode, an anode, and an electrolyte, the use of an appropriate electrolyte is one of important factors for improving the performance of a lithium secondary battery. The present invention relates to such a lithium secondary battery electrolyte, the electrolyte of the present invention comprises a lithium salt, an organic solvent and fluorinated vinyl carbonate (fluorinated vinyl carbonate). The electrolyte solution of the present invention can be prepared by mixing a lithium salt, an organic solvent and fluorinated vinyl carbonate.
상기 불소화 비닐 카보네이트(fluorinated vinyl carbonate)는 충방전 효율 및 안정성 향상을 위해 전해액에 첨가되는 것으로서, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물, 하기 화학식 2로 표시되는 화합물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된다. 불소화 비닐 카보네이트(fluorinated vinyl carbonate)는 비닐 카보네이트(vinyl carbonate)의 화학구조의 일부를 불소로 치환한 것으로서, 카보네이트 구조를 가지고 있어 카보네이트계 유기용매와 쉽게 혼합되고, 전해질의 이온전도도를 떨어뜨리지 않는다. The fluorinated vinyl carbonate is added to the electrolyte for improving charge and discharge efficiency and stability, and is selected from the group consisting of a compound represented by the following formula (1), a compound represented by the following formula (2), and a mixture thereof. Fluorinated vinyl carbonate (fluorinated vinyl carbonate) is a part of the chemical structure of the vinyl carbonate (vinyl carbonate) is replaced by fluorine, has a carbonate structure, is easily mixed with the carbonate-based organic solvent, and does not reduce the ion conductivity of the electrolyte.
<화학식 1><Formula 1>
<화학식 2> <
특히, 불소화 비닐 카보네이트(fluorinated vinyl carbonate)는, 그 안에 비닐 이중결합을 갖고 있어, 중합을 통해 음극 활물질로 사용되는 탄소재의 표면에 매우 안정한 피막을 형성시켜 탄소재가 전해질 용액에 의해 분해되는 것을 막아 리튬이차전지의 충방전 효율 및 수명 특성을 향상시키고, 불소 고유의 난연성에 의해 전지의 과충전 오용시의 발화를 억제하여 안정성을 향상시킨다. In particular, fluorinated vinyl carbonate has a vinyl double bond therein to form a very stable film on the surface of the carbon material used as the negative electrode active material through polymerization, thereby preventing the carbon material from being decomposed by the electrolyte solution. The charging and discharging efficiency and lifespan characteristics of the lithium secondary battery are improved, and the flame retardance inherent in fluorine suppresses ignition when the battery is overcharged, thereby improving stability.
상기 불소화 비닐 카보네이트(fluorinated vinyl carbonate)의 첨가량은 특 별히 제한되지는 않으나, 충방전 특성 및 안정성을 고려할 때, 전해액 총 중량 기준으로 0.5-8 중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. The addition amount of the fluorinated vinyl carbonate is not particularly limited, but considering the charge and discharge characteristics and stability, it is preferably added in 0.5-8% by weight based on the total weight of the electrolyte.
상기 리튬염으로는 리튬이차전지용 전해액에 통상적으로 사용되는 것들이 제한 없이 사용될 수 있으며, 상기 리튬염의 대표적인 예로는 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiN(C2F5SO2)2, LiN(CF3SO2)2, CF3SO3Li 및 LiC(CF3SO2)3 등이 있다. 전해액에서의 리튬염의 농도는, 전해질의 이온 전도도를 고려할 때, 0.8 내지 1.5M인 것이 바람직하다. As the lithium salt, those conventionally used in an electrolyte for a lithium secondary battery may be used without limitation. Representative examples of the lithium salt include LiPF 6, LiBF 4, LiSbF 6, LiAsF 6, LiClO 4 , and LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , CF 3 SO 3 Li and LiC (CF 3 SO 2 ) 3 . The lithium salt concentration in the electrolyte is preferably 0.8 to 1.5 M in consideration of the ionic conductivity of the electrolyte.
또한, 상기 유기용매 역시 리튬이차전지에 일반적으로 사용되는 것들이 제한 없이 사용될 수 있으며, 대표적으로 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate), 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate), 디메틸 카보네이트(dimethyl carbonate), 디에틸 카보네이트(diethyl carbonate), 메틸프로필 카보네이트(methylpropyl carbonate), 에틸프로필 카보네이트(ethylpropyl carbonate), 메틸에틸 카보네이트(methylethyl carbonate), 부틸렌 카보네이트(butylene carbonate), 디메틸설폭사이드(dimethylsulfoxide), 아세토니트릴(acetonitrile), 디메톡시에탄(dimethoxyethane) 및 디에톡시에탄(diethoxyethane) 등이 사용될 수 있다. 특히, 상기 카보네이트계 유기용매 중 고리형 카보네이트인 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate) 및 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate)는 고점도의 유기용매로서 유전율이 높아 전해질 내의 리튬염을 잘 해리시키므로 바람직하게 사용될 수 있으며, 이러한 고리형 카보네이트에 디메틸 카보네이트(dimethyl carbonate) 및 디 에틸 카보네이트(diethyl carbonate)와 같은 저점도, 저유전율 선형 카보네이트를 적당한 비율로 혼합하여 사용하면 높은 전기 전도율을 갖는 전해액을 만들 수 있어 더욱 바람직하게 사용될 수 있다. In addition, the organic solvent may also be used without limitation those commonly used in lithium secondary batteries, typically ethylene carbonate (ethylene carbonate), propylene carbonate (propylene carbonate), dimethyl carbonate (dimethyl carbonate), diethyl carbonate (diethyl carbonate) ), Methylpropyl carbonate, ethylpropyl carbonate, methylethyl carbonate, methylene carbonate, butylene carbonate, dimethylsulfoxide, acetonitrile, dimethoxyethane (dimethoxyethane) and diethoxyethane (diethoxyethane) and the like can be used. In particular, ethylene carbonate and propylene carbonate, which are cyclic carbonates among the carbonate-based organic solvents, are highly viscous organic solvents, and thus have high dielectric constant, which may dissociate lithium salts in the electrolyte, and thus may be preferably used. When a low viscosity, low dielectric constant linear carbonate such as dimethyl carbonate and diethyl carbonate is mixed in an appropriate ratio, it can be used more preferably because an electrolyte having high electrical conductivity can be made. .
이하, 본 발명의 리튬이차전지용 전해액을 채용하는 리튬이차전지에 대하여 살펴본다. Hereinafter, a lithium secondary battery employing the lithium secondary battery electrolyte of the present invention will be described.
리튬이차전지는 크게 액체 전해질을 사용하는 리튬이온전지와 고체 전해질을 사용하는 리튬폴리머전지로 분류되는데, 본 발명의 리튬이차전지용 전해액은 리튬이온전지를 위한 액체 전해질뿐만 아니라, 리튬폴리머전지를 위한 고체 전해질에도 사용될 수 있다. 리튬폴리머전지는 전해질에 전해액을 전혀 포함하지 않는 완전 고체형과 전해질에 전해액을 포함하는 겔형으로 분류되며, 본 발명의 전해액은 겔형 리튬폴리머전지에 사용된다. Lithium secondary batteries are largely classified into lithium ion batteries using liquid electrolytes and lithium polymer batteries using solid electrolytes. The electrolyte solution for lithium secondary batteries of the present invention is not only a liquid electrolyte for lithium ion batteries, but also a solid for lithium polymer batteries. It can also be used for electrolytes. Lithium polymer batteries are classified into fully solid forms containing no electrolyte in the electrolyte and gels containing electrolyte in the electrolyte. The electrolyte of the present invention is used in a gel type lithium polymer battery.
리튬이온전지는 상술한 본 발명의 전해액 자체를 전해질로 사용하며, 이러한 리튬이온전지의 제조방법을 설명하면 다음과 같다. The lithium ion battery uses the above-described electrolyte solution of the present invention as an electrolyte, and the method of manufacturing the lithium ion battery will be described below.
먼저, 전극 활물질, 결합제, 도전제 및 용매를 포함하는 전극 활물질 조성물을 이용하여 집전체 상에 전극 활물질층을 형성한다. 이 때, 전극 활물질층을 형성하는 방법은 전극 활물질 조성물을 집전체 상에 직접 코팅하는 방법이나 또는 전극 활물질 조성물을 별도의 지지체 상부에 코팅하고 건조한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻어진 필름을 집전체 상에 라미네이션하는 방법이 있다. 여기에서 지지체는 활물질층을 지지할 수 있는 것이라면 모두 다 사용 가능하며, 구체적인 예로는 마일라 필름, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름 등이 있다. First, an electrode active material layer is formed on a current collector using an electrode active material composition containing an electrode active material, a binder, a conductive agent, and a solvent. At this time, the method of forming the electrode active material layer is a method of directly coating the electrode active material composition on the current collector, or by coating the electrode active material composition on a separate support and dried, and peeling from the support, the film obtained on the current collector There is a way to laminate. Herein, the support may be used as long as it can support the active material layer, and specific examples thereof include a mylar film and a polyethylene terephthalate (PET) film.
상기 전극 활물질, 결합제, 도전제 및 용매는 리튬이차전지 제조에 통상적으로 사용되던 것들이 모두 사용될 수 있다. 구체적인 예로, 캐소드의 전극 활물질로는 LiCoO2, LiNiO2 및 LiMn2O4과 같은 리튬함유 금속산화물과 이러한 리튬함유 금속산화물에 Co, Ni 또는 Mn를 첨가하여 제조되는 LiNi1-xCoxO2과 같은 리튬함유 금속산화물이 사용될 수 있으며, 이러한 산화물(oxide) 외에 황화물(sulfide), 셀렌화물(selenide) 및 할로겐화물(halide) 등도 사용될 수 있다. 애노드의 전극 활물질로는 탄소재가 사용되는데, 저결정 탄소 및 고결정성 탄소 등이 모두 사용될 수 있다, 저결정성 탄소로는 연화탄소(soft carbon) 및 경화탄소(hard carbon)가 대표적이며, 고결정성 탄소로는 천연 흑연, 키시흑연(Kish graphite), 열분해 탄소(pyrolytic carbon), 액정 피치계 탄소섬유(mesophase pitch based carbon fiber), 탄소 미소구체(meso-carbon microbeads), 액정피치(Mesophase pitches) 및 석유와 석탄계 코크스(petroleum or coal tar pitch derived cokes) 등의 고온 소성탄소가 대표적이다. 상기 결합제로는 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HFP), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate) 및 그 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 도전제로는 카본블랙 또는 아세틸렌 블렉이, 상기 용매로는 아세톤, N-메틸피롤리돈이 대표적이다. As the electrode active material, the binder, the conductive agent, and the solvent, all of those conventionally used in manufacturing a lithium secondary battery may be used. As a specific example, as the electrode active material of the cathode, lithium-containing metal oxides such as LiCoO 2 , LiNiO 2 and LiMn 2 O 4 and LiNi 1-x Co x O 2 prepared by adding Co, Ni or Mn to the lithium-containing metal oxides Lithium-containing metal oxides such as may be used, in addition to the oxide (sulfide), sulfide (sulfide), selenide (selenide) and halide (halide) may be used. Carbon material is used as the electrode active material of the anode, and both low crystalline carbon and high crystalline carbon may be used. The low crystalline carbon includes soft carbon and hard carbon, and high crystalline. Carbon includes natural graphite, Kish graphite, pyrolytic carbon, liquid phase pitch based carbon fiber, meso-carbon microbeads, liquid phase pitches and High-temperature calcined carbon such as petroleum or coal tar pitch derived cokes is typical. The binder may be vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HFP), polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polymethylmethacrylate, and the like. Mixtures can be used. As the conductive agent, carbon black or acetylene block is typical, and acetone and N-methylpyrrolidone are typical as the solvent.
상기와 같은 방법에 따라 전극이 제조되면 캐소드 전극판과 애노드 전극판 사이에 세퍼레이터를 삽입하고, 이를 젤리롤 방식으로 권취하여 이루어진 전극 조 립체 또는 바이셀 구조의 전극 조립체를 만든다. 이어서, 제조된 전극 조립체를 케이이스 안에 넣고, 상술한 바와 같은 본 발명의 리튬이차전지용 전해액을 주입하면 본 발명의 리튬이온전지가 완성된다. When the electrode is manufactured according to the method as described above, the separator is inserted between the cathode electrode plate and the anode electrode plate, and the electrode assembly of the electrode assembly or bicell structure formed by winding it in a jelly roll manner is made. Subsequently, the prepared electrode assembly is placed in a case, and the lithium ion battery of the present invention is completed by injecting the electrolyte solution for a lithium secondary battery of the present invention as described above.
겔형 리튬폴리머전지는 리튬이온전지와 달리 고분자 수지와 상술한 본 발명의 전해액을 포함하는 조성물로부터 형성되는 겔을 전해질로 사용하며, 이러한 겔형 리튬폴리머전지의 제조 방법은 다음과 같다. Unlike a lithium ion battery, a gel lithium polymer battery uses a gel formed from a composition containing a polymer resin and the electrolyte solution of the present invention as an electrolyte, and a method of manufacturing such a gel lithium polymer battery is as follows.
먼저, 리튬이온전지의 경우와 동일한 방법으로 캐소드 및 애노드 그리고 세퍼레이터를 제조하여 전극 조립체를 형성하고, 전극 조립체를 케이스에 넣는다. 그 후, 고분자 수지 및 상술한 본 발명의 전해액을 포함하는 전해질 형성용 조성물을 상기 케이스 내부로 주입하고 가온한 후, 상온에서 방치하면 겔형의 전해질이 형성되고, 이로써 본 발명의 겔형 리튬폴리머전지가 완성된다. First, a cathode, an anode, and a separator are manufactured in the same manner as in the case of a lithium ion battery to form an electrode assembly, and the electrode assembly is placed in a case. Thereafter, the electrolyte-forming composition comprising the polymer resin and the above-described electrolyte solution of the present invention is injected into the case and warmed, and when left at room temperature, a gel electrolyte is formed, thereby forming the gel lithium polymer battery of the present invention. Is completed.
상기 고분자 수지로는 종래 리튬폴리머전지에 통상적으로 사용되던 것들이 모두 사용될 수 있는데, 대표적으로 폴리비닐리덴플루오라이드(poly vinylidenefluoride), 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 공중합체(PVDF-co-HFP), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리에틸렌옥사이드(polyethyleneoxide), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리아크릴아미드(polyacrylamide) 및 폴리아세테이트(polyacetate) 등이 있다. As the polymer resin, all of those conventionally used in the conventional lithium polymer battery may be used. Typically, polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HFP) , Polyurethane, polyethyleneoxide, polyacrylonitrile, polymethylmethacrylate, polyacrylamide and polyacetate.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples. However, embodiments according to the present invention can be modified in many different forms, the scope of the present invention should not be construed as limited to the embodiments described below. Embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art.
실시예 1Example 1
에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate) 및 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate)가 1:1의 중량비로 혼합된 유기용매에 LiPF6를 1M 농도가 되도록 첨가한 후, 제조된 용액에 상기 화학식 1의 불소화 비닐 카보네이트(fluorinated vinyl carbonate)를 전해질 총 중량 기준으로 2 중량%가 되도록 첨가하여 전해액을 제조하였다. LiPF 6 was added to an organic solvent in which ethylene carbonate and propylene carbonate were mixed in a weight ratio of 1: 1 to 1M concentration, and then, to the prepared solution, fluorinated vinyl carbonate of Chemical Formula 1 carbonate) was added to 2 wt% based on the total weight of the electrolyte to prepare an electrolyte solution.
이와 같이 제조된 전해액을 전해질로 하고, LiCoO2를 캐소드 활물질로 하고, 천연 흑연을 애노드 활물질로 하여 플라스틱 팩에 밀봉된 박형 리튬이온전지를 제조하였다. A thin lithium ion battery sealed in a plastic pack was prepared using an electrolyte solution prepared as described above as an electrolyte, LiCoO 2 as a cathode active material, and natural graphite as an anode active material.
실시예 2Example 2
전해질 제조시 상기 화학식 1의 불소화 비닐 카보네이트(fluorinated vinyl carbonate) 대신에 상기 화학식 2의 불소화 비닐 카보네이트(fluorinated vinyl carbonate)를 전해질 총 중량 기준으로 2 중량%가 되도록 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬이온전지를 제조하였다. Example 1 except that the fluorinated vinyl carbonate of
비교예 1Comparative Example 1
전해질 제조시 불소화 비닐 카보네이트(fluorinated vinyl carbonate)를 첨 가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬이온전지를 제조하였다. A lithium ion battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that fluorinated vinyl carbonate was not added when the electrolyte was prepared.
실시예 3Example 3
에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate) 및 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate)가 1:1의 중량비로 혼합된 유기용매에 LiPF6를 1M 농도가 되도록 첨가한 후, 제조된 용액에 첨가제로 상기 화학식 2의 불소화 비닐 카보네이트(fluorinated vinyl carbonate)를 전해질 총 중량 기준으로 2 중량%가 되도록 첨가하여 전해액을 제조하였다. LiPF 6 was added to a concentration of 1 M in an organic solvent in which ethylene carbonate and propylene carbonate were mixed at a weight ratio of 1: 1, and then the fluorinated vinyl carbonate of
상기 제조된 전해액과 폴리에틸렌옥사이드(polyethyleneoxide)를 이용하여 제조된 겔을 전해질로 하고, LiCoO2를 캐소드 활물질로 하고, 천연 흑연을 애노드 활물질로 하여 플라스틱 팩에 밀봉된 박형 리튬폴리머전지를 제조하였다.A thin lithium polymer battery sealed in a plastic pack was prepared by using the prepared electrolyte and a polyethylene oxide (polyethyleneoxide) as an electrolyte, LiCoO 2 as a cathode active material, and natural graphite as an anode active material.
비교예 2Comparative Example 2
전해액 제조 시 불소화 비닐 카보네이트(fluorinated vinyl carbonate)를 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 리튬폴리머전지를 제조하였다,A lithium polymer battery was manufactured in the same manner as in Example 3, except that fluorinated vinyl carbonate was not added when the electrolyte was prepared.
초기 충방전 효율 평가 실험Initial charge and discharge efficiency evaluation experiment
실시예 1에 따른 리튬이차전지에 대하여 1C 충전율로 초기 충방전 특성을 평가하였다. 도 1은 실시예 1에 따라 제조된 리튬이차전지의 초기 충방전 특성을 나타낸 그래프이다. 그래프를 통해 93.5% 이상의 초기 충방전 효율을 나타냄을 알 수 있다. 같은 방식으로 실시예 2, 실시예 3 및 비교예 1,2에 따른 리튬이차전지에 대하여도 초기 충방전 효율을 측정하였고, 실시예 1-3 및 비교예 1,2에 따른 리튬이차전지의 초기 충방전 효율을 하기 표 1에 나타내었다. The initial charge and discharge characteristics of the lithium secondary battery according to Example 1 were evaluated at a 1C charge rate. 1 is a graph showing the initial charge and discharge characteristics of the lithium secondary battery prepared according to Example 1. It can be seen from the graph that the initial charge and discharge efficiency is greater than 93.5%. In the same manner, the initial charge and discharge efficiency of the lithium secondary batteries according to Example 2, Example 3, and Comparative Examples 1 and 2 was measured, and the initial stages of the lithium secondary batteries according to Examples 1-3 and Comparative Examples 1 and 2 were measured. Charge and discharge efficiency is shown in Table 1 below.
측정 결과, 불소화 비닐 카보네이트(fluorinated vinyl carbonate)를 첨가한 리튬이차전지가 훨씬 우수한 초기 충방전 효율을 나타냄을 알 수 있었다. As a result, it was found that the lithium secondary battery added with fluorinated vinyl carbonate showed much better initial charge and discharge efficiency.
수명 특성 평가 실험Life characteristic evaluation experiment
실시예 1-3 및 비교예 1,2에 따른 리튬이차전지에 대해 충방전을 반복하면서 60℃에서 수명 특성을 평가하였다. 도 2는 실시예 1-3 및 비교예 1,2에 따라 제조된 리튬이차전지의 초기 충방전 수명 특성을 나타낸 그래프이다. 도 2의 그래프를 통해 실시예 1-3에 따라 제조된 리튬이차전지는 100 싸이클 이상에서도 용량 감소가 거의 일어나지 않으며, 이와 달리 비교예 1,2에 따른 리튬이차전지는 급격한 용량 감소가 일어나는 것을 알 수 있었다. 실시예 1-3 및 비교예 1,2에 따른 리튬이차전지의 100 싸이클 후의 용량 유지율을 하기 표 2에 기재하였다. Life characteristics were evaluated at 60 ° C. while repeating charging and discharging for the lithium secondary batteries according to Examples 1-3 and Comparative Examples 1,2. Figure 2 is a graph showing the initial charge and discharge life characteristics of the lithium secondary battery prepared according to Examples 1-3 and Comparative Examples 1,2. Through the graph of FIG. 2, the lithium secondary battery prepared according to Examples 1-3 hardly exhibits a decrease in capacity even over 100 cycles. In contrast, the lithium secondary battery according to Comparative Examples 1 and 2 exhibits a rapid decrease in capacity. Could. Capacity retention rates after 100 cycles of the lithium secondary batteries according to Examples 1-3 and Comparative Examples 1 and 2 are shown in Table 2 below.
측정 결과, 불소화 비닐 카보네이트(fluorinated vinyl carbonate)를 첨가한 리튬이차전지가 훨씬 우수한 용량 유지율을 나타냄을 알 수 있었다. As a result, it was found that the lithium secondary battery to which fluorinated vinyl carbonate was added showed a much better capacity retention rate.
발화 여부 평가 실험Ignition test
실시예 1-3 및 비교예 1,2에 따라 제조된 리튬이차전지에 대하여 12V까지의 과충전시에 발화가 일어나는지 여부를 관찰하였다. 도 3 내지 도 7은 실시예 1-3 및 비교예 1,2에 따른 리튬이차전지의 발화 여부 측정 결과를 나타낸 그래프이다. 도 3 내지 도 7에 나타난 측정 결과를 통해 불소화 비닐 카보네이트(fluorinated vinyl carbonate)를 첨가한 실시예 1-3의 리튬이차전지에서는 발화가 일어나지 않았으나, 불소화 비닐 카보네이트(fluorinated vinyl carbonate)를 첨가하지 않은 비교예 1,2의 리튬이차전지에서는 발화가 일어남을 확인하였다. For lithium secondary batteries prepared according to Examples 1-3 and Comparative Examples 1 and 2, it was observed whether ignition occurred upon overcharging up to 12V. 3 to 7 are graphs showing the results of measuring the ignition of lithium secondary batteries according to Examples 1-3 and Comparative Examples 1,2. Although the ignition did not occur in the lithium secondary battery of Example 1-3 to which fluorinated vinyl carbonate was added through the measurement results shown in FIGS. 3 to 7, the comparison without adding fluorinated vinyl carbonate was performed. It was confirmed that ignition occurred in the lithium secondary batteries of Examples 1 and 2.
본 발명에 따른 리튬이차전지용 전해액은 음극 활물질로 사용되는 탄소재의 표면에 매우 안정한 피막을 형성시켜, 이를 채용하는 리튬이차전지의 초기 충방전 효율 및 수명 특성을 향상시키며, 과충전 오용으로 인한 전지의 발화를 억제할 수 있다. The lithium secondary battery electrolyte according to the present invention forms a very stable film on the surface of the carbon material used as the negative electrode active material, improves the initial charge and discharge efficiency and life characteristics of the lithium secondary battery employing it, Ignition can be suppressed.
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