KR100786942B1 - Lithium secondarty battery additives - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고온 보존 특성이 향상된 리튬 이차 전지에 있어서, 전지의 양극 및 전해질이 각각 금속 수산화물 및 시클로헥실벤젠(CHB)을 포함하는 것을 특징으로 한다.In the lithium secondary battery having improved high temperature storage characteristics, the cathode and the electrolyte of the battery are characterized in that they include metal hydroxide and cyclohexylbenzene (CHB), respectively.

본 발명은 과충전 방지제인 CHB를 사용한 리튬 이차 전지에서 발생되는 고온 보존시의 용량 감소 문제를 금속 수산화물을 사용하여 최소화함으로써, 기존의 CHB에 의한 과충전시의 안전성 뿐만 아니라 고온 보존 특성이 향상된 고용량의 리튬 이차 전지를 제공할 수 있다.The present invention minimizes the capacity reduction problem during high temperature storage in a lithium secondary battery using CHB, an overcharge preventing agent, by using a metal hydroxide, thereby improving the high capacity storage lithium as well as the safety during overcharging by the existing CHB. A secondary battery can be provided.

시클로헥실벤젠, 금속 수산화물, 과충전, 고온 보존, 리튬 이차 전지Cyclohexylbenzene, Metal Hydroxide, Overcharge, High Temperature Storage, Lithium Secondary Battery

Description

리튬 이차 전지 첨가제{LITHIUM SECONDARTY BATTERY ADDITIVES}Lithium Secondary Battery Additives {LITHIUM SECONDARTY BATTERY ADDITIVES}

도 1은 삽입용 전극 롤(roll) 및 각형 전지 캔(can)을 나타낸 모식도이다.1 is a schematic diagram showing an insertion electrode roll and a square battery can.

본 발명은 전지의 폭발 등의 위험한 상황이 일어날 수 있는 과충전시 문제점을 방지하기 위해 사용된 전해액 첨가제로 인한 고온 저장시의 전지 용량 감소를 막음으로써, 고온 보존 특성이 향상된 리튬 이차 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a lithium secondary battery having improved high temperature storage characteristics by preventing a decrease in battery capacity during high temperature storage due to an electrolyte additive used to prevent problems when overcharging such a dangerous situation such as explosion of a battery.

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.

상기한 리튬 이차 전지가 정해진 작동 전압 범위를 넘어 과충전이 진행될 경 우, 양극과 전해액의 반응성이 증가하여 양극 표면의 분해(degradation) 및 전해액의 산화반응이 일어나게 된다. 또한 리튬 덴드라이트 성장(dendrite growth) 및 이로 인한 분리막 파괴, 급격한 발열 반응, 폭발 등과 같은 전지 안전성 결여의 문제점이 발생하게 된다. In the case where the lithium secondary battery is overcharged over a predetermined operating voltage range, the reactivity of the positive electrode and the electrolyte increases, resulting in degradation of the surface of the positive electrode and oxidation of the electrolyte. In addition, there is a problem of lack of battery safety, such as lithium dendrite growth and the resulting membrane destruction, rapid exothermic reaction, explosion.

상기의 문제점을 해결하기 위해서, 과충전시 양극 표면에 부도체 막을 형성하여 열 발생 등을 억제하는 전해액 첨가제가 개발되었으며, 현재 상용화되는 첨가제로는 일본 특허출원 공개 번호 제 01-015158 호 및 제 98-074537 호에 게재된 시클로헥실벤젠(Cyclo Hexyl Benzene: CHB)이 있다.In order to solve the above problems, an electrolyte additive for forming a non-conductor film on the surface of the anode during overcharging to suppress heat generation was developed, and currently commercially available additives include Japanese Patent Application Publication Nos. 01-015158 and 98-074537. Cyclo Hexyl Benzene (CHB) published in the issue.

CHB는 과충전시의 전지 전위에 다다르게 되면 전해중합 (electropolymerization) 반응을 진행하여 양극 표면에 부도체 피막을 형성하게 되며, 이로 인해 전지의 작동이 지연되어 과열로 인한 전지의 발화를 방지할 수 있게 된다. 그러나 전지가 정상 작동 전압 범위내에서 장시간 고온에 노출될 경우에도 CHB의 전해중합 반응이 진행되어 전지의 용량이 크게 저하되는 문제점을 가지고 있었다.When CHB reaches the potential of the battery during overcharging, an electropolymerization reaction is performed to form an insulator film on the surface of the anode, which delays the operation of the battery and prevents the battery from ignition due to overheating. However, even when the battery is exposed to high temperature for a long time within the normal operating voltage range, the electrolytic polymerization reaction of CHB proceeds and thus the capacity of the battery is greatly reduced.

본 발명자는 양극활물질 슬러리 제조시 소량의 금속 수산화물을 첨가함으로써, 과충전 방지제인 CHB를 사용한 전지에서 발생되는 고온 보존시의 용량 감소를 최소화할 수 있다는 것을 발견하였다.The present inventors have found that the addition of a small amount of metal hydroxide in the preparation of the slurry for the cathode active material can minimize the capacity reduction during high temperature storage generated in a battery using CHB, an overcharge inhibitor.

본 발명은 상기 발견에 기초한 것으로, 과충전시에도 안전하며, 고온 보존 특성이 향상된 고용량의 리튬 이차 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is based on the above findings, and an object thereof is to provide a high capacity lithium secondary battery which is safe even when overcharged and whose high temperature storage characteristics are improved.

본 발명은 양극, 음극 및 전해질을 포함하는 리튬 이차 전지에 있어서, 상기 양극은 금속 수산화물을 포함하는 양극활물질로부터 제조된 양극이고, 상기 전해질은 시클로헥실벤젠(CHB)을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지를 제공한다. The present invention is a lithium secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode and an electrolyte, wherein the positive electrode is a positive electrode prepared from a positive electrode active material containing a metal hydroxide, the electrolyte is characterized in that it comprises cyclohexylbenzene (CHB) It provides a secondary battery.

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

본 발명의 전해질은 전해액과 리튬염으로 이루어진 통상적인 전해질에 CHB 첨가제를 포함한다.The electrolyte of the present invention comprises a CHB additive in a conventional electrolyte consisting of an electrolyte solution and a lithium salt.

상기에 있어서, CHB는 상온 약 4.7V 이상 과충전시 하기와 같은 전해중합 (electropolymerization) 반응이 진행되어 양극 표면에 부도체 막을 형성하게 되며, 이를 통해 전지의 발화 또는 폭발을 막는 역할을 수행한다. In the above, when CHB is overcharged at about 4.7V or more at room temperature, an electropolymerization reaction proceeds as described below to form a non-conductive film on the surface of the anode, thereby preventing the ignition or explosion of the battery.

첨가되는 CHB의 양은 전해질 100 중량% 당 3 내지 5 중량%가 바람직하다. 3 중량% 미만일 경우 전해중합으로 인한 막 형성이 충분하지 못하여 원하는 안전성 향상을 이룰 수 없으며, 5 중량%를 초과할 경우 오히려 전범위에 걸친 효과적인 막 형성보다는 국부적인 반응으로 끝나 안전성 향상이 되지 못한다. The amount of CHB added is preferably 3 to 5% by weight per 100% by weight of electrolyte. If the content is less than 3% by weight, the formation of the film due to electropolymerization may not be sufficient, and thus, the desired safety improvement may not be achieved. If the content is more than 5% by weight, the reaction may not be improved by forming a local reaction rather than forming an effective film over the entire range.

Figure 112004027239269-pat00001
Figure 112004027239269-pat00001

상기에 있어서, 리튬염은 LiClO4, LiCF3SO3, LiPF6, LiBF4 , LiAsF6 및 LiN(CF3SO2)2로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택될 수 있다.In the above, the lithium salt may be at least one selected from the group consisting of LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 and LiN (CF 3 SO 2 ) 2 .

상기에 있어서, 전해액은 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.In the above, the electrolyte solution is ethylene co (carbonate), propylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, sulfolane, γ-butylo lactone, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, 1,2-dimethoxy ethane, tetra At least one selected from the group consisting of hydrofuran and mixtures thereof can be used.

과충전 방지제인 CHB를 전해질에 포함하는 리튬 이차 전지는 장시간 고온 보존시 4.7V보다 낮은 전압에서도 전해 중합 반응이 진행됨으로써, 양극활물질의 전하 이동반응이 저해되고 양극 저항이 증가되며, 이로 인해 전지의 큰 용량 저하 문제가 발생하게 된다. The lithium secondary battery containing CHB, an overcharge inhibitor, in the electrolyte has an electrolytic polymerization reaction at a voltage lower than 4.7V when stored at a high temperature for a long time, thereby inhibiting the charge transfer reaction of the positive electrode active material and increasing the positive electrode resistance. Capacity reduction problem will occur.

이에, 본 발명은 양극활물질 슬러리 제조시 금속 수산화물을 첨가함으로써, 상기한 전지의 용량 저하 문제를 해결할 수 있다.Accordingly, the present invention can solve the problem of capacity reduction of the battery by adding a metal hydroxide in the production of the slurry of the positive electrode active material.

양극 표면에 고르게 분포된 금속 수산화물 중의 수산화기(-OH)는 고온 보존시 양극 표면상에 발생되는 CHB의 전해중합반응을 지연 및 억제함으로써 고온 보존시 용량 저하를 최소화할 수 있다. 뿐만 아니라 전지의 고온 보존시 전극용출 및 양극 표면상의 불화리튬(LiF) 형성 등을 상승시키는 HF와 반응하여 불화 금속수산화물 또는 불화금속, 일례로 Al(OH)2F, Al(OH)F2 또는 AlF3를 형성함으로써, 리튬 이차 전지의 고온 보존시 용량 감소 문제를 방지하는 상승 효과를 나타낼 수 있다.Hydroxyl groups (-OH) in the metal hydroxide evenly distributed on the surface of the anode can minimize capacity degradation during storage at high temperature by delaying and suppressing the electrolytic polymerization of CHB generated on the surface of the anode during high temperature storage . In addition, when the battery is stored at high temperature, it reacts with HF to elevate the electrode dissolution and the formation of lithium fluoride (LiF) on the surface of the anode, such as a metal fluoride hydroxide or a metal fluoride such as Al (OH) 2 F, Al (OH) F 2 or By forming AlF 3 , it is possible to exhibit a synergistic effect of preventing the capacity reduction problem during high temperature storage of the lithium secondary battery.

본 발명의 양극활물질로는 통상적인 리튬 전이금속 복합산화물을 사용할 수 있으며, 이의 비제한적인 예로는, LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiMnO2, LiNi1-XCoXMYO2 (여기에서, M = Al, Ti, Mg, Zr, 0 < X ≤1, 0 ≤Y ≤0.2), LiNiXCoYMn1-X-Y O2 (여기에서, 0 < X ≤ 0.5, 0 < Y ≤ 0.5) 또는 LiMxM′yMn(2-x-y)O4 (M, M′= V, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, 0 < X ≤ 1, 0 < Y ≤ 1) 등이 있다.As the cathode active material of the present invention, a conventional lithium transition metal composite oxide may be used, and non-limiting examples thereof include LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 , LiMnO 2 , LiNi 1-X Co X M Y O 2 (Where M = Al, Ti, Mg, Zr, 0 <X ≤ 1, 0 ≤ Y ≤ 0.2), LiNi X Co Y Mn 1-XY O 2 (where 0 <X ≤ 0.5, 0 <Y ≤ 0.5) or LiM x M ' y Mn (2-xy) O 4 (M, M' = V, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, 0 <X ≤ 1, 0 <Y ≤ 1), and the like. .

본 발명의 양극활물질 슬러리에 첨가하는 금속 수산화물은 수산화물을 형성할 수 있는 어떠한 금속의 수산화물도 사용 가능하며, 이의 비제한적인 예로는 Al(OH)3, Mg(OH)2, Ca(OH)2, LiOH, NaOH 또는 이들의 혼합물 등이 있다. The metal hydroxide added to the cathode active material slurry of the present invention may be any metal hydroxide capable of forming a hydroxide, and non-limiting examples thereof include Al (OH) 3 , Mg (OH) 2 , and Ca (OH) 2. , LiOH, NaOH or mixtures thereof.

상기 금속 수산화물은 수산화기의 개수나 이온화도에 따라 전해중합반응 지연 효과 및 불화리튬 형성 방지 효과 등이 달라질 수 있다. The metal hydroxide may vary in effect of delaying electrolytic polymerization and preventing formation of lithium fluoride depending on the number and degree of ionization of the hydroxyl groups.

상기의 금속 수산화물은 전지의 고온 보존 특성을 향상시킬 수 있으나, 반면에 리튬 이온을 흡장 및 방출할 수 없으므로, 전지의 양극에 첨가하는 금속 수산화물의 양을 최소화하여 전지 용량 감소를 최소화해야 하는 필요성이 있다. 그러므로 첨가되는 금속 수산화물의 양은 양극활물질 100 중량% 당 0.1 내지 10 중량%가 바람직하다. 금속 수산화물의 양이 0.1 중량% 미만일 경우에는 수산화기에 의한 전해중합반응 지연 효과 및 불화리튬 형성 방지 효과가 미흡할 수 있으며, 10 중량%를 초과할 경우에는 과도한 초기 저항 증가로 인해 고온 보존 특성이 향상되지 않게 된다.While the metal hydroxide may improve the high temperature storage characteristics of the battery, on the other hand, since it cannot absorb and release lithium ions, there is a need to minimize the reduction of battery capacity by minimizing the amount of metal hydroxide added to the positive electrode of the battery. have. Therefore, the amount of the metal hydroxide added is preferably 0.1 to 10% by weight per 100% by weight of the positive electrode active material. If the amount of the metal hydroxide is less than 0.1% by weight, the effect of delaying the electrolytic polymerization reaction and preventing the formation of lithium fluoride by the hydroxyl group may be insufficient.If the amount of the metal hydroxide exceeds 10% by weight, the high temperature storage characteristics are improved due to excessive initial resistance increase. Will not be.

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 리 튬에 대한 전위가 2V 미만인 TiO2, SnO2와 Li4Ti5O12 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 and SnO 2 that may occlude and release lithium and have a potential for lithium less than 2V. And metal oxides such as Li 4 Ti 5 O 12 may also be used.

본 발명에 따른 양 전극의 슬러리는 각각 상기한 양극활물질 및 음극활물질을 결착제, 분산매 등과 혼합하여 얻을 수 있으며, 이에 소량의 도전제 또는 점도 조절제를 포함하는 것이 바람직하다.The slurry of the positive electrode according to the present invention 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 preferably include a small amount of a conductive agent or a viscosity modifier.

상기 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.Any conductive material that does not cause chemical change in the battery configured can be used for the conductive agent. 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.

상기 결착제로는 열가소성 수지, 열경화성 수지 중 어느 하나를 사용하더라도 좋으며, 이들을 조합하여 사용할 수도 있다. 이들 중에서는 폴리불화비닐리덴 (PVdF) 또는 폴리테트라플루오로에틸렌 (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.

상기 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.

본 발명의 리튬 이차 전지는 통상적인 방법으로 제조될 수 있다. 일례로, 전지의 양 전극의 제조는 집전체 상에 상기에 제조된 양 전극의 슬러리(slurry)를 각각 도포, 압연 및 건조함으로써 통상적으로 얻을 수 있다. 상기한 양극과 음극 사이에 다공성 분리막을 넣고, 전해질을 투입하여 제조할 수 있다. The lithium secondary battery of the present invention can be produced by conventional methods. In one example, the production of the positive electrode of the battery can be usually obtained by applying, rolling and drying the slurry of the positive electrode prepared above on the current collector, respectively. The porous separator may be placed between the positive electrode and the negative electrode, and then prepared by adding an electrolyte.                     

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

상기의 방법으로 제작된 리튬 이차 전지의 외형은 제한이 없으나, 캔을 사용한 원통형, 각형, 파우치(pouch)형 또는 코인(coin)형 등이 될 수 있다. The external shape of the lithium secondary battery manufactured by the above method is not limited, but may be cylindrical, square, pouch type, or coin type using a can.

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

실시예 1. 리튬 이차 전지의 제조Example 1. Fabrication of Lithium Secondary Battery

1-1. 양극의 제조1-1. Manufacture of anode

양극활물질로 LiCoO2를 사용하였고, LiCoO2 94.5중량%, Al(OH)3 0.5중량%, Super-P(도전제) 2.5중량% 및 PVdF(결합제) 2.5중량%의 조성으로 용제인 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone)에 첨가하여 양극 혼합물 슬러리를 제조한 후, 알루미늄 집전체 상에 코팅하여 양극을 제조하였다.LiCoO 2 was used as a positive electrode active material, and NMP (N), which was a solvent, was composed of 94.5 wt% of LiCoO 2 , 0.5 wt% of Al (OH) 3 , 2.5 wt% of Super-P (conductive agent), and 2.5 wt% of PVdF (binder). -methyl-2-pyrrolidone) to prepare a positive electrode mixture slurry, and then coated on an aluminum current collector to prepare a positive electrode.

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

음극 활물질로는 인조흑연을 사용하였고, 인조흑연 95.3중량%, Super-P(도전제) 0.7중량% 및 PVdF(결합제) 4중량%의 조성으로 용제인 NMP에 첨가하여 음극 혼합물 슬러리를 제조한 후, 구리 집전체 상에 코팅하여 음극을 제조하였다.Artificial graphite was used as the negative electrode active material, and the negative electrode mixture slurry was prepared by adding 95.3% by weight of artificial graphite, 0.7% by weight of Super-P (conductive agent), and 4% by weight of PVdF (binder) to NMP as a solvent. It was coated on a copper current collector to prepare a negative electrode.

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

전해액으로는 1M LiPF6에 EC/EMC계 용액을 사용하였으며, 이에 CHB를 3 중량% 첨가하였다.As an electrolyte, an EC / EMC solution was used in 1M LiPF 6 , and 3 wt% of CHB was added thereto.

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

상기한 방법으로 제조된 양극, 다공성 분리막 및 음극을 도 1과 같이 감아서 롤(roll)을 만든 후, 각형 전지를 제조하였다(도 1 참조). The positive electrode, the porous separator and the negative electrode manufactured by the above method were wound as shown in FIG. 1 to form a roll, and a rectangular battery was prepared (see FIG. 1).

도 1은 각형 전지에 삽입된 롤(roll)과 캔(can)을 도시한 것으로서, (a)는 Al호일 위에 양극활물질이 코팅된 것, (b)는 다공성 분리막, (c)는 Cu 호일 위에 음극활물질이 코팅된 것을 나타내며, 이 세부분을 말아 롤을 만들고 캔에 삽입하여 각형 전지를 제조하였다.1 shows a roll and a can inserted into a rectangular battery, in which (a) is a cathode active material coated on an Al foil, (b) is a porous separator, and (c) is on a Cu foil The negative electrode active material is coated, rolled up the details, and inserted into a can to prepare a rectangular battery.

[비교예 1-3]. 리튬 이차 전지의 제조[Comparative Example 1-3]. Fabrication of Lithium Secondary Battery

비교예 1Comparative Example 1

전해질에 CHB를 사용하지 않은 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 리튬 이차 전지를 제조하였다(표 1 참조).A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that CHB was not used in the electrolyte (see Table 1).

비교예 2Comparative Example 2

양극 제조시 Al(OH)3를 사용하지 않은 대신 LiCoO2 95 중량%를 사용하고, 전해질에 CHB를 사용하지 않은 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 리튬 이차 전지를 제조하였다(표 1 참조).Lithium secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that 95 wt% of LiCoO 2 was used instead of Al (OH) 3 and CHB was not used in the electrolyte. See Table 1).

비교예 3Comparative Example 3

양극 제조시 Al(OH)3를 사용하지 않은 대신 LiCoO2 95 중량%를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 리튬 이차 전지를 제조하였다(표 1 참조).A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that 95 wt% of LiCoO 2 was used instead of Al (OH) 3 when preparing the cathode (see Table 1).

실험예 1. 리튬 이차 전지의 고온 보존 실험Experimental Example 1. High Temperature Storage Experiment of Lithium Secondary Battery

본 발명에 따라 제조된 실시예 1의 전지 및 비교예 1 내지 3의 전지에 대하여 하기와 같이 고온 보존 실험을 수행하였다.The high temperature preservation experiment was performed on the battery of Example 1 prepared according to the present invention and the batteries of Comparative Examples 1 to 3 as follows.

각 전지를 1C의 충전 전류로 4.2V까지 충전을 실시하고, 1C 방전을 3V까지 실시하여 초기 방전 용량(A)을 확인하였으며, 이어서 80℃에서 5일간 보존한 후 1C으로 방전하여 전지의 잔존용량(B)을 측정하였다. 잔존용량 측정 후 충방전을 3회 실시하여 회복용량(C)을 확인하였다. 전지의 초기용량(A) 대비 잔존용량(B) 또는 회복용량(C)을 백분율로 환산하여 얻어진 잔존용량률(B/A) 및 회복용량률(C/A)을 각각 하기 표 1에 기재하였다.Each battery was charged to 4.2V with a charging current of 1C and 1C discharged to 3V to confirm the initial discharge capacity (A) .Then, the battery was stored at 80 ° C for 5 days and then discharged at 1C. (B) was measured. After measuring the remaining capacity, charging and discharging was carried out three times to confirm the recovery capacity (C). The remaining capacity ratio (B / A) and recovery capacity ratio (C / A) obtained by converting the remaining capacity (B) or recovery capacity (C) to the initial capacity (A) of the battery as a percentage are described in Table 1, respectively. .

전지battery Al(OH)3 (양극)Al (OH) 3 (anode) CHB (전해질)CHB (electrolyte) 잔존용량률 (%)Remaining capacity rate (%) 회복용량률 (%)Recovery capacity rate (%) 실시예 1Example 1 O O 64.664.6 77.977.9 비교예 1Comparative Example 1 O XX 65.565.5 73.873.8 비교예 2Comparative Example 2 XX XX 61.161.1 74.974.9 비교예 3Comparative Example 3 XX O 45.245.2 57.057.0

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 전해액에 CHB를 사용한 비교예 3의 전지는 기존의 어떠한 첨가제도 첨가되지 않은 비교예 2의 전지에 비하여 오히려 잔존용량률 및 회복용량률이 현저하게 감소됨을 나타내었다. 이는 CHB가 과충전시가 아닌 고온 보존이 지속되는 낮은 전압 상태에서도 전해 중합 반응이 발생하여 양극 상에 부도체 막을 형성하게 되며, 이로 인해 전지의 현저한 용량 저하가 발생됨을 의미 하는 것이다. 이에 비하여, Al(OH)3가 첨가된 양극을 포함하는 실시예 1 및 비교예 1의 전지는 80℃의 고온 보존 후 잔존용량률 및 회복용량률이 유의적으로 증가함을 나타냈다.As shown in Table 1, the battery of Comparative Example 3 using CHB in the electrolyte solution was shown to significantly reduce the remaining capacity rate and recovery capacity rate compared to the battery of Comparative Example 2 is not added any conventional additives. This means that an electrolytic polymerization reaction occurs even at a low voltage state in which CHB is maintained at high temperature and not at the time of overcharging, thereby forming an insulator film on the positive electrode, thereby causing a significant decrease in capacity of the battery. In contrast, the batteries of Example 1 and Comparative Example 1 including the positive electrode to which Al (OH) 3 was added showed that the residual capacity rate and recovery capacity rate were significantly increased after high temperature storage at 80 ° C.

이로서, 본 발명은 과충전 방지제인 CHB에 의해 발생되는 고온 보존시의 전지 용량 감소를 금속 수산화물을 사용하여 최소화한다는 것을 확인할 수 있었다.As a result, it was confirmed that the present invention minimizes the decrease in battery capacity during high temperature storage caused by CHB, an overcharge preventing agent, using metal hydroxides.

실험예 2. 리튬 이차 전지의 과충전 실험Experimental Example 2. Overcharge Experiment of Lithium Secondary Battery

본 발명에 따라 제조된 실시예 1의 전지, 비교예 1 및 3의 전지에 대하여 하기와 같이 과충전 실험을 수행하였다.The overcharge experiment was performed on the battery of Example 1 prepared in accordance with the present invention, and the batteries of Comparative Examples 1 and 3 as follows.

전지의 충방전 전압범위는 0 내지 10V(vs. Li/Li+), 전류는 3C (1950mA)였으며, 상온(25℃)에서 실시하였다.The charge and discharge voltage range of the battery was 0 to 10V ( vs. Li / Li + ), and the current was 3C (1950 mA), and the battery was operated at room temperature (25 ° C.).

실험 결과, 전해질에 CHB를 첨가하지 않은 비교예 1의 전지는 과충전으로 인해 전지의 온도가 357℃까지 상승했으며, 전지의 발화 및 폭발이 발생하였다. 이에 비하여, CHB를 첨가한 실시예 1 및 비교예 3의 전지는 과전압 충전으로 인해 약 110℃까지 온도가 상승했으나 그 이상의 연기, 전지의 발화 및 폭발과 같은 과충전시의 문제가 발생하지 않았으며(표 2 참조), 시간이 경과함에 따라 안정함을 나타내었다. As a result of the experiment, the battery of Comparative Example 1, in which CHB was not added to the electrolyte, had a temperature of the battery increased to 357 ° C due to overcharging, and ignition and explosion of the battery occurred. In contrast, the cells of Example 1 and Comparative Example 3 to which the CHB was added, the temperature was increased up to about 110 ℃ due to overvoltage charging, but there was no problem of overcharge such as further smoke, fire and explosion of the battery ( Table 2), and showed stability over time.

이로서, 본 발명의 리튬 이차 전지는 과충전 방지제인 CHB의 기존 목적을 달성함과 더불어 CHB에 의한 고온 보존시의 용량 감소 문제를 양극활물질에 첨가된 금속 수산화물로 인해 해소할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다. As a result, it was confirmed that the lithium secondary battery of the present invention can solve the problem of capacity reduction at the time of high temperature storage by CHB due to the metal hydroxide added to the positive electrode active material, while achieving the existing purpose of CHB, an overcharge preventing agent.                     

전지battery 발화Fire 폭발explosion 연기Acting 최대온도 (℃)Temperature (℃) 결과result 실시예 1Example 1 XX XX XX 109.95109.95 통과Pass 비교예 1Comparative Example 1 O O O 357.13357.13 실패failure 비교예 3Comparative Example 3 XX XX XX 110.01110.01 통과Pass

본 발명은 과충전시 리튬 이차 전지의 안전성을 도모하고자 전해질에 첨가된 CHB로 인해 발생되는 고온 보존시의 전지 용량 감소를 금속 수산화물을 첨가하여 최소화할 수 있다.The present invention can minimize the reduction in battery capacity during the high temperature storage caused by the CHB added to the electrolyte in order to improve the safety of the lithium secondary battery during overcharging by adding a metal hydroxide.

Claims (4)

양극, 음극 및 전해질을 포함하는 리튬 이차 전지에 있어서, 상기 양극은 금속 수산화물을 포함하는 양극활물질로부터 제조된 양극이고, 상기 전해질은 시클로헥실벤젠(CHB)을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.A lithium secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte, wherein the positive electrode is a positive electrode prepared from a positive electrode active material including a metal hydroxide, and the electrolyte includes cyclohexylbenzene (CHB). 제 1항에 있어서, 상기 시클로헥실벤젠의 양은 전해질 100 중량% 당 3 내지 5중량%인 리튬 이차 전지.The lithium secondary battery of claim 1, wherein the amount of cyclohexylbenzene is 3 to 5 wt% per 100 wt% of the electrolyte. 제 1항에 있어서, 상기 금속 수산화물은 Al(OH)3, Mg(OH)2, Ca(OH)2, LiOH 및 NaOH로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 리튬 이차 전지.The lithium secondary battery of claim 1, wherein the metal hydroxide is at least one selected from the group consisting of Al (OH) 3 , Mg (OH) 2 , Ca (OH) 2 , LiOH, and NaOH. 제 1항에 있어서, 상기 금속 수산화물의 양은 양극활물질 100 중량% 당 0.1 내지 10 중량%인 리튬 이차 전지.The lithium secondary battery of claim 1, wherein the amount of the metal hydroxide is about 0.1 wt% to about 10 wt% per 100 wt% of the positive electrode active material.
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