KR100771180B1 - 리튬 트리플루오로메탄-술폰이미드를 포함하는 리튬2차전지용 비수성 전해액 - Google Patents

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Abstract

고전압 적용시 전지의 성능은 그대로 유지하면서 충방전시의 방전용량, 저온특성, 상온 및 고온에서의 수명을 향상시키고, 부반응에 의한 가스의 발생을 억제하여 전지의 안정성을 향상시킬 수 있는 리튬 2차전지용 비수성 전해액이 제공된다. 본 발명의 리튬 2차전지용 비수성 전해액은 유기용매, 리튬염, 하기 화학식 1로 표시되는 리튬 트리플루오로메탄술폰이미드를 포함하고, 플루오로 에틸렌 카보네이트(FEC) 및/또는 비닐렌 카보네이트(VC)를 추가로 포함한다.
Figure 112006019033017-pat00001
리튬 2차전지, 전해액, 에틸렌 카보네이트(FEC), 비닐렌 카보네이트(VC), 리튬 트리플루오로메탄술폰이미드

Description

리튬 트리플루오로메탄-술폰이미드를 포함하는 리튬 2차전지용 비수성 전해액{Nonaqueous electrolyte comprising Lithium trifluoromethane-sulfonimide for Li-secondary battery}
도 1는 양전극(100)금속으로 알루미늄(Al)을, 음전극 금속으로 구리(Cu)를 사용하고 양전극 활물질로서 LiCoO2, 음전극 활물질로서 탄소(C)를 사용하며 본 발명의 비수성 전해액을 전해액로서 사용한 리튬 2차전지를 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들 및 비교예들에 대한 사이클 횟수에 따른 상온(RT)에서의 방전용량의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 3는 본 발명의 실시예들 및 비교예들에 대한 사이클 횟수에 따른 고온(40℃)에서의 방전용량의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예들 및 비교예들에 대한 사이클 횟수에 따른 고온(85℃)에서의 4일 저장시간에 따른 부풀림 변화를 나타내는 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 양전극 110: 음전극
130: 전해액 140: 세퍼레이터
본 발명은 리튬 2차전지용 비수성 전해액 및 이를 포함하는 리튬 2차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 종래의 리튬 2차전지용 비수성 전해액(nonaqueous electrolyte)에 전지특성에는 영향을 주지 않으면서도 충방전특성, 저온특성, 상온수명, 고온수명, 및 안정성을 향상시킬 수 있는 리튬 트리플루오로메탄-술폰이미드를 포함하는 리튬 2차전지용 비수성 전해액 및 이를 포함하는 리튬 2차전지에 관한 것이다.
2차전지란 1차전지와는 달리 재충전(recharge)이 가능해 반영구적으로 사용할 수 있는 화학전지를 말하며 최근 노트북, 이동통신기기, 디지털카메라 등의 대량 보급으로 인해 그 시장규모가 기하급수적으로 커지고 있으며, 특히 최근에는 반도체, 디스플레이와 더불어 21세기 3대 부품산업으로 급성장하고 있다.
2차전지는 음극(cathode) 재료나 양극(anode) 재료에 따라 납축전지, 니켈-카드뮴(Ni-Cd)전지, 니켈-수소(Ni-MH)전지, 리튬전지 등이 있으며, 전극재료의 고유특성에 의해 전위와 에너지 밀도가 결정된다. 이 중에서 특히 리튬 2차전지는 리튬의 낮은 산화환원 전위와 분자량으로 인해 에너지 밀도가 높기 때문에 휴대용 전자기기의 구동 전원으로 많이 사용되고 있다.
이러한 리튬 2차전지 중에서 특히 비수 전해액(nonaqueous electrolyte)을 이용한 리튬 2차전지는 양극(anode)으로서 금속에 양극 활물질로서 리튬금속 혼합산화물이 코팅된 것이 사용되며, 음극(cathode)으로서 금속에 음극 활물질로서 탄소재료 또는 금속리튬 등을 코팅하여 사용하며, 이들 양극과 음극을 사이에 두고 유기 용매에 리튬염을 적당히 용해시킨 전해액(electrolyte)이 위치하게 된다.
이러한, 리튬 2차전지의 작동원리를 간단히 살펴보면, 전해액 내에서 이온 상태로 존재하는 리튬이온(Li+)이 충전(charge) 시에는 양극에서 음극으로, 방전(discharge) 시에는 음극에서 양극으로 이동하면서(이때 전자는 양극과 음극을 이어주는 도선을 따라 리튬이온과 반대로 움직임) 전기를 생성한다.
상기와 같이 리튬이온 전지의 충전상태에서는 양전극으로 사용되는 리튬 금속산화물로부터 나온 리튬이온(Li+)이 음전극으로 사용되는 탄소 전극으로 이동하며 인터칼레이션(intercalation) 되는데, 이때 리튬이온은 반응성이 강하므로 탄소 음전극과 반응하여 Li2CO3, LiO, LiOH 등과 같은 물질을 음전극의 표면에 생성하게 되는데, 이들은 음전극의 표면에 피막을 형성하게 된다.
이와 같이 생성된 피막을 SEI(Solid Electrolyte Interface)라고 하는데, 이들 SEI 필름은 음극표면을 보호해주는 일종의 보호막(passivation)으로서의 역할을 하게 된다.
즉, SEI 필름은 충방전 중 리튬이온과 음전극 또는 다른 물질과의 반응을 막아주고, 이온터널(ion tunnel)의 역할을 수행하여 리튬이온만을 통과시키는 역할을 하게 된다.
이온터널 효과는 리튬이온을 용매화(solvation)시켜 함께 이동하는 분자량이 큰 전해액의 유기용매들(예; 에틸렌카보네이트, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트 등)이 음전극과 함께 코인터칼레이션(cointercalation)되어 음전극의 구조를 붕괴시키는 것을 막아준다.
일단, SEI 필름이 형성되고 나면 리튬 이온은 다시 음전극이나 다른 물질과 부반응 하지 않게 되어 리튬 이온의 양을 가역적으로 유지시키게 된다.
즉, 음전극의 탄소재료는 초충전 시 전해액과 반응하여 음전극 표면에 보호필름인 SEI 필름을 형성하여, 더 이상의 전해액의 분해가 발생하지 않고 안정적인 충방전을 유지할 수 있도록 해준다.
그런데, 리튬 2차전지 중 박형의 각형 전지에서는 위의 SEI 형성 반응 중에서 카보네이트계 유기용매의 분해로 인해 생기는 CO, CO2, CH4, C2H6 등의 가스가 발생하여 충전시 전지의 두께가 팽창하게 된다.
또한, 만충전 상태에서 고온저장시(예: 4.2V로 100% 충전 후, 85℃에서 4일 방치) 이러한 보호필름은 시간이 경과함에 따라 증가된 전기 화학적 에너지와 열에너지에 의해 서서히 붕괴(collapse)되어, 그 주변의 전해액이 노출된 음전극 표면과 부반응을 일으키게 된다.
이와 같은 부반응으로 인해 계속적인 가스의 발생을 유발하여 전지 내부의 내압이 상승하게 되고, 결국 전지가 폭발하게 될 수도 있다.
또한, 충방전시 방전용량, 저온특성, 상온수명, 고온수명을 향상시킬 수 있 는 비수성 전해액에 대한 연구가 필요하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 리튬 2차전지, 특히 비수성 전해액을 사용하는 리튬 2차전지에 있어서 비수성 전해액에 일정한 첨가물을 첨가함으로써 전지의 충방전시의 방전용량, 저온특성, 상온수명, 고온수명, 전지의 안정성을 향상시킬 수 있는 리튬 2차전지용 비수성 전해액을 제공하는데에 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 본 발명의 비수성전해액을 포함하는 리튬 2차전지를 제공하는데에 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 리튬 2차전지용 비수성 전해액은 유기용매, 리튬염, 하기 화학식 1로 표시되는 리튬 트리플루오로메탄술폰이미드를 포함하고, 플루오로 에틸렌 카보네이트(FEC) 및/또는 비닐렌 카보네이트(VC)를 추가로 포함한다.
Figure 112006019033017-pat00002
상기의 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 리튬 2차전지는 본 발명의 전해액, 전해액을 사이에 두고 서로 대향되게 위치하는 양전극과 음전극으로 구성된 전극부, 및 양전극과 음전극을 전기적으로 분리해주는 세퍼레이터를 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
본 발명의 실시예에 따른 리튬 트리플루오로메탄-술폰이미드를 포함하는 리 튬 2차전지용 비수성전해액은 용어 그대로 물(H2O)을 포함하고 있지 않으며 오직 유기용매만을 용매로 한다.
이때 사용되는 유기용매로는 카보네이트계, 에스테르계, 및 방향족 탄화수소계 화합물을 포함한다.
카보네이트계 유기용매는 구체적으로, 에틸렌카보네이트(EC), 프로필렌카보네이트(PC), 및 부틸렌카보네이트(BC)와 같은 환형 카보네이트계 유기용매와 디메틸카보네이트(DMC), 디에틸카보네이트(DEC), 디프로필카보네이트(DPC), 에틸메틸카보네이트(EMC), 메틸프로필카보네이트(MPC), 에틸프로필카보네이트(EPC)와 같은선형 카보네이트 유기용매가 있는데, 본 발명에서는 이들 환형(cyclic) 카보네이트와 사슬형(chain) 카보네이트가 혼합되도록 사용하는 것이 바람직하다.
다만, 상기 환형 카보네이트계 유기용매와 사슬형 카보네이트 유기용매가 혼합되는 비율은 1:4 ~ 2:2의 비율로 해주는 것이 바람직하다.
본 발명의 리튬 2차전지용 비수성 전해액에 사용되는 유기용매에는 에스테르계 용매, 구체적으로 부티로락톤, 데카놀라이드, 발레로락톤, 메발로노락톤, 카프로락톤, n-메틸 아세테이트, n-에틸 아세테이트, 및 n-프로필 아세테이트로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 에스테르계 용매를 더 포함할 수도 있다.
또한, 본 발명의 유기용매에는 하기의 화학식 2로 표시되는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 방향족 탄화수소계 화합물이 더 포함될 수 있다.
Figure 112006019033017-pat00003
(단, R은 할로겐 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기이고, n은 1 내지 5의 정수임)
상기 방향족 탄화수소계 화합물은 구체적으로 벤젠, 플루오로벤젠, 톨루엔, 플루오로톨루엔, 다이플루오로톨루엔, 트리플루오로톨루엔, 자일렌 중 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 한다.
다만, 본 발명에서 유기용매를 카보네이트계 화합물과 방향족 탄화수소계 화합물 2종으로 하였을 경우에는 카보네이트계 화합물 : 방향족 탄화수소계 화합물의 부피비를 1:1 ~ 30:1의 범위의 비율로 혼합하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 비수성 전해액에는 필요에 따라 아세트산프로필, 아세트산메틸, 아세트산에틸, 아세트산부틸, 프로피온산메틸, 프로피온산에틸 등을 추가로 포함할 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 리튬 2차전지용 비수성 전해액에는 용질(염)로서 리튬염이 사용되는데, 구체적으로는 LiPF6, LiClO4, LiAsF6, LiBF4, LiN(C2F5SO3)2, LiN(C2F5SO2)2, LiN(CF3SO2)2, LiSbF6, LiCF3SO3, LiC4F9SO3, LiAlO4, LiAlCl4, LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2, 단 x 및 y는 자연수), LiCl, 및 LiI 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 리튬염이 사용된다.
이때, 첨가되는 리튬염의 양은 전체 전해액의 농도가 0.6 ~ 2.0M 범위가 되도록 첨가해주는 것이 바람직한데, 그 이유는 리튬염의 농도가 0.6M 미만일 경우에는 전해액의 전기전도도가 낮아짐으로써 전해액 성능이 떨어지고, 2.0M 초과할 경우에는 저온에서의 점도 증가에 기인한 저온 성능이 떨어지는 문제점이 있기 때문이다.
본 발명의 리튬 2차전지용 비수성 전해액에는 상기 유기용매 및 리튬염 이외에 하기의 화학식 1로 표시되는 LiN(CF3SO2)2 (Lithium trifluoromethane- sulfonimide)를 첨가제로 첨가한다.
Figure 112006019033017-pat00004
이때 이 본 발명의 비수성 전해액에 첨가되는 LiN(CF3SO2)2 (Lithium trifluoromethanesulfonimide)의 양은 상기에서 설명한 유기용매와 리튬염 혼합용액100 중량부에 대하여, 각각 0.01 ~ 5중량부를 첨가해 주는 것이 바람직한데, 그 이유는 첨가량이 0.01중량% 미만일 경우에는 음전극 표면에 충분하게 SEI 필름이 형성되지 않아 수명 특성 개선효과가 작기 때문이며, 첨가량이 5 중량% 이상일 경우에는 SEI 필름이 과도하게 형성되어 SEI 필름이 리튬이온(Li+)의 삽입/탈리를 방해함으로써 고율특성 및 용량특성과 같은 전지성능을 저하시키기 때문이다.
본 발명에 첨가제로서 사용된 LiN(CF3SO2)2 (Lithium trifluoromethane- sulfonimide)는 초기 충전시 카보네이트계 유기용매보다 먼저 분해되어 양전극 표면에 피막을 형성함으로써 카보네이트계 유기용매가 더 이상 분해되는 것을 억제한다.
따라서, 본 발명의 전해액이 적용된 리튬 2차전지는 초기 충전시 카보네이트계 유기용매의 분해로 인한 가스의 발생을 억제하여 전지의 내압 및 내부저항을 감소시키고, 고온 저장시 전지의 두께가 팽창되는 것을 방지하며, 저온 방전시 용량을 증가시키고, 전지를 안정화 시키게 된다.
이로 인해 양전극은 초기 충전시 전해액과 반응하여 표면에 보호층(passivation layer)을 형성하여, 더 이상 전해액의 분해가 발생하지 않고 안정적인 충방전을 유지할 수 있도록 해준다.
또한, 이 본 발명의 비수성 전해액에는 플루오로 에틸렌 카보네이트(Fluoro ethylene carbonate) 및/또는 비닐렌 카보네이트(vinylene carbonate)와 같은 첨가제가 더 첨가될 수도 있는데, 이때 첨가되는 플루오로 에틸렌 카보네이트(FEC) 및/또는 비닐렌 카보네이트(VC)의 양은 상기 유기용매와 상기 리튬염의 혼합용액 100 중량부에 대하여 상기 플루오로에틸렌 카보네이트(FEC), 비닐렌 카보네이트 (VC) 중 하나 이상을 각각 0.01 내지 5 중량부 첨가하는 것이 바람직하다.
이때, 플루오로 에틸렌 카보네이트(Fluoro ethylene carbonate)와 비닐렌 카보네이트(vinylene carbonate)는 서로 동시에 사용되지 아니하고 선택적으로 사용되며, 또는 LiN(CF3SO2)2 (Lithium trifluoromethanesulfonimide)만이 단독으로 첨가될 수도 있다.
본 발명의 리튬 이차 전지의 전해액은 통상 -20∼60℃의 온도 범위에서 안정하여 4V 이상의 전압에서도 안정적인 특성을 유지하므로 리튬 이차 전지의 안전성과 신뢰성을 향상시킨다. 본 발명의 전해액은 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지 등 모든 리튬 이차 전지에 적용될 수 있다.
도 1는 양전극(100)금속으로 알루미늄(Al)을, 음전극(110)금속으로 구리(Cu)를 사용하고 양전극(100) 활물질로서 LiCoO2, 음전극 활물질로서 탄소(C)를 사용하며 본 발명의 비수성 전해액을 전해액(130)로서 사용한 리튬 2차전지를 나타내는 모식도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 리튬 2차전지는 양전극(100)과 음전극(110), 전해액(130) 및 세퍼레이터(140)를 포함한다.
다만, 본 발명의 실시예에 따른 리튬 2차전지에 사용되는 전해액(130)은 앞서 설명했던 본 발명의 실시예에 따른 비수성 전해액이 사용되므로 그에 대한 설명은 상기에서 이미 하였으므로 여기서는 생략하기로 한다.
양전극(100)과 음전극(110)은 전해액(130)을 사이에 두고 서로 대향되도록 배치되어 있다.
양전극(100)은 금속에 활물질로서 LiCoO2, 가 코팅되어 있는 것을 사용하였으나, 이외에도 LiMnO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiN1-x-yCoxMyO2(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1, M은 Al, Sr, Mg, La)와 같은 리튬금속산화물 또는 리튬 칼코게나이드 화합물과 같은 리튬 인터칼레이션 화합물이 사용될 수 있다.
음전극(110)은 금속에 탄소(결정질 탄소, 비정질 탄소 모두 가능) 활물질이 코팅되어 있는 것을 사용하였으나, 이외에도 탄소복합체, 리튬금속 또는 리튬합금이 사용될 수 있다.
이때, 양전극(100)과 음전극(110)에 사용되는 금속은 충전시에 외부로부터 전압이 가해지고, 방전시 외부로 전압을 공급하는 부분이며, 양극 활물질들은 양전하들을 모으는 집전체(collector), 음극 활물질은 음전하들을 모으는 집전체로서의 역할을 수행하게 된다.
세퍼레이터(140)는 양전극(100)과 음전극(110)을 전기적으로 분리시켜주는 역할을 하는 것이다.
세퍼레이터(140)로는 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌으로 된 단층 세퍼레이터, 폴리에틸렌/폴리프로필렌이 적층된 2층 세퍼레이터, 폴리에틸렌/폴리프로필렌/폴리에틸렌, 또는 폴리프로필렌/폴리에틸렌/폴리프로필렌이 적층된 3층 세퍼레이터 중 하나를 사용한다.
이하에서는 본 발명의 실시예들에 따른 리튬 2차전지용 비수성 전해액에 의 할 경우 리튬 2차전지의 충방전특성 및 사이클특성이 향상된다는 것을 구체적인 실시예들 및 비교예를 들어 설명한다. 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략한다.
1. 실시예
<실시예 1>
유기용매로서 에틸렌카보네이트(EC), 에틸메틸카보네이트(EMC), 디에틸카보네이트(DEC)를 3:2:5의 부피비율로 혼합한 용매에 리튬염으로써 LiPF6를 용해시켜 1.0M 농도의 기본전해액을 제조하였다.
상기 기본전해액 100 중량부에 대하여 첨가제로서 플루오로에틸렌카보네이트(FEC) 5중량부 및 LiN(CF3SO2)2(Lithium trifluoromethane sulfonimide) 0.2중량부를 더 첨가하였다.
이러한 전해액에 양극 활물질로서 LiCoO2에 바인더로서 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 및 도전제로서 아세틸렌블랙을 92/4/4의 중량비로 혼합한 다음, N-메틸-2-피롤리돈에 분산시켜 양극 슬러리를 제조하였다. 이 슬러리를 두께 20㎛의 알루미늄 호일에 코팅한 후 건조, 압연하여 양극을 제조하였다.
음극 활물질로서는 흑연과 바인더로서 PVDF를 92/8의 중량비로 혼합한 다음, N-메틸-2-피롤리돈에 분산시켜 음극 슬러리를 제조하였다. 이 슬러리를 두께 15㎛ 의 구리 호일에 코팅한 후 건조, 압연하여 음극을 제조하였다.
상기 제조된 전극들을 두께 16㎛의 폴리에틸렌 재질의 세퍼레이터를 사용하여 권취, 압축하여 30㎜ㅧ48㎜ㅧ6㎜인 각형 캔에 넣은 후, 이 전해액 조성물을 각형 캔의 전해액 주입구로 주입한 후 주입구를 밀봉하여 각형 전지를 제조하였다.
<실시예 2>
전해액의 농도가 0.9M이 되도록 LiPF6를 첨가한 것, 첨가제로서 플루오로 에틸렌 카보네이트르(FEC)를 3.0 중량% 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 전지를 제조하였다.
<실시예 3>
첨가제로서 플루오로 에틸렌 카보네이트(FEC)를 3.0중량%, LiN(CF3SO2)2 (Lithium trifluoromethane-sulfonimide)를 1.0 중량% 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 전지를 제조하였다.
<비교예>
LiN(CF3SO2)2 (Lithium trifluoromethane-sulfonimide)를 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 전지를 제조하였다.
2. 측정방법
화성충방전(0.2C-rate, 4.2~3.0V) 후, 1.0C-rate로 4.2~3.0V 범위에서 표준충방전 실험을 하였다. 충전은 정전류-정전압 조건에서, 방전은 정전류 조건으로 하였다.
3. 측정결과
표 1은 화성충방전 및 표준충방전 결과를 나타낸 것이다.
Figure 112006019033017-pat00005
표 1에서 보는 바와 같이 화성충방전 및 표준충방전 모두에서 본 발명의 첨가제를 사용한 실시예들이 비교예들에 비해 충전 및 방전 효율, 내부저항(IR), 안정성에서 모두 우수하다는 것을 알 수 있다.(특히 실시예 3의 경우가 가장 우수함)
도 2는 본 발명의 실시예들 및 비교예들에 대한 사이클 횟수에 따른 상온(RT)에서의 방전용량의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 3는 본 발명의 실시예들 및 비교예들에 대한 사이클 횟수에 따른 고온(40℃)에서의 방전용량의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예들 및 비교예들에 대한 사이클 횟수에 따른 고온(85℃)에서의 4일 저장시간에 따른 부풀림 변화를 나타내는 그래프이다.
도 2 및 도 3에서 보는 바와 같이 본 발명의 실시예들에 따른 첨가제를 사용한 경우가 상온 및 고온(40℃)에서 사이클이 증가될 수록 방전용량이 우수하다는 것을 알 수 있다.
또한, 도 4에서 보는 바와 같이 본 발명의 실시예들에 따른 첨가제를 사용한 경우가 고온(85℃)에서 장시간 저장하여도 부피의 팽창이 적다는 것을 알 수 있다.
다만, 도 4의 부피팽창에 대한 증가율은 다시 표 2를 통해 그 자세한 수치를 나타내었는데, 표 2를 참조하면 본 발명 실시예들에 의한 전해액을 사용한 리튬 2차전지가 부피 팽창 증가율이 비교예의 경우보다 낮다는 것을 알 수 있다.(특히, 실시예 2의 경우가 가장 우수함)
Figure 112006019033017-pat00006
이상 첨부된 도면 및 표를 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
본 발명의 실시예에 따른 리튬 2차전지용 비수성 전해액 및 이를 포함하는 리튬 2차전지에 의하면 고전압 적용시 전지의 성능은 그대로 유지하면서 충방전시의 방전용량, 저온특성, 상온 및 고온에서의 수명을 향상시키고, 부반응에 의한 가스의 발생을 억제하여 전지의 안정성을 향상시킬 수 있게 된다.

Claims (11)

  1. 유기용매와 리튬염으로 구성되는 기본용액;
    상기 기본용액 100중량부에 대하여 하기 화학식 1로 표시되는 리튬 트리플루오로메탄술폰이미드 0.01~5중량부; 및
    상기 기본용액 100중량부에 대하여 플루오로에틸렌 카보네이트(FEC) 0.01~5중량부를 포함하는 리튬 2차전지용 비수성 전해액.
    Figure 112007044074202-pat00007
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기용매는 에틸렌카보네이트(EC), 프로필렌카보네이트(PC) 및 부틸렌카보네이트(BC) 중 하나 이상의 환형 탄산염 유기용매와 디메틸카보네이트(DMC), 디에틸카보네이트(DEC), 디프로필카보네이트(DPC), 에틸메틸카보네이트(EMC), 메틸프로필카보네이트(MPC) 및 에틸프로필카보네이트(EPC) 중 하나 이상의 선형 탄산염 유기용매를 1:4 내지 2:2의 혼합비로 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 트리플루오로메탄-술폰이미드를 포함하는 리튬 2차전지용 비수성 전해액.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 유기용매는 부티로락톤, 데카놀라이드, 발레로락톤, 메발로노락톤, 카프로락톤, n-메틸 아세테이트, n-에틸 아세테이트 및 n-프로필 아세테이트로 이루어진 군에에서 선택되는 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 트리플루오로메탄-술폰이미드를 포함하는 리튬 2차전지용 비수성 전해액.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 유기용매는 하기의 화학식 2로 표시되는 하나 이상의 방향족 탄화수소계 화합물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 트리플루오로메탄-술폰이미드를 포함하는 리튬 2차전지용 비수성 전해액.
    Figure 112006019033017-pat00008
    (단, R은 할로겐 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기이고, n은 1 내지 5의 정수임)
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 방향족 탄화수소계 화합물은 벤젠, 플로오로벤젠, 톨루엔, 플로오로톨루엔, 다이플로오로톨루엔, 트리플루오로톨루엔 및 자일렌 중 하나인 것을 특징으로 하는 리튬 트리플루오로메탄-술폰이미드를 포함하는 리튬 2차전지용 비수성 전해액.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 리튬염은 LiPF6, LiClO4, LiAsF6, LiBF4, LiN(C2F5SO3)2, LiN(C2F5SO2)2, LiN(CF3SO2)2, LiSbF6, LiCF3SO3, LiC4F9SO3, LiAlO4, LiAlCl4, LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2, 단 x 및 y는 자연수), LiCl, 및 LiI 중에서 선택되는 하나 이상이고, 그 농도가 전해액 중 0.6 내지 2.0M인 것을 특징으로 하는 리튬 트리플루오로메탄-술폰이미드를 포함하는 리튬 2차전지용 비수성 전해액.
  9. 제 1 항, 제 4 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항의 전해액;
    상기 전해액을 사이에 두고 서로 대향되게 위치하는 양전극과 음전극으로 구성된 전극부; 및
    상기 양전극과 음전극을 전기적으로 분리해주는 세퍼레이터를 포함하는 리튬 2차전지.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 양전극은 금속에 LiCoO2, LiMnO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiN1-x-yCoxMyO2(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1, M은 Al, Sr, Mg, La)중 선택되는 하나의 활물질이 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 리튬 2차전지.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 음전극은 결정질 탄소, 비정질 탄소, 금속리튬 또는 리튬 복합체인 것을 특징으로 하는 리튬 2차전지.
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