KR100751206B1 - Additives for lithium secondarty battery with charge-cutoff voltages over 4.35 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 양극(C); 음극(A); 분리막; 및 전해액을 포함하는 리튬 이차 전지에 있어서, 상기 양극(C) 대비 음극(A)의 단위 면적당 중량비(A/C)는 0.45 내지 0.70 범위이며, 전해액은 2-불화톨루엔 및 3-불화톨루엔으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 불화톨루엔 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지를 제공한다. The present invention is an anode (C); Cathode A; Separator; And in the lithium secondary battery comprising an electrolyte, the weight ratio (A / C) per unit area of the negative electrode (A) to the positive electrode (C) is in the range of 0.45 to 0.70, the electrolyte is composed of 2-toluene fluoride and 3-fluoro toluene Provided is a lithium secondary battery comprising at least one toluene fluoride compound selected from the group.

본 발명에 따른 4.35V 이상의 고전압 리튬 이차 전지는 불화톨루엔 화합물을 첨가제로 사용함으로써 사이클 특성의 저하 없이 고전압 전지의 안전성 및 고온 보존 특성을 향상시킬 수 있다.The high voltage lithium secondary battery of 4.35V or more according to the present invention can improve safety and high temperature storage characteristics of a high voltage battery without deteriorating cycle characteristics by using a toluene fluoride compound as an additive.

고전압, 충전 종지 전압, 불화톨루엔, 고온 보존, 안전성, 리튬 이차 전지High voltage, end-of-charge voltage, toluene fluoride, high temperature storage, safety, lithium secondary battery

Description

4.35V 이상급 리튬 이차 전지용 첨가제{ADDITIVES FOR LITHIUM SECONDARTY BATTERY WITH CHARGE-CUTOFF VOLTAGES OVER 4.35}ADDITIVES FOR LITHIUM SECONDARTY BATTERY WITH CHARGE-CUTOFF VOLTAGES OVER 4.35}

도 1은 전해액 첨가제를 사용하지 않은 비교예 1의 4.35V 리튬 이차 전지, 시클로헥실벤젠(CHB)이 첨가된 비교예 2의 4.35V 리튬 이차 전지 및 4-불화톨루엔(para-FT)이 첨가된 비교예 3의 리튬 이차 전지의 고온(45℃) 사이클 특성을 각각 나타낸 그래프이다. 1 is a 4.35V lithium secondary battery of Comparative Example 1 without using an electrolyte additive, 4.35V lithium secondary battery of Comparative Example 2 to which cyclohexylbenzene (CHB) is added and 4-fluoro toluene (para-FT) is added It is a graph which showed the high temperature (45 degreeC) cycling characteristics of the lithium secondary battery of the comparative example 3, respectively.

도 2는 3-불화톨루엔 화합물(3-FT)을 전해액 첨가제로 사용한 실시예 1의 4.35V 리튬 이차 전지의 고온(45℃) 사이클 특성을 나타낸 그래프이다.FIG. 2 is a graph showing the high temperature (45 ° C) cycle characteristics of the 4.35V lithium secondary battery of Example 1 using 3-toluene fluoride compound (3-FT) as an electrolyte additive.

도 3은 CHB가 첨가된 비교예 2의 리튬 이차 전지를 고온 노출(Hot box) 실험 수행한 후의 결과도이다. 3 is a result diagram after performing a hot box experiment on the lithium secondary battery of Comparative Example 2 to which CHB was added.

도 4는 4-불화톨루엔(4-FT)이 첨가된 비교예 3의 리튬 이차 전지를 고온 노출(Hot box) 실험 수행한 후의 결과도이다.4 is a diagram illustrating a result of performing a hot box experiment on a lithium secondary battery of Comparative Example 3, to which 4- toluene fluoride (4-FT) was added.

도 5는 3-플루오로톨루엔(3-FT)을 전해액 첨가제로 사용한 실시예 1의 4.35V 리튬 이차 전지의 고온 노출 실험 결과도이다.5 is a high-temperature exposure test result of the 4.35V lithium secondary battery of Example 1 using 3-fluorotoluene (3-FT) as an electrolyte additive.

도 6는 CHB가 첨가된 비교예 2의 리튬 이차 전지, 4-불화톨루엔(Para-)이 첨가된 비교예 3의 리튬 이차 전지 및 3-불화톨루엔이 첨가된 실시예 1의 리튬 이차 전지를 각각 고온 저장(30 사이클: 80℃ 3시간 + 25℃ 7시간)실험한 후의 결과도이 다.FIG. 6 shows the lithium secondary battery of Comparative Example 2 to which CHB was added, the lithium secondary battery of Comparative Example 3 to which 4-toluene fluoride (Para-) was added, and the lithium secondary battery of Example 1 to which 3-toluene was added, respectively This is the result after the experiment with high temperature storage (30 cycles: 80 ° C 3 hours + 25 ° C 7 hours)

도 7은 3-불화톨루엔을 전해액 첨가제로 사용한 실시예 1의 리튬 이차 전지, 전해액 첨가제를 사용하지 않은 비교예 1의 리튬 이차 전지 및 CHB가 첨가된 비교예 2의 리튬 이차 전지의 고온 단기 저장(90℃ 4시간) 실험 결과도이다.7 is a high temperature short-term storage of the lithium secondary battery of Example 1 using 3-toluene fluoride as an electrolyte additive, the lithium secondary battery of Comparative Example 1 not using the electrolyte additive and the lithium secondary battery of Comparative Example 2 to which CHB was added ( 90 degreeC 4 hours) is a result of an experiment.

본 발명은 사이클 특성 저하 없이 안전성 및 고온 저장 특성이 향상된 4.35V 이상의 고전압 리튬 이차 전지에 관한 것이다. The present invention relates to a high voltage lithium secondary battery of 4.35V or more with improved safety and high temperature storage without deteriorating cycle characteristics.

최근 전자기기의 소형화 및 경량화 추세에 따라, 전원으로 작용하는 전지도 소형화 및 경량화가 요구되고 있다. 소형 경량화 및 고용량으로 충방전 가능한 전지로서 리튬 계열 이차전지가 실용화되고 있으며, 소형 비디오 카메라, 휴대전화, 노트퍼스컴 등의 휴대용 전자 및 통신기기 등에 이용되고 있다.In recent years, with the trend of miniaturization and weight reduction of electronic devices, miniaturization and weight reduction of batteries acting as power sources are also required. BACKGROUND ART Lithium-based secondary batteries have been put to practical use as small, light weight, high capacity rechargeable batteries, and are used in portable electronic and communication devices such as small video cameras, mobile phones, and notebook computers.

리튬 이차 전지는 양극, 음극, 전해질로 구성되며, 첫번째 충전에 의해 양극 활물질로부터 나온 리튬 이온이 음극활물질, 예컨대 카본 입자 내에 삽입되고 방전시 다시 탈리되는 등의 양 전극을 왕복하면서 에너지를 전달하는 역할을 하기 때문에 충방전이 가능하게 된다.The lithium secondary battery is composed of a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte, and transfers energy while reciprocating both electrodes such that lithium ions from the positive electrode active material are inserted into a negative electrode active material, such as carbon particles, and are detached again when discharged. Since it is possible to charge and discharge.

종래 4.2V급 리튬 이차 전지를 4.35V 이상의 고용량, 고출력 및 고전압 전지로 제조하기 위해서는 전지내 양극활물질의 이론적 가용 용량을 증가시켜야 하는 과정이 필요하다. 전술한 양극활물질의 가용 용량을 증가시키는 방법으로는 양극활 물질에 전이금속 또는 알루미늄, 마그네슘 등과 같은 비전이금속(non-transition metal)을 사용하여 도핑하거나 또는 전지의 충전 종지 전압을 증가시키는 것이다. 리튬 이차 전지의 충전 종지 전압을 4.35V 이상으로 증가시킴에 따라 전지 내 가용 용량은 15% 이상 증가하지만, 양극과 전해액 사이의 반응성 증가에 따라 양극 표면의 분해(degradation) 및 전해액의 산화반응이 일어나게 되며, 따라서 전지의 고온 사이클 특성, 안전성과 고온 저장 특성이 저하되는 문제점이 있었다.In order to manufacture a conventional 4.2V class lithium secondary battery with a high capacity, high output and high voltage battery of 4.35V or more, a process of increasing the theoretical usable capacity of the cathode active material in the battery is required. In order to increase the available capacity of the positive electrode active material, the positive electrode active material may be doped using a transition metal or a non-transition metal such as aluminum or magnesium, or the charging end voltage of the battery may be increased. As the end-of-charge voltage of a lithium secondary battery increases to 4.35V or more, the usable capacity in the battery increases by 15% or more, but as the reactivity between the positive electrode and the electrolyte increases, degradation of the surface of the positive electrode and oxidation of the electrolyte occur. Therefore, there was a problem that the high temperature cycle characteristics, safety and high temperature storage characteristics of the battery are deteriorated.

종래 4.2V급 리튬 이차 전지에서는 전지의 안전성과 고온 장기 보존 특성을 향상시키고자 시클로헥실벤젠(Cyclo Hexyl Benzene: CHB) 또는 바이페닐(Biphenyl: BP) 등과 같은 과충전 방지제를 사용하였다. 그러나 상기와 같은 CHB 또는 BP 등의 전해액 첨가제를 4.35V 이상의 고전압 전지에 첨가하는 경우, 상온 및 고온 사이클 특성이 급격히 저하되고 고온 저장시 상기 첨가제가 너무 많이 분해되어 양극에 매우 두꺼운 절연체(insulator)를 형성함으로써, 리튬 이온의 이동을 막아 회복 용량(recovery capacity)이 전혀 나오지 않는 문제점이 발생하였다. In the conventional 4.2V class lithium secondary battery, an overcharge inhibitor such as cyclohexyl benzene (CHB) or biphenyl (BP) was used to improve battery safety and high temperature long-term storage characteristics. However, when the electrolyte additives such as CHB or BP are added to a high voltage battery of 4.35V or more, the temperature and temperature cycle characteristics are drastically degraded, and the additives are decomposed too much during high temperature storage, so that a very thick insulator is formed on the anode. Formation prevents the movement of lithium ions and causes a problem that no recovery capacity is obtained.

본 발명은 상기의 문제점을 고려하여 4.7V 이상의 반응 전위를 갖는 화합물을 전해액에 첨가함으로써, 고전압 전지의 사이클 저하 없이 안전성 및 고온 저장시의 용량 감소를 향상시키고자 한다.In view of the above problems, the present invention is intended to improve the safety and capacity reduction at high temperature storage without lowering the cycle of a high voltage battery by adding a compound having a reaction potential of 4.7 V or more to the electrolyte.

이에 본 발명은 우수한 고온 사이클 특성, 안전성 및 고온 보존 특성을 갖는 4.35V 이상의 고전압 및 고용량 리튬 이차 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a high voltage and high capacity lithium secondary battery of 4.35V or more having excellent high temperature cycle characteristics, safety and high temperature storage characteristics.

본 발명은 양극(C); 음극(A); 분리막; 및 전해액을 포함하는 리튬 이차 전지에 있어서, 상기 양극(C) 대비 음극(A)의 단위 면적당 중량비(A/C)는 0.45 내지 0.70 범위이며, 전해액은 2-불화톨루엔 및 3-불화톨루엔으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 불화톨루엔 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지를 제공한다. The present invention is an anode (C); Cathode A; Separator; And in the lithium secondary battery comprising an electrolyte, the weight ratio (A / C) per unit area of the negative electrode (A) to the positive electrode (C) is in the range of 0.45 to 0.70, the electrolyte is composed of 2-toluene fluoride and 3-fluoro toluene Provided is a lithium secondary battery comprising at least one toluene fluoride compound selected from the group.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 4.35V 이상급 고전압 리튬 이차 전지용 전해액 첨가제로서 4.7V 이상의 반응 전위를 갖는 불화톨루엔(fluorotoluen: FT) 화합물 중 높은 반응 전위를 가질 뿐만 아니라 사이클 진행에 따른 반응 전위의 변화가 거의 없는 2-불화톨루엔(2-FT) 또는 3-불화톨루엔(3-FT)를 사용하는 것을 특징으로 한다.The present invention is an electrolyte additive for a high-voltage lithium secondary battery of 4.35 V or higher class, which has a high reaction potential among fluorotoluen (FT) compounds having a reaction potential of 4.7 V or higher, and also has little change in reaction potential with the progress of the cycle. Toluene (2-FT) or 3- toluene fluoride (3-FT) is used.

상기와 같은 특징으로 인해, 4.35V 이상급 고전압 리튬 이차 전지에서 사이클 특성 저하 없이 안전성 및 고온 보존 특성 향상을 도모할 수 있다.Due to the above characteristics, it is possible to improve the safety and high temperature storage characteristics in the 4.35V or higher class high voltage lithium secondary battery without deteriorating cycle characteristics.

즉, 4.35V 이상급 고전압 리튬 이차 전지에서 통상적인 전해액을 사용하는 경우, 양극과 전해액 사이의 반응성 증가로 인해 양극 표면의 분해(degradation) 및 전해액의 산화 반응이 발생하여 전지의 안전성 및 성능 저하가 유발되었다. 뿐만 아니라 고전압 전지의 안전성 및 고온 저장 특성을 향상시키고자 종래 4.2V 이상급 전지의 전해액 첨가제인 시클로헥실벤젠(Cyclo Hexyl Benzene: CHB) 또는 바이페닐(Biphenyl) 등을 사용하는 경우, 상기 첨가제의 분해로 인해 현저한 사이클 특성 저하가 발생하였다. That is, in case of using a conventional electrolyte in a high voltage lithium secondary battery of 4.35V or higher, an increase in reactivity between the positive electrode and the electrolyte causes degradation of the surface of the positive electrode and oxidation of the electrolyte, leading to deterioration of battery safety and performance. It became. In addition, in order to improve the safety and high temperature storage characteristics of a high voltage battery, cyclohexyl benzene (CHB) or biphenyl, which is an electrolyte additive of a conventional 4.2 V or higher battery, may be obtained by decomposition of the additive. This resulted in a significant cycle deterioration.

이에 비해, 본 발명은 2-불화톨루엔(2-FT) 및/또는 3-불화톨루엔(3-FT)을 첨 가제로 사용함으로써, 양극과 전해액간의 부반응성 발생 접촉면을 감소시켜 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 2-불화톨루엔(2-FT) 또는 3-불화톨루엔(3-FT)의 높은 반응 전위 및 사이클 진행에 따른 반응 전위의 변화가 거의 없는 특성으로 인해 종래 첨가제 분해 및 반응 전위의 급격한 변화로 인한 전지의 성능 저하를 방지할 수 있다. In contrast, the present invention uses 2-toluene fluoride (2-FT) and / or 3- toluene fluoride (3-FT) as an additive, thereby reducing side reaction-producing contact surfaces between the positive electrode and the electrolyte, thereby improving battery safety. You can. In addition, due to the characteristics of the high reaction potential of the 2-toluene fluoride (2-FT) or 3-toluene fluoride (3-FT) and little change in the reaction potential according to the cycle progress, conventional additive decomposition and rapid change of the reaction potential It is possible to prevent the performance degradation of the battery due to.

2-불화톨루엔 및/또는 3-불화톨루엔은 종래 불소가 치환된 톨루엔 화합물 중 물리적으로 안정하고, 비점(boiling point)이 높아 열 분해되기 어려울 뿐만 아니라 반응 전위가 종래 CHB 및 바이페닐보다 0.1V 정도 높은 4.7V 이상의 반응 전위를 가짐으로써, 전해액 첨가시 CHB 및 바이페닐 첨가제와 달리 전지의 고온 저장 특성 및 안전성을 향상시킬 수 있다. 게다가 종래 불화톨루엔 화합물에 비해 사이클에 따른 반응 전위 변화가 없기 때문에 고전압 전지의 사이클 특성 저하를 방지할 수 있다. 실제로, 반응전위가 CHB와 유사한 4-불화톨루엔(4-FT)은 4.35V 이상급 전지에서 사이클을 진행함에 따라 양극활물질과 파라(para-) 위치에 치환된 불소와의 반응이 진행됨으로써 현저한 사이클 특성 저하가 발생하였으며, 전지의 안전성 및 고온 저장 특성을 향상시킬 수 없다는 것을 확인하였다.2-fluoro toluene and / or 3-fluoro toluene are physically stable among the fluorine-substituted toluene compounds, have a high boiling point, are difficult to thermally decompose, and have a reaction potential of about 0.1 V than conventional CHB and biphenyl. By having a high reaction potential of 4.7V or higher, unlike the CHB and biphenyl additives when the electrolyte is added, it is possible to improve the high temperature storage characteristics and safety of the battery. In addition, since there is no change in the reaction potential according to the cycle as compared with the conventional toluene fluoride compound, it is possible to prevent deterioration in cycle characteristics of a high voltage battery. Indeed, 4-fluorine toluene (4-FT), whose reaction potential is similar to that of CHB, is characterized by a cycle characteristic of the positive electrode active material and the fluorine substituted at the para- position as the cycle progresses in a battery of 4.35 V or higher. Deterioration occurred and it was confirmed that the safety and high temperature storage characteristics of the battery could not be improved.

본 발명에 따라 4.35V 이상급 고전압 전지에 사용되는 전해액은 통상적인 전해액 즉, 전해액 용매 및 리튬염으로 구성된 전해액에 2-불화톨루엔 및/또는 3-불화톨루엔 화합물을 포함하는 것으로 구성된다.The electrolyte used for the high voltage battery of 4.35 V or higher according to the present invention is composed of a conventional electrolyte, that is, an electrolyte comprising a solvent solvent and a lithium salt, including the 2-toluene fluoride and / or 3-fluoride toluene compound.

리튬염은 LiClO4, LiCF3SO3, LiPF6, LiBF4, LiAsF 6 및 LiN(CF3SO2)2로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택될 수 있으며, 전해액 용매는 에틸렌 코(카)보네이트, 프로필렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 비닐렌 카보네이트, 설포란, γ-부틸로 락톤, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라하이드로푸란 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.The lithium salt may be selected from one or more of LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 and LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , and the electrolyte solvent is ethylene co (carbonate) carbonate. , Propylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, sulfolane, γ-butylo lactone, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, 1,2-dimethoxy ethane, tetrahydrofuran and mixtures thereof The above can be used.

첨가되는 2-FT 및/또는 3-FT 화합물의 양은 전체 전해액 100 중량% 당 0.1 내지 10 중량%가 바람직하다. 0.1 중량% 미만인 경우 첨가제의 첨가로 인한 안전성 및 성능 향상 효과가 미미하며, 10 중량%를 초과하는 경우 전해액의 점도 저하 및 첨가제의 발열반응에 의해 과도한 열을 발생시킬 수 있는 위험이 있다. The amount of 2-FT and / or 3-FT compound added is preferably 0.1 to 10% by weight per 100% by weight of the total electrolyte. If it is less than 0.1% by weight, the safety and performance improvement effect due to the addition of the additive is insignificant. If it exceeds 10% by weight, there is a risk that excessive heat may be generated by the viscosity decrease of the electrolyte and the exothermic reaction of the additive.

본 발명의 음극활물질은 리튬 이온을 흡장 및 방출할 수 있는 탄소재, 리튬 금속 또는 이의 합금을 사용할 수 있으며, 기타 리튬을 흡장 및 방출할 수 있고 리튬에 대한 전위가 2V 미만인 TiO2, SnO2, Li4Ti5O12 등과 같은 금속 산화물도 사용 가능하다.The negative electrode active material of the present invention may use a carbon material, a lithium metal or an alloy thereof that may occlude and release lithium ions, and other TiO 2 , SnO 2 , which may occlude and release lithium and have a potential for lithium less than 2V. Metal oxides such as Li 4 Ti 5 O 12 may also be used.

본 발명의 양극활물질은 LiMxOy(M = Co, Ni, Mn, CoaNibMnc )와 같은 리튬 전이금속 복합산화물(예를 들면, LiMn2O4 등의 리튬 망간 복합산화물, LiNiO2 등의 리튬 니켈 산화물, LiCoO2 등의 리튬 코발트 산화물 및 이들 산화물의 망간, 니켈, 코발트의 일부를 다른 전이금속 등으로 치환한 것 또는 리튬을 함유한 산화바나듐 등) 또는 칼코겐 화합물(예를 들면, 이산화망간, 이황화티탄, 이황화몰리브덴 등) 등이 사용 가능하며, 바람직하게는 리튬 코발트계열 복합산화물, 더욱 바람직하게는 LiCoO2를 사용할 수 있다. The positive electrode active material of the present invention is a lithium transition metal complex oxide such as LiM x O y (M = Co, Ni, Mn, Co a Ni b Mn c ) (for example, lithium manganese composite oxides such as LiMn 2 O 4 , LiNiO 2, and the lithium nickel oxide, LiCoO 2, and the lithium cobalt oxide and combinations of manganese, nickel, a vanadium oxide, etc.), or chalcogenide containing a one or a lithium substituted with other transition metal for a portion of cobalt oxide (for example, g., manganese dioxide, titanium disulfide, molybdenum disulfide, etc.), etc. are used from, and preferably a lithium cobalt-based composite oxide, more preferably LiCoO 2 can be used.

본 발명은 4.35V 이상, 바람직하게는 4.35 내지 4.7V 범위의 고전압 리튬 이차 전지를 제공하기 위해, 상기 양극활물질, 예컨대 LiCoO2를 사용하여 충전 종지 전압을 4.35V 이상, 바람직하게는 4.35 내지 4.7V 범위로 증가시키거나 또는 상기 양극활물질에 Al, Mg, Zr, Fe, Zn, Ga, Sn, Si, Ge 또는 이들의 혼합체로부터 선택된 금속을 도핑시킬 수 있다. In order to provide a high voltage lithium secondary battery having a range of 4.35 V or more, preferably 4.35 to 4.7 V, the end-of-charge voltage of the battery may be 4.35 V or more, preferably 4.35 to 4.7 V, using the positive electrode active material such as LiCoO 2 . The positive electrode active material may be increased to a range or doped with a metal selected from Al, Mg, Zr, Fe, Zn, Ga, Sn, Si, Ge, or a mixture thereof.

전술한 전압 범위에서 전지의 안전성을 도모하고자, 양극(C) 대비 음극(A)의 단위면적당 중량비(A/C)를 조절할 수 있으며, 이때 양극(C) 대비 음극(A)의 단위면적당 중량비(A/C)는 0.45 내지 0.70 범위가 바람직하다. 0.45 미만인 경우 기존 전지의 설계와 동일하므로, 4.35V 이상의 과충전시 용량균형(capacity valance)이 깨져 음극 표면에 리튬 덴드라이트 성장(dendrite growth) 및 이로 인한 전지의 단락과 같은 문제점과 급격한 용량 감소 현상이 발생하게 된다. 0.70를 초과하는 경우 불필요하게 음극의 리튬 사이트가 발생하면서 전지의 부피당/질량당 에너지밀도가 떨어지므로 바람직하지 않다.In order to improve the safety of the battery in the above-described voltage range, the weight ratio (A / C) per unit area of the negative electrode (A) to the positive electrode (C) can be adjusted, wherein the weight ratio per unit area of the negative electrode (A) to the positive electrode (C) ( A / C) is preferably in the range of 0.45 to 0.70. If it is less than 0.45, it is the same as the design of the existing battery, and the capacity balance during the overcharging of 4.35V or more is broken, causing problems such as lithium dendrite growth on the surface of the negative electrode, resulting in short-circuit of the battery, and rapid capacity reduction. Will occur. When it exceeds 0.70, unnecessarily the lithium site of a negative electrode generate | occur | produces and it is unpreferable since the energy density per volume / mass of a battery falls.

본 발명에서 사용된 LiCoO2와 같은 양극활물질은 4.35V 이상으로 충전시 열적 특성이 저하되는 문제점이 있으므로, 이를 방지하고자 양극활물질의 비표면적을 조절할 수 있다. 양극활물질의 입자 크기가 클수록, 즉 비표면적이 작을수록 전해액과의 반응성이 감소되어 열적 안전성을 향상시킬 수 있으므로, 본 발명은 통상적으로 사용되는 양극활물질의 크기보다 더 큰 입자 크기를 갖는 양극활물질을 사용 하는 것이 바람직하다. 또한, 통상적인 입자보다 큰 입자 크기를 갖는 양극활물질로 인해 발생되는 전체 전지 반응의 속도 저하를 방지하기 위하여 양극활물질 및 음극활물질의 단위면적당 로딩량을 조절할 수 있다. Since the positive electrode active material such as LiCoO 2 used in the present invention has a problem of deteriorating thermal characteristics when charged to 4.35 V or more, the specific surface area of the positive electrode active material may be adjusted to prevent this. The larger the particle size of the positive electrode active material, that is, the smaller the specific surface area, the lower the reactivity with the electrolyte, thereby improving thermal safety. Therefore, the present invention provides a positive electrode active material having a larger particle size than that of a conventionally used positive electrode active material. It is preferable to use. In addition, the loading amount per unit area of the positive electrode active material and the negative electrode active material may be adjusted in order to prevent a decrease in the rate of the overall battery reaction caused by the positive electrode active material having a larger particle size than the conventional particles.

상기에 있어서, 양극활물질의 입자 크기는 5 내지 20㎛인 것이 바람직하다. 입자 크기가 5㎛ 미만인 경우 양극과 전해액의 반응성이 커져 전지의 안전성 결여와 같은 부작용이 생길 수 있으며, 20㎛를 초과하는 경우 전지의 반응성이 느려지는 문제가 발생할 수 있다.In the above, the particle size of the positive electrode active material is preferably 5 to 20㎛. If the particle size is less than 5㎛ may increase the reactivity of the positive electrode and the electrolyte may cause side effects such as lack of safety of the battery, if the particle size exceeds 20㎛ may cause a problem that the reactivity of the battery is slow.

상기에 있어서, 양극의 단위면적당 로딩량은 0.01 내지 0.03g/cm2인 것이 바람직하다. 양극의 로딩량이 0.01 g/cm2 미만인 경우 전지의 용량 및 효율성의 저하와 같은 문제가 생길 수 있으며, 0.03 g/cm2를 초과하는 경우 양극의 두께가 증가하여 전지의 반응성이 저하되게 된다.In the above, it is preferable that the loading amount per unit area of the positive electrode is 0.01 to 0.03 g / cm 2 . When the loading amount of the positive electrode is less than 0.01 g / cm 2, problems such as deterioration of the capacity and efficiency of the battery may occur. When the amount of the positive electrode exceeds 0.03 g / cm 2 , the thickness of the positive electrode increases, thereby decreasing the reactivity of the battery.

본 발명에 따른 전극은 당업계에 알려진 통상적인 방법에 따라 제조될 수 있으며,이의 일 실시예를 들면, 금속박으로 이루어지는 집전체 상에 양극합제 및 음극합제를 각각 도포, 압연 및 건조함으로써 통상적으로 얻을 수 있다. The electrode according to the present invention can be prepared according to a conventional method known in the art, for example, it is usually obtained by applying, rolling and drying the positive electrode mixture and the negative electrode mixture on a current collector made of metal foil, respectively. Can be.

이때, 양극합제 및 음극합제는 각각 상기한 양극활물질 및 음극활물질을 결착제, 분산매 등과 혼합하여 얻을 수 있으며, 양극합제 및 음극합제에는 소량의 도전제를 포함하게 하는 것이 바람직하다.In this case, the positive electrode mixture and the negative electrode mixture may be obtained by mixing the positive electrode active material and the negative electrode active material, respectively, with a binder, a dispersion medium, and the like, and the positive electrode mixture and the negative electrode mixture may preferably contain a small amount of a conductive agent.

도전제에는 구성된 전지 내에서 화학변화를 일으키지 않는 전자전도성 재료이면 무엇이든지 사용 가능하다. 예를 들면 아세틸렌블랙, 케첸블랙, 파네스블랙, 서멀블랙 등의 카본블랙; 천연흑연, 인조흑연, 도전성 낱소섬유 등을 사용할 수 있다. 특히 카본블랙, 흑연분말, 탄소섬유가 바람직하다.As the conductive agent, any electron conductive material which does not cause chemical change in the battery constructed can be used. For example, carbon black, such as acetylene black, Ketjen black, Farnes black, and thermal black; Natural graphite, artificial graphite, conductive yarn fibers, and the like can be used. Carbon black, graphite powder and carbon fiber are particularly preferable.

결착제로는 열가소성 수지, 열경화성 수지 중 어느 하나를 사용하더라도 좋으며, 이들을 조합하여 사용할 수도 있다. 이들 중에서는 폴리불화비닐리덴(PVdF) 또는 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE)이 바람직하며, 특히 PVdF가 더욱 바람직하다. As the binder, any one of a thermoplastic resin and a thermosetting resin may be used, or a combination thereof may be used. Among these, polyvinylidene fluoride (PVdF) or polytetrafluoroethylene (PTFE) is preferable, and PVdF is particularly preferable.

분산매로는 수계분산매나 N-메틸-2-피롤리돈 등의 유기분산매를 사용할 수 있다.As the dispersion medium, an organic dispersion medium such as an aqueous dispersion medium or N-methyl-2-pyrrolidone can be used.

상기한 리튬 이차 전지의 양 전극에 있어서, 양극(C) 대비 음극(A)의 전극판 두께 비(A/C)는 0.7 내지 1.4가 적절하며, 특히 0.8 내지 1.2인 것이 바람직하다. 0.7 미만인 경우 전지의 부피당 에너지 밀도의 손실이 야기될 수 있으며, 1.4를 초과하는 경우 전체 전지의 반응속도가 느려지는 문제점이 발생할 수 있다.In the above-described positive electrode of the lithium secondary battery, the electrode plate thickness ratio A / C of the negative electrode A to the positive electrode C is appropriately 0.7 to 1.4, and particularly preferably 0.8 to 1.2. If it is less than 0.7 may cause a loss of energy density per volume of the battery, and if it exceeds 1.4 may cause a problem that the reaction rate of the entire battery is slow.

본 발명의 리튬 이차 전지는 당업계에 알려진 통상적인 방법에 따라 상기한 양극과 음극 사이에 다공성 분리막을 넣고, 2-FT 및/또는 3-FT가 첨가된 전해액을 투입하여 제조할 수 있다.The lithium secondary battery of the present invention may be prepared by inserting a porous separator between the positive electrode and the negative electrode according to a conventional method known in the art, and adding an electrolyte solution having 2-FT and / or 3-FT added thereto.

분리막은 폴리프로필렌계, 폴리에틸렌계, 폴리올레핀계 다공성 분리막을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The separator may be a polypropylene-based, polyethylene-based, or polyolefin-based porous separator, but is not limited thereto.

상기와 같은 방법으로 제작된 리튬 이차 전지의 외형은 제한이 없으나, 캔으로 된 원통형, 코인형, 각형 또는 파우치(pouch)형이 가능하다.The external shape of the lithium secondary battery manufactured by the above method is not limited, but a cylindrical, coin type, square or pouch type of cans is possible.

본 발명은 하기의 실시예 및 실험예에 의거하여 더욱 상세히 설명된다. 단, 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며 이들만으로 한정하는 것은 아니다.The invention is explained in more detail based on the following examples and experimental examples. However, Examples and Experimental Examples are for illustrating the present invention and are not limited to these.

실시예 1. 4.35V급 리튬 이차 전지 제조.Example 1. Manufacture of 4.35V class lithium secondary battery.

1-1. 양극의 제조1-1. Manufacture of anode

입자 크기가 10㎛인 LiCoO2 95 중량%, 도전제(Super P) 2.5 중량% 및 결착제(PVDF) 2.5 중량%를 혼합하여 슬러리(slurry)를 제조하였으며, 상기 슬러리를 두께 15㎛의 알루미늄 박판 양면에 균일하게 도포하고 압연하여 19.44 mg/cm2의 활물질 중량을 갖는 양극을 제조하였다.A slurry was prepared by mixing 95% by weight of LiCoO 2 having a particle size of 10 μm, 2.5% by weight of a superconductor (Super P) and 2.5% by weight of a binder (PVDF). Uniformly coated on both sides and rolled to prepare a positive electrode having an active material weight of 19.44 mg / cm 2 .

1-2. 음극의 제조1-2. Preparation of Cathode

흑연재 95.3 중량%, 결착제(PVDF) 4.0 중량%, 도전제(Acetylene Black) 0.7 중량%를 첨가 및 혼합하여 음극 슬러리를 제조하였으며, 상기 음극 슬러리를 두께 10㎛의 동판 양면에 균일하게 도포하고 압연하여 9.56 mg/cm2의 활물질 중량을 갖는 음극을 제조하였다. 이때 양극(C) 대비 음극(A)의 단위면적당 중량비(A/C)는 0.49였다.A negative electrode slurry was prepared by adding and mixing 95.3 wt% of graphite material, 4.0 wt% of binder (PVDF) and 0.7 wt% of conductive black (Acetylene Black), and uniformly applying the negative electrode slurry on both sides of a copper plate having a thickness of 10 μm. By rolling, a negative electrode having an active material weight of 9.56 mg / cm 2 was prepared. At this time, the weight ratio (A / C) per unit area of the anode (A) to the cathode (C) was 0.49.

1-3. 전해액의 제조1-3. Preparation of Electrolyte

에틸렌 카보네이트와 디메틸카보네이트의 부피비가 1:2인 용매 혼합액에 1몰의 LiPF6을 용해시켜 전해액을 제조하였으며, 전해액 100 중량% 당 3-불화톨루엔(3-FT) 3 중량%를 첨가하였다. An electrolyte was prepared by dissolving 1 mol of LiPF 6 in a solvent mixture having a volume ratio of ethylene carbonate and dimethyl carbonate 1: 2, and 3 wt% of 3-toluene fluoride (3-FT) was added per 100 wt% of the electrolyte.

1-4. 전지의 제조1-4. Manufacture of batteries

상기한 방법으로 제조된 양극 및 음극을 사용하여 각형 전지를 제조하였다.The square battery was manufactured using the positive electrode and negative electrode which were manufactured by the above-mentioned method.

비교예 1Comparative Example 1

전해액에 첨가제를 사용하지 않은 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 리튬 이차 전지를 제조하였다.A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that no additive was used in the electrolyte.

비교예 2Comparative Example 2

전해액에 3-불화톨루엔 대신 시클로헥실벤젠(CHB) 3 중량%를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 리튬 이차 전지를 제조하였다.A lithium secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1, except that 3 wt% of cyclohexylbenzene (CHB) was used in place of 3-toluene fluoride.

비교예 3Comparative Example 3

전해액에 3-불화톨루엔 대신 4-불화톨루엔(4-FT, para-F) 3 중량%을 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하에 수행하여 리튬 이차 전지를 제조하였다.A lithium secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1, except that 3 wt% of 4-fluoro toluene (4-FT, para-F) was used instead of 3-fluoro toluene.

비교예 4Comparative Example 4

양극(C) 대비 음극(A)의 단위면적당 중량비(A/C)를 0.44로 사용하며 전해액에 CHB 3 중량%를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 리튬 이차 전지를 제조하였다.A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that 0.44 was used as the weight ratio (A / C) of the negative electrode (A) to the positive electrode (C) and 3 wt% of CHB was used in the electrolyte. Prepared.

비교예 5Comparative Example 5

양극(C) 대비 음극(A)의 단위면적당 중량비(A/C)를 0.44로 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 리튬 이차 전지를 제조하였다.A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the weight ratio (A / C) per unit area of the negative electrode (A) to the positive electrode (C) was 0.44.

실험예 1. 고전압 리튬 이차 전지의 사이클 평가Experimental Example 1. Cycle evaluation of a high voltage lithium secondary battery

본 발명에 따라 불화톨루엔 화합물을 포함하는 4.35V 이상급 리튬 이차 전지에 대하여 하기와 같이 고온 사이클 평가 실험을 수행하였다.According to the present invention, a high temperature cycle evaluation experiment was performed on a 4.35V or higher lithium secondary battery including a toluene fluoride compound as follows.

3-불화톨루엔(3-FT)을 전해액에 첨가하여 제조된 실시예 1의 리튬 이차 전지를 사용하였으며, 대조군으로 전해액 첨가제를 사용하지 않은 비교예 1의 전지, CHB를 전해액에 첨가하여 제조된 비교예 2의 전지 및 4-불화톨루엔(4-FT)를 전해액에 첨가하여 제조된 비교예 3의 전지를 사용하였다.The lithium secondary battery of Example 1 prepared by adding 3-toluene fluoride (3-FT) to the electrolyte solution was used, and the comparison prepared by adding CHB to the electrolyte of Comparative Example 1, which did not use the electrolyte additive as a control, to the electrolyte solution The battery of Example 2 and the battery of Comparative Example 3 prepared by adding 4-toluene fluoride (4-FT) to the electrolyte solution were used.

각 전지들을 3.0 내지 4.35V의 충방전 전압 범위에서 실시하였고, 1C (=880mA) 충방전 전류 조건으로 사이클링하였다. 4.35V constant voltage 구간에서는 50mA로 전류가 떨어질 때까지 4.35 V로 유지시켰다. 상기 실험은 45℃의 온도에서 실시하였다. Each cell was run in a charge and discharge voltage range of 3.0 to 4.35V and cycled under 1C (= 880 mA) charge and discharge current conditions. In the 4.35V constant voltage section, it was maintained at 4.35V until the current dropped to 50mA. The experiment was carried out at a temperature of 45 ℃.

실험 결과, CHB 첨가제를 사용한 전해액을 포함하는 비교예 2의 리튬 이차 전지는 첨가제를 사용하지 않은 비교예 1의 리튬 이차 전지에 비하여 고온에서 전지 사이클 특성이 크게 저하됨을 보여주었다(도 1 참조). 이는 반응 전위가 4.7V 이하인 CHB의 전해 중합 반응(electropolymerization)으로 인해 형성된 피막으로 인해 양극활물질의 전하 이동반응이 저해되고 양극 저항이 증가됨으로써, 전지의 사이클 특성 저하가 발생하는 것을 의미한다. 또한, 반응 전위가 CHB와 유사한 4-불화톨루엔을 사용한 비교예 3의 전지도 4.35V 사이클에 따라 양극활물질과 파라(para-) 위치에 있는 불소 사이의 반응이 생기면서 사이클 특성이 급격히 떨어졌다(도 1 참조).As a result, the lithium secondary battery of Comparative Example 2 including the electrolytic solution using the CHB additive showed that the battery cycle characteristics are significantly lowered at high temperature than the lithium secondary battery of Comparative Example 1 without the additive (see FIG. 1). This means that the charge transfer reaction of the positive electrode active material is inhibited and the positive electrode resistance is increased due to the film formed by the electropolymerization of CHB having a reaction potential of 4.7 V or less, thereby decreasing the cycle characteristics of the battery. In addition, the battery of Comparative Example 3 using 4-fluorotoluene having a reaction potential similar to that of CHB also rapidly lost the cycle characteristics due to the reaction between the positive electrode active material and the fluorine in the para-position according to the 4.35V cycle ( See FIG. 1).

이에 비해서, 4.7V 이상의 반응 전위를 갖는 3-불화톨루엔(3-FT) 첨가제를 사용한 실시예 1의 리튬 이차 전지는 도 1에 비교해볼 때 고온 사이클 특성에 특별한 영향을 나타내지 않았다(도 2 참조).In comparison, the lithium secondary battery of Example 1 using a 3-fluorotoluene (3-FT) additive having a reaction potential of 4.7 V or more did not show a special effect on the high temperature cycle characteristics compared to FIG. 1 (see FIG. 2). .

이로서, 본 발명에 따라 3-불화톨루엔을 첨가제로 사용하여 제조된 고전압 리튬 이차 전지는 종래 CHB와는 달리 고온 사이클 특성 저하를 방지할 수 있음을 확인할 수 있었다.As a result, it was confirmed that the high-voltage lithium secondary battery prepared using 3-toluene fluoride as an additive according to the present invention can prevent high temperature cycle characteristics from being lowered, unlike conventional CHB.

실험예 2. 안전성 평가Experimental Example 2 Safety Evaluation

본 발명에 따라 불화톨루엔 화합물을 포함하는 4.35V 이상급 리튬 이차 전지의 안전성을 평가하기 위하여, 하기와 같이 고온 노출(Hot box) 실험을 수행하였다.In order to evaluate the safety of the 4.35V or higher lithium secondary battery containing a toluene fluoride compound according to the present invention, a hot box experiment was performed as follows.

3-불화톨루엔을 전해액에 첨가하여 제조된 실시예 1의 리튬 이차 전지를 사용하였으며, 대조군으로 CHB를 사용한 비교예 2의 리튬 이차 전지 및 4-불화톨루엔(4-FT)을 전해액에 첨가한 비교예 3의 리튬 이차 전지를 사용하였다. The lithium secondary battery of Example 1 prepared by adding 3-toluene fluoride to the electrolyte was used, and the comparative comparison of the lithium secondary battery of Comparative Example 2 and 4-toluene fluoride (4-FT) added to the electrolyte using CHB as a control The lithium secondary battery of Example 3 was used.

각 전지들을 2시간 30분 동안 1C(= 880mA) 조건으로 4.4V 까지 충전한 후 정전압 상태로 유지하였으며, 이후 대류가 가능한 오븐에 넣고 상온으로부터 150℃의 고온까지 5℃/분로 승온시켜 각각 1시간 동안 노출시켰다. 이후 각 전지의 발화 여부를 관찰하였다. Each battery was charged to 4.4V at 1C (= 880 mA) for 2 hours and 30 minutes, and then maintained in constant voltage. For a while. Then, it was observed whether each battery was ignited.

실험 결과, CHB 및 4-FT를 각각 첨가한 비교예 2 및 비교예 3의 전지는 시간이 경과한 후 폭발이 발생하였다(도 3 및 도 4 참조). 이에 비해 전해액에 3-불화톨루엔 첨가제를 사용한 실시예 1의 리튬 이차 전지는 150℃의 고온에서 안전한 상태를 보여주었다(도 5 참조). As a result of the experiment, the batteries of Comparative Examples 2 and 3 to which CHB and 4-FT were added, respectively, exploded after time elapsed (see FIGS. 3 and 4). In comparison, the lithium secondary battery of Example 1 using the 3-fluorotoluene additive in the electrolyte showed a safe state at a high temperature of 150 ° C. (see FIG. 5).                     

실험예 3. 고온 보존 평가Experimental Example 3. High Temperature Storage Evaluation

본 발명에 따라 불화톨루엔 화합물을 포함하는 4.35V 이상급 리튬 이차 전지에 대하여 하기와 같이 고온 보존 실험을 수행하였다.According to the present invention, a high temperature storage experiment was performed on the 4.35V or higher lithium secondary battery containing the toluene fluoride compound as follows.

3-1. 고온 장기 보존 실험3-1. High Temperature Long Term Preservation Experiment

3-불화톨루엔을 전해액에 첨가하여 제조된 실시예 1의 리튬 이차 전지를 사용하였으며, 대조군으로 CHB 및 4-불화톨루엔(4-FT)을 각각 첨가하여 제조된 비교예 2 및 비교예 3의 전지를 사용하였다.The lithium secondary battery of Example 1 prepared by adding 3-toluene fluoride to the electrolyte was used, and the batteries of Comparative Examples 2 and 3 prepared by adding CHB and 4-fluoro toluene (4-FT) as controls, respectively. Was used.

각 전지를 1C의 충전 전류로 4.35V까지 충전을 실시하고, 1C 방전을 3V까지 실시하여 초기 방전 용량을 확인하였다. 이어서 4.35V까지 다시 충전하여 80℃에서 3시간 보존/25℃에서 7시간 보존을 30사이클 반복하면서 두께를 측정한 후, 1C로 방전하여 전지의 잔존용량을 측정하였다. 잔존용량 측정 후 충방전을 3사이클 진행한 후 전지의 회복용량(recovery capacity)을 측정하였다.Each battery was charged to 4.35V at 1C charge current, and 1C discharged to 3V to confirm the initial discharge capacity. Subsequently, the battery was recharged to 4.35V and the thickness was measured while repeating 30 cycles of 3 hours storage at 80 ° C / 7 hours storage at 25 ° C, and then discharged at 1 C to measure the remaining capacity of the battery. After 3 cycles of charge and discharge after measuring the remaining capacity, the recovery capacity of the battery was measured.

상기 과정을 4회 반복 실시하여 재현성을 측정한 결과, CHB를 포함하는 비교예 2의 전지는 충방전 사이클이 5회 진행되기도 전에 현저한 부풀림 현상을 나타냈다(도 6 참조). 또한, 반응 전위가 CHB와 유사한 4-불화톨루엔을 사용한 비교예 3의 전지는 충방전 사이클이 10회 정도 진행하자 전지의 부풀림 현상이 현저하게 발생하였다(도 6 참조). 이에 비해, 3-불화톨루엔 화합물이 첨가된 실시예 1의 전지는 탁월한 전지 부풀림 저하 현상을 보여주었다(도 6 참조).As a result of repeating the process four times and measuring the reproducibility, the battery of Comparative Example 2 containing CHB showed a significant bulging phenomenon even before the charge-discharge cycle was performed five times (see FIG. 6). In addition, in the battery of Comparative Example 3 using 4-fluorotoluene having a reaction potential similar to that of CHB, when the charge / discharge cycle proceeded about 10 times, the swelling phenomenon of the battery occurred remarkably (see FIG. 6). In comparison, the battery of Example 1 to which the 3-fluoride toluene compound was added showed an excellent cell swelling reduction phenomenon (see FIG. 6).

3-2. 고온 단기 보존 실험3-2. High temperature short term preservation experiment

3-불화톨루엔을 전해액에 첨가하여 제조된 실시예 1의 리튬 이차 전지를 사 용하였으며, 대조군으로 전해액 첨가제를 사용하지 않은 비교예 1의 리튬 이차 전지 및 CHB를 첨가하여 제조된 비교예 2의 전지를 사용하였다.The lithium secondary battery of Example 1, prepared by adding 3-toluene fluoride to the electrolyte, was used as a control, and the lithium secondary battery of Comparative Example 1, which did not use the electrolyte additive, and the battery of Comparative Example 2, prepared by adding CHB. Was used.

각 전지를 1C의 충전 전류로 4.35V까지 충전을 실시하고, 1C 방전을 3V까지 실시하여 초기 방전 용량을 확인하였다. 이어서 다시 4.35V까지 충전한 후 90℃에서 4시간 보존하면서 두께를 측정하였다. 보존이 끝난 후 1C으로 방전하여 전지의 잔존용량을 측정하였으며, 잔존용량 측정 후 충방전을 3회 실시하여 전지의 회복용량(recovery capacity)을 측정하였다.Each battery was charged to 4.35V at 1C charge current, and 1C discharged to 3V to confirm the initial discharge capacity. Then, after charging to 4.35V again, the thickness was measured while preserving at 90 ° C for 4 hours. After storage, the battery was discharged at 1 C and the remaining capacity of the battery was measured. After the remaining capacity was measured, charging and discharging were carried out three times to measure the recovery capacity of the battery.

90℃의 온도에서 4시간 저장한 후 비교예 1 및 2의 4.35V 이상급 전지 두께는 현저하게 증가함을 보여주었으며, 특히 CHB를 사용한 비교예 2의 전지는 첨가제를 사용하지 않은 비교예 1 보다 큰 전지 두께 증가를 나타냈다(도 7 참조). 이는 고전압 전지에서 양극과 전해액의 반응성 증가로 인한 전해액의 분해가 발생하여 두꺼운 절연체를 형성함으로써 전지의 두께가 증가함을 나타내는 것으로서, 특히 종래 4.2V급 전지에서 사용되는 CHB와 같은 전해액 첨가제는 4.35V 이상급 고전압 전지에 적합하지 않다는 것을 의미한다. After 4 hours of storage at 90 ° C., the thickness of the 4.35V or higher cell of Comparative Examples 1 and 2 was significantly increased. Particularly, the battery of Comparative Example 2 using CHB was larger than Comparative Example 1 without using the additive. Cell thickness increase was shown (see FIG. 7). This indicates that the thickness of the battery is increased by forming a thick insulator due to decomposition of the electrolyte due to the increased reactivity of the positive electrode and the electrolyte in a high voltage battery, and an electrolyte additive such as CHB used in a conventional 4.2V class battery is 4.35V. It means that it is not suitable for the ideal high voltage battery.

이에 비해서, 3-불화톨루엔 화합물을 전해액 첨가제로 사용한 실시예 1의 4.35V이상급 고전압 리튬 이차 전지는 90℃에서 보존한 후에도 전지가 부풀지 않았으며, 성능 저하가 거의 나타나지 않음을 알 수 있었다(도 7 참조).On the other hand, the high-voltage lithium secondary battery of 4.35V or higher of Example 1 using the 3-toluene fluoride compound as an electrolyte additive did not swell even after storage at 90 ° C., and it was found that the performance deterioration was hardly observed (FIG. 7).

이로서, 본 발명은 4.35V 이상 고전압 전지용 전해액 첨가제로서 4.7V 이상의 반응 전위를 갖는 불화톨루엔 화합물이 적합하다는 것을 확인할 수 있었다.As a result, the present invention was able to confirm that a toluene fluoride compound having a reaction potential of 4.7 V or more is suitable as an electrolyte additive for a high voltage battery of 4.35 V or more.

본 발명에 따른 4.35V 이상의 고전압 리튬 이차 전지는 불화톨루엔 화합물을 첨가제로 사용함으로써 사이클 특성의 저하 없이 고전압 전지의 안전성 및 고온 보존 특성을 향상시킬 수 있다. The high voltage lithium secondary battery of 4.35V or more according to the present invention can improve safety and high temperature storage characteristics of a high voltage battery without deteriorating cycle characteristics by using a toluene fluoride compound as an additive.

Claims (3)

양극(C); 음극(A); 분리막 및 전해액을 포함하는 리튬 이차 전지에 있어서, Anode (C); Cathode A; In a lithium secondary battery comprising a separator and an electrolyte solution, 상기 양극(C) 대비 음극(A)의 단위면적당 활물질 중량비(A/C)는 0.45 내지 0.70 범위이고, The active material weight ratio (A / C) per unit area of the negative electrode (A) to the positive electrode (C) is in the range of 0.45 to 0.70, 전해액은 2-불화톨루엔 및 3-불화톨루엔으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 불화톨루엔 화합물을 포함하며,The electrolyte solution includes at least one toluene fluoride compound selected from the group consisting of 2-toluene fluoride and 3-toluene fluoride, 전지의 충전 종지 전압이 4.35V 이상인 것이 특징인 리튬 이차 전지.A lithium secondary battery, characterized in that the end-of-charge voltage of the battery is 4.35V or more. 제 1항에 있어서, 상기 불화톨루엔 화합물의 양은 전해액 100 중량% 당 0.1 내지 10 중량% 범위인 리튬 이차 전지.The lithium secondary battery of claim 1, wherein the amount of the toluene fluoride compound is in the range of 0.1 to 10 wt% per 100 wt% of the electrolyte. 제 1항에 있어서, 상기 리튬 이차 전지는 전지의 충전 종지 전압이 4.35 내지 4.7V 범위이거나 또는 양극(C)은 리튬을 흡장 및 방출할 수 있는 양극활물질에 Al, Mg, Zr, Fe, Zn, Ga, Sn, Si 및 Ge으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속이 도핑되어 제조된 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.The method of claim 1, wherein the lithium secondary battery has a charge end voltage range of 4.35 to 4.7V or the positive electrode (C) is a positive electrode active material capable of occluding and releasing lithium, Al, Mg, Zr, Fe, Zn, Lithium secondary battery, characterized in that the doped with at least one metal selected from the group consisting of Ga, Sn, Si and Ge.
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