KR101137139B1 - Non-aqueous electrolyte and secondary battery comprising the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 설포네이트기와 락톤기를 포함하는 화합물을 전해액의 일 구성 성분으로 사용하여, 음극 표면상에 보다 조밀하고 안정한 SEI막이 형성됨으로써, 전지의 용량 보존 특성, 수명 성능이 향상된 이차 전지에 관한 것이다. The present invention relates to a secondary battery using a compound containing a sulfonate group and a lactone group as one constituent of an electrolyte solution, thereby forming a more compact and stable SEI film on the surface of a negative electrode, thereby improving capacity storage characteristics and lifetime performance of the battery.

Description

비수 전해액 및 이를 포함하는 이차 전지 {NON-AQUEOUS ELECTROLYTE AND SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}Non-aqueous electrolyte and secondary battery comprising same {NON-AQUEOUS ELECTROLYTE AND SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}

본 발명은 비수 전해액; 및 이를 포함하는 이차 전지에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 이차 전지의 용량 보존 특성, 수명 성능을 향상시킬 수 있는 화합물을 함유하는 비수 전해액; 및 이를 포함하는 이차 전지에 관한 것이다.The present invention is a non-aqueous electrolyte; And it relates to a secondary battery comprising the same. More specifically, the present invention provides a non-aqueous electrolyte containing a compound capable of improving capacity storage characteristics and lifespan performance of a secondary battery; And it relates to a secondary battery comprising the same.

최근 전자기기의 소형화 및 경량화 추세에 따라, 전원으로 작용하는 전지도 소형화 및 경량화가 요구되고 있다. 소형 경량화 및 고용량으로 충방전 가능한 전지로서 이차 전지가 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 serving as power sources are also required. BACKGROUND ART Secondary batteries have been put to practical use as small-sized, light-weight, high-capacitance rechargeable batteries, and are used in portable electronic and communication devices such as small video cameras, mobile phones, and notebook computers.

이차 전지는 양극, 음극, 다공성 분리막, 및 전해질염과 전해질 용매를 포함하는 비수계 전해액으로 구성될 수 있다.The secondary battery may be composed of a positive electrode, a negative electrode, a porous separator, and a non-aqueous electrolyte containing an electrolyte salt and an electrolyte solvent.

상기 비수계 전해액은 전지의 작동 및 사용과 관련하여, 일반적으로 하기와 같은 특성이 요구된다. 첫째, 음극과 양극에서 리튬 이온의 삽입 및 탈리시 두 전극 사이에 이온을 충분히 전달할 수 있어야 하며, 둘째, 두 전극 간의 전위차에서 전기화학적으로 안정하여, 전해액 성분의 분해 등의 부반응 발생 염려가 적어야 한 다.The non-aqueous electrolyte generally requires the following characteristics with respect to the operation and use of the battery. First, it must be able to sufficiently transfer ions between two electrodes during insertion and desorption of lithium ions from the cathode and anode, and second, it is electrochemically stable at the potential difference between the two electrodes, so that there is little concern about side reactions such as decomposition of electrolyte components. All.

그러나, 전지의 음극, 양극으로 통상적으로 사용되는 탄소 전극과 리튬 금속 화합물 전극의 전위차는 0~4.3V 수준으로서, 카보네이트계 유기 용매와 같은 통상의 전해액 용매는 상기 전위차에서 충방전 중 전극 표면에서 분해되어 전지 내 부반응을 일으킬 수 있다. 또한, 프로필렌 카보네이트(PC), 디메틸 카보네이트(DMC) 또는 디에틸 카보네이트(DEC) 등의 유기 용매는 탄소계 음극에서 흑연 층간에 코인터컬레이션되어, 음극의 구조를 붕괴시킬 수 있다.However, the potential difference between a carbon electrode and a lithium metal compound electrode, which is commonly used as a battery negative electrode and a positive electrode, is in the range of 0 to 4.3 V, and a conventional electrolyte solvent such as a carbonate-based organic solvent decomposes at the electrode surface during charge and discharge at the potential difference. May cause side reactions in the battery. In addition, an organic solvent such as propylene carbonate (PC), dimethyl carbonate (DMC), or diethyl carbonate (DEC) may be co-intercalated between graphite layers in the carbon-based negative electrode, thereby disrupting the structure of the negative electrode.

한편, 상기 문제는 전지의 초기 충전시 카보네이트계 유기 용매의 전기적 환원에 의해 음극 표면에 형성되는 고체 전해질 계면(solid electrolyte interface, 이하 SEI)막에 의해서 해결될 수 있는 것으로 알려져 있다. 그러나, 이러한 SEI막 형성시, 전해액 내의 리튬 이온이 비가역적으로 관여함으로써, 전지 용량이 감소되는 문제가 있다. 또한, 상기 SEI막은 일반적으로 전기화학적 또는 열적으로 안정하지 못하여, 충방전이 진행됨에 따라 증가된 전기화학적 에너지 및 열에너지에 의해 쉽게 붕괴될 수 있다. 따라서, 전지의 충방전 중 SEI막의 계속적인 재생성으로 인해 전지 용량이 감소될 수 있고, 전지의 수명 성능이 저하될 수 있다.On the other hand, it is known that the problem can be solved by a solid electrolyte interface (SEI) film formed on the surface of the negative electrode by electrical reduction of the carbonate-based organic solvent during the initial charging of the battery. However, when the SEI film is formed, lithium ions in the electrolyte are irreversibly involved, resulting in a decrease in battery capacity. In addition, the SEI film is generally not electrochemically or thermally stable, and may easily be collapsed by increased electrochemical energy and thermal energy as charging and discharging proceeds. Therefore, the battery capacity may be reduced due to the continuous regeneration of the SEI film during charging and discharging of the battery, and the lifespan performance of the battery may be reduced.

또한, 상기 SEI막의 붕괴로 인해 노출된 음극 표면에서 전해액 분해 등의 부반응이 일어날 수 있으며, 이때 발생되는 가스로 인해 전지가 부풀거나 내압이 증가하는 문제가 발생될 수 있다.In addition, side reactions such as decomposition of the electrolyte may occur on the exposed surface of the negative electrode due to the collapse of the SEI film, and a problem may occur that the battery swells or the internal pressure increases due to the generated gas.

상술한 문제점을 해결하기 위해서, 1,3-프로판설톤(1,3-propanesultone; 일본특허 출원번호 1999-339850), 1,3-프로펜설톤(1,3-propensultone; 일본특허 출원 번호 2001-151863)을 전해액에 첨가하는 방법이 제시되었다. 그러나, 상기 방법의 경우에도 사이클이 지속되면서 용량이 서서히 감소하는 결과를 보여, 여전히 상기와 같은 문제점이 존재한다.In order to solve the above problems, 1,3-propanesultone (Japanese Patent Application No. 1999-339850), 1,3-propenesultone (1,3-propensultone; Japanese Patent Application No. 2001- 151863) has been presented. However, even in the case of the above method, as the cycle continues, the capacity gradually decreases, and the above problems still exist.

본 발명은 설포네이트기와 락톤기를 포함하는 화합물을 전해액의 일 구성 성분으로 사용하여, 음극 표면상에 보다 조밀하고 안정한 SEI막을 형성함으로써, 전지의 용량 보존 특성, 수명 성능 등을 향상시키고자 한다.The present invention is to improve the capacity storage characteristics, life performance, and the like of the battery by forming a denser and more stable SEI film on the negative electrode surface by using a compound containing a sulfonate group and a lactone group as one component of the electrolyte.

본 발명은 전해질염 및 전해액 용매를 포함하는 이차 전지용 전해액에 있어서, 상기 전해액은 하기 화학식 1의 화합물을 포함하는 것이 특징인 전해액; 및 상기 전해액을 구비하는 이차 전지를 제공한다. The present invention provides a secondary battery electrolyte comprising an electrolyte salt and an electrolyte solvent, the electrolyte solution is characterized in that it comprises a compound of formula (1); And it provides a secondary battery having the electrolyte solution.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112008019260785-pat00001
Figure 112008019260785-pat00001

상기 화학식 1에서, R1은 C4~C30의 락톤기이고, R2는 C1~C20의 탄화수소기이다.In Formula 1, R 1 is a C 4 ~ C 30 lactone group, R 2 is a C 1 ~ C 20 hydrocarbon group.

또한, 본 발명은 신규한 화합물을 제공한다.The present invention also provides novel compounds.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated in detail.

본 발명은 전해액의 일 구성 성분으로, 상기 화학식 1의 화합물을 사용하여, 음극 표면상에 보다 조밀하고 안정한 고체 전해질 계면(SEI)막을 형성하는 것을 특징으로 한다. 이러한 작용은 하기와 같이 추정 가능하나, 이에 의해 제한되는 것은 아니다.The present invention is characterized by forming a more compact and stable solid electrolyte interface (SEI) film on the surface of the negative electrode by using the compound of Formula 1 as one component of the electrolyte. This action can be estimated as follows, but is not limited thereto.

설포네이트는 전기적 환원을 통해 [SO3?] 라디칼을 형성할 수 있고, 락톤(환형 에스터)은 전기적 환원시 개환하여 [?ORCO?(여기서 R은 탄화수소기)] 라디칼을 형성할 수 있다. 본 발명의 화합물은 설포네이트기와 락톤기가 연결된 형태이므로, 전기적 환원시 3개의 반응 활성 부위를 포함하는 라디칼을 형성할 수 있다. Sulfonates may form [SO 3 ?] Radicals through electrical reduction, and lactones (cyclic esters) may be ring-opened upon electrical reduction to form [? ORCO? (Where R is a hydrocarbon group)] radical. Since the compound of the present invention is in the form of a sulfonate group and a lactone group connected, it is possible to form a radical including three reactive active sites during electrical reduction.

즉, 본 발명에서는 전지의 초기 충전시, 상기 화학식 1의 화합물이 전기적으로 환원되면서, 반응성이 우수한 라디칼이 생성되어, 음극 표면에서 다양한 형태의 중합 반응이 활발하게 수행될 수 있으며, 그 결과 종래 카보네이트계 유기 용매에 의해 형성된 SEI막에 비해, 보다 조밀하고 안정한 SEI막이 음극 표면상에 형성될 수 있다. That is, in the present invention, during the initial charging of the battery, as the compound of Formula 1 is electrically reduced, a radical having excellent reactivity is generated, and various types of polymerization reactions can be actively performed on the surface of the negative electrode, and as a result, the conventional carbonate Compared to the SEI film formed by the organic solvent, a denser and more stable SEI film can be formed on the cathode surface.

본 발명에서는 상기 화학식 1의 구조를 갖는 화합물이면 특별한 제한없이 사용될 수 있다. In the present invention, any compound having the structure of Chemical Formula 1 may be used without particular limitation.

보다 구체적으로, 상기 화학식 1에서 R1의 C4~C30의 락톤기는 하기 화학식 2로 표현되는 것일 수 있으며, R2의 C1~C20의 탄화수소기는 C1~C20의 알킬기, C2~C20의 알케닐기 또는 C6~C20의 아릴기일 수 있다.More specifically, in Formula 1, the C 4 ~ C 30 lactone group of R 1 may be represented by the following Formula 2, C 1 ~ C 20 hydrocarbon group of R 2 C 1 ~ C 20 Alkyl group, C 2 It may be an alkenyl group of ˜C 20 or an aryl group of C 6 ˜C 20 .

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112008019260785-pat00002
Figure 112008019260785-pat00002

상기 화학식 2에서, R3 및 R4는 각각 독립적으로 할로겐이 치환되거나 미치환된 C1~C20의 선형 또는 환형 알킬기, C2~C20의 알케닐기, 페닐(phenyl)기, 및 벤질(benzyl)기로 이루어진 군으로부터 선택된 것이며, n은 1이다.In Formula 2, R 3 and R 4 are each independently substituted or unsubstituted C 1 ~ C 20 linear or cyclic alkyl group, C 2 ~ C 20 alkenyl group, phenyl (phenyl), and benzyl ( benzyl) group, n is 1.

특히, 상기 R2는 β,γ-불포화 탄소를 갖는 C3~C30의 알케닐기인 것이 바람직하다. 본 발명의 설포네이트기는 전기적 환원시 [SO3?] 라디칼과 [R2?] 라디칼을 형성할 수 있는데, R2가 β,γ-불포화 탄소를 갖는 C3~C20의 알케닐기(예컨대, 알릴기)일 경우, [R2?] 라디칼은 화학적으로 안정한 공명 구조(resonance)를 가질 수 있다. 이는 설포네이트기의 환원에 유리하게 작용할 수 있으며, SEI막 형성에 있어 반응성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 β,γ-불포화 탄소를 갖는 C3~C20의 알케닐기는 컨주게이션(conjugation) 구조를 갖는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 알케닐기 라디칼이 다수의 공명 구조를 가져 화학적으로 보다 안정할 수 있으며, 이로 인해 본 발명의 설포네이트기의 환원이 보다 유리해질 수 있다. In particular, R 2 is preferably a C 3 to C 30 alkenyl group having β, γ-unsaturated carbon. The sulfonate group of the present invention may form [SO 3 ?] Radicals and [R 2 ?] Radicals upon electrical reduction, wherein R 2 is a C 3 to C 20 alkenyl group having a β, γ-unsaturated carbon (eg, Allyl group), the [R 2 ?] Radical may have a chemically stable resonance. This may advantageously work for the reduction of sulfonate groups and may improve reactivity in forming the SEI film. In addition, the C 3 ~ C 20 alkenyl group having the β, γ-unsaturated carbon preferably has a conjugation structure. In this case, the alkenyl group radicals may have a number of resonance structures and thus may be more chemically stable, which may make the reduction of the sulfonate group of the present invention more advantageous.

Figure 112008019260785-pat00003
Figure 112008019260785-pat00003

상기 β,γ-불포화 탄소를 갖는 C3~C20의 알케닐기는 하기 화학식 3으로 표현될 수 있다. The alkenyl group of C 3 to C 20 having the β, γ-unsaturated carbon may be represented by the following Chemical Formula 3.

[화학식 3](3)

Figure 112008019260785-pat00004
Figure 112008019260785-pat00004

상기 화학식 3에서, R5~R8은 각각 독립적으로 수소, C1~ C17의 알킬기 또는 할로알킬기, C2~C17의 알케닐기, 페닐(phenyl)기, 및 벤질(benzyl)기로 이루어진 군으로부터 선택된 것이다.In Chemical Formula 3, R 5 to R 8 are each independently hydrogen, a C 1 to C 17 alkyl group or haloalkyl group, a C 2 to C 17 alkenyl group, a phenyl group, and a benzyl group Is selected from.

본 발명에서 사용되는 상기 화학식 1의 화합물의 비제한적인 예를 들면, 테트라하이드로-2-옥소-4,4-디메틸-3-퓨라닐 알릴설포네이트(tetrahydro-2-oxo-4,4-dimethyl-3-furanyl allylsulfonate), 테트라하이드로-2-옥소-4-메틸-4-에틸-3-퓨라닐 알릴설포네이트(tetrahydro-2-oxo-4-methyl-4-ethyl-3-furanyl allylsulfonate), 테트라하이드로-2-옥소-4-메틸-4-프로필-3-퓨라닐 알릴설포네이트(tetrahydro-2-oxo-4-methyl-4-propyl-3-furanyl allylsulfonate), 테트라하이드로-2-옥소-4-메틸-4-부틸-3-퓨라닐 알릴설포네이트(tetrahydro-2-oxo-4-methyl-4-butyl-3-furanyl allylsulfonate), 테트라하이드로-2-옥소-4,4-디에틸-3-퓨라닐 알릴설포네이트(tetrahydro-2-oxo-4,4-diethyl-3-furanyl allylsulfonate), 테트라하이드로-2-옥소-4-에틸-4-프로필-3-퓨라닐 알릴설포네이트(tetrahydro-2-oxo-4-ethyl-4-propyl-3-furanyl allylsulfonate), 테트라하이드로-2-옥소-4-에틸-4-부틸 -3-퓨라닐 알릴설포네이트(tetrahydro-2-oxo-4-ethyl-4-butyl-3-furanyl allylsulfonate), 테트라하이드로-2-옥소-4,4-디프로필-3-퓨라닐 알릴설포네이트(tetrahydro-2-oxo-4,4-dipropyl-3-furanyl allylsulfonate), 테트라하이드로-2-옥소-4-프로필-4-부틸-3-퓨라닐 알릴설포네이트(tetrahydro-2-oxo-4-propyl-4-butyl-3-furanyl allylsulfonate), 테트라하이드로-2-옥소-4-메틸-4-시클로프로필-3-퓨라닐 알릴설포네이트(tetrahydro-2-oxo-4-methyl-4-cyclopropyl-3-furanyl allylsulfonate), 테트라하이드로-2-옥소-4-메틸-4-비닐-3-퓨라닐 알릴설포네이트(tetrahydro-2-oxo-4-methyl-4-vinyl-3-furanyl allylsulfonate), 테트라하이드로-2-옥소-4-메틸-4-알릴-3-퓨라닐 알릴설포네이트(tetrahydro-2-oxo-4-methyl-4-allyl-3-furanyl allylsulfonate), 테트라하이드로-2-옥소-4-메틸-4-플로로-3-퓨라닐 알릴설포네이트(tetrahydro-2-oxo-4-methyl-4-fluoro-3-furanyl allylsulfonate), 테트라하이드로-2-옥소-4-메틸-4-트리플로로메틸-3-퓨라닐 알릴설포네이트(tetrahydro-2-oxo-4-methyl-4-trifluoromethyl-3-furanyl allylsulfonate), 테트라하이드로-2-옥소-4-메틸-4-페닐-3-퓨라닐 알릴설포네이트(tetrahydro-2-oxo-4-methyl-4-phenyl-3-furanyl allylsulfonate), 테트라하이드로-2-옥소-4-메틸-4-벤질-3-퓨라닐 알릴설포네이트(tetrahydro-2-oxo-4-methyl-4-benzyll-3-furanyl allylsulfonate) 등이 있으며, 이들은 단독 또는 혼합 사용될 수 있다. Non-limiting examples of the compound of formula 1 used in the present invention, tetrahydro-2-oxo-4,4-dimethyl-3-furanyl allylsulfonate (tetrahydro-2-oxo-4,4-dimethyl -3-furanyl allylsulfonate, tetrahydro-2-oxo-4-methyl-4-ethyl-3-furanyl allylsulfonate (tetrahydro-2-oxo-4-methyl-4-ethyl-3-furanyl allylsulfonate), Tetrahydro-2-oxo-4-methyl-4-propyl-3-furanyl allylsulfonate (tetrahydro-2-oxo-4-methyl-4-propyl-3-furanyl allylsulfonate), tetrahydro-2-oxo- 4-methyl-4-butyl-3-furanyl allylsulfonate (tetrahydro-2-oxo-4-methyl-4-butyl-3-furanyl allylsulfonate), tetrahydro-2-oxo-4,4-diethyl- 3-furanyl allylsulfonate (tetrahydro-2-oxo-4,4-diethyl-3-furanyl allylsulfonate), tetrahydro-2-oxo-4-ethyl-4-propyl-3-furanyl allylsulfonate (tetrahydro -2-oxo-4-ethyl-4-propyl-3-furanyl allylsulfonate), tetrahydro-2-oxo-4-ethyl-4-butyl Tetrahydro-2-oxo-4-ethyl-4-butyl-3-furanyl allylsulfonate, tetrahydro-2-oxo-4,4-dipropyl-3-furanyl allylsulfonate (tetrahydro-2-oxo-4,4-dipropyl-3-furanyl allylsulfonate), tetrahydro-2-oxo-4-propyl-4-butyl-3-furanyl allylsulfonate (tetrahydro-2-oxo-4- propyl-4-butyl-3-furanyl allylsulfonate), tetrahydro-2-oxo-4-methyl-4-cyclopropyl-3-furanyl allylsulfonate (tetrahydro-2-oxo-4-methyl-4-cyclopropyl- 3-furanyl allylsulfonate, tetrahydro-2-oxo-4-methyl-4-vinyl-3-furanyl allylsulfonate, tetrahydro-2-oxo-4-methyl-4-vinyl-3-furanyl allylsulfonate, tetra Tetra-2-oxo-4-methyl-4-allyl-3-furanyl allylsulfonate, tetrahydro-2-oxo-4 Tetrahydro-2-oxo-4-methyl-4-fluoro-3-furanyl allylsulfonate, tetrahigh Tetrahydro-2-oxo-4-methyl-4-trifluoromethyl-3-furanyl allylsulfonate, tetrahydro-2- chloro-2-oxo-4-methyl-4-trifluoromethyl-3-furanyl allylsulfonate Tetrahydro-2-oxo-4-methyl-4-phenyl-3-furanyl allylsulfonate, tetrahydro-2-oxo-4-methyl-4 Benzyl-3-furanyl allylsulfonate (tetrahydro-2-oxo-4-methyl-4-benzyll-3-furanyl allylsulfonate) and the like, which may be used alone or in combination.

본 발명에서 제공하는 전해액에 있어, 상기 화학식 1의 화합물의 함량은 전지의 성능을 향상시키고자 하는 목표에 따라 조절 가능하나, 전해액 100 중량부 당 0.1 내지 20중량부가 바람직하다. 0.1중량부 미만을 사용하는 경우 원하는 cycle 보존 효과가 미미하며, 20중량부를 초과하는 경우 전지의 저항이 커질 수 있다.In the electrolyte solution provided by the present invention, the content of the compound of Chemical Formula 1 may be adjusted according to the goal of improving the performance of the battery, but preferably 0.1 to 20 parts by weight per 100 parts by weight of the electrolyte. If less than 0.1 part by weight, the desired cycle preservation effect is insignificant, and if it exceeds 20 parts by weight, the battery resistance may increase.

한편, 본 발명의 전해액은 상기 화합물 이외에, 당업계에 알려진 통상적인 전해액 성분, 예컨대 전해질염과 전해액 용매를 포함할 수 있다. Meanwhile, the electrolyte solution of the present invention may include, in addition to the compound, conventional electrolyte components known in the art, such as electrolyte salts and electrolyte solvents.

상기 전해질염은 A+B-와 같은 구조의 염으로서, A+는 Li+, Na+, K+와 같은 알칼리 금속 양이온 또는 이들의 조합으로 이루어진 이온을 포함하고, B-는 PF6 -, BF4 -, Cl-, Br-, I-, ClO4 -, AsF6 -, CH3CO2 -, CF3SO3 -, N(CF3SO2)2 -, C(CF2SO2)3 -와 같은 음이온 또는 이들의 조합으로 이루어진 이온을 포함하는 염이다. 특히, LiClO4, LiCF3SO3, LiPF6, LiBF4, LiN(C2F5SO2)2, 또는 Li(CF3SO2)2과 같은 리튬염이 바람직하다.The electrolyte salt is A + B - A salt of the structure, such as, A + is Li +, Na +,, and comprising an alkali metal cation or an ion composed of a combination thereof, such as K + B - is PF 6 -, BF 4 -, Cl -, Br - , I -, ClO 4 -, AsF 6 -, CH 3 CO 2 -, CF 3 SO 3 -, N (CF 3 SO 2) 2 -, C (CF 2 SO 2) 3 - is a salt containing an anion ion or a combination thereof, such as. In particular, lithium salts such as LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , or Li (CF 3 SO 2 ) 2 are preferred.

또한, 전해액 용매는 당업계에 알려진 통상적인 유기 용매, 예컨대 환형 카보네이트 및/또는 선형 카보네이트가 사용 가능하다. 특히, 전해액의 리튬 이온의 해리 및 전달능력을 높이기 위해, 높은 극성을 갖는 환형 카보네이트를 사용하는 것이 바람직하며, 전해액의 점도 상승으로 인한 리튬 이온 전도도의 감소를 방지하기 위해 환형 카보네이트와 선형카보네이트를 혼용함으로써 전지의 수명특성을 향상을 도모함이 더욱 바람직하다. 상기 전해액 용매의 비제한적인 예로는 프로필렌 카보네이트(PC), 에틸렌 카보네이트(EC), 디에틸카보네이트(DEC), 디메틸카보네이트(DMC), 디프로필카보네이트(DPC), 디메틸설폭사이드, 아세토니트릴, 디메톡시에 탄, 디에톡시에탄, 테트라하이드로퓨란, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 에틸메틸카보네이트(EMC), 감마 부티로락톤(GBL), 플루오르에틸렌 카보네이트(FEC), 포름산 메틸, 포름산 에틸, 포름산 프로필, 초산 메틸, 초산 에틸, 초산 프로필, 초산 펜틸, 프로피온산 메틸, 프로피온산 에틸, 프로피온산 프로필, 프로피온산 부틸 또는 이들의 할로겐 유도체 등이 있다. 이들 전해액 용매는 단독 또는 2종이상을 혼합하여 사용할 수 있으며, 일례로 에틸렌 카보네이트의 저온 성능 저하의 문제를 해결하기 위해 에틸렌 카보네이트와 프로필렌 카보네이트를 혼용할 수 있다.In addition, the electrolyte solvent may be used conventional organic solvents known in the art, such as cyclic carbonate and / or linear carbonate. In particular, in order to increase the dissociation and transfer ability of lithium ions of the electrolyte, it is preferable to use a cyclic carbonate having a high polarity, and to mix the cyclic carbonate and linear carbonate in order to prevent a decrease in the lithium ion conductivity due to the viscosity increase of the electrolyte. It is more preferable to improve the lifespan characteristics of the battery. Non-limiting examples of the solvent solvent is propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), dipropyl carbonate (DPC), dimethyl sulfoxide, acetonitrile, dimethoxy Ethane, diethoxyethane, tetrahydrofuran, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), ethylmethyl carbonate (EMC), gamma butyrolactone (GBL), fluoroethylene carbonate (FEC), methyl formate, formic acid Ethyl, propyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, pentyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, propyl propionate, butyl propionate or halogen derivatives thereof. These electrolyte solvents may be used alone or in combination of two or more thereof. For example, ethylene carbonate and propylene carbonate may be mixed to solve the problem of lowering the low temperature performance of ethylene carbonate.

또한, 본 발명은 (a)양극; (b)음극; (c)상기 화학식 1의 화합물을 포함하는 전해액; 및 (d)분리막을 구비하는 이차 전지를 제공한다.In addition, the present invention (a) anode; (b) a cathode; (c) an electrolyte solution containing the compound of Formula 1; And (d) provides a secondary battery having a separator.

상기 이차 전지의 비제한적인 예로는 리튬 금속 이차 전지, 리튬 이온 이차 전지, 리튬 폴리머 이차 전지 또는 리튬 이온 폴리머 이차 전지 등이 있다. Non-limiting examples of the secondary battery includes a lithium metal secondary battery, a lithium ion secondary battery, a lithium polymer secondary battery or a lithium ion polymer secondary battery.

본 발명의 이차 전지는 당 기술 분야에 알려진 통상적인 방법에 따라 제조될 수 있으며, 이의 일 실시예를 들면 양극과 음극 사이에 분리막을 개재(介在)시켜 조립한 후, 본 발명에 따라 상기 화학식 1의 화합물을 포함하는 전해액을 주입함으로써 제조될 수 있다.The secondary battery of the present invention may be prepared according to a conventional method known in the art, for example, after assembling a separator between the positive electrode and the negative electrode (介 在), according to the formula 1 according to the present invention It can be prepared by injecting an electrolyte solution containing a compound of.

본 발명의 이차 전지에 적용될 전극은 특별히 제한되지 않으며, 당업계에 알려진 통상적인 방법에 따라 제조할 수 있다. 예를 들면, 전극활물질에 용매, 필요에 따라 바인더, 도전재, 분산재를 혼합 및 교반하여 슬러리를 제조한 후 이를 전류집전체에 도포(코팅)하고 압축한 뒤 건조하여 전극을 제조할 수 있다.The electrode to be applied to the secondary battery of the present invention is not particularly limited and may be prepared according to conventional methods known in the art. For example, the electrode may be prepared by mixing and stirring a solvent, a binder, a conductive material, and a dispersant in an electrode active material, if necessary, and then applying the coating (coating) to a current collector, compressing, and drying the electrode.

전극활물질은 양극활물질 또는 음극활물질을 사용할 수 있다.The electrode active material may be a positive electrode active material or a negative electrode active material.

양극활물질은 종래 이차 전지의 양극에 사용될 수 있는 통상적인 양극활물질이 사용 가능하며, 이의 비제한적인 예로는 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 있다. 바람직하게는 LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMn2O4, Li(NiaCobMnc)O2(0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, a+b+c=1), LiNi1-YCoYO2, LiCo1-YMnYO2, LiNi1-YMnYO2 (여기에서, 0≤Y<1), Li(NiaCobMnc)O4(0<a<2, 0<b<2, 0<c<2, a+b+c=2), LiMn2-zNizO4, LiMn2-zCozO4(여기에서, 0<Z<2), LiCoPO4, LiFePO4 또는 이들의 혼합물 등이 있다. 양극 전류집전체의 비제한적인 예로는 알루미늄, 니켈 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있다.The positive electrode active material may be a conventional positive electrode active material that can be used for the positive electrode of a conventional secondary battery, non-limiting examples of lithium such as LiM x O y (M = Co, Ni, Mn, Co a Ni b Mn c ) Transition metal composite oxides (for example, lithium manganese composite oxides such as LiMn 2 O 4 , lithium nickel oxides such as LiNiO 2 , lithium cobalt oxides such as LiCoO 2 , and some of the manganese, nickel and cobalt oxides of these oxides And the like, or a vanadium oxide containing lithium) or a chalcogen compound (for example, manganese dioxide, titanium disulfide, molybdenum disulfide, and the like). Preferably LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , Li (Ni a Co b Mn c ) O 2 (0 <a <1, 0 <b <1, 0 <c <1, a + b + c = 1), LiNi 1-Y Co Y O 2 , LiCo 1-Y Mn Y O 2 , LiNi 1-Y Mn Y O 2 (where 0 ≦ Y <1), Li (Ni a Co b Mn c ) O 4 (0 <a <2, 0 <b <2, 0 <c <2, a + b + c = 2), LiMn 2-z Ni z O 4 , LiMn 2-z Co z O 4 ( Here, 0 <Z <2), LiCoPO 4 , LiFePO 4, or a mixture thereof is mentioned. Non-limiting examples of the positive electrode current collector include a foil made of aluminum, nickel, or a combination thereof.

음극활물질은 종래 이차 전지의 음극에 사용될 수 있는 통상적인 음극활물질이 사용 가능하다. 이의 비제한적인 예로는 리튬 금속 또는 리튬 합금 탄소, 석유코크(petroleum coke), 활성화 탄소(activated carbon), 그래파이트(graphite), 흑연화 탄소 또는 기타 탄소류 등의 리튬 흡착물질 등이 있으며, 특히, 엑스선 회절법으로 측정된 탄소질 재료의 결정면 거리 상수 d002 값이 최대 0.338 nm이고, BET법으로 측정된 비표면적이 최대 10 m2/g 인 흑연화 탄소를 사용하는 것이 바람직하 다. 음극 전류집전체의 비제한적인 예로는 구리, 금, 니켈 또는 구리 합금 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있다.As the negative electrode active material, a conventional negative electrode active material that can be used for a negative electrode of a conventional secondary battery can be used. Non-limiting examples thereof include lithium adsorbents such as lithium metal or lithium alloy carbon, petroleum coke, activated carbon, graphite, graphite, graphitized carbon or other carbons. It is preferable to use graphitized carbon having a crystal surface distance constant d002 of a carbonaceous material measured by X-ray diffraction method up to 0.338 nm and a specific surface area measured by BET method up to 10 m 2 / g. Non-limiting examples of cathode current collectors include foils made of copper, gold, nickel or copper alloys or combinations thereof.

분리막은 특별한 제한이 없으나, 다공성 분리막이 사용 가능하며, 예를 들면 폴리프로필렌계, 폴리에틸렌계, 폴리올레핀계 다공성 분리막 등이 있다.The separator is not particularly limited, but a porous separator may be used, for example, a polypropylene-based, polyethylene-based, or polyolefin-based porous separator.

한편, 본 발명은 하기 화학식 4의 화합물을 제공한다. On the other hand, the present invention provides a compound of formula (4).

[화학식 4][Formula 4]

Figure 112008019260785-pat00005
Figure 112008019260785-pat00005

상기 화학식 4에서, R21은 C2~C20의 알케닐기이며, R31 및 R41는 각각 독립적으로 할로겐이 치환되거나 미치환된 C1~C20의 선형 또는 환형 알킬기, C2~C20의 알케닐기, 페닐(phenyl)기, 및 벤질(benzyl)기로 이루어진 군으로부터 선택된 것이며, n은 1이다.In Formula 4, R 21 is a C 2 ~ C 20 alkenyl group, R 31 and R 41 are each independently a substituted or unsubstituted C 1 ~ C 20 linear or cyclic alkyl group, C 2 ~ C 20 Is selected from the group consisting of an alkenyl group, a phenyl group, and a benzyl group, and n is 1.

상기 화학식 4의 화합물은 하기 반응식 1에 따라, 당업계의 통상적인 방법에 의해 제조될 수 있다. 이때, 하기 반응식 1 중 X는 할로겐 원소(F, Cl, Br, I)이다.The compound of Formula 4 may be prepared by a conventional method in the art according to the following Scheme 1. In this case, X in Scheme 1 is a halogen element (F, Cl, Br, I).

[반응식 1] Scheme 1

Figure 112008019260785-pat00006
Figure 112008019260785-pat00006

본 발명의 전해액은 음극 표면에 보다 조밀하고 안정한 SEI막을 형성함으로써, 이차 전지의 용량 보존 특성, 수명 성능 등을 향상시킬 수 있다. The electrolytic solution of the present invention can improve the capacity storage characteristics, lifespan performance and the like of the secondary battery by forming a denser and more stable SEI film on the surface of the negative electrode.

청구범위에 기술된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양한 보완이 행해질 수 있다.Various modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims.

이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 이들에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples. However, the following examples serve to illustrate the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

실시예Example 1 One

실시예 1-1. 테트라하이드로-2-옥소-4,4-디메틸-3-퓨라닐 알릴설포네이트의 제조Example 1-1. Preparation of Tetrahydro-2-oxo-4,4-dimethyl-3-furanyl allylsulfonate

아세토니트릴(CH3CN) 100mL에 펜톨락톤(pantolactone) 13 g (0.1 mol) 및 알릴설포닐 클로라이드(allylsulfonyl chloride) 15.4 g (0.11 mol)를 교반하면서 투입하였다. 반응 용기의 온도를 0 ℃로 낮춘 후, 트리에틸아민(triethylamine) 11.1 g (0.11 mol)를 천천히 적가하고, 1시간 동안 교반하여 반응을 진행하였다.To 100 mL of acetonitrile (CH 3 CN), 13 g (0.1 mol) of pantolactone and 15.4 g (0.11 mol) of allylsulfonyl chloride were added with stirring. After lowering the temperature of the reaction vessel to 0 ℃, triethylamine 11.1 g (0.11 mol) was slowly added dropwise, and stirred for 1 hour to proceed with the reaction.

Figure 112008019260785-pat00007
Figure 112008019260785-pat00007

상기의 반응 혼합물을 필터링하여 암모늄설트(Et3NHCl)를 제거하고, 이를 100 mL의 물로 희석한 후 에틸아세테이트(EtOAc)로 유기층을 추출하였다. 여기에 소듐설페이트(Na2SO4)를 가하여 여분의 물을 제거하고, 회전 증발기를 이용하여 농축시켜 얻은 결과물을 실리카 필터로 정제하였다.The reaction mixture was filtered to remove ammonium sulphate (Et 3 NHCl), diluted with 100 mL of water, and the organic layer was extracted with ethyl acetate (EtOAc). Sodium sulfate (Na 2 SO 4 ) was added thereto to remove excess water, and the resultant obtained by concentration using a rotary evaporator was purified by a silica filter.

상기로부터 20 g (85% 수율)의 테트라하이드로-2-옥소-4,4-디메틸-3-퓨라닐 알릴설포네이트(tetrahydro-2-oxo-4,4-dimethyl-3-furanyl allylsulfonate)를 얻을 수 있었으며, 이를 NMR 및 Mass Spectroscopy로 확인하였다.20 g (85% yield) of tetrahydro-2-oxo-4,4-dimethyl-3-furanyl allylsulfonate was obtained from the above. It was confirmed by NMR and Mass Spectroscopy.

1H NMR (500MHz, CDCl3): 6.02-5.94 (m, 1H), 5.86-5.51 (dd, 2H), 4.19-4.02 (m, 4H), 1.29 (s,3H), 1.18 (s,3H) 1 H NMR (500 MHz, CDCl 3): 6.02-5.94 (m, 1H), 5.86-5.51 (dd, 2H), 4.19-4.02 (m, 4H), 1.29 (s, 3H), 1.18 (s, 3H)

MS (EI): calcd for C9H15O5S, 234; Found: 234.MS (EI): calcd for C 9 H 15 O 5 S, 234; Found: 234.

실시예 1-2. 전해액의 제조Example 1-2. Preparation of Electrolyte

에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 디에틸 카보네이트 1:1:2 부피비의 1M LiPF6 용액 100중량부에 상기 실시예 1-1에서 제조된 테트라하이드로-2-옥소-4,4-디메틸-3-퓨라닐 알릴설포네이트를 2 중량부 첨가하여 전해액을 제조하였다.Tetrahydro-2-oxo-4,4-dimethyl-3-furanyl prepared in Example 1-1 to 100 parts by weight of a 1M LiPF 6 solution of ethylene carbonate, propylene carbonate and diethyl carbonate in a 1: 1: 2 volume ratio. 2 parts by weight of allylsulfonate was added to prepare an electrolyte solution.

실시예 1-3. 전지의 제조Example 1-3. Manufacture of batteries

음극은 흑연화 탄소 활물질 93중량부 와 폴리비닐리덴 디플루오라이드(PVDF) 7중량부를 용매인 N-메틸-2-피롤리돈(N-methyl-2-pyrolidone)을 넣어 혼합기에서 2시간 혼합 후 구리 호일 집전체에 코팅하고 130℃에서 건조하여 제조하였다. 양극 은 LiCoO2 91중량부, PVDF 3중량부 및 도전성 탄소 6중량부 조성으로 용매인 N-메틸-2-피롤리돈을 사용하여 혼합기에서 2시간 혼합 후 알루미늄 호일 집전체에 코팅하고 130℃에서 건조하고 제조하였다. 양극을 원형으로 절단한 후 코인(coin)형 캔에 넣고 분리막(celgard 2400)을 배치하고 원형으로 절단된 음극을 놓았다. 이를 상기 실시예 1-2에서 제조된 전해액으로 충분히 함침시킨 후 코인형 cap을 덮고 프레스 하여 코인형 전지를 제조하였다. The negative electrode was mixed with 93 parts by weight of graphitized carbon active material and 7 parts by weight of polyvinylidene difluoride (PVDF) as a solvent, N-methyl-2-pyrrolidone, and mixed in a mixer for 2 hours. It was prepared by coating a copper foil current collector and drying at 130 ° C. The positive electrode was coated with an aluminum foil current collector after mixing for 2 hours in a mixer using N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent with 91 parts by weight of LiCoO 2 , 3 parts by weight of PVDF, and 6 parts by weight of conductive carbon. Dried and prepared. The anode was cut in a circular shape, placed in a coin-shaped can, a separator (celgard 2400) was placed, and the cathode cut in a circular shape was placed. This was sufficiently impregnated with the electrolyte prepared in Example 1-2, and then covered with a coin-type cap and pressed to produce a coin-type battery.

실시예 2. Example 2.

테트라하이드로-2-옥소-4,4-디메틸-3-퓨라닐 알릴설포네이트를 2중량부 대신 0.5중량부 첨가하여 전해액을 제조한 것을 제외하고는, 실시예 1-2 및 1-3과 동일한 방법으로 전해액 및 이차 전지를 제조하였다.Same as Examples 1-2 and 1-3, except that 0.5 parts by weight of tetrahydro-2-oxo-4,4-dimethyl-3-furanyl allylsulfonate was added instead of 2 parts by weight. An electrolyte solution and a secondary battery were prepared by the method.

실시예 3. Example 3.

테트라하이드로-2-옥소-4,4-디메틸-3-퓨라닐 알릴설포네이트를 2중량부 대신 5.0중량부 첨가하여 전해액을 제조한 것을 제외하고는, 실시예 1-2 및 1-3과 동일한 방법으로 전해액 및 이차 전지를 제조하였다.Same as Examples 1-2 and 1-3, except that 5.0 parts by weight of tetrahydro-2-oxo-4,4-dimethyl-3-furanyl allylsulfonate was added instead of 2 parts by weight. An electrolyte solution and a secondary battery were prepared by the method.

실시예 4. Example 4.

테트라하이드로-2-옥소-4,4-디메틸-3-퓨라닐 알릴설포네이트를 2중량부 대신10.0중량부 첨가하여 전해액을 제조한 것을 제외하고는, 실시예 1-2 및 1-3과 동일한 방법으로 전해액 및 이차 전지를 제조하였다.Same as Examples 1-2 and 1-3, except that 10.0 parts by weight of tetrahydro-2-oxo-4,4-dimethyl-3-furanyl allylsulfonate was added instead of 2 parts by weight. An electrolyte solution and a secondary battery were prepared by the method.

실시예 5. Example 5.

테트라하이드로-2-옥소-4,4-디메틸-3-퓨라닐 알릴설포네이트를 대신 테트라 하이드로-2-옥소-3-퓨라닐 알릴설포네이트를 2중량부 첨가하여 전해액을 제조한 것을 제외하고는, 실시예 1-2 및 1-3과 동일한 방법으로 전해액 및 이차 전지를 제조하였다.Except for preparing an electrolyte by adding 2 parts by weight of tetrahydro-2-oxo-3-furanyl allylsulfonate instead of tetrahydro-2-oxo-4,4-dimethyl-3-furanyl allylsulfonate. In the same manner as in Examples 1-2 and 1-3, an electrolyte solution and a secondary battery were prepared.

실시예 6. Example 6.

테트라하이드로-2-옥소-4,4-디메틸-3-퓨라닐 알릴설포네이트를 대신 테트라하이드로-2-옥소-4,4-디메틸-3-퓨라닐 에틸설포네이트(화학식 5)를 2중량부 첨가하여 전해액을 제조한 것을 제외하고는, 실시예 1-2 및 1-3과 동일한 방법으로 전해액 및 이차 전지를 제조하였다.2 parts by weight of tetrahydro-2-oxo-4,4-dimethyl-3-furanyl ethylsulfonate (Formula 5) instead of tetrahydro-2-oxo-4,4-dimethyl-3-furanyl allylsulfonate An electrolyte solution and a secondary battery were prepared in the same manner as in Examples 1-2 and 1-3, except that the electrolyte solution was prepared by addition.

[화학식 5][Chemical Formula 5]

Figure 112008019260785-pat00008
Figure 112008019260785-pat00008

비교예 1.Comparative Example 1.

LiPF6 용액에 어떤 화합물도 첨가하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1-2 및 1-3과 동일한 방법으로 전해액 및 이차 전지를 제조하였다.An electrolyte solution and a secondary battery were prepared in the same manner as in Examples 1-2 and 1-3, except that no compound was added to the LiPF 6 solution.

비교예 2. Comparative Example 2

테트라하이드로-2-옥소-4,4-디메틸-3-퓨라닐 알릴설포네이트를 대신 에톡시카보닐메틸 알릴설포네이트(하기 화학식 6)를 2중량부 첨가하여 전해액을 제조한 것을 제외하고는, 실시예 1-2 및 1-3과 동일한 방법으로 전해액 및 이차 전지를 제조하였다.Except that tetrahydro-2-oxo-4,4-dimethyl-3-furanyl allylsulfonate was added to 2 parts by weight of ethoxycarbonylmethyl allylsulfonate (formula 6) to prepare an electrolyte solution, Electrolytic solutions and secondary batteries were prepared in the same manner as in Examples 1-2 and 1-3.

[화학식 6][Formula 6]

Figure 112008019260785-pat00009
Figure 112008019260785-pat00009

실험예1. 리튬 이차 전지의 성능 평가Experimental Example 1. Performance Evaluation of Lithium Secondary Batteries

상기 실시예 1 ~ 6 및 비교예 1 ~ 2에서 제조된 이차 전지를 25℃에서 4.2 V까지 0.5C의 속도로 충전하고 4.2 V에서 전류가 0.05mA이하가 될 때까지 충전하며, 3V까지 0.5C의 속도로 방전하여 충전 및 방전 실험을 하였다. 방전용량 유지율(%)은 100사이클 후 방전용량과 초기 방전 용량의 비를 백분율화하여 표현하였다. 결과를 표 1에 나타내었다. The secondary batteries prepared in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 2 were charged at 25 ° C. to 4.2 V at a rate of 0.5 C, and charged at 4.2 V until the current became 0.05 mA or less, and 0.5 C to 3 V. Charge and discharge experiments were performed by discharging at a rate of. The discharge capacity retention rate (%) was expressed as a percentage of the ratio of the discharge capacity to the initial discharge capacity after 100 cycles. The results are shown in Table 1.

[표 1][Table 1]

화합물compound 첨가량
(중량부)
Addition amount
(Parts by weight)
전해액 조성
(부피비)
Electrolyte composition
(Volume ratio)
방전용량
유지율(%)
Discharge capacity
Retention rate (%)
실시예1-3Example 1-3 테트라하이드로-2-옥소-4,4-디메틸-3-퓨라닐 알릴설포네이트Tetrahydro-2-oxo-4,4-dimethyl-3-furanyl allylsulfonate 2.02.0 1M LiPF6
EC:PC:DEC=1:1:2
1M LiPF 6
EC: PC: DEC = 1: 1: 2
90.290.2
실시예 2Example 2 테트라하이드로-2-옥소-4,4-디메틸-3-퓨라닐 알릴설포네이트Tetrahydro-2-oxo-4,4-dimethyl-3-furanyl allylsulfonate 0.50.5 1M LiPF6
EC:PC:DEC=1:1:2
1M LiPF 6
EC: PC: DEC = 1: 1: 2
80.680.6
실시예 3Example 3 테트라하이드로-2-옥소-4,4-디메틸-3-퓨라닐 알릴설포네이트Tetrahydro-2-oxo-4,4-dimethyl-3-furanyl allylsulfonate 5.05.0 1M LiPF6
EC:PC:DEC=1:1:2
1M LiPF 6
EC: PC: DEC = 1: 1: 2
88.788.7
실시예 4Example 4 테트라하이드로-2-옥소-4,4-디메틸-3-퓨라닐 알릴설포네이트Tetrahydro-2-oxo-4,4-dimethyl-3-furanyl allylsulfonate 1010 1M LiPF6
EC:PC:DEC=1:1:2
1M LiPF 6
EC: PC: DEC = 1: 1: 2
86.686.6
실시예 5Example 5 테트라하이드로-2-옥소-3-퓨라닐 알릴설포네이트Tetrahydro-2-oxo-3-furanyl allylsulfonate 2.02.0 1M LiPF6
EC:PC:DEC=1:1:2
1M LiPF 6
EC: PC: DEC = 1: 1: 2
85.285.2
실시예 6Example 6 테트라하이드로-2-옥소-4,4-디메틸-3-퓨라닐 에틸설포네이트Tetrahydro-2-oxo-4,4-dimethyl-3-furanyl ethylsulfonate 2.02.0 1M LiPF6
EC:PC:DEC=1:1:2
1M LiPF 6
EC: PC: DEC = 1: 1: 2
80.280.2
비교예 1Comparative Example 1 -- -- 1M LiPF6
EC:PC:DEC=1:1:2
1M LiPF 6
EC: PC: DEC = 1: 1: 2
62.562.5
비교예 2Comparative Example 2 에톡시카보닐메틸 알릴설포네이트Ethoxycarbonylmethyl allylsulfonate 2.02.0 1M LiPF6
EC:PC:DEC=1:1:2
1M LiPF 6
EC: PC: DEC = 1: 1: 2
74.874.8

실험결과, 설포네이트기와 락톤기(환형 에스터기)를 포함하는 화학식 1의 화 합물(테트라하이드로-2-옥소-4,4-디메틸-3-퓨라닐 알릴설포네이트, 테트라하이드로-2-옥소-3-퓨라닐 알릴설포네이트, 테트라하이드로-2-옥소-4,4-디메틸-3-퓨라닐 에틸설포네이트)를 전해액 성분으로 사용한 실시예 1~6의 전지는 어떠한 화합물도 첨가하지 않은 전해액을 사용한 비교예 1의 전지에 비해 훨씬 높은 방전 용량 유지율을 보였다. 특히, 설포네이트기와 선형 에스터기를 포함하는 에톡시카보닐메틸 알릴설포네이트를 사용한 비교예 2의 전지보다, 방전 용량 유지율의 증가폭이 약 2배이상 큰 결과를 보였다. Experimental results showed that the compound of the formula (1) containing a sulfonate group and a lactone group (cyclic ester group) (tetrahydro-2-oxo-4,4-dimethyl-3-furanyl allylsulfonate, tetrahydro-2-oxo- The batteries of Examples 1 to 6 using 3-furanyl allylsulfonate and tetrahydro-2-oxo-4,4-dimethyl-3-furanyl ethylsulfonate) as electrolyte components were used as electrolytes without any compound added thereto. The discharge capacity retention rate was much higher than that of the battery of Comparative Example 1 used. In particular, compared with the battery of Comparative Example 2 using ethoxycarbonylmethyl allylsulfonate containing a sulfonate group and a linear ester group, the increase in discharge capacity retention rate was about 2 times or more.

또한, 실시예 1~5와 실시예 6의 실험 결과로부터, 본 발명에서 설포네이트기가 β,γ-불포화 탄소를 갖는 C3~C30의 알케닐기(알릴기)로 치환된 경우, 전지의 수명 성능 향상 효과가 보다 우수함을 확인할 수 있었다. Further, from the experimental results of Examples 1 to 5 and Example 6, the life of the battery when the sulfonate group is substituted with a C 3 to C 30 alkenyl group (allyl group) having β, γ-unsaturated carbon in the present invention It was confirmed that the performance improvement effect is better.

이로부터, 본 발명에 따르면 전지의 용량 보존 특성, 수명 성능을 향상시킬 수 있음을 확인할 수 있었다. From this, it was confirmed that the present invention can improve the capacity storage characteristics and the life performance of the battery.

Claims (10)

전해질염 및 전해액 용매를 포함하는 전해액에 있어서, 상기 전해액은 하기 화학식 1의 화합물을 포함하는 것이 특징인 전해액.An electrolyte solution comprising an electrolyte salt and an electrolyte solvent, wherein the electrolyte solution comprises a compound represented by the following Chemical Formula 1. [화학식 1][Formula 1]
Figure 112008019260785-pat00010
Figure 112008019260785-pat00010
상기 화학식 1에서, R1은 C4~C30의 락톤기이고, R2는 C1~C20의 탄화수소기이다. In Formula 1, R 1 is a C 4 ~ C 30 lactone group, R 2 is a C 1 ~ C 20 hydrocarbon group.
제1항에 있어서, 상기 화학식 1의 화합물은 R1이 하기 화학식 2로 표현되는 것이 특징인 전해액. The electrolyte of claim 1, wherein the compound of Formula 1 is represented by R 1 below. [화학식 2][Formula 2]
Figure 112011086662565-pat00011
Figure 112011086662565-pat00011
상기 화학식 2에서, R3 및 R4는 각각 독립적으로 할로겐이 치환되거나 미치환된 C1~C20의 선형 또는 환형 알킬기, C2~C20의 알케닐기, 페닐(phenyl)기, 및 벤질(benzyl)기로 이루어진 군으로부터 선택된 것이며, n은 1이다.In Formula 2, R 3 and R 4 are each independently substituted or unsubstituted C 1 ~ C 20 linear or cyclic alkyl group, C 2 ~ C 20 alkenyl group, phenyl (phenyl), and benzyl ( benzyl) group, n is 1.
제1항에 있어서, 상기 화학식 1의 화합물은 R2가 C1~C20의 알킬기, C2~C20의 알케닐기 또는 C6~C20의 아릴기인 것이 특징인 전해액. The method of claim 1 wherein the compound is R 2 is C 1 ~ C 20 alkyl group, C 2 ~ C 20 alkenyl group or a C 6 ~ C 20 aryl group is characterized by the electrolyte of the general formula (1). 제1항에 있어서, 상기 화학식 1의 화합물은 R2가 β,γ-불포화 탄소를 갖는 C3~C30의 알케닐기인 것이 특징인 전해액.The electrolyte of claim 1, wherein the compound of Formula 1 is a C 3 to C 30 alkenyl group having R 2 of β, γ-unsaturated carbon. 제4항에 있어서, 상기 β,γ-불포화 탄소를 갖는 C3~C30의 알케닐기는 컨주게이션 구조를 갖는 것이 특징인 전해액.The electrolyte solution according to claim 4, wherein the alkenyl group of C 3 to C 30 having β, γ-unsaturated carbon has a conjugation structure. 제4항에 있어서, 상기 β,γ-불포화 탄소를 갖는 C3~C30의 알케닐기는 하기 화학식 3으로 표현되는 것이 특징인 전해액. The electrolyte according to claim 4, wherein the C 3 to C 30 alkenyl group having β, γ-unsaturated carbon is represented by the following Chemical Formula 3. [화학식 3](3)
Figure 112008019260785-pat00012
Figure 112008019260785-pat00012
상기 화학식 3에서, R5~R8은 각각 독립적으로 수소, C1~ C17의 알킬기 또는 할로알킬기, C2~C17의 알케닐기, 페닐(phenyl)기, 및 벤질(benzyl)기로 이루어진 군으 로부터 선택된 것이다.In Formula 3, R 5 to R 8 are each independently hydrogen, a C 1 ~ C 17 alkyl group or haloalkyl group, C 2 ~ C 17 alkenyl group, phenyl (phenyl) group, benzyl group Is selected from.
제1항에 있어서, 상기 상기 화학식 1의 화합물은 테트라하이드로-2-옥소-4,4-디메틸-3-퓨라닐 알릴설포네이트(tetrahydro-2-oxo-4,4-dimethyl-3-furanyl allylsulfonate), 테트라하이드로-2-옥소-4-메틸-4-에틸-3-퓨라닐 알릴설포네이트(tetrahydro-2-oxo-4-methyl-4-ethyl-3-furanyl allylsulfonate), 테트라하이드로-2-옥소-4-메틸-4-프로필-3-퓨라닐 알릴설포네이트(tetrahydro-2-oxo-4-methyl-4-propyl-3-furanyl allylsulfonate), 테트라하이드로-2-옥소-4-메틸-4-부틸-3-퓨라닐 알릴설포네이트(tetrahydro-2-oxo-4-methyl-4-butyl-3-furanyl allylsulfonate), 테트라하이드로-2-옥소-4,4-디에틸-3-퓨라닐 알릴설포네이트(tetrahydro-2-oxo-4,4-diethyl-3-furanyl allylsulfonate), 테트라하이드로-2-옥소-4-에틸-4-프로필-3-퓨라닐 알릴설포네이트(tetrahydro-2-oxo-4-ethyl-4-propyl-3-furanyl allylsulfonate), 테트라하이드로-2-옥소-4-에틸-4-부틸-3-퓨라닐 알릴설포네이트(tetrahydro-2-oxo-4-ethyl-4-butyl-3-furanyl allylsulfonate), 테트라하이드로-2-옥소-4,4-디프로필-3-퓨라닐 알릴설포네이트(tetrahydro-2-oxo-4,4-dipropyl-3-furanyl allylsulfonate), 테트라하이드로-2-옥소-4-프로필-4-부틸-3-퓨라닐 알릴설포네이트(tetrahydro-2-oxo-4-propyl-4-butyl-3-furanyl allylsulfonate), 테트라하이드로-2-옥소-4-메틸-4-시클로프로필-3-퓨라닐 알릴설포네이트(tetrahydro-2-oxo-4-methyl-4-cyclopropyl-3-furanyl allylsulfonate), 테트라하이드로-2-옥소-4-메틸-4-비닐-3-퓨라닐 알릴설포네이 트(tetrahydro-2-oxo-4-methyl-4-vinyl-3-furanyl allylsulfonate), 테트라하이드로-2-옥소-4-메틸-4-알릴-3-퓨라닐 알릴설포네이트(tetrahydro-2-oxo-4-methyl-4-allyl-3-furanyl allylsulfonate), 테트라하이드로-2-옥소-4-메틸-4-플로로-3-퓨라닐 알릴설포네이트(tetrahydro-2-oxo-4-methyl-4-fluoro-3-furanyl allylsulfonate), 테트라하이드로-2-옥소-4-메틸-4-트리플로로메틸-3-퓨라닐 알릴설포네이트(tetrahydro-2-oxo-4-methyl-4-trifluoromethyl-3-furanyl allylsulfonate), 테트라하이드로-2-옥소-4-메틸-4-페닐-3-퓨라닐 알릴설포네이트(tetrahydro-2-oxo-4-methyl-4-phenyl-3-furanyl allylsulfonate), 및 테트라하이드로-2-옥소-4-메틸-4-벤질-3-퓨라닐 알릴설포네이트(tetrahydro-2-oxo-4-methyl-4-benzyll-3-furanyl allylsulfonate)로 구성된 군에서 선택된 것이 특징인 전해액. The method of claim 1, wherein the compound of Formula 1 is tetrahydro-2-oxo-4,4-dimethyl-3-furanyl allylsulfonate (tetrahydro-2-oxo-4,4-dimethyl-3-furanyl allylsulfonate Tetrahydro-2-oxo-4-methyl-4-ethyl-3-furanyl allylsulfonate, tetrahydro-2- Tetrahydro-2-oxo-4-methyl-4-propyl-3-furanyl allylsulfonate, tetrahydro-2-oxo-4-methyl-4 -Butyl-3-furanyl allylsulfonate (tetrahydro-2-oxo-4-methyl-4-butyl-3-furanyl allylsulfonate), tetrahydro-2-oxo-4,4-diethyl-3-furanyl allyl Sulfonate (tetrahydro-2-oxo-4,4-diethyl-3-furanyl allylsulfonate), tetrahydro-2-oxo-4-ethyl-4-propyl-3-furanyl allylsulfonate (tetrahydro-2-oxo- 4-ethyl-4-propyl-3-furanyl allylsulfonate), tetrahydro-2-oxo-4-ethyl-4-butyl-3-furanyl allylsulfonane (tetrahydro-2-oxo-4-ethyl-4-butyl-3-furanyl allylsulfonate), tetrahydro-2-oxo-4,4-dipropyl-3-furanyl allylsulfonate (tetrahydro-2-oxo-4 , 4-dipropyl-3-furanyl allylsulfonate), tetrahydro-2-oxo-4-propyl-4-butyl-3-furanyl allylsulfonate (tetrahydro-2-oxo-4-propyl-4-butyl-3- furanyl allylsulfonate), tetrahydro-2-oxo-4-methyl-4-cyclopropyl-3-furanyl allylsulfonate, tetrahydro-2-oxo-4-methyl-4-cyclopropyl-3-furanyl allylsulfonate, tetrahydro Tetrahydro-2-oxo-4-methyl-4-vinyl-3-furanyl allylsulfonate, tetrahydro-2-oxo-4 Tetrahydro-2-oxo-4-methyl-4-allyl-3-furanyl allylsulfonate, tetrahydro-2-oxo-4-methyl-4-fluoro 3-furanyl allylsulfonate (tetrahydro-2-oxo-4-methyl-4-fluoro-3-furanyl allylsulfonate), tetrahydro-2-oxo-4-methyl-4-tri Roromethyl-3-furanyl allylsulfonate (tetrahydro-2-oxo-4-methyl-4-trifluoromethyl-3-furanyl allylsulfonate), tetrahydro-2-oxo-4-methyl-4-phenyl-3-furanyl Allylsulfonate (tetrahydro-2-oxo-4-methyl-4-phenyl-3-furanyl allylsulfonate), and tetrahydro-2-oxo-4-methyl-4-benzyl-3-furanyl allylsulfonate (tetrahydro- 2-oxo-4-methyl-4-benzyll-3-furanyl allylsulfonate). 제 1 항에 있어서, 상기 화학식 1의 화합물의 함량이 전해액 100 중량부 당 0.1 내지 20 중량부인 것이 특징인 전해액.The method of claim 1, wherein the content of the compound of formula 1 is characterized in that the electrolyte solution is 0.1 to 20 parts by weight per 100 parts by weight of the electrolyte. 양극, 음극 및 전해액을 포함하는 이차 전지에 있어서, In a secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode and an electrolyte solution, 상기 전해액은 상기 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 전해액인 것이 특징인 이차 전지. The secondary battery is characterized in that the electrolyte solution of any one of claims 1 to 8. 하기 화학식 4의 구조를 갖는 화합물:A compound having the structure of formula [화학식 4][Formula 4]
Figure 112011086662565-pat00013
Figure 112011086662565-pat00013
상기 화학식 4에서, R21은 C2~C20의 알케닐기이며, R31 및 R41는 각각 독립적으로 할로겐이 치환되거나 미치환된 C1~C20의 선형 또는 환형 알킬기, C2~C20의 알케닐기, 페닐(phenyl)기, 및 벤질(benzyl)기로 이루어진 군으로부터 선택된 것이며, n은 1이다.In Formula 4, R 21 is a C 2 ~ C 20 alkenyl group, R 31 and R 41 are each independently a substituted or unsubstituted C 1 ~ C 20 linear or cyclic alkyl group, C 2 ~ C 20 Is selected from the group consisting of an alkenyl group, a phenyl group, and a benzyl group, and n is 1.
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