KR101177952B1 - Non-aqueous electrolyte and electrochemical device comprising the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 (i) 카르보닐 비스락탐; (ii) 환형 카보네이트 및/또는 선형 카보네이트를 포함하는 유기 용매; 및 (iii) 전해질 염을 포함하는 비수 전해액에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 비수 전해액을 포함하는 전기화학소자에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 카르보닐 비스락탐의 환원체를 함유하는 피막이 표면의 일부 또는 전부에 형성된 전극활물질을 포함하는 전극; 및 상기 전극을 포함하는 전기화학소자에 관한 것이다.The present invention provides a composition comprising (i) carbonyl bislactam; (ii) organic solvents comprising cyclic carbonates and / or linear carbonates; And (iii) an electrolyte salt. The present invention also relates to an electrochemical device comprising the nonaqueous electrolyte. In addition, the present invention is an electrode comprising an electrode active material formed on a part or all of the surface of the coating film containing a reducing agent of carbonyl bislactam; And it relates to an electrochemical device comprising the electrode.

전기화학소자, 이차전지, 비수 전해액, 카르보닐 비스락탐, 카보네이트 Electrochemical device, secondary battery, nonaqueous electrolyte, carbonyl bislactam, carbonate

Description

비수 전해액 및 이를 포함하는 전기화학소자 {NON-AQUEOUS ELECTROLYTE AND ELECTROCHEMICAL DEVICE COMPRISING THE SAME}Non-aqueous electrolyte and electrochemical device including same {NON-AQUEOUS ELECTROLYTE AND ELECTROCHEMICAL DEVICE COMPRISING THE SAME}

도 1은 실시예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 리튬 이차전지의 전압에 따른 미분 용량을 나타낸 그래프이다.1 is a graph showing the differential capacity according to the voltage of the lithium secondary battery prepared according to Example 1 and Comparative Example 2.

본 발명은 소자의 수명 특성을 향상시킬 수 있는 카르보닐 비스락탐을 함유하는 비수 전해액 및 상기 비수 전해액을 포함하는 전기화학소자에 관한 것이다.The present invention relates to a nonaqueous electrolyte containing carbonyl bislactam and an electrochemical device comprising the nonaqueous electrolyte capable of improving the life characteristics of the device.

최근 에너지 저장 기술에 대한 관심이 갈수록 높아지고 있다. 휴대폰, 캠코더 및 노트북 PC, 나아가서는 전기 자동차의 에너지까지 적용 분야가 확대되면서 전기화학소자의 연구와 개발에 대한 노력이 점점 구체화되고 있다. 전기화학소자는 이러한 측면에서 가장 주목 받고 있는 분야이고, 그 중에서도 충방전이 가능한 이차전지의 개발은 관심의 초점이 되고 있다. 최근에는 이러한 전지를 개발함에 있어서 용량 밀도 및 비에너지를 향상시키기 위하여 새로운 전극과 전지의 설계에 대한 연구 개발이 진행되고 있다.Recently, interest in energy storage technology is increasing. As the field of application extends to the energy of mobile phones, camcorders and notebook PCs, and even electric vehicles, efforts for research and development of electrochemical devices are becoming more concrete. Electrochemical devices are the most attention in this regard, and among them, the development of secondary batteries capable of charging and discharging has become a focus of attention. Recently, in developing such a battery, research and development on the design of a new electrode and a battery have been conducted to improve capacity density and specific energy.

현재 적용되고 있는 이차전지 중에서 1990년대 초에 개발된 리튬 이차전지는 수용액 전해액을 사용하는 Ni-MH, Ni-Cd, 황산-납 전지 등의 재래식 전지에 비해서 작동 전압이 높고 에너지 밀도가 월등히 크다는 장점으로 각광을 받고 있다. Among the secondary batteries currently applied, lithium secondary batteries developed in the early 1990s have a higher operating voltage and a higher energy density than conventional batteries such as Ni-MH, Ni-Cd, and sulfuric acid-lead batteries that use an aqueous electrolyte solution. I am in the spotlight.

일반적으로 리튬 이차전지는 리튬이온의 삽입 및 탈리(intercalation and disintercalation)가 가능한 리튬 금속 복합 산화물 또는 설퍼 등을 포함하는 캐소드; 탄소 재료 또는 금속 리튬 등을 포함하는 애노드; 및 카보네이트계 용매에 리튬염이 적당량 용해된 전해액으로 구성되어 있다.In general, a lithium secondary battery may include a cathode including a lithium metal composite oxide or sulfur capable of intercalation and disintercalation of lithium ions; An anode comprising a carbon material or metallic lithium; And an electrolyte solution in which a lithium salt is dissolved in an appropriate amount in a carbonate solvent.

리튬 이차전지의 초기 충전시 리튬 금속 산화물 등의 캐소드 활물질로부터 나온 리튬 이온은 그래파이트 등의 애노드 활물질로 이동하여, 애노드 활물질의 층간에 삽입된다. 이때, 리튬은 반응성이 강하므로 그래파이트 등의 애노드 활물질 표면에서 전해액과 애노드 활물질을 구성하는 탄소가 반응하여 Li2CO3, Li2O, LiOH 등의 화합물을 생성한다. 이들 화합물은 그래파이트 등의 애노드 활물질의 표면에 일종의 SEI (Solid Electrolyte Interface) 필름을 형성하게 된다.During the initial charging of a lithium secondary battery, lithium ions derived from a cathode active material such as lithium metal oxide move to an anode active material such as graphite and are inserted between the layers of the anode active material. At this time, since lithium has a high reactivity, the electrolyte and the carbon constituting the anode active material react on the surface of the anode active material such as graphite to generate compounds such as Li 2 CO 3 , Li 2 O, and LiOH. These compounds form a kind of SEI (Solid Electrolyte Interface) film on the surface of the anode active material such as graphite.

SEI 필름은 이온 터널의 역할을 수행하여 리튬 이온 만을 통과시킨다. SEI 필름은 이러한 이온 터널의 효과로서, 전해액 중에서 리튬 이온과 함께 이동하는 분자량이 큰 유기 용매 분자가 애노드 활물질의 층간에 삽입되어 애노드 구조가 파괴되는 것을 막아준다. 따라서, 전해액과 애노드 활물질의 접촉을 방지함으로써 전해액의 분해가 발생하지 않고, 전해액 중의 리튬 이온의 양이 가역적으로 유지되어 안정적인 충방전이 유지된다. The SEI film acts as an ion tunnel to pass only lithium ions. The SEI film is an effect of this ion tunnel, and prevents the structure of the anode from being destroyed by intercalation of the organic solvent molecules having a large molecular weight moving together with lithium ions in the electrolyte between the layers of the anode active material. Therefore, by preventing contact between the electrolyte solution and the anode active material, decomposition of the electrolyte solution does not occur, and the amount of lithium ions in the electrolyte solution is reversibly maintained to maintain stable charge and discharge.

그러나, 상술한 SEI 형성 반응 중에 카보네이트계 용매의 분해로부터 발생되 는 CO, CO2, CH4, C2H6 등의 기체로 인하여 충전시 전지 두께가 팽창하는 문제가 발생한다. 또한, 만충전 상태에서 고온 방치시 시간이 경과함에 따라서, SEI 필름이 증가된 전기화학적 에너지와 열에너지에 의해 서서히 붕괴되어, 노출된 애노드 표면과 주위의 전해액이 반응하는 부반응이 지속적으로 일어나게 된다. 이때의 계속적인 기체 발생으로 인하여 전지의 내압이 상승하게 되며, 전지의 두께가 증가하여 핸드폰 및 노트북 등의 셋트에서 문제를 유발한다. 즉, 고온 방치 안전성이 불량하다.However, due to the gases such as CO, CO 2 , CH 4 , C 2 H 6 generated from decomposition of the carbonate solvent during the SEI formation reaction described above, there is a problem that the battery thickness is expanded during charging. In addition, as time elapses at high temperature in a full charge state, the SEI film gradually collapses due to increased electrochemical energy and thermal energy, so that side reactions in which the exposed anode surface reacts with the surrounding electrolyte continuously occur. Due to the continuous gas generation at this time, the internal pressure of the battery is increased, and the thickness of the battery is increased, causing problems in sets such as mobile phones and laptops. That is, high temperature leaving safety is bad.

이와 같은 전지의 내압 상승을 억제하기 위하여 전해액에 첨가제를 넣어 SEI 필름 형성 반응의 양상을 변화시키려는 연구가 진행되어 왔다. 그러나, 지금까지 알려진 바로는 전지 성능 향상을 위하여 특정 화합물을 전해액에 첨가할 경우, 일부 항목의 성능은 향상 되지만, 다른 항목의 성능은 감소되는 문제가 있다.In order to suppress such an increase in the internal pressure of the battery, studies have been conducted to change the aspect of the SEI film formation reaction by adding an additive to the electrolyte. However, as far as is known, when certain compounds are added to the electrolyte to improve battery performance, the performance of some items is improved, but the performance of other items is reduced.

본 발명자들은 카르보닐 비스락탐이 전기화학소자, 예를 들면 리튬 이차전지의 전해액 첨가제로 사용되었을 때, 상기 카르보닐 비스락탐이 카보네이트계 유기 용매보다 먼저 전극에서 환원 분해 반응을 일으켜 우수한 성질의 피막을 형성함을 밝혀내었다. When the carbonyl bislactam is used as an electrolyte additive for an electrochemical device, for example, a lithium secondary battery, the present inventors have a reduction property of the film before the carbonate organic solvent causes a reduction decomposition reaction to form a film having excellent properties. Formed.

이에 본 발명은 카르보닐 비스락탐 및 카보네이트계 유기 용매를 포함하는 비수 전해액; 및 상기 비수 전해액을 포함하는 전기화학소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, the present invention is a non-aqueous electrolyte containing a carbonyl bislactam and a carbonate organic solvent; And to provide an electrochemical device comprising the non-aqueous electrolyte.

본 발명은 (i) 카르보닐 비스락탐; (ii) 환형 카보네이트, 또는 선형 카보네이트, 또는 이들 모두를 포함하는 유기 용매; 및 (iii) 전해질 염을 포함하는 비수 전해액을 제공한다.The present invention provides a composition comprising (i) carbonyl bislactam; (ii) an organic solvent comprising a cyclic carbonate, or a linear carbonate, or both; And (iii) an electrolyte salt.

또한, 본 발명은 카르보닐 비스락탐의 환원체를 함유하는 피막이 표면의 일부 또는 전부에 형성된 전극활물질을 포함하는 전극을 제공한다.In addition, the present invention provides an electrode comprising an electrode active material formed on a part or all of the surface of the coating film containing a reducing agent of carbonyl bislactam.

또한, 본 발명은 양극, 음극 및 비수 전해액을 포함하는 전기화학소자로서, 상기 비수 전해액은 본 발명에 따른 비수 전해액인 것이 특징인 전기화학소자를 제공한다.The present invention also provides an electrochemical device comprising an anode, a cathode and a nonaqueous electrolyte, wherein the nonaqueous electrolyte is a nonaqueous electrolyte according to the present invention.

또한, 본 발명은 양극, 음극 및 비수 전해액을 포함하는 전기화학소자에 있어서, 상기 양극, 또는 음극, 또는 양극과 음극 모두는 본 발명에 따른 전극인 것이 특징인 전기화학소자를 제공한다.In addition, the present invention provides an electrochemical device comprising an anode, a cathode, and a nonaqueous electrolyte, wherein the anode, or the cathode, or both the anode and the cathode are electrodes according to the present invention.

이하, 본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명의 비수 전해액은 전해액 첨가제로서 카르보닐 비스락탐을 카보네이트계 유기 용매와 함께 포함하고 있다. The nonaqueous electrolyte solution of this invention contains the carbonyl bislactam with a carbonate organic solvent as an electrolyte solution additive.

본 발명의 상기 비수 전해액을 포함하는 전기화학소자, 예를 들면 이차전지의 초기 충전 시에, 상기 카르보닐 비스락탐은 상기 카보네이트 유기 용매보다 낮은 전위에서 먼저 환원 분해 반응이 진행될 수 있다. 이는 카르보닐 비스락탐의 구조상에서 카보닐기가 EWG(electron withdrawing group, 전자 끄는 기)로 작용하여 낮은 환원전위에서 개환중합이 일어나기 때문이다. 또한, 카르보닐 비스락탐은 기존의 치환기가 없는 락탐이나 EDG(electron donating group, 전자 주는 기)가 치환된 락탐에 비하여 낮은 환원 전위에서 반응하게 되며, 반응이 일어날 수 있는 작용기가 두개이므로 좀 더 조밀하고 안정한 피막을 형성할 수 있다.In the initial charging of an electrochemical device including the nonaqueous electrolyte of the present invention, for example, a secondary battery, the carbonyl bislactam may be subjected to a reduction decomposition reaction at a lower potential than the carbonate organic solvent. This is because the carbonyl group acts as an electron withdrawing group (EWG) on the structure of carbonyl bislactam, resulting in ring-opening polymerization at a low reduction potential. In addition, carbonyl bislactam reacts at a lower reduction potential compared to lactam without an existing substituent or lactam substituted with an EDG (electron donating group), and is more dense because there are two functional groups capable of reacting. And a stable film can be formed.

따라서, 카르보닐 비스락탐을 전해액 첨가제로 사용하면, 카르보닐 비스락탐은 낮은 환원전위에서 반응하게 되며, 반응 이후 높은 전위에서 일어나는 환형 카보네이트와의 복합 반응으로 인하여 안정성이 높고 조밀한 피막, 예를 들면 SEI(solid electrolyte interface; 고체 전해질 계면) 막을 형성할 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 피막은 고온에서의 분해가 적어 가스 발생을 최소화할 수 있다. 따라서, 위와 같은 메커니즘에 의해 전기화학소자의 상온 수명 특성 및 고온 수명 특성을 향상시킬 수 있다.Therefore, when carbonyl bislactam is used as an electrolyte additive, the carbonyl bislactam reacts at a low reduction potential, and is highly stable and dense, for example, due to a complex reaction with a cyclic carbonate occurring at a high potential after the reaction. A solid electrolyte interface (SEI) film can be formed. In addition, the coating is less decomposition at high temperature can minimize the generation of gas. Therefore, the shelf life and high temperature life characteristics of the electrochemical device can be improved by the above mechanism.

본 발명의 비수 전해액에서, 상기 카르보닐 비스락탐은 하기 화학식 1의 카르보닐 비스락탐을 사용할 수 있다.In the nonaqueous electrolyte of the present invention, the carbonyl bislactam may be a carbonyl bislactam of the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112006070410327-pat00001
Figure 112006070410327-pat00001

상기 화학식 1에서, R1 내지 R12는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, C1~C6의 알킬(alkyl), 또는 C1~C6의 할로알킬(haloalkyl)이고, In Formula 1, R 1 to R 12 are each independently hydrogen, halogen, C 1 ~ C 6 alkyl, or C 1 ~ C 6 haloalkyl,

m 및 n은 각각 독립적으로 0~13의 정수이다.m and n are each independently an integer of 0-13.

카르보닐 비스락탐은 락탐과 포스겐(COCl2)과의 반응을 통해 간단한 방법으로 얻을 수 있다. Carbonyl bislactam can be obtained by a simple method through the reaction of lactam with phosgene (COCl 2 ).

카르보닐 비스락탐은 상기 유기 용매 100 중량부에 대해 0.05~10 중량부로 비수 전해액에 포함될 수 있다. 카르보닐 비스락탐이 유기 용매 100중량부에 대해 0.05 중량부 미만이면 전지의 사이클 특성을 향상시키는 효과가 불충분하고, 10 중량부 초과이면 초기 충전 시 가스 발생 및 임피던스 증가로 인해 전지의 성능을 저하시키는 문제가 있다. Carbonyl bislactam may be included in the nonaqueous electrolyte at 0.05 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the organic solvent. If the carbonyl bislactam is less than 0.05 parts by weight based on 100 parts by weight of the organic solvent, the effect of improving the cycle characteristics of the battery is insufficient. If the carbonyl bislactam is more than 10 parts by weight, the performance of the battery is reduced due to gas generation and impedance increase during initial charging. there is a problem.

본 발명의 비수 전해액은 환형 카보네이트 및/또는 선형 카보네이트를 함유하는 유기 용매를 포함한다. 상기 환형 카보네이트 및/또는 선형 카보네이트는 통상 비수 전해액용으로 사용하고 있는 것이면 특별히 제한하지 않는다.The nonaqueous electrolyte of the present invention includes an organic solvent containing cyclic carbonate and / or linear carbonate. The cyclic carbonate and / or linear carbonate is not particularly limited as long as it is normally used for nonaqueous electrolyte.

상기 환형 카보네이트의 비제한적인 예로는 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 부틸렌 카보네이트(BC), 펜틸렌 카보네이트, 플루오르에틸렌 카보네이트(FEC) 등이 있고, 이들의 할로겐 유도체도 사용 가능하다. 또한, 이들 환형 카보네이트는 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.Non-limiting examples of the cyclic carbonates include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), pentylene carbonate, fluoroethylene carbonate (FEC), and halogen derivatives thereof may be used. . In addition, these cyclic carbonates can be used individually or in mixture of 2 or more types.

상기 선형 카보네이트의 비제한적인 예로는 디에틸 카보네이트(DEC), 디메틸 카보네이트(DMC), 디프로필 카보네이트(DPC), 디부틸 카보네이트, 에틸 메틸 카보네이트(EMC), 메틸 프로필 카보네이트(MPC), 메틸 이소프로필 카보네이트, 메틸 부틸 카보네이트, 에틸 프로필 카보네이트 등이 있으며, 이들의 할로겐 유도체도 사 용 가능하다. 또한, 이들 선형 카보네이트는 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.Non-limiting examples of the linear carbonates include diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), dipropyl carbonate (DPC), dibutyl carbonate, ethyl methyl carbonate (EMC), methyl propyl carbonate (MPC), methyl isopropyl Carbonate, methyl butyl carbonate, ethyl propyl carbonate, and the like, and halogen derivatives thereof can also be used. In addition, these linear carbonates can be used individually or in mixture of 2 or more types.

상기 선형 카보네이트는 비수 전해액 중 40~80 부피%로 포함되는 것이 바람직하다. 비수 전해액 중 선형 카보네이트가 40 부피% 미만일 경우 전해액 자체의 점도가 증가하여 이온전도도가 감소하게 되며, 80부피% 초과일 경우 유전상수가 감소하여 보다 많은 양의 전해질 염을 해리시킬 수가 없어 이온전도도의 저하를 초래한다. The linear carbonate is preferably included in 40 to 80% by volume of the nonaqueous electrolyte. If the linear carbonate in the non-aqueous electrolyte is less than 40% by volume, the viscosity of the electrolyte itself is increased to decrease the ionic conductivity. If it is more than 80% by volume, the dielectric constant is decreased to dissociate a larger amount of the electrolyte salt. Causes deterioration.

본 발명의 비수 전해액에서, 상기 유기 용매는 상기 환형 카보네이트 및/또는 선형 카보네이트 외에도 다른 유기 용매를 추가로 포함할 수 있다.In the nonaqueous electrolyte of the present invention, the organic solvent may further include other organic solvents in addition to the cyclic carbonate and / or linear carbonate.

추가로 사용할 수 있는 유기 용매는 통상 비수 전해액용 유기 용매로 사용하고 있는 것이면 특별히 제한하지 않으며, 락톤, 에테르, 에스테르, 아세토니트릴, 및/또는 케톤을 사용할 수 있다.The organic solvent that can be additionally used is not particularly limited as long as it is usually used as an organic solvent for nonaqueous electrolyte, and lactone, ether, ester, acetonitrile, and / or ketone can be used.

상기 락톤의 예로는 감마부티로락톤(GBL)이 있으며, 상기 에테르의 예로는 디부틸에테르, 테트라히드로푸란, 2-메틸테트라히드로푸란, 1,4-디옥산, 1,2-디메톡시에탄, 1,2-디에톡시에탄 등이 있다. 상기 에스테르의 예로는 메틸 포메이트, 에틸 포메이트, 프로필 포메이트 등이 있으며, 상기 케톤의 예로는 폴리메틸비닐 케톤이 있다. 또한, 상기 유기 용매의 할로겐 유도체도 사용 가능하다. 이들 유기 용매는 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.Examples of the lactone include gamma butyrolactone (GBL), and examples of the ether include dibutyl ether, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane and the like. Examples of the esters include methyl formate, ethyl formate, propyl formate, and the like. Examples of the ketones include polymethylvinyl ketone. Moreover, the halogen derivative of the said organic solvent can also be used. These organic solvents can be used individually or in mixture of 2 or more types.

본 발명의 비수 전해액은 전해질 염을 포함하고 있는데, 상기 전해질 염은 통상 비수 전해액용 전해질 염으로 사용하고 있는 것이면 특별히 제한하지 않는다. The nonaqueous electrolyte of the present invention contains an electrolyte salt, and the electrolyte salt is not particularly limited as long as it is usually used as an electrolyte salt for nonaqueous electrolyte.

상기 전해질 염은 (i) Li+, Na+, K+로 이루어진 군에서 선택된 양이온과 (ii) PF6 -, BF4 -, Cl-, Br-, I-, ClO4 -, AsF6 -, CH3CO2 -, CF3SO3 -, N(CF3SO2)2 -, C(CF2SO2)3 -로 이루어진 군에서 선택된 음이온의 조합으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정하지 않는다. 이들 전해질 염은 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 특히, 상기 전해질 염으로는 리튬 염이 바람직하다.The electrolyte salt is (i) Li +, Na + , a cation and (ii) selected from the group consisting of K + 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 - , but can be configured with a combination of an anion selected from the group consisting of, but not always limited thereto. These electrolyte salts can be used individually or in mixture of 2 or more types. In particular, the electrolyte salt is preferably a lithium salt.

본 발명의 전극은 표면의 일부 또는 전부에 피막, 예를 들면 SEI(solid electrolyte interface; 고체 전해질 계면) 막이 형성된 전극활물질을 포함하는 전극으로서, 상기 피막은 카르보닐 비스락탐의 환원체를 함유하는 것을 특징으로 한다. The electrode of the present invention is an electrode comprising an electrode active material having a film, for example, a solid electrolyte interface (SEI) film formed on part or all of the surface, wherein the film contains a reducing agent of carbonyl bislactam It features.

상기 피막, 예를 들면 SEI(solid electrolyte interface; 고체 전해질 계면) 막은 전기화학소자의 초기 충전시 또는 이후 충방전시 형성될 수 있다. 본 발명의 전극은 당업계에 알려진 통상의 방법에 따라 제조된 전극을 카르보닐 비스락탐을 함유한 비수 전해액 내에서 1회 이상 환원시켜 제조할 수 있다. 또한, 본 발명의 전극은 당 기술 분야에 알려져 있는 통상적인 방법으로 제조된 양극과 음극 사이에 다공성의 세퍼레이터를 넣고 카르보닐 비스락탐을 포함하는 비수 전해액을 투입한 후 1회 이상 충전하여 제조할 수 있다.The coating, for example, a solid electrolyte interface (SEI) membrane may be formed during initial charging or subsequent charge / discharge of the electrochemical device. The electrode of the present invention can be prepared by reducing the electrode prepared according to a conventional method known in the art one or more times in a non-aqueous electrolyte containing carbonyl bislactam. In addition, the electrode of the present invention can be prepared by putting a porous separator between the positive electrode and the negative electrode prepared by a conventional method known in the art, and after charging a non-aqueous electrolyte containing carbonyl bislactam once or more times. have.

본 발명의 전극에서, 상기 카르보닐 비스락탐은 상기 화학식 1의 카르보닐 비스락탐일 수 있다. 따라서, 상기 카르보닐 비스락탐의 환원체는 상기 화학식 1의 카르보닐 비스락탐이 환원분해되어 생성될 수 있다.In the electrode of the present invention, the carbonyl bislactam may be a carbonyl bislactam of the formula (1). Therefore, the reduced substance of the carbonyl bislactam may be produced by reduction of the carbonyl bislactam of the formula (1).

한편, 본 발명의 전기화학소자는 양극, 음극 및 비수 전해액을 포함하며, 상기 비수 전해액은 본 발명에 따른 비수 전해액인 것이 특징이다.Meanwhile, the electrochemical device of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, and a nonaqueous electrolyte, and the nonaqueous electrolyte is a nonaqueous electrolyte according to the present invention.

또한, 본 발명에 따른 전기화학소자는 양극, 음극 및 비수 전해액을 포함하며, 상기 전극은 본 발명에 따른 전극인 것이 특징이다. 이때, 상기 비수 전해액은 본 발명에 따른 비수 전해액을 함께 사용할 수 있다.In addition, the electrochemical device according to the present invention comprises a positive electrode, a negative electrode and a nonaqueous electrolyte, the electrode is characterized in that the electrode according to the present invention. In this case, the nonaqueous electrolyte may be used together with the nonaqueous electrolyte according to the present invention.

본 발명의 전기화학소자는 전기화학 반응을 하는 모든 소자를 포함한다. 구체적인 예를 들면, 모든 종류의 일차전지, 이차전지, 연료전지, 태양전지 또는 캐퍼시터(capacitor) 등이 있다. 상기 전기화학소자는 이차전지가 바람직하며, 이차전지 중 리튬금속 이차전지, 리튬이온 이차전지, 리튬폴리머 이차전지 또는 리튬이온폴리머 이차전지 등을 포함하는 리튬 이차전지가 바람직하다.The electrochemical device of the present invention includes all devices that undergo an electrochemical reaction. Specific examples thereof include all kinds of primary cells, secondary batteries, fuel cells, solar cells, or capacitors. The electrochemical device is preferably a secondary battery, and a lithium secondary battery including a lithium metal secondary battery, a lithium ion secondary battery, a lithium polymer secondary battery, or a lithium ion polymer secondary battery is preferable.

본 발명의 전기화학소자는 당 기술 분야에 알려진 통상적인 방법에 따라 제조할 수 있다. 예를 들면, 양극과 음극 사이에 다공성의 세퍼레이터를 넣고 본 발명에 따른 비수 전해액을 투입하여 제조할 수 있다. 또한, 양극과 본 발명에 따른 음극 사이에 다공성의 세퍼레이터를 넣고 통상의 비수 전해액을 투입하여 제조할 수도 있다.The electrochemical device of the present invention can be prepared according to conventional methods known in the art. For example, a porous separator may be placed between the positive electrode and the negative electrode, and then, the nonaqueous electrolyte solution according to the present invention may be added to the negative electrode. In addition, a porous separator may be placed between the positive electrode and the negative electrode according to the present invention, and a normal nonaqueous electrolyte may be added to prepare the same.

또한, 전극은 당 분야에 알려져 있는 통상적인 방법으로 제조할 수 있다. 예를 들면, 전극활물질에 용매, 필요에 따라 바인더, 도전재, 분산재를 혼합 및 교반하여 슬러리를 제조한 후 이를 금속 재료의 집전체에 도포(코팅)하고 압축한 뒤 건 조하여 전극을 제조할 수 있다.In addition, the electrode can be prepared by conventional methods known in the art. For example, a slurry may be prepared by mixing and stirring a solvent, a binder, a conductive material, and a dispersant in an electrode active material, and then applying the coating (coating) to a current collector of a metal material, compressing, and drying the electrode to prepare an electrode. Can be.

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 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) 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다. The positive electrode active material may be a lithium transition metal composite oxide such as LiM x O y (M = Co, Ni, Mn, Co a Ni b Mn c ) (for example, lithium manganese composite oxide such as LiMn 2 O 4 , LiNiO 2, etc.). Lithium cobalt oxides such as lithium nickel oxide, LiCoO 2 , and manganese, nickel, and cobalt in which some of these oxides are substituted with other transition metals, or lithium-containing vanadium oxide, or a chalcogenide compound (for example, manganese dioxide) , Titanium disulfide, molybdenum disulfide, etc.) may be used, but is not limited thereto.

음극활물질은 종래 전기 화학 소자의 음극에 사용될 수 있는 통상적인 음극활물질이 사용 가능하며, 이의 비제한적인 예로는 리튬 이온을 흡장 및 방출할 수 있는 리튬 금속, 리튬 합금, 탄소, 석유코크(petroleum coke), 활성화 탄소(activated carbon), 흑연(graphite), 탄소 섬유(carbon fiber) 등이 있다. 기타, 리튬을 흡장 및 방출할 수 있고, 리튬에 대한 전위가 2V 미만인 TiO2, SnO2 등과 같은 금속 산화물을 사용할 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다. 특히, 흑연, 탄소섬유(carbon fiber), 활성화 탄소 등의 탄소재가 바람직하다.The negative electrode active material may be a conventional negative electrode active material that can be used for the negative electrode of the conventional electrochemical device, non-limiting examples thereof lithium metal, lithium alloy, carbon, petroleum coke that can occlude and release lithium ions ), Activated carbon, graphite, carbon fiber, and the like. In addition, lithium oxide may be occluded and released, and metal oxides such as TiO 2 , SnO 2, and the like with respect to lithium may be used, but are not limited thereto. In particular, carbon materials such as graphite, carbon fiber and activated carbon are preferable.

금속 재료의 집전체는 전도성이 높은 금속으로, 상기 전극활물질의 슬러리가 용이하게 접착할 수 있는 금속으로 전지의 전압 범위에서 반응성이 없는 것이면 어느 것이라도 사용할 수 있다. 양극 집전체의 비제한적인 예로는 알루미늄, 니켈 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있으며, 음극 집전체의 비제한적인 예로는 구리, 금, 니켈 또는 구리 합금 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있다.The current collector of the metal material is a metal having high conductivity, and any metal can be used as long as the slurry of the electrode active material can be easily adhered and is not reactive in the voltage range of the battery. Non-limiting examples of the positive electrode current collector is a foil produced by aluminum, nickel or a combination thereof, and non-limiting examples of the negative electrode current collector is produced by copper, gold, nickel or copper alloy or a combination thereof Foil and the like.

본 발명의 전기화학소자는 세퍼레이터를 포함할 수 있다. 상기 세퍼레이터는 특별한 제한이 없으나, 다공성 세퍼레이터를 사용하는 것이 바람직하며, 비제한적인 예로는 폴리프로필렌계, 폴리에틸렌계, 또는 폴리올레핀계 다공성 세퍼레이터 등이 있다.The electrochemical device of the present invention may include a separator. The separator is not particularly limited, but it is preferable to use a porous separator, and non-limiting examples include a polypropylene-based, polyethylene-based, or polyolefin-based porous separator.

본 발명의 전기화학소자는 외형에 제한이 없으나, 캔을 사용한 원통형, 각형, 파우치(pouch)형 또는 코인(coin)형 등이 될 수 있다.The electrochemical device of the present invention is not limited in appearance, but may be cylindrical, square, pouch or coin type using a can.

이하 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the following Examples. However, the following examples are merely to illustrate the present invention and the present invention is not limited by the following examples.

(실시예 1)(Example 1)

에틸렌 카보네이트(EC): 프로필렌 카보네이트(PC): 디에틸 카보네이트(DEC)= 2: 1: 7(v: v: v)의 조성을 갖는 유기 용매에 LiPF6를 1M 농도가 되도록 용해한 후, 상기 용액 100 중량부에 카르보닐 비스카프로락탐 (하기 화학식 2) 0.5 중량부를 첨가하여 비수 전해액을 제조하였다.Ethylene carbonate (EC): propylene carbonate (PC): diethyl carbonate (DEC) = 2: 1: 7 (v: v: v), the solution of 100 was dissolved to a 1M concentration of LiPF 6 in an organic solvent having a composition of 0.5 parts by weight of carbonyl biscaprolactam (formula 2) was added to parts by weight to prepare a nonaqueous electrolyte.

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112006070410327-pat00002
Figure 112006070410327-pat00002

양극활물질로 LiCoO2를 사용하였고, 바인더로서 PVDF와 도전재로서 아세틸렌블랙을 NMP (N-methyl-2-pyrrolidone)에 첨가하여 양극 슬러리를 제조한 후, 이를 알루미늄(Al) 집전체 상에 코팅하여 양극을 제조 하였다.LiCoO 2 was used as the positive electrode active material, PVDF as the binder and acetylene black as the conductive material were added to NMP (N-methyl-2-pyrrolidone) to prepare a positive electrode slurry, and then coated on the aluminum (Al) collector. A positive electrode was prepared.

음극활물질로는 인조흑연을 사용하였으며, 바인더로서 PVDF와 도전재로서 아세틸렌블랙을 NMP에 첨가하여 음극 슬러리를 제조한 후, 구리(Cu) 집전체 상에 코팅하여 음극을 제조하였다. Artificial negative electrode was used as a negative electrode active material, PVDF as a binder and acetylene black as a conductive material were added to NMP to prepare a negative electrode slurry, and then coated on a copper (Cu) current collector to prepare a negative electrode.

제조된 양극과 음극 사이에 폴리올레핀 계열의 세퍼레이터를 개재시킨 후, 상기 제조된 비수 전해액을 주입하여 코인형 전지(MCMB 전지)를 제작하였다.After interposing a polyolefin-based separator between the prepared positive electrode and the negative electrode, a non-aqueous electrolyte was prepared to prepare a coin-type battery (MCMB battery).

(실시예 2)(Example 2)

카르보닐 비스카프로락탐 (상기 화학식 2) 1 중량부를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 비수 전해액 및 전지를 제조하였다.A nonaqueous electrolyte solution and a battery were manufactured in the same manner as in Example 1, except that 1 part by weight of carbonyl biscaprolactam (Formula 2) was used.

(비교예 1)(Comparative Example 1)

카르보닐 비스카프로락탐 대신 비닐렌 카보네이트 1 중량부를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 비수 전해액 및 전지를 제조하였다.A nonaqueous electrolyte solution and a battery were prepared in the same manner as in Example 1, except that 1 part by weight of vinylene carbonate was used instead of carbonyl biscaprolactam.

(비교예 2)(Comparative Example 2)

카르보닐 비스카프로락탐을 첨가하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 비수 전해액 및 전지를 제조하였다.A nonaqueous electrolyte solution and a battery were prepared in the same manner as in Example 1, except that carbonyl biscaprolactam was not added.

(비교예 3)(Comparative Example 3)

입실론 카프로락탐(epsilon caprolactam, 하기 화학식 3) 0.5 중량부를 사용 한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 비수 전해액 및 전지를 제조하였다.A nonaqueous electrolyte and a battery were prepared in the same manner as in Example 1, except that 0.5 parts by weight of epsilon caprolactam (formula 3) was used.

[화학식 3](3)

Figure 112006070410327-pat00003
Figure 112006070410327-pat00003

(실험 1: 전압에 따른 용량 측정)(Experiment 1: Capacity Measurement with Voltage )

실시예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 리튬 이차전지를 사용하여 전압에 따른 미분 용량을 측정하였고, 그 결과를 도 1에 나타내었다. Differential capacity according to voltage was measured using lithium secondary batteries prepared according to Example 1 and Comparative Example 2, and the results are shown in FIG. 1.

도 1에 의하면, 실시예 1의 전지가 비교예 2의 전지에 비해 낮은 전위에서 동일한 용량값을 보이므로, 카르보닐 비스락탐을 포함하는 전해액(실시예 1)은 이를 포함하지 않는 전해액(비교예 2) 보다 낮은 전위에서 환원분해 반응이 일어나 전극 피막을 형성함을 알 수 있었다.According to FIG. 1, since the battery of Example 1 shows the same capacity value at a lower potential than that of Comparative Example 2, the electrolyte solution containing carbonyl bislactam (Example 1) does not contain an electrolyte solution (Comparative Example). 2) It was found that a reduction decomposition reaction occurred at a lower potential to form an electrode coating.

(실험 2: 방전 용량 및 용량 유지율 측정)(Experiment 2: Measurement of discharge capacity and capacity retention rate )

실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 3에 따라 제조된 리튬 이차전지를 가혹한 조건에서 실험하여 변별력을 최대화할 수 있도록 60℃에서 1C로 충방전하여 방전 용량과 용량 유지율을 하기 표 1에 나타내었다. 하기 표 1에서 방전 용량은 100 싸이클 진행 후 방전 용량을 나타내며, 용량 유지율은 100 싸이클 이후 측정한 용량 값의 표준 방전량에 대한 %값을 나타낸다.The lithium secondary batteries prepared according to Examples 1 to 2 and Comparative Examples 1 to 3 were charged and discharged at 1 ° C. at 60 ° C. to maximize discrimination by experimenting under severe conditions, and the discharge capacities and capacity retention rates are shown in Table 1 below. . In Table 1, the discharge capacity represents discharge capacity after 100 cycles, and the capacity retention ratio represents a% value with respect to the standard discharge amount of the capacity value measured after 100 cycles.

방전용량(mAh)Discharge Capacity (mAh) 용량 유지율(%)Capacity retention rate (%)
실시예 1

Example 1
4.44.4 8888
4.324.32 86.486.4 4.424.42 88.488.4
실시예 2

Example 2
4.234.23 84.684.6
4.184.18 83.683.6 4.194.19 83.883.8
비교예 1

Comparative Example 1
4.384.38 87.687.6
4.354.35 8787 4.394.39 87.887.8
비교예 2

Comparative Example 2
2.482.48 49.649.6
2.332.33 46.646.6 2.412.41 48.248.2
비교예 3

Comparative Example 3
4.224.22 84.484.4
4.184.18 83.683.6 4.174.17 83.483.4

상기 표 1에 나타낸 것과 같이, 실시예 1 및 실시예 2의 전지는 비교예 1 및 비교예 3의 전지와 동등하거나 거의 유사하였고, 비교예 2의 전지보다 우수한 결과를 나타내었다. As shown in Table 1, the batteries of Examples 1 and 2 were equivalent or almost similar to those of Comparative Examples 1 and 3, and showed better results than the batteries of Comparative Example 2.

(실험 3: 가스 발생 측정)Experiment 3: Gas Generation Measurement

실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 3에 따라 제조된 리튬 이차전지를 90℃에서 4시간 방치한 후, 방치하기 전의 초기 내압과 방치 후의 최종 내압을 측정하여 가스 발생 억제 효과를 알아보았고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. After the lithium secondary batteries prepared according to Examples 1 to 2 and Comparative Examples 1 to 3 were left at 90 ° C. for 4 hours, the initial internal pressure before leaving and the final internal pressure after leaving were measured to determine the effect of inhibiting gas generation. The results are shown in Table 2 below.

초기 내압(Torr)Initial Torr 최종 내압(Torr)Final Torr 내압 증가폭 (Torr)Increasing pressure resistance (Torr) 실시예1Example 1 0.30.3 0.90.9 0.60.6 실시예2Example 2 0.40.4 1.11.1 0.70.7 비교예1Comparative Example 1 0.40.4 1.61.6 1.21.2 비교예2Comparative Example 2 0.50.5 1.31.3 0.80.8 비교예3Comparative Example 3 0.40.4 1.81.8 1.41.4

상기 표 2에 나타낸 것과 같이, 실시예 1 및 실시예 2의 전지는 비교예 1 내지 비교예 3의 전지에 비해 내압 증가폭이 감소하였고, 따라서 가스 발생 억제 효과가 있음을 알 수 있었다.As shown in Table 2, the battery of Example 1 and Example 2 was reduced compared to the batteries of Comparative Examples 1 to 3, the increase in withstand pressure was reduced, and thus it was found that the gas generation inhibiting effect.

본 발명의 비수 전해액에 포함된 카르보닐 비스락탐은 초기 충전 시에 카보네이트 유기 용매보다 낮은 전위에서 먼저 환원 분해 반응이 진행될 수 있다. 따라서, 상기 카르보닐 비스락탐은 환원 분해되어 전극활물질 표면에 안정성이 높은 피막을 형성할 뿐만 아니라, 상기 피막은 고온에서의 분해가 적어 가스 발생을 최소화할 수 있으므로, 전기화학소자의 상온 수명 특성 및 고온 수명 특성을 향상시킬 수 있다.The carbonyl bislactam contained in the nonaqueous electrolyte of the present invention may be subjected to a reduction decomposition reaction at a potential lower than that of the carbonate organic solvent during initial charging. Accordingly, the carbonyl bislactam is reduced and decomposed to form a highly stable film on the surface of the electrode active material, and the film is less decomposed at high temperature, thereby minimizing gas generation. High temperature life characteristics can be improved.

Claims (11)

(i) 카르보닐 비스락탐; (ii) 환형 카보네이트, 또는 선형 카보네이트, 또는 이들 모두를 포함하는 유기 용매; 및 (iii) 전해질 염을 포함하는 비수 전해액.(i) carbonyl bislactam; (ii) an organic solvent comprising a cyclic carbonate, or a linear carbonate, or both; And (iii) an electrolyte salt. 제1항에 있어서, 상기 카르보닐 비스락탐은 하기 화학식 1의 카르보닐 비스락탐인 것이 특징인 비수 전해액.The nonaqueous electrolyte of claim 1, wherein the carbonyl bislactam is a carbonyl bislactam of the following Chemical Formula 1. [화학식 1][Formula 1]
Figure 112006070410327-pat00004
Figure 112006070410327-pat00004
상기 화학식 1에서, R1 내지 R12는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, C1~C6의 알킬(alkyl), 또는 C1~C6의 할로알킬(haloalkyl)이고, In Formula 1, R 1 to R 12 are each independently hydrogen, halogen, C 1 ~ C 6 alkyl, or C 1 ~ C 6 haloalkyl, m 및 n은 각각 독립적으로 0~13의 정수이다.m and n are each independently an integer of 0-13.
제1항에 있어서, 상기 카르보닐 비스락탐은 상기 유기 용매 100 중량부에 대해 0.05~10 중량부로 포함된 것이 특징인 비수 전해액.The nonaqueous electrolyte of claim 1, wherein the carbonyl bislactam is contained in an amount of 0.05 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the organic solvent. 제1항에 있어서, 상기 환형 카보네이트는 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 부틸렌 카보네이트(BC), 펜틸렌 카보네이트, 플루오르에틸렌 카보네이트(FEC) 및 이들의 할로겐 유도체로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것이 특징인 비수 전해액.According to claim 1, wherein the cyclic carbonate is selected from the group consisting of ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), pentylene carbonate, fluoroethylene carbonate (FEC) and halogen derivatives thereof A nonaqueous electrolytic solution characterized by being at least a species. 제1항에 있어서, 상기 선형 카보네이트는 디에틸 카보네이트(DEC), 디메틸 카보네이트(DMC), 디프로필 카보네이트(DPC), 디부틸 카보네이트, 에틸 메틸 카보네이트(EMC), 메틸 프로필 카보네이트(MPC), 메틸 이소프로필 카보네이트, 메틸 부틸 카보네이트, 에틸 프로필 카보네이트 및 이들의 할로겐 유도체로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것이 특징인 비수전해액.The method of claim 1, wherein the linear carbonate is diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), dipropyl carbonate (DPC), dibutyl carbonate, ethyl methyl carbonate (EMC), methyl propyl carbonate (MPC), methyl iso Non-aqueous electrolyte, characterized in that at least one selected from the group consisting of propyl carbonate, methyl butyl carbonate, ethyl propyl carbonate and halogen derivatives thereof. 제1항에 있어서, 상기 선형 카보네이트는 비수 전해액 중 40~80 부피%로 포함된 것이 특징인 비수 전해액.The nonaqueous electrolyte of claim 1, wherein the linear carbonate is contained in an amount of 40 to 80% by volume in the nonaqueous electrolyte. 제1항에 있어서, 상기 전해질 염은 (i) Li+, Na+, K+로 이루어진 군에서 선택된 양이온과The method of claim 1, wherein the electrolyte salt is (i) Li + , Na + , K + and a cation selected from the group consisting of (ii) PF6 -, BF4 -, Cl-, Br-, I-, ClO4 -, AsF6 -, CH3CO2 -, CF3SO3 -, N(CF3SO2)2 -, C(CF2SO2)3 -로 이루어진 군에서 선택된 음이온의 조합으로 이루어진 것이 특징인 비수전해액. (ii) 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 characterized by the non-aqueous electrolytic solution which is a combination of an anion selected from the group consisting of. 카르보닐 비스락탐의 환원체를 함유하는 피막이 표면의 일부 또는 전부에 형성된 전극활물질을 포함하는 전극.The electrode containing the electrode active material in which the film | membrane containing the reducing substance of carbonyl bislactam was formed in part or all of the surface. 제8항에 있어서, 상기 카르보닐 비스락탐은 하기 화학식 1의 카르보닐 비스락탐인 것이 특징인 전극.The electrode of claim 8, wherein the carbonyl bislactam is a carbonyl bislactam of Formula 1 below. [화학식 1][Formula 1]
Figure 112006070410327-pat00005
Figure 112006070410327-pat00005
상기 화학식 1에서, R1 내지 R12는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, C1~C6의 알킬(alkyl), 또는 C1~C6의 할로알킬(haloalkyl)이고, In Formula 1, R 1 to R 12 are each independently hydrogen, halogen, C 1 ~ C 6 alkyl, or C 1 ~ C 6 haloalkyl, m 및 n은 각각 독립적으로 0~5의 정수이다.m and n are each independently an integer of 0-5.
양극, 음극 및 비수 전해액을 포함하는 전기화학소자에 있어서, 상기 전해액은 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 비수 전해액인 것이 특징인 전기화학소자.An electrochemical device comprising a positive electrode, a negative electrode, and a nonaqueous electrolyte, wherein the electrolyte is an electrochemical device according to any one of claims 1 to 7. 양극, 음극 및 비수 전해액을 포함하는 전기화학소자에 있어서, 상기 양극, 또는 음극, 또는 양극과 음극 모두는 제8항 또는 제9항의 전극인 것이 특징인 전기 화학소자.An electrochemical device comprising an anode, a cathode, and a nonaqueous electrolyte, wherein the anode, or the cathode, or both the anode and the cathode are the electrodes of claim 8 or 9.
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