KR101264435B1 - Electrolyte for improving storage performance at high temperature and secondary battery comprising the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 (a) 전해질 염; (b) 전해액 용매; 및 (c) 상기 전해액 용매 보다 낮은 환원 전위를 갖는 암모늄 함유 화합물을 포함하며, 상기 암모늄 함유 화합물은 전기적 환원에 의해 음극 상에 고체 전해질 계면(solid electrolyte interface: SEI) 피막을 형성할 수 있는 것이 특징인 전지용 전해액 및 상기 전해액을 구비하는 이차 전지를 제공한다.(A) an electrolyte salt; (b) an electrolyte solvent; And (c) an ammonium-containing compound having a lower reduction potential than the electrolyte solvent, wherein the ammonium-containing compound is capable of forming a solid electrolyte interface (SEI) film on the cathode by electrical reduction. The secondary battery provided with the phosphorus battery electrolyte solution and the said electrolyte solution is provided.
본 발명에서는 종래 전해액 비수용매 보다 낮은 환원 전위를 갖는 암모늄 함유 화합물을 전해액의 일 구성 성분으로 사용함으로써, 전지의 고온 보존 특성 및 장수명 특성을 제공할 수 있다.In the present invention, by using an ammonium-containing compound having a lower reduction potential than the conventional electrolyte non-aqueous solvent as one component of the electrolyte, high temperature storage characteristics and long life characteristics of the battery can be provided.
전해액, 암모늄, 고체 전해질 계면, 성능, 이차 전지 Electrolyte, ammonium, solid electrolyte interface, performance, secondary battery
Description
도 1은 실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 2의 전해액의 환원 전압을 각각 비교한 도이다. 1 is a diagram comparing reduction voltages of the electrolyte solutions of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2, respectively.
도 2는 암모늄 벤조에이트를 전해액 성분으로 포함하는 실시예 2의 리튬 이차 전지 및 통상적인 전해액을 구비하는 비교예 1의 리튬 이차 전지를 각각 충방전한 후, 음극을 채취하여 분석한 DSC(differential scanning calorimetry) 결과도이다. FIG. 2 shows charge and discharge of the lithium secondary battery of Example 2 including ammonium benzoate as an electrolyte component and the lithium secondary battery of Comparative Example 1 including a conventional electrolyte solution, and then the negative electrode was collected and analyzed. calorimetry) results.
도 3은 암모늄 헥사플루오로포스페이트를 전해액 성분으로 포함하는 실시예 1의 전지 및 통상적인 전해액을 구비하는 비교예 1의 전지를 각각 고온(60℃)에서 장기간(12주) 저장한 후, 전지의 파워 보존율 변화를 나타내는 그래프이다.FIG. 3 shows the battery of Example 1 containing ammonium hexafluorophosphate as the electrolyte component and the battery of Comparative Example 1 containing the conventional electrolyte solution, respectively, after long-term storage (12 weeks) at high temperature (60 ° C.). It is a graph showing a change in power conservation rate.
본 발명은 열적 안정성이 우수할 뿐만 아니라 견고하고 균일한 SEI 막을 형성할 수 있는 전해액 첨가제가 포함된 전지용 전해액 및 상기 전해액을 구비하여 전지의 장수명 특성, 고온 보존 특성 등의 제반 성능이 향상된 이차 전지에 관한 것이다.The present invention provides a secondary battery having excellent thermal stability, including a battery electrolyte containing an electrolyte additive capable of forming a solid and uniform SEI film, and the electrolyte including the electrolyte, and long-life characteristics and high temperature storage characteristics of the battery. It is about.
최근 전자 장비의 소형화 및 경량화가 실현되고 휴대용 전자 기기의 사용이 일반화됨에 따라, 고에너지 밀도를 갖는 리튬 이차 전지에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 리튬 이온 이차 전지는 리튬 이온의 삽입 및 탈리가 가능한 물질을 음극 및 양극으로 사용하고, 상기 양극과 음극 사이에 유기 전해액 또는 폴리머 전해액을 충전시켜 제조하며, 리튬 이온이 상기 양극 및 음극에서 삽입 및 탈리될 때의 산화, 환원 반응에 의하여 전기적 에너지를 생성한다.Recently, miniaturization and lighter weight of electronic equipment have been realized and use of portable electronic devices has become common, so researches on lithium secondary batteries having high energy density have been actively conducted. Lithium ion secondary batteries are manufactured by using a material capable of inserting and detaching lithium ions as a negative electrode and a positive electrode, and filling an organic electrolyte or polymer electrolyte between the positive electrode and the negative electrode, and lithium ions are inserted and removed from the positive electrode and the negative electrode. Electrical energy is generated by oxidation and reduction reactions.
리튬 이차 전지는 리튬 이온이 양극과 음극을 흔들의자처럼 왕복하면서 에너지를 전달하는 역할을 하기 때문에 흔들의자 전지(rocking chair battery)라고도 하는데, 첫 번째 충전 과정시 전지의 음극에서 음극활물질인 탄소 입자의 표면과 전해액이 반응하여 고체 전해질막(solid electrolyte interface: SEI film)을 형성하게 된다. 형성된 SEI 막은 음극인 탄소 입자의 표면에서 카보네이트 계열 전해액의 분해를 억제하여 전지를 안정화시키는 역할을 하나, 전지의 충방전이 지속적으로 진행되거나, 특히 만충전 상태에서의 고온 저장시, 증가된 전기 화학적 에너지와 열 에너지에 의해 SEI 막이 서서히 붕괴됨으로써 노출된 음극활물질 표면과 전해액 용매가 반응하여 분해되는 부반응이 지속적으로 발생하게 되며, 이로 인해 전극의 저항 증가 및 전지의 제반 성능 저하가 발생하게 된다. 또한, 이와 같은 부반응은 전지 내부에 가스 발생을 초래하게 되는데, 이러한 지속적인 기체 발생은 고온에서 리튬 이차 전지의 내부 압력을 상승시켜 전지 두께를 팽창시키는 원인이 될 뿐만 아니라, 결국 전지의 수명 감소 및 경량화에 커다란 문제점을 낳게 된다. Lithium secondary batteries are also called rocking chair batteries because lithium ions reciprocate the positive and negative poles like a rocking chair to transfer energy. The surface and the electrolyte react to form a solid electrolyte interface (SEI film). The formed SEI film serves to stabilize the battery by inhibiting decomposition of the carbonate-based electrolyte on the surface of the carbon particles, which are negative electrodes, but increase or decrease the electrochemical properties when the battery is continuously charged or discharged, or especially at high temperatures in a full charge state. As the SEI film gradually collapses due to energy and thermal energy, side reactions in which the exposed surface of the negative electrode active material and the electrolyte solvent react to be decomposed continuously occur, thereby increasing the resistance of the electrode and deteriorating overall performance of the battery. In addition, such side reactions lead to gas generation inside the battery, and this continuous gas generation not only causes the internal pressure of the lithium secondary battery to expand at high temperatures, thereby expanding the battery thickness, but also reducing the lifespan and weight of the battery. This creates a huge problem.
본 발명자들은 비수용매에 용해 가능한 암모늄 계열 화합물을 전해액의 일 구성성분으로 사용하면, 종래 카보네이트 계열 전해액 용매 보다 낮은 환원 전위를 가져 고체 전해질 계면(solid electrolyte interface: SEI) 피막 형성이 용이할 뿐만 아니라, 형성된 SEI 피막의 열적, 구조적 안정성이 우수하여 전지의 제반 성능 향상을 도모할 수 있다는 것을 발견하였다.When the present inventors use an ammonium-based compound soluble in a non-aqueous solvent as one component of an electrolyte, the inventors have a lower reduction potential than that of a conventional carbonate-based electrolyte solvent, so that a solid electrolyte interface (SEI) film is easily formed. It has been found that the thermal and structural stability of the formed SEI film can be excellent to improve overall performance of the battery.
이에, 본 발명은 상기 암모늄 함유 화합물을 포함하는 전지용 전해액 및 상기 전해액을 구비하는 이차 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a battery electrolyte containing the ammonium-containing compound and a secondary battery having the electrolyte.
본 발명은 (a) 전해질 염; (b) 전해액 용매; 및 (c) 상기 전해액 용매 보다 낮은 환원 전위를 갖는 암모늄 함유 화합물을 포함하며, 상기 암모늄 함유 화합물은 전기적 환원에 의해 음극 상에 고체 전해질 계면(solid electrolyte interface: SEI) 피막을 형성할 수 있는 것이 특징인 전지용 전해액 및 상기 전해액을 구비하는 이차 전지를 제공한다.(A) an electrolyte salt; (b) an electrolyte solvent; And (c) an ammonium-containing compound having a lower reduction potential than the electrolyte solvent, wherein the ammonium-containing compound is capable of forming a solid electrolyte interface (SEI) film on the cathode by electrical reduction. The secondary battery provided with the phosphorus battery electrolyte solution and the said electrolyte solution is provided.
또한, 본 발명은 암모늄 함유 화합물 또는 이의 화학 반응 결과물을 함유하는 고체 전해질 계면(SEI film: solid electrolyte interface) 피막이 표면의 일부 또는 전부에 형성된 전극 및 상기 전극을 구비하는 이차 전지를 제공한다.In addition, the present invention provides an electrode having a solid electrolyte interface (SEI film) film containing an ammonium-containing compound or a chemical reaction product thereof formed on part or all of a surface thereof, and a secondary battery having the electrode.
나아가, 본 발명은 이차 전지의 음극 상에서 환원되어 고체 전해질 계면(SEI) 피막을 형성할 수 있는 화합물로서, 암모늄 이온을 함유하는 SEI막 형성용 전해액 첨가제를 제공한다.Furthermore, the present invention provides an electrolyte additive for forming an SEI film containing ammonium ions as a compound capable of being reduced on the negative electrode of a secondary battery to form a solid electrolyte interface (SEI) film.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명은 수계 용매 뿐만 아니라 비(非)수용매에 용해 또는 해리가 용이하게 이루어질 뿐만 아니라, 전해액 카보네이트계 용매 보다 낮은 환원 전위를 갖는 암모늄 함유 화합물을 전지용 전해액의 일 구성 성분으로 사용하는 것을 특징으로 한다. The present invention is not only easy to dissolve or dissociate in a non-aqueous solvent, but also an aqueous solvent, and uses an ammonium-containing compound having a lower reduction potential than an electrolyte carbonate solvent as one component of a battery electrolyte. do.
이와 같은 물성의 암모늄 함유 화합물이 함유된 전지용 전해액을 사용하는 경우, 탁월한 고온 저장 특성 및 수명 특성을 나타내게 되는데, 이의 작용 원리는 하기와 같이 추정된다.In the case of using a battery electrolyte containing such an ammonium-containing compound of the physical properties, it exhibits excellent high-temperature storage characteristics and lifetime characteristics, its working principle is estimated as follows.
1) 전지의 성능은 기본 전해액 구성과 상기 전해액과 전극이 반응하여 형성하는 고체 계면 피막(Solid Electrode Interface: SEI )에 의해 많이 좌우된다.1) The performance of the battery is highly dependent on the basic electrolyte composition and the solid electrode interface (SEI) formed by the reaction between the electrolyte and the electrode.
종래 리튬 이차 전지는 첫번째 충전 과정시 전지의 음극에서 음극활물질인 탄소 입자의 표면과 전해액이 반응하여 고체 전해질 계면(solid electrolyte interface: SEI) 막을 형성하는데, 형성된 SEI 막은 카본재와 전해액 용매와의 부반응; 및 전해액 용매의 음극재로의 삽입(co-intercalation)으로 인한 음극재의 붕괴 등을 방지할 뿐만 아니라 종래 리튬 이온 터널로서의 역할을 충실히 수행함으로써 전지의 성능 저하를 최소화한다. 그러나, 종래 카보네이트계 유기용매, 불소염 또는 기타 무기염에 의해 형성된 SEI 막은 약하며 porous하고 조밀하지 못하여 리튬 이온의 이동이 원활히 이루어지지 못함으로써, 가역성 리튬 양의 감소에 의해 충방전 진행에 따른 비가역 반응을 증가시켜 전지의 용량 및 수명 특성 저하가 초 래된다. In the conventional lithium secondary battery, the surface of carbon particles, which are negative electrode active materials, and an electrolyte react with each other to form a solid electrolyte interface (SEI) film during a first charging process. The formed SEI film is a side reaction between a carbon material and an electrolyte solvent. ; And not only prevent the collapse of the negative electrode material due to co-intercalation of the electrolyte solvent into the negative electrode material, but also faithfully perform a conventional lithium ion tunnel, thereby minimizing performance degradation of the battery. However, SEI membranes formed by conventional carbonate organic solvents, fluorine salts or other inorganic salts are weak, porous and not dense so that lithium ions cannot be moved smoothly. This increases the capacity and lifetime characteristics of the battery.
이에 비해, 본 발명의 전해액 중에 함유되는 암모늄 함유 화합물은 전지의 초기 충전시 다른 성분 보다 먼저 음극재 표면상에 환원되어, 견고하고 조밀할 뿐만 아니라 열적 안정성이 우수한 SEI 막을 형성하게 된다(도 1 및 도 2 참조). 따라서 종래 카보네이트 용매가 층상 구조의 활물질층 내 삽입(co-intercalation)되거나 또는 용매가 분해되는 부반응을 막아 전지의 초기 효율 증대를 도모할 뿐만 아니라, 형성된 SEI 막이 리튬 이온(Li+)만을 선택적으로 흡장 및 방출시키는 화학 반응성이 낮은 부동태 막 (passivation layer)이므로 장기 사이클에 있어서도 높은 안정성을 나타내어 장수명 특성을 도모할 수 있다.In contrast, the ammonium-containing compound contained in the electrolyte of the present invention is reduced on the surface of the negative electrode material before other components during initial charging of the battery, thereby forming a SEI film that is not only firm and dense but also excellent in thermal stability (FIG. 1 and 2). Therefore, the conventional carbonate solvent prevents side reactions such as co-intercalation in the layered active material layer or decomposition of the solvent, thereby increasing the initial efficiency of the battery, and the SEI film formed selectively absorbs only lithium ions (Li + ). And a passivation layer having low chemical reactivity to emit, exhibiting high stability even in a long cycle and achieving long life characteristics.
2) 또한, 종래 리튬 이차 전지는 특히 고온 환경하에서 급격한 전지의 성능 저하가 발생하게 되는데, 이는 음극 표면에 형성된 SEI 막의 붕괴가 급격히 이루어질 뿐만 아니라, 이로 인해 전극과 전해액 간의 부반응 증가, 전극의 저항 증가 등 역시 급격히 발생하는 것으로 추정된다. 2) In addition, in the conventional lithium secondary battery, a sudden deterioration of the battery performance occurs especially under a high temperature environment, which not only causes a sudden collapse of the SEI film formed on the surface of the negative electrode, but also increases side reaction between the electrode and the electrolyte and increases the resistance of the electrode. It is also estimated to occur rapidly.
이에 비해, 본 발명에서 형성된 SEI막은 뛰어난 열적 안정성을 보유함에 따라 고온 붕괴가 거의 이루어지지 않을 뿐만 아니라, 설령 고온에 의해 붕괴된다 하더라도 낮은 전위에서 신속하게 재생되고 지속적으로 유지됨으로써, 고온 등에 의해 반응성이 증가된 전극과 전해액 간의 부반응 발생이 감소되고 이로 인해 향상된 전지의 제반 성능 및 고온 특성을 나타낼 수 있다. On the contrary, the SEI film formed in the present invention hardly decomposes at a high temperature as it has excellent thermal stability, and is rapidly regenerated and maintained at a low potential even if decayed by a high temperature, thereby maintaining reactivity due to high temperature or the like. The occurrence of side reactions between the increased electrode and the electrolyte is reduced, which may result in improved overall performance and high temperature characteristics of the battery.
본 발명에 따른 전지용 전해액을 구성하는 요소 중 하나는 암모늄을 함유하 는 화합물로서, 혼용되는 전해액 용매 보다 낮은 환원 전위를 가져 고체 전해질 계면(SEI) 피막을 형성할 수 있는 물질이라면 특별한 제한이 없다. One of the elements constituting the battery electrolyte according to the present invention is a compound containing ammonium, and there is no particular limitation as long as it is a material capable of forming a solid electrolyte interface (SEI) film with a lower reduction potential than a mixed electrolyte solvent.
종래 암모늄 함유 화합물 중 4급 암모늄 양이온 (즉, 질소와 결합하는 치환기가 탄화수소기로 전부 치환)과 무기 음이온을 포함하는 상온 용융염 (RTIL)을 전지용 전해액을 사용하기도 하였으나, 이는 상온 용융염 자체의 물성, 즉 비휘발성, 무독성, 비가연성 등을 이용하여 전지의 안전성 향상을 도모하고자 하는 것이었을 뿐이었으며, 실제로 상온 용융염의 높은 환원 전위, 높은 점도 및 높은 용매화(solvation) 능력으로 인해 초래되는 전지의 성능 저하 문제점을 근본적으로 해결할 수 없었다. Conventional ammonium cations (ie, substituents that combine with nitrogen are all substituted with hydrocarbon groups) and room temperature molten salts (RTIL) containing inorganic anions are used as battery electrolytes in the ammonium-containing compounds. In other words, it was only intended to improve the safety of the battery by using non-volatile, non-toxic, non-flammable, etc. In fact, the battery caused by the high reduction potential, high viscosity and high solvation ability of the molten salt at room temperature We were not able to solve the problem of performance degradation fundamentally.
이에 비해, 본 발명에서는 암모늄 함유 화합물을 이용하여 상온 용융염을 형성하는 대신, 전해액 용매 보다 낮은 환원 전위를 갖는 암모늄 함유 화합물을 전해액의 일 구성 성분으로 사용하는 것이므로, 전술한 상온 용융염에 의한 문제점이 근본적으로 발생되지 않을 뿐만 아니라, 암모늄이 포함된 우수한 물성의 SEI 막으로 인해 제반 성능이 향상된다는 점에서 차별화된다.On the contrary, in the present invention, instead of forming a molten salt at room temperature using the ammonium-containing compound, an ammonium-containing compound having a lower reduction potential than that of the electrolyte solvent is used as one component of the electrolyte solution. Not only does this not occur fundamentally, but it is differentiated in that the overall performance is improved by the SEI film having excellent properties including ammonium.
상기 암모늄 함유 화합물은 우수한 물성의 SEI 막 형성을 위해, 가능하면 전지용 전해액 용매로 사용되는 비수용매에 용이하게 용해 또는 해리되는 것이 바람직하며, 일례로 비수계 용매 100 % 대비 0.1% 이상 용해 또는 해리 가능한 염(salt)일 수 있다. 사용 가능한 암모늄 함유 화합물의 비제한적인 예로는 암모늄 헥사플루오로포스페이트(AP), 암모늄 벤조에이트(AB), 불화암모늄(NH4F), 염화암모 늄(NH4Cl), 브롬화 암모늄(NH4Br) 또는 이들의 혼합물 등이 있다. 이외에 전술한 물성을 갖는 암모늄 함유 화합물 역시 본 발명의 범주에 속한다. The ammonium-containing compound is preferably easily dissolved or dissociated in a non-aqueous solvent used as a battery electrolyte solvent in order to form an SEI film having excellent physical properties. For example, the ammonium-containing compound may dissolve or dissociate at least 0.1% relative to 100% of a non-aqueous solvent. It may be a salt. Non-limiting examples of ammonium containing compounds that can be used include ammonium hexafluorophosphate (AP), ammonium benzoate (AB), ammonium fluoride (NH 4 F), ammonium chloride (NH 4 Cl), ammonium bromide (NH 4 Br ) Or mixtures thereof. In addition, ammonium containing compounds having the above-described physical properties are also within the scope of the present invention.
상기 암모늄 함유 화합물의 함량은 전지의 제반 성능을 향상시키고자 하는 목표에 따라 조절 가능하나, 전해액 100 중량부 당 0.01 내지 10 중량부가 바람직하다. 0.01 중량부 미만을 사용하는 경우 원하는 수명 특성 및 고온 저장 특성의 향상 효과가 미미하며, 10 중량부를 초과하는 경우 잉여 화합물의 부반응에 의한 전지의 용량 감소, 전해액의 점도 증가, 이온 전도도 감소로 인한 제반 성능 저하가 발생하게 된다. The content of the ammonium-containing compound can be adjusted according to the goal of improving the overall performance of the battery, but preferably 0.01 to 10 parts by weight per 100 parts by weight of the electrolyte. If the amount is less than 0.01 parts by weight, the desired life characteristics and the high temperature storage characteristics are insignificant, and if it is more than 10 parts by weight, the capacity of the battery is reduced due to the side reaction of the surplus compound, the viscosity of the electrolyte is increased, and the ion conductivity is reduced. Performance degradation will occur.
상기 암모늄 함유 화합물이 함께 첨가될 전지용 전해액은 당 업계에 알려진 통상적인 전해액 성분, 예컨대 전해질 염과 유기용매를 포함한다. The battery electrolyte to which the ammonium containing compound is to be added together includes conventional electrolyte components known in the art, such as electrolyte salts and organic solvents.
사용 가능한 전해질 염은 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(CF3SO2)3 -와 같은 음이온 또는 이들의 조합으로 이루어진 이온을 포함하는 염이다. 특히, 리튬염이 바람직하다. 리튬염의 비제한적인 예로는 LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬 등이 있다.Using the electrolyte salts is A + B - A salt of the structure, such as, A + is Li +, Na +, K + comprises an alkaline metal cation or an ion composed of a combination thereof, such as, and 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 3 SO 2) 3 - is a salt containing an anion ion or a combination thereof, such as. In particular, a lithium salt is preferable. Non-limiting examples of lithium salts include LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4 , LiBF 4 , LiB 10 Cl 10 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiAlCl 4 , CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, chloroborane lithium, lower aliphatic lithium carbonate, lithium phenyl borate and the like.
유기 용매는 당 업계에 알려진 통상적인 용매, 예컨대 환형 카보네이트 및/또는 선형 카보네이트가 사용 가능하며, 이의 비제한적인 예로는 프로필렌 카보네이트(PC), 에틸렌 카보네이트(EC), 디에틸카보네이트(DEC), 디메틸카보네이트(DMC), 디프로필카보네이트(DPC), 디메틸설폭사이드, 아세토니트릴, 디메톡시에탄, 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 에틸, 프로피온산 부틸 또는 이들의 혼합물 등이 있다. 또한, 상기 유기 용매의 할로겐 유도체도 사용 가능하다.Organic solvents may be used conventional solvents known in the art, such as cyclic carbonates and / or linear carbonates, non-limiting examples of propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl Carbonate (DMC), dipropyl carbonate (DPC), dimethyl sulfoxide, acetonitrile, dimethoxyethane, diethoxyethane, tetrahydrofuran, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), ethylmethyl carbonate (EMC) Gamma butyrolactone (GBL), fluoroethylene carbonate (FEC), methyl formate, ethyl formate, propyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, pentyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, ethyl propionate, butyl propionate or these And mixtures thereof. Moreover, the halogen derivative of the said organic solvent can also be used.
또한, 상기 전해질에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 비닐렌 카보네이트, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 저장 특성을 더욱 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있다.In addition, for the purpose of improving charge and discharge characteristics, flame retardancy, etc., the electrolyte includes, for example, pyridine, triethyl phosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylene diamine, n-glyme, hexaphosphate triamide, Nitrobenzene derivative, sulfur, quinone imine dye, N-substituted oxazolidinone, N, N-substituted imidazolidine, ethylene glycol dialkyl ether, ammonium salt, pyrrole, 2-methoxy ethanol, vinylene carbonate, aluminum trichloride, etc. This may be added. In some cases, in order to impart nonflammability, a halogen-containing solvent such as carbon tetrachloride and ethylene trifluoride may be further included, or carbon dioxide gas may be further included to further improve the high temperature storage characteristics.
또한, 본 발명은 암모늄 함유 화합물 또는 이의 화학 반응 결과물을 함유하는 고체 전해질 계면(SEI film: solid electrolyte interface) 피막이 표면의 일부 또는 전부에 형성된 전극을 제공한다. 이때, 상기 SEI 막은 암모늄 이온과 리튬 이온을 동시에 포함할 수 있다. The present invention also provides an electrode in which a solid electrolyte interface (SEI film) film containing an ammonium containing compound or a chemical reaction product thereof is formed on part or all of the surface thereof. In this case, the SEI membrane may include ammonium ions and lithium ions at the same time.
상기 전극은 전술한 전해액을 사용하여 충방전을 진행하면 전해액 내 암모늄 함유 화합물이 가역적 리튬 이온과 함께 전극활물질 표면에 자동적으로 형성될 수 있으며, 또는 상기 화합물을 전극활물질 표면에 코팅하거나, 또는 전극 재료로 병용하여 이루어질 수 있으며, 그외 기제조된 전극 표면에 코팅하여 이루어질 수도 있다. When the electrode is charged and discharged using the above-described electrolyte, the ammonium-containing compound in the electrolyte may be automatically formed on the surface of the electrode active material together with the reversible lithium ions, or the compound is coated on the surface of the electrode active material, or the electrode material It may be made in combination with, or may be made by coating on the other electrode surface prepared.
이와 같이, 상기 암모늄 함유 화합물 또는 상기 화합물의 환원 결과물이 전극활물질 표면의 일부 또는 전부에 형성된 전극을 구비하는 이차 전지는 전극 내 탄소재, 전이금속 및 전이금속 산화물을 안정화시켜 충방전 진행시 전극활물질로부터 전이금속의 일부가 용출(dissolution)되는 것을 막을 뿐만 아니라, 외부로부터 물리적 충격이 가해질 경우 전해액이 전극 표면과 직접적으로 반응함으로써 발생되는 발열반응을 효과적으로 제어하고, 전극활물질의 구조 붕괴를 지연시킴으로써 전지 내부의 온도 상승에 따른 발화 및 파열 현상을 막을 수 있다. As described above, a secondary battery having an electrode including the ammonium-containing compound or a reduction product of the compound formed on part or all of the surface of the electrode active material stabilizes the carbon material, the transition metal, and the transition metal oxide in the electrode, thereby performing the electrode active material during charge and discharge. In addition to preventing the dissolution of a portion of the transition metal from the battery, it effectively controls the exothermic reaction caused by the electrolyte reacting directly with the electrode surface when a physical shock is applied from the outside, and delays the structure collapse of the electrode active material. It can prevent ignition and rupture due to the internal temperature rise.
본 발명에 따라 전극을 제조하는 방법은 특별히 제한되지 않으나, 일 실시예로서 당업계에 알려진 통상적인 방법 즉, 양극활물질 또는 음극활물질을 포함하는 전극 슬러리를 전류 집전체 상에 도포 및 건조하여 제조된다. 이때 선택적으로 도전제 및/또는 바인더를 소량 첨가할 수 있다.The method for manufacturing the electrode according to the present invention is not particularly limited, but is prepared by applying and drying a conventional method known in the art as an example, that is, an electrode slurry including a positive electrode active material or a negative electrode active material on a current collector. . At this time, a small amount of conductive agent and / or binder may be optionally added.
양극활물질은 종래 이차 전지의 양극에 사용될 수 있는 통상적인 양극활물질 이 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.The positive electrode active material may be a conventional positive electrode active material that can be used in 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
특히, 본 발명에 따른 리튬 이차 전지는 차량 등의 동력원에 요구되는 우수한 레이트 특성을 발휘할 수 있다. 따라서, 양극활물질은 비용상으로 저렴하여 다량의 활물질 사용이 가능할 뿐만 아니라, 고온 안전성이 우수한 리튬 망간계 산화물이 더욱 바람직하다. 이러한 리튬 망간계 산화물의 비제한적인 예로는, Li1+aMn2-aO4 (여기서, a 는 0 ~ 0.33임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2, LiMn2-aMaO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, a = 0.01 ~ 0.1 임), Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임), Li의 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니며, 이들은 하나 또는 둘 이상의 혼합물로 사용될 수 있다. In particular, the lithium secondary battery according to the present invention can exhibit excellent rate characteristics required for power sources such as vehicles. Therefore, the cathode active material is inexpensive and can be used in a large amount of active materials, and lithium manganese oxide having excellent high temperature safety is more preferable. Non-limiting examples of such lithium manganese oxides include Li 1 + a Mn 2-a O 4 (where a is 0 to 0.33), LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 , LiMnO 2 , LiMn 2-a M a O 2 , where M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn or Ta, and a = 0.01 to 0.1, Li 2 Mn 3 MO 8 , where M = Fe, Co, Ni, Cu, or Zn And LiMn 2 O 4 in which a part of Li is substituted with alkaline earth metal ions, but is not limited thereto. These may be used in one or two or more mixtures.
음극활물질은 종래 이차 전지의 음극에 사용될 수 있는 통상적인 음극활물질이 사용 가능하며, 이의 비제한적인 예로는 리튬 금속 또는 리튬 합금, 탄소, 석유코크(petroleum coke), 활성화 탄소(activated carbon), 그래파이트(graphite) 또는 기타 탄소류 등의 리튬 흡착물질 등이 있다. 양극 전류집전체의 비제한적인 예로는 알루미늄, 니켈 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있으며, 음극 전류집전체의 비제한적인 예로는 구리, 금, 니켈 또는 구리 합금 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있다.The negative electrode active material can be a conventional negative electrode active material that can be used for a negative electrode of a conventional secondary battery. Examples of the negative electrode active material include lithium metal or lithium alloy, carbon, petroleum coke, activated carbon, (graphite) or other carbon-based materials. Non-limiting examples of the positive electrode current collector is a foil made by aluminum, nickel or a combination thereof, and non-limiting examples of the negative electrode current collector by copper, gold, nickel or copper alloy or a combination thereof Foils produced.
바인더로는 통상적인 결합제를 사용할 수 있으며, 이의 비제한적인 예로는 PVDF(polyvinylidene fluoride) 또는 SBR(styrene butadiene rubber) 등이 있다. Conventional binders may be used, and non-limiting examples thereof include polyvinylidene fluoride (PVDF) or styrene butadiene rubber (SBR).
본 발명은 양극, 음극, 분리막 및 전해액을 포함하는 이차 전지에 있어서, 상기 전해액이 암모늄 함유 화합물이 포함된 전해액이거나(이고); 상기 양극, 음극 또는 양(兩) 전극은 상기 암모늄 함유 화합물 또는 상기 화합물의 화학 반응 결과물을 함유하는 고체 전해질 계면(SEI film: solid electrolyte interface) 피막이 표면의 일부 또는 전부에 형성된 전극인 것이 특징인 이차 전지를 제공한다.The present invention provides a secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, a separator, and an electrolyte, wherein the electrolyte is an electrolyte containing an ammonium-containing compound; The positive electrode, the negative electrode or the positive electrode is a secondary electrode characterized in that the solid electrolyte interface (SEI film) film containing the ammonium-containing compound or the chemical reaction product of the compound is formed on part or all of the surface Provide a battery.
상기 이차 전지로는 리튬 이차 전지가 바람직하며, 리튬 이차 전지의 비제한적인 예로는 리튬 금속 이차 전지, 리튬 이온 이차 전지, 리튬 폴리머 이차 전지 또는 리튬 이온 폴리머 이차 전지 등이 있다. The secondary battery is preferably a lithium secondary battery, and non-limiting examples of the lithium secondary battery include a lithium metal secondary battery, a lithium ion secondary battery, a lithium polymer secondary battery, or a lithium ion polymer secondary battery.
본 발명에 따른 이차 전지는 우수한 저온 출력 특성, 고온 저장 특성, 레이 트 특성 등을 고려할 때, 차량용 동력원, 특히, 하이브리드 전기자동차용 동력원으로 바람직하게 사용될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다. The secondary battery according to the present invention can be preferably used as a power source for a vehicle, in particular, a hybrid electric vehicle, in consideration of excellent low-temperature output characteristics, high temperature storage characteristics, rating characteristics and the like. However, the present invention is not limited thereto.
본 발명의 이차 전지는 당 기술 분야에 알려져 있는 통상적인 방법으로 양극과 음극 사이에 다공성의 분리막을 넣고 상기 전해액을 투입하여 제조될 수 있다.The secondary battery of the present invention can be prepared by putting a porous separator between the positive electrode and the negative electrode in a conventional manner known in the art and the electrolyte.
본 발명에서 사용될 수 있는 분리막은 특별한 제한이 없으나, 다공성 분리막이 사용 가능하며, 예를 들면 폴리프로필렌계, 폴리에틸렌계, 폴리올레핀계 다공성 분리막 등이 있다. 또는 무기물 입자가 도입된 다공성 분리막도 사용 가능하다.The separator that can be used in the present invention is not particularly limited, but a porous separator may be used, for example, a polypropylene-based, polyethylene-based, or polyolefin-based porous separator. Alternatively, a porous separator into which inorganic particles are introduced may also be used.
상기의 방법으로 제작된 이차 전지의 외형은 제한이 없으나, 캔을 사용한 원통형, 각형, 파우치(pouch)형 또는 코인(coin)형 등이 될 수 있다. The shape of the secondary battery manufactured by the above method is not limited, but may be cylindrical, square, pouch type or coin type using a can.
추가적으로, 본 발명은 이차 전지의 음극 상에서 환원되어 고체 전해질 계면(SEI) 피막을 형성할 수 있는 화합물로서, 암모늄 이온을 함유하는 SEI막 형성용 전해액 첨가제를 제공한다.In addition, the present invention provides an electrolyte additive for forming an SEI film containing ammonium ions as a compound capable of being reduced on the negative electrode of a secondary battery to form a solid electrolyte interface (SEI) film.
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.
[실시예 1 ~ 2][Examples 1 and 2]
실시예Example 1 One
(양극 제조)(Anode manufacture)
양극활물질로 LiMn2O4를 사용하였고, 도전제와 결합제를 NMP (N-methyl-2- pyrrolidone)에 첨가하여 양극 슬러리를 제조한 후, 이를 알루미늄(Al) 집전체 상에 코팅하여 양극을 제조하였다.LiMn 2 O 4 was used as a cathode active material, and a cathode slurry was prepared by adding a conductive agent and a binder to N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), and then coated on an aluminum current collector to prepare a cathode. It was.
(음극 제조)(Cathode production)
음극활물질로는 하드 카본을 사용하였으며, 결합제를 NMP에 첨가하여 음극 슬러리를 제조한 후, 구리(Cu) 집전체 상에 코팅하여 음극을 제조하였다. Hard carbon was used as a negative electrode active material, a negative electrode slurry was prepared by adding a binder to NMP, and then coated on a copper (Cu) current collector to prepare a negative electrode.
(전해액)(Electrolytic solution)
전해액으로는 1M LiPF6에 EC/DMC/DEC 계 용액을 사용하였고, 상기 전해액에 비닐렌 카보네이트 2 중량부 및 암모늄 헥사플루오로포스페이트 0.2 중량부를 첨가하였다.For electrolyte, EC / DMC / DEC solution in
(전지 제조)(Battery manufacturing)
제조된 양극과 음극 사이에 폴리올레핀 계열 분리막을 개재시킨 후 상기 전해액을 주입하여 전지를 제작하였다. After interposing a polyolefin-based separator between the prepared positive electrode and negative electrode, the electrolyte was injected to prepare a battery.
실시예 2Example 2
암모늄 헥사플루오로포스페이트 대신 암모늄 벤조에이트 0.1 중량부를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 리튬 이차 전지를 제조하였다.A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that 0.1 part by weight of ammonium benzoate was used instead of ammonium hexafluorophosphate.
[비교예 1 ~ 2][Comparative Examples 1 and 2]
비교예 1Comparative Example 1
전해액에 전해액 첨가제를 사용하지 않은 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 리튬 이차 전지를 제조하였다. A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that no electrolyte additive was used in the electrolyte.
비교예 2Comparative Example 2
암모늄 헥사플루오로포스페이트 대신 리튬 벤조에이트 0.1 중량부를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 리튬 이차 전지를 제조하였다. A lithium secondary battery was manufactured by the same method as Example 1, except that 0.1 part by weight of lithium benzoate was used instead of ammonium hexafluorophosphate.
실험예 1. 전해액의 환원 전압 비교Experimental Example 1. Comparison of Reduction Voltage of Electrolyte
본 발명에 따른 암모늄 함유 화합물을 포함하는 전해액의 환원 전압을 비교하기위하여 하기와 같은 실험을 실시하였다.In order to compare the reduction voltage of the electrolyte solution containing an ammonium-containing compound according to the present invention, the following experiment was performed.
암모늄 함유 화합물이 첨가된 전해액을 구비하는 실시예 1 및 실시예 2의 리튬 이차 전지(full cell)를 사용하였으며, 이의 대조군으로 전해액 첨가제가 사용되지 않은 비교예 1의 전지 및 암모늄이 함유되지 않은 첨가제가 사용된 비교예 2의 전지를 사용하였다. 제조된 전지를 0.1C로 4.2V까지 충전하면서 dQ/dV plot을 구하였고, 이로부터 측정된 환원 피크 전압을 하기 도 1에 나타내었다. The lithium secondary batteries of Example 1 and Example 2 having an electrolyte solution to which an ammonium-containing compound was added were used, and the battery of Comparative Example 1, in which no electrolyte solution additive was used as a control thereof, and an ammonium-free additive The battery of Comparative Example 2 was used. The dQ / dV plot was obtained while charging the prepared battery to 4.2V at 0.1C, and the reduced peak voltage measured therefrom is shown in FIG. 1.
실험 결과, 전해액 첨가제가 사용되지 않았거나 암모늄 이온이 함유되지 않은 전해액 첨가제가 도입된 비교예 1 및 비교예 2의 전지는 현저히 높은 환원 전압을 보유함을 확인한 반면, 암모늄 함유 화합물이 함유된 본원 실시예의 전해액은 현저히 낮은 환원 전압을 나타내는 것을 확인할 수 있었다(도 1 참조).As a result, the batteries of Comparative Examples 1 and 2, in which no electrolyte additive was used or electrolyte additives containing no ammonium ions were introduced, had a significantly high reduction voltage, whereas the present invention containing an ammonium-containing compound was carried out. It was confirmed that the electrolyte solution of the example shows a significantly low reduction voltage (see Fig. 1).
실험예 2. 암모늄 화합물에 의한 음극 SEI 피막 형성 확인 Experimental Example 2. Confirmation of Cathode SEI Film Formation by Ammonium Compound
본 발명에 따른 암모늄 함유 화합물에 의한 음극상의 SEI 피막 형성 여부를 확인하기 위하여 하기와 같은 실험을 실시하였다.In order to confirm the formation of the SEI film on the negative electrode by the ammonium-containing compound according to the present invention was carried out the following experiment.
암모늄 함유 화합물로서 암모늄 벤조에이트가 첨가된 전해액을 구비하는 실시예 2의 리튬 이차 전지(full cell)를 사용하였으며, 이의 대조군으로 전해액 첨 가제가 사용되지 않은 비교예 1의 전지를 사용하였다. 이때 암모늄 벤조에이트의 농도를 각각 0.02 중량%, 0.1 중량%로 각각 변화시켰다.As the ammonium-containing compound, a lithium full cell of Example 2 having an electrolyte solution to which ammonium benzoate was added was used, and a battery of Comparative Example 1, in which an electrolyte additive was not used as a control thereof, was used. At this time, the concentration of ammonium benzoate was changed to 0.02% by weight and 0.1% by weight, respectively.
각 전지들을 23℃에서 0.2C로 충방전을 3회 실시한 후 방전상태에서 전지를 분해하여 음극을 채취하였다. 이후 채취된 음극에 대하여 DSC (differential scanning calorimetry) 분석을 실시하였으며, 그 결과를 도 2에 도시하였다. 참고로, 100 내지 140 ℃ 사이에서 관찰되는 발열 반응은 음극 표면의 SEI 피막의 열적 붕괴에 기인되는 것으로 판단된다. Each battery was charged and discharged at 0.2 C at 23 ° C. three times, and then the battery was disassembled in a discharged state to collect a negative electrode. Thereafter, DSC (differential scanning calorimetry) analysis was performed on the collected negative electrode, and the results are shown in FIG. 2. For reference, the exothermic reaction observed between 100 and 140 ° C. is believed to be due to the thermal collapse of the SEI film on the surface of the cathode.
도 2에서 알 수 있듯이 전해액 첨가제의 종류에 따라 음극의 발열반응 양상이 서로 상이함을 알 수 있었다. 이때 도 2는 SEI 피막의 열적 붕괴반응에 의한 발열 개시온도를 각각 도시한 것으로서, 발열 개시온도가 높다는 것은 음극상에 형성된 SEI 피막의 열적 안정성이 우수하다는 것을 의미하는 것이다. As can be seen in Figure 2 it can be seen that the exothermic reaction mode of the negative electrode is different from each other according to the type of the electrolyte additive. In this case, Figure 2 shows the exothermic onset temperature by the thermal collapse reaction of the SEI film, respectively, the high exothermic onset temperature means that the thermal stability of the SEI film formed on the cathode is excellent.
실험 결과, 암모늄 벤조에이트가 첨가된 전해액을 구비하는 실시예 1 및 실시예 2는 현저히 높은 발열 개시온도를 보이는 반면, 전해액 첨가제가 사용되지 않은 비교예 1는 월등히 낮은 발열 개시온도를 보였다. 이는 종래 카보네이트 용매, 비닐렌 카보네이트(VC) 등에 의해 형성된 음극 SEI 피막은 열적 안정성면에서 상대적으로 열악하다는 것을 의미하는 것이다. 나아가, 전술한 데이터들은 본 발명의 암모늄 함유 화합물이 음극의 SEI 피막 형성에 관여한다는 것을 입증하는 실험적 증거라 할 수 있다.As a result, Example 1 and Example 2 having an electrolyte solution to which ammonium benzoate was added showed a significantly high exothermic onset temperature, while Comparative Example 1, in which no electrolyte additive was used, showed an extremely low exothermic onset temperature. This means that the negative electrode SEI film formed by the conventional carbonate solvent, vinylene carbonate (VC), etc. is relatively poor in terms of thermal stability. Furthermore, the data described above can be considered experimental evidence that the ammonium containing compound of the present invention is involved in the formation of the SEI film of the negative electrode.
또한, 전해액 내 암모늄 벤조에이트의 함량이 증가할수록 높은 발열 개시 온도를 보여주었는데, 이는 SEI 막 형성에 기여하는 암모늄 함유 화합물의 양이 증가 할수록 형성되는 SEI막의 열적 안정성 역시 증대되는 것을 의미하는 것이다.In addition, as the amount of ammonium benzoate in the electrolyte increased, the exothermic onset temperature was higher, which means that the thermal stability of the formed SEI film is increased as the amount of the ammonium-containing compound contributing to SEI film formation is increased.
실험예 3. 리튬 이차 전지의 성능 평가Experimental Example 3. Performance Evaluation of Lithium Secondary Battery
본 발명에 따라 암모늄 함유 화합물을 전해액의 일 구성 성분으로 포함하는 리튬 이차 전지의 성능을 평가하기 위하여, 하기와 같은 실험을 실시하였다.In order to evaluate the performance of the lithium secondary battery including the ammonium-containing compound as one component of the electrolyte according to the present invention, the following experiment was conducted.
암모늄 포스페이트를 전해액에 첨가하여 제조된 실시예 1의 리튬 이차 전지를 사용하였으며, 전해액 첨가제 없이 종래 통상적인 전해액을 사용한 비교예 1의 전지를 대조군으로 사용하였다.The lithium secondary battery of Example 1 prepared by adding ammonium phosphate to the electrolyte solution was used, and the battery of Comparative Example 1 using a conventional electrolyte solution without an electrolyte additive was used as a control.
각 전지들을 0.5C의 전류로 4.2내지 3V구간에서 충전을 하여 초기 용량을 측정한 후 60℃의 온도에서 12주간 저장하였으며, 이후 0.5C의 전류로 4.2내지 3V구간에서 충방전을 반복 실시하여 전지의 파워 보존율을 측정하였다. Each battery was charged in a section of 4.2 to 3V with a current of 0.5C, and the initial capacity was measured, and then stored for 12 weeks at a temperature of 60 ° C. The power conservation rate of was measured.
실험 결과, 암모늄 포스페이트를 전해액 첨가제로 사용한 실시예 1의 전지는 통상적인 전해액을 구비하는 비교예 1의 전지에 비해 고온 저장 후 전지의 파워 보존율이 탁월하게 높다는 것을 확인할 수 있었다(도 3 참조). 실제로, 60℃에서 12주 동안 저장한 후 비교예 1의 전지의 파워 보조율은 80.48% 인 것에 비해, 암모늄 함유 화합물이 전해액 성분으로 포함된 실시예 1의 전지는 약 10% 이상 높아진 90.89%를 나타내었다. 이는 암모늄 함유 화합물이 열적으로 안정하고 고성능의 균일한 SEI 막을 형성할 수 있을 뿐만 아니라, 고온에서의 막 붕괴를 감소시킬 수 있는 특성을 보유하고 있음을 나타내는 것이다. As a result of the experiment, it was confirmed that the battery of Example 1 using ammonium phosphate as the electrolyte solution additive had a significantly higher power conservation after the high temperature storage than the battery of Comparative Example 1 having a conventional electrolyte solution (see FIG. 3). In fact, after 12 weeks of storage at 60 ° C., the power assist ratio of the cell of Comparative Example 1 was 80.48%, whereas the battery of Example 1 containing ammonium containing compound as the electrolyte component showed an increase of about 10% or more, 90.89%. It was. This indicates that the ammonium containing compound not only can form a thermally stable and high performance uniform SEI film, but also has the property of reducing film collapse at high temperatures.
본 발명에 따른 리튬 이차 전지는 낮은 환원 전위를 가져 SEI막을 형성할 수 있는 암모늄 함유 화합물을 전해액 성분으로 사용함으로써, 전지의 장수명 특성 및 고온 보존 특성 향상을 제공할 수 있다. The lithium secondary battery according to the present invention can provide an improvement in long-life characteristics and high temperature storage characteristics of the battery by using an ammonium-containing compound capable of forming an SEI film with a low reduction potential as an electrolyte solution component.
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