KR101277732B1 - Cylindrical lithium secondary battery - Google Patents

Cylindrical lithium secondary battery Download PDF

Info

Publication number
KR101277732B1
KR101277732B1 KR1020110065510A KR20110065510A KR101277732B1 KR 101277732 B1 KR101277732 B1 KR 101277732B1 KR 1020110065510 A KR1020110065510 A KR 1020110065510A KR 20110065510 A KR20110065510 A KR 20110065510A KR 101277732 B1 KR101277732 B1 KR 101277732B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
secondary battery
lithium secondary
anode
cylindrical lithium
electrolyte
Prior art date
Application number
KR1020110065510A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20130003884A (en
Inventor
조영재
고지수
권성렬
배준성
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to KR1020110065510A priority Critical patent/KR101277732B1/en
Publication of KR20130003884A publication Critical patent/KR20130003884A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101277732B1 publication Critical patent/KR101277732B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566Liquid materials
    • H01M10/0569Liquid materials characterised by the solvents
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566Liquid materials
    • H01M10/0568Liquid materials characterised by the solutes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04Construction or manufacture in general
    • H01M10/0422Cells or battery with cylindrical casing
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00Electrolytes
    • H01M2300/0017Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0025Organic electrolyte
    • H01M2300/0028Organic electrolyte characterised by the solvent
    • H01M2300/0037Mixture of solvents
    • H01M2300/004Three solvents
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery
    • H01M50/102Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/107Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery characterised by their shape or physical structure having curved cross-section, e.g. round or elliptic
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Abstract

애노드, 캐소드, 및 상기 캐소드와 애노드 사이에 개재된 세퍼레이터로 이루어진 전극조립체 및 상기 전극 조립체에 주입되고, 전해질 염 및 유기 용매를 포함하는 비수 전해액을 구비하는 원통형 리튬 이차전지에 있어서, 상기 유기 용매가 메틸 프로피오네이트 70 부피% 이상, 플루오로에틸렌 카보네이트 15 부피% 이하, 및 에틸렌 카보네이트 5 내지 20 부피%를 포함하고, 상기 애노드가 280㎎/25㎠ 이상의 로딩 레벨을 가지는 원통형 리튬 이차전지가 제시된다.A cylindrical lithium secondary battery comprising an electrode assembly comprising an anode, a cathode, and a separator interposed between the cathode and the anode, and a nonaqueous electrolyte containing an electrolyte salt and an organic solvent, wherein the organic solvent is A cylindrical lithium secondary battery comprising at least 70% by volume methyl propionate, at most 15% fluoroethylene carbonate, and 5-20% by volume ethylene carbonate, wherein the anode has a loading level of at least 280 mg / 25 cm 2 .

Description

원통형 리튬 이차전지{Cylindrical lithium secondary battery}Cylindrical lithium secondary battery

본 발명은 메틸 프로피오네이트, 플루오로에틸렌 카보네이트, 및 에틸렌 카보네이트를 포함하는 리튬 이차전지용 비수 전해액 및 높은 로링 레벨의 애노드를 구비하는 원통형 리튬 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a cylindrical lithium secondary battery having a non-aqueous electrolyte for lithium secondary batteries containing methyl propionate, fluoroethylene carbonate, and ethylene carbonate and an anode of high rolling level.

최근 에너지 저장 기술에 대한 관심이 갈수록 높아지고 있다. 휴대폰, 캠코더 및 노트북 PC, 나아가서는 전기 자동차의 에너지까지 적용 분야가 확대되면서, 이러한 전자 기기의 전원으로 사용되는 전지의 고에너지 밀도화에 대한 요구가 높아지고 있다. 리튬 이차전지는 이러한 요구를 가장 잘 충족시킬 수 있는 전지로서, 현재 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. Recently, interest in energy storage technology is increasing. As the application fields of cell phones, camcorders, notebook PCs, and electric vehicles further expand, there is a growing demand for higher energy density of batteries used as power sources for such electronic devices. Lithium secondary batteries are the ones that can best meet these demands, and researches on them are actively under way.

현재 적용되고 있는 이차전지 중에서 1990년대 초에 개발된 리튬 이차전지는 리튬이온을 흡장 및 방출할 수 있는 탄소재로 된 애노드, 리튬 함유 산화물로 된 캐소드 및 혼합 유기 용매에 리튬염이 적당량 용해된 비수 전해액으로 구성되어 있다.Among the secondary batteries currently applied, lithium secondary batteries developed in the early 1990s are nonaqueous materials in which lithium salts are appropriately dissolved in an anode made of carbon material capable of storing and releasing lithium ions, a cathode made of lithium-containing oxide, and a mixed organic solvent. It consists of electrolyte solution.

상기 유기 용매로는 이온전도도와 유전율이 높으면서 점도가 낮은 유기 용매를 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 이러한 특성을 동시에 만족시키는 단일의 유기 용매는 존재하지 않기 때문에 고유전율의 유기 용매와 저점도의 유기 용매의 혼합용매를 주로 사용하고 있다. 이를 구체적으로 살펴보면, 애노드 재료로서 비흑연계 탄소를 사용하는 전지에서는 고유전율 용매인 프로필렌 카보네이트와, 저점도 용매인 디에틸 카보네이트 또는 디메틸 카보네이트의 혼합용매를 사용한다. 그리고 애노드 재료로서 흑연계 탄소를 사용하는 전지에서는 고유전율 용매인 에틸렌 카보네이트와, 저점도 용매인 디에틸 카보네이트 또는 디메틸 카보네이트의 혼합용매를 사용한다.As the organic solvent, it is preferable to use an organic solvent having high ionic conductivity and low dielectric constant. However, since there is no single organic solvent that simultaneously satisfies these characteristics, a mixed solvent of a high dielectric constant organic solvent and a low viscosity organic solvent is mainly used. Specifically, in a battery using non-graphite carbon as the anode material, a mixed solvent of propylene carbonate, which is a high dielectric constant solvent, and diethyl carbonate or dimethyl carbonate, which is a low viscosity solvent, is used. In a battery using graphite carbon as the anode material, a mixed solvent of ethylene carbonate, which is a high dielectric constant solvent, and diethyl carbonate or dimethyl carbonate, which is a low viscosity solvent, is used.

그러나, 상기 혼합용매를 포함하는 유기전해액을 사용하는 경우, 상온에서의 충방전특성 및 전지의 수명특성은 우수하지만, 저온(-10℃ 이하)에서 리튬 이온의 이동도가 급격히 저하되어 전지의 내부저항이 증가됨으로써 용량 특성이 불량해진다. 그 결과, 저온에서의 전지 특성이 상온 대비 매우 불량하다는 문제점이 있다. However, when the organic electrolyte solution containing the mixed solvent is used, the charge and discharge characteristics at room temperature and the lifespan characteristics of the battery are excellent, but the mobility of lithium ions is rapidly decreased at low temperatures (-10 ° C. or lower), so that the inside of the battery As the resistance increases, the capacity characteristic becomes poor. As a result, there is a problem that the battery characteristics at low temperatures are very poor compared to room temperature.

따라서, 고이온전도도 및 저점도 특성을 가지면서, 리튬 이차전지의 저온 방전 특성도 개선시키는 비수 전해액 및 이를 구비한 리튬 이차전지의 개발이 시급하다.Therefore, there is an urgent need to develop a nonaqueous electrolyte having high ion conductivity and low viscosity characteristics and also improving low-temperature discharge characteristics of a lithium secondary battery and a lithium secondary battery having the same.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전술한 종래기술의 문제점을 해결하여, 고이온전도도 및 저점도의 전해액을 구비하여 저온 특성이 개선되고, 애노드층의 높은 로딩 레벨로 안정성 및 원가 절감이 가능한 원통형 리튬 이차전지를 제공하는데 있다.The problem to be solved by the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, having a high ion conductivity and low viscosity of the electrolyte has improved low temperature characteristics, a high loading level of the anode layer can be stable and cost-effective cylindrical lithium It is to provide a secondary battery.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면은In order to achieve the above technical problem, an aspect of the present invention

애노드, 캐소드, 및 상기 캐소드와 애노드 사이에 개재된 세퍼레이터로 이루어진 전극조립체 및 상기 전극 조립체에 주입되고, 전해질 염 및 유기 용매를 포함하는 비수 전해액을 구비하는 원통형 리튬 이차전지에 있어서, A cylindrical lithium secondary battery comprising an electrode assembly comprising an anode, a cathode, and a separator interposed between the cathode and the anode, and a nonaqueous electrolyte containing an electrolyte salt and an organic solvent.

상기 유기 용매가 메틸 프로피오네이트 70 부피% 이상, 플루오로에틸렌 카보네이트 15 부피% 이하, 및 에틸렌 카보네이트 5 내지 20 부피%를 포함하고,The organic solvent comprises at least 70% by volume methyl propionate, at most 15% fluoroethylene carbonate, and at least 5-20% ethylene carbonate,

상기 애노드가 280㎎/25㎠ 이상의 로딩 레벨을 가지는 원통형 리튬 이차전지를 제공한다. The anode provides a cylindrical lithium secondary battery having a loading level of 280 mg / 25 cm 2 or more.

상기 전해질 염은 1.15 내지 1.6M의 LiPF6을 포함할 수 있다. The electrolyte salt may comprise 1.15 to 1.6M LiPF 6 .

상기 비수 전해액은 환형 설파이트, 비환형 설폰, 니트릴기 함유 화합물, 포화 설톤, 불포화 설톤, 비닐렌 카보네이트, 및 비닐에틸렌 카보네이트로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 더 포함할 수 있다.The non-aqueous electrolyte may further include any one selected from the group consisting of cyclic sulfites, acyclic sulfones, nitrile group-containing compounds, saturated sultones, unsaturated sultones, vinylene carbonates, and vinylethylene carbonates, or mixtures of two or more thereof. Can be.

상기 애노드는 리튬 금속, 탄소재, 금속 화합물 및 이들의 혼합물을 포함하는 애노드 활물질층을 구비할 수 있다.The anode may include an anode active material layer including a lithium metal, a carbon material, a metal compound, and a mixture thereof.

상기 금속 화합물은 Si, Ge, Sn, Pb, P, Sb, Bi, Al, Ga, In, Ti, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ag, Mg, Sr, 및 Ba로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속 원소를 함유하는 화합물 또는 이들의 혼합물일 수 있다. The metal compound is from the group consisting of Si, Ge, Sn, Pb, P, Sb, Bi, Al, Ga, In, Ti, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ag, Mg, Sr, and Ba It may be a compound containing at least one metal element selected or a mixture thereof.

상기 캐소드는 리튬 함유 산화물을 포함하는 캐소드층을 구비할 수 있다. The cathode may have a cathode layer comprising a lithium containing oxide.

상기 리튬 함유 산화물은 리튬 함유 전이금속 산화물일 수 있다. The lithium-containing oxide may be a lithium-containing transition metal oxide.

상기 리튬 함유 전이금속 산화물은 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(O≤y<1), Li(NiaCobMnc)O4(0<a<2, 0<b<2, 0<c<2, a+b+c=2), LiMn2-zNizO4, LiMn2-zCozO4(0<z<2), LiCoPO4 및 LiFePO4로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다.The lithium-containing transition metal oxide is 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 (O ≦ 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 (0 <z <2), LiCoPO 4 and LiFePO 4 , any one selected from the group consisting of, or a mixture of two or more thereof.

본 발명의 일 측면에 따른 원통형 리튬 이차전지는, 메틸 프로피오네이트, 플루오로에틸렌 카보네이트, 및 에틸렌 카보네이트를 포함하는 리튬 이차전지용 비수 전해액을 구비함으로써, 높은 이온전도도 및 저점도 특성을 가져서 리튬 이온의 이동도가 향상되어 저온에서의 전지의 수명 특성을 현저히 개선시키고, 전극의 단선 및 석출 현상을 방지할 수 있으며, 고온에서 장시간 보관 이후에 계면저항을 감소시킬 수 있다. 또한, 비수 전해액에서 고가의 플루오로에틸렌 카보네이트의 함량을 줄이고, 애노드의 로딩 레벨을 높이고, 적용하는 비수 전해액의 밀도가 작아져서 종래에 대비 전해액의 주액량을 감소시킴에 따라 전지 제조의 원가를 절감할 수 있다.Cylindrical lithium secondary battery according to an aspect of the present invention, by having a non-aqueous electrolyte for lithium secondary battery containing methyl propionate, fluoroethylene carbonate, and ethylene carbonate, has a high ion conductivity and low viscosity characteristics of lithium ions The mobility is improved to significantly improve the life characteristics of the battery at low temperatures, to prevent breakage and precipitation of the electrode, and to reduce the interface resistance after long-term storage at high temperatures. In addition, by reducing the content of expensive fluoroethylene carbonate in the non-aqueous electrolyte, increasing the loading level of the anode, and the density of the applied non-aqueous electrolyte is reduced, the amount of the electrolyte is reduced, thereby reducing the cost of battery manufacturing. can do.

도 1은 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 원통형 리튬 이차전지에 주입되는 비수 전해액의 이온 전도도를 측정한 결과를 도시하는 그래프이다.
도 2는 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 원통형 리튬 이차전지의 저온 수명 특성을 나타낸 그래프이다.
도 3은 실시예 1 및 비교예 2 내지 4에서 제조된 원통형 리튬 이차전지의 고온 수명 특성을 나타낸 그래프이다.
도 4는 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 원통형 리튬 이차전지의 고온 저장전 임피던스를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 원통형 리튬 이차전지의 고온 저장 후(75℃, 43시간) 임피던스를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
1 is a graph showing the results of measuring the ion conductivity of the nonaqueous electrolyte injected into the cylindrical lithium secondary batteries prepared in Example 1 and Comparative Example 1. FIG.
2 is a graph showing the low temperature life characteristics of the cylindrical lithium secondary batteries prepared in Example 1 and Comparative Example 1.
3 is a graph showing the high temperature life characteristics of the cylindrical lithium secondary batteries prepared in Example 1 and Comparative Examples 2 to 4.
Figure 4 is a graph showing the result of measuring the impedance before high temperature storage of the cylindrical lithium secondary battery prepared in Example 1 and Comparative Example 1.
Figure 5 is a graph showing the results of measuring the impedance after high temperature storage (75 ℃, 43 hours) of the cylindrical lithium secondary batteries prepared in Example 1 and Comparative Example 1.

이하, 본 발명에 대해 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail. The terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms and the inventor may appropriately define the concept of the term in order to best describe its invention It should be construed as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

본 발명의 일 측면에 따른 원통형 리튬 이차전지는 애노드, 캐소드, 및 상기 캐소드와 애노드 사이에 개재된 세퍼레이터로 이루어진 전극조립체 및 상기 전극 조립체에 주입되고, 전해질 염 및 유기 용매를 포함하는 비수 전해액을 구비하고, 상기 유기 용매는 메틸 프로피오네이트 70 부피% 이상, 플루오로에틸렌 카보네이트 15 부피% 이하, 및 에틸렌 카보네이트 5 내지 20 부피%를 포함하며, 상기 애노드는 280㎎/25㎠ 이상의 로딩 레벨을 가진다.Cylindrical lithium secondary battery according to an aspect of the present invention is provided with an electrode assembly consisting of an anode, a cathode, and a separator interposed between the cathode and the anode, and a nonaqueous electrolyte containing an electrolyte salt and an organic solvent. Wherein the organic solvent comprises at least 70% by volume methyl propionate, up to 15% by volume fluoroethylene carbonate, and 5-20% by volume ethylene carbonate, wherein the anode has a loading level of at least 280 mg / 25 cm 2.

리튬 이차전지의 경우 작동 전압이 높기 때문에, 기본적으로 수용액 전해액은 사용할 수가 없으므로, 반드시 유기 용매를 사용해야 하는데, 수용액 계에 비해 가장 큰 단점은 용매의 유전율 상수가 상대적으로 낮다는 것이다.Since a lithium secondary battery has a high operating voltage, an aqueous solution electrolyte cannot be used. Therefore, an organic solvent must be used. The biggest disadvantage of the lithium secondary battery is that the dielectric constant of the solvent is relatively low.

따라서, 전해액의 유기 용매로 사용되기 위해서 리튬염을 잘 용해시켜 이온 전도성을 가져야 하며 리튬과의 화학적 반응성이 없어야 하므로, 비수소이온성임과 동시에 높은 극성을 가져야 한다.Therefore, in order to be used as an organic solvent of the electrolyte solution, lithium salts must be well dissolved to have ionic conductivity and have no chemical reactivity with lithium, and therefore, must be non-hydrogen ionic and have high polarity.

특히, 유기 용매의 비유전율은 리튬염의 이온 해리나 회합 등에 큰 영향을 미치는데, 이는 리튬염을 구성하는 양이온과 음이온 사이의 쿨롱 힘은 용매의 유전율 상수에 반비례하므로, 유전율 상수가 클수록 염의 해리가 촉진되기 때문이다.In particular, the dielectric constant of an organic solvent has a great influence on ion dissociation and association of lithium salts. The coulomb force between cations and anions constituting the lithium salt is inversely proportional to the dielectric constant of the solvent. Because it is promoted.

또한, 비수 전해액의 유기 용매는 전지의 전기화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 하는 것으로 이온의 해리도를 높여 이온의 전도를 원활하게 해주기 위해 유전율(극성)이 크고 저점도를 가지는 것을 사용하는 것이 유리하다. 다만, 높은 유전율을 갖는 유기 용매는 분자내 전하 편향도가 크므로 용매 분자화의 큰 상호작용르 인해 높은 점성을 보이고 있으므로, 유전율이 높은 유기 용매는 점도가 높아서 단독으로 사용할 수 없는 단점이 있다.In addition, the organic solvent of the non-aqueous electrolyte serves as a medium in which the ions involved in the electrochemical reaction of the battery can move. It is advantageous to use. However, since the organic solvent having a high dielectric constant has a high intramolecular charge deflection, since the solvent has a high viscosity due to the large interaction of solvent molecularization, the organic solvent having a high dielectric constant has a high viscosity and thus cannot be used alone.

따라서, 고유전율, 고점도를 가지는 용매와 저유전율, 저점도를 가지는 용매로 구성된 두 가지 이상의 혼합용매를 사용하는 것이 바람직하다.Therefore, it is preferable to use two or more mixed solvents composed of a solvent having a high dielectric constant and a high viscosity and a solvent having a low dielectric constant and a low viscosity.

그 결과, 본 발명의 일 측면에 따른 비수 전해액의 유기 용매로서 에틸렌 카보네이트, 메틸 프로피오네이트 및 플루오로에틸렌 카보네이트의 혼합물을 포함한다. As a result, the organic solvent of the nonaqueous electrolyte solution according to an aspect of the present invention includes a mixture of ethylene carbonate, methyl propionate and fluoroethylene carbonate.

통상적으로 비수 전해액의 유기 용매로서 환형 카보네이트가 대표적으로 사용되고, 그 예로는 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate, EC), 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate, PC), 1,2-부틸렌 카보네이트, 2,3-부틸렌 카보네이트, 1,2-펜틸렌 카보네이트, 2,3-펜틸렌 카보네이트 등이 있다.Typically, cyclic carbonate is typically used as an organic solvent of a nonaqueous electrolyte, and examples thereof include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), 1,2-butylene carbonate, and 2,3-butylene. Carbonate, 1,2-pentylene carbonate, 2,3-pentylene carbonate, and the like.

이 중에서도, 에틸렌 카보네이트는 다른 환형 카보네이트에 비해서 현저히 높은 유전율을 가지고 있어 리튬염의 해리가 크게 촉진되어 전해액의 이온전도도 향상에 기여할 수 있다. 다만, 에틸렌 카보네이트는 유전율이 커서 리튬염을 높은 정도로 해리시킬 수 있지만, 높은 점성을 보이므로 리튬염을 용해시켜 제조된 전해액의 이온 전도도가 저하될 가능성이 있다. Among these, ethylene carbonate has a significantly higher dielectric constant than other cyclic carbonates, which greatly promotes dissociation of lithium salts, thereby contributing to the improvement of ion conductivity of the electrolyte. However, ethylene carbonate has a high dielectric constant and can dissociate lithium salts to a high degree, but since it exhibits high viscosity, there is a possibility that the ionic conductivity of the electrolyte prepared by dissolving lithium salts is reduced.

한편, 유사한 구조를 갖는 프로필렌 카보네이트와 비교할 때, 에틸렌 카보네이트는 1.86 cP의 점도(40℃ 측정)를 나타내고 있으므로, 프로필렌 카보네이트의 2.53 cP 보다는 작아서 상대적으로 낮은 점도 특성을 가지고 있고, 프로필렌 카보네이트의 비유전율인 64.4 보다 훨씬 큰 값인 89.6의 값의 비유전율을 나타내어 유전 특성면에서도 탁월함을 알 수 있다. On the other hand, ethylene carbonate exhibits a viscosity of 1.86 cP (measured at 40 ° C.) compared with propylene carbonate having a similar structure, and thus has a relatively low viscosity characteristic, which is smaller than 2.53 cP of propylene carbonate, and is a relative dielectric constant of propylene carbonate. The dielectric constant of 89.6, a much larger value than 64.4, is also excellent in terms of dielectric properties.

따라서, 에틸렌 카보네이트는 비록 고점도 특성을 가지고 있지만, 탁월한 유전 특성을 가지고 있어 비수 전해액의 유기 용매에 사용되는 환형 카보네이트로서는 가장 바람직하다. Thus, although ethylene carbonate has high viscosity characteristics, it has excellent dielectric properties and is therefore most preferred as a cyclic carbonate used in an organic solvent of a nonaqueous electrolyte.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 에틸렌 카보네이트의 고점도 특성을 상쇄하여 전해액의 이온전도성을 개선시키기 위해 메틸 프로피오네이트가 함께 사용된다.In addition, according to one aspect of the present invention, methyl propionate is used together to offset the high viscosity properties of ethylene carbonate to improve the ion conductivity of the electrolyte.

메틸 프로피오네이트는 에틸렌 카보네이트와의 혼화성이 우수하고, 0.43 cP의 낮은 점도를 가지고 있어 비수 전해액의 전체 점도를 낮춤으로써 에틸렌 카보네이트 단독 용매의 경우보다 더 높은 이온 전도도를 나타낼 수 있게 한다. 또한, 메틸 프로피오네이트는 융점이 -88℃로서 비수 전해액이 상온에서는 물론이고, 저온에서도 리튬염의 용해는 물론, 액체 상태가 유지되는데 크게 기여할 수 있고, 전지의 충방전 사이클에서 덴드라이트의 발생을 억제하여, 전지의 사이클 수명을 개선시킬 수 있다. 또한, 저점도로 리튬 이온의 이동도가 우수한 이유로 통상적으로 비수 전해액에 사용되는 다른 선형 에스테르나 선형 카보네이트 보다도 전극내 함침 특성이 우수하다. Methyl propionate has good miscibility with ethylene carbonate and has a low viscosity of 0.43 cP, which lowers the overall viscosity of the nonaqueous electrolyte so that higher ionic conductivity can be achieved than with ethylene carbonate alone solvent. In addition, methyl propionate has a melting point of -88 ° C, which can greatly contribute to the dissolution of lithium salts as well as the dissolution of lithium salts at low temperatures as well as to maintain the liquid state at low temperatures. By suppressing, the cycle life of a battery can be improved. In addition, because of low viscosity and excellent mobility of lithium ions, the impregnation characteristics in the electrode are superior to other linear esters and linear carbonates that are typically used in nonaqueous electrolytes.

또한, 플루오로에틸렌 카보네이트(FEC)는 비록 가격이 고가이지만, 비수 전해액의 유기 용매로서 첨가되는 경우, 이차전지의 난연성을 부여하고, 이차전지의 수명특성을 개선시키고, 전해액과 애노드 사이의 계면을 안정화 시키며, 단위시간당 고용량 충전을 가능하게 한다. 이는, 플루오로에틸렌 카보네이트가 전자 흡인 작용이 강한 불소를 포함하여, 전지 초기 충전시 유전율이 높고 리튬 이온 전도성이 우수한 SEI층을 형성할 수 있기 때문인 것으로 파악되고 있다. 실제로, 플루오로에틸렌 카보네이트를 비수 전해액에 첨가제로서 포함시켰을 때 전지의 단위 시간당 충전 특성, 및 사이클 특성이 향상됨을 확인할 수 있다.In addition, although fluoroethylene carbonate (FEC) is expensive, when added as an organic solvent of a nonaqueous electrolyte, it imparts flame retardancy of the secondary battery, improves the life characteristics of the secondary battery, and improves the interface between the electrolyte and the anode. It stabilizes and enables high capacity charging per unit time. This is because the fluoroethylene carbonate contains fluorine having a strong electron attraction effect, so that the SEI layer having a high dielectric constant and excellent lithium ion conductivity during battery initial charging can be formed. In fact, when the fluoroethylene carbonate is included in the nonaqueous electrolyte as an additive, it can be seen that the charging characteristics and unit cycle performance of the battery are improved.

다만, 플루오로에틸렌 카보네이트는 점도가 높아서 공정성을 저하시키는 측면이 있으나, 전술한 바와 같이 메틸 프로피오네이트의 함량을 높이고, 플루오로에틸렌 카보네이트의 함량을 줄임으로써, 전체적으로 점도가 낮아져서 이온전도도가 향상되고, 전해액의 주액이 용이하여 공정성이 향상된다.However, fluoroethylene carbonate has a high viscosity to reduce the processability, but as described above by increasing the content of methyl propionate and reducing the content of fluoroethylene carbonate, the overall viscosity is lowered to improve the ionic conductivity The pouring of the electrolyte is easy and the processability is improved.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 전해액 조성중 밀도가 높은 플루오로에틸렌 카보네이트 및 에틸렌 카보네이트의 함량이 작아지고, 밀도가 작은 메틸 프로피오네이트의 함량을 증가시킴으로써, 전해액 전체의 밀도를 감소시키고, 그 결과, 이차전지에 대한 전해액의 주액량을 줄일 수 있어, 이차전지의 제조 원가를 절감하는 효과를 낳을 수 있다. In addition, according to an aspect of the present invention, by increasing the content of high density fluoroethylene carbonate and ethylene carbonate in the composition of the electrolyte, the content of methyl propionate with a low density, thereby reducing the density of the entire electrolyte, and As a result, it is possible to reduce the amount of pouring of the electrolyte solution for the secondary battery, thereby reducing the manufacturing cost of the secondary battery.

상기 비수 전해액의 유기 용매 중 상기 에틸렌 카보네이트의 함량은 상기 유기 용매 총부피에 대하여 5 내지 20 부피%, 더 바람직하게는 7 내지 15 부피%, 더욱 더 바람직하게는 10 내지 13 부피%이다. 상기 에틸렌 카보네이트의 함량이 5 부피% 미만인 경우에는 비수 전해액의 유전율이 작아져서 리튬염의 해리 특성이 저하되고, 20 부피% 초과인 경우에는 비수 전해액의 점도가 과도하게 증가하여 이온전도도가 낮아지고, 비수 전해액의 주입이 어려워지고, 전해액의 이동도가 저하되어 바람직하지 않다. The content of the ethylene carbonate in the organic solvent of the nonaqueous electrolyte is 5 to 20% by volume, more preferably 7 to 15% by volume, even more preferably 10 to 13% by volume, based on the total volume of the organic solvent. When the content of the ethylene carbonate is less than 5% by volume, the dielectric constant of the nonaqueous electrolyte decreases, so that the dissociation property of the lithium salt is lowered. When the content of the ethylene carbonate is greater than 20% by volume, the viscosity of the nonaqueous electrolyte is excessively increased so that the ion conductivity is lowered. Injection of electrolyte solution becomes difficult, and mobility of electrolyte solution falls and it is unpreferable.

상기 메틸 프로피오네이트의 함량은 상기 유기 용매 총부피에 대하여 70 부피% 이상, 더 바람직하게는 70 내지 80 부피%, 더욱 더 바람직하게는 70 내지 75 부피%이다. 상기 메틸 프로피오네이트의 함량이 70 부피% 미만인 경우에는 혼합 용매의 점도가 너무 높아지고, 전해액의 이동도가 낮아져서 바람직하지 않다.The content of methyl propionate is at least 70% by volume, more preferably 70 to 80% by volume, even more preferably 70 to 75% by volume relative to the total volume of the organic solvent. When the content of the methyl propionate is less than 70% by volume, the viscosity of the mixed solvent is too high and the mobility of the electrolyte is low, which is not preferable.

상기 플루오로에틸렌 카보네이트의 함량은 상기 유기 용매 총부피에 대하여 15 부피% 이하, 더 바람직하게는 5 내지 15 부피%, 더욱 더 바람직하게는 5 내지 13 부피%이다. 상기 플루오로에틸렌 카보네이트의 함량이 15 부피% 이하를 만족하는 경우, 장기간의 사이클 진행 동안에도 소진되지 않고 일정 양이 유지될 수 있고, 고가의 플루오로에틸렌 카보네이트의 과량 사용으로 인한 전지의 원가 상승을 제어할 수 있으며, 캐소드의 저항이 과도하게 증가되어 고율 방전시의 전지 성능 저하가 발생하는 것을 방지할 수 있고, 주액 후 전해액이 전극에 골고루 침투할 수 있다. The content of the fluoroethylene carbonate is 15% by volume or less, more preferably 5 to 15% by volume, even more preferably 5 to 13% by volume, based on the total volume of the organic solvent. When the content of the fluoroethylene carbonate satisfies 15% by volume or less, it may be maintained without being exhausted even during a prolonged cycle, and the cost of the battery may be increased due to the excessive use of expensive fluoroethylene carbonate. It is possible to control, the resistance of the cathode is excessively increased to prevent the degradation of the battery performance during high rate discharge, and the electrolyte after the injection can evenly penetrate the electrode.

본 발명의 일 측면에 따른 비수 전해액에 포함되는 전해질 염은 리튬염이다. 상기 리튬염은 리튬 이차전지용 전해액에 통상적으로 사용되는 것들이 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들어 상기 리튬염의 음이온으로는 F-, Cl-, Br-, I-, NO3 -, N(CN)2 -, BF4 -, ClO4 -, PF6 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N- , CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-9, (SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -, SCN- 및 (CF3CF2SO2)2N-로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.The electrolyte salt contained in the nonaqueous electrolyte solution according to one aspect of the present invention is a lithium salt. The lithium salt can be used without limitation as those conventionally used in an electrolyte for a lithium secondary battery. For example is the above lithium salt anion F -, Cl -, Br - , I -, NO 3 -, N (CN) 2 -, BF 4 -, ClO 4 -, PF 6 -, (CF 3) 2 PF 4 -, (CF 3) 3 PF 3 -, (CF 3) 4 PF 2 -, (CF 3) 5 PF -, (CF 3) 6 P -, CF 3 SO 3 -, CF 3 CF 2 SO 3 - , (CF 3 SO 2) 2 N -, (FSO 2) 2 N -, CF 3 CF 2 (CF 3) 2 CO -, (CF 3 SO 2) 2 CH -9, (SF 5) 3 C -, (CF 3 SO 2) 3 C -, CF 3 (CF 2) 7 SO 3 -, CF 3 CO 2 -, CH 3 CO 2 -, SCN - and (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 N - .

구체적으로, 상기 전해질 염으로는 염의 용해도와 화학적 안정성 등의 관점에서 불화물 루이스 산을 기본으로 하는 LiPF6 또는 LiBF4 가 사용될 수 있다. 이러한 전해질 염의 함량은 예를 들면 1.15 내지 1.6M, 또는 1.2 내지 1.4M일 수 있다. 상기 전해질 염의 함량이 이러한 범위를 만족하는 경우, 전해질 염을 용해시킨 전해액은 이온 전도도가 높고, 전극 내에서 부반응을 잘 일으키지 않으며, 전극의 활물질들이 해리되어 단선되는 현상을 방지하며, 전해질 염의 함량이 일정량까지 증가시 전해액의 이온전도도를 증가시키고, 이를 통해서, 음극내 표면에 석출을 억제하여 결과적으로 단선을 줄일 수 있다.Specifically, LiPF 6 or LiBF 4 based on fluoride Lewis acid may be used as the electrolyte salt in view of solubility and chemical stability of the salt. The content of such electrolyte salt may be for example 1.15 to 1.6M, or 1.2 to 1.4M. When the content of the electrolyte salt satisfies this range, the electrolyte solution in which the electrolyte salt is dissolved has high ionic conductivity, does not easily cause side reactions in the electrode, prevents dissociation and disconnection of active materials of the electrode, and the content of electrolyte salt When the amount is increased up to a certain amount, the ion conductivity of the electrolyte is increased, thereby suppressing precipitation on the surface of the cathode, thereby reducing disconnection.

본 발명의 일 측면에 따른 원통형 리튬 이차전지의 비수 전해액은 이차전지의 성능과 안전성 향상을 위해 첨가제를 더 포함할 수 있다.The nonaqueous electrolyte of the cylindrical lithium secondary battery according to an aspect of the present invention may further include an additive to improve the performance and safety of the secondary battery.

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)층을 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) layer on the surface of an anode active material such as graphite.

SEI층은 이온 터널의 역할을 수행하여 리튬 이온 만을 통과시킨다. SEI층은 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 layer acts as an ion tunnel and passes only lithium ions. The SEI layer is an effect of such an ion tunnel, and prevents the structure of the anode from being destroyed by inserting an organic solvent molecule having a large molecular weight moving 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.

따라서, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 비수 전해액은 종래 알려진 SEI층 형성용 첨가제를 본 발명의 목적을 벗어나지 않는 범위에서 더 포함할 수 있다. 사용가능한 SEI층 형성용 첨가제로는 환형 설파이트, 비환형 설폰, 포화 설톤, 불포화 설톤, 비닐렌 카보네이트, 비닐에틸렌 카보네이트 등을 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. Therefore, according to one aspect of the present invention, the non-aqueous electrolyte may further include a conventionally known additive for forming the SEI layer in a range not departing from the object of the present invention. As an additive for forming the SEI layer, cyclic sulfite, acyclic sulfone, saturated sultone, unsaturated sultone, vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate and the like may be used alone or in combination of two or more thereof, but is not limited thereto. .

상기 환형 설파이트로는 에틸렌 설파이트, 메틸 에틸렌 설파이트, 에틸 에틸렌 설파이트, 4,5-디메틸 에틸렌 설파이트, 4,5-디에틸 에틸렌 설파이트, 프로필렌 설파이트, 4,5-디메틸 프로필렌 설파이트, 4,5-디에틸 프로필렌 설파이트, 4,6-디메틸 프로필렌 설파이트, 4,6-디에틸 프로필렌 설파이트, 1,3-부틸렌 글리콜 설파이트 등을 들 수 있으며, 비환형 설폰으로는 디비닐 설폰, 디메틸 설폰, 디에틸 설폰, 메틸에틸 설폰, 메틸비닐 설폰 등을 들 수 있고, 포화 설톤으로는 1,3-프로판 설톤, 1,4-부탄 설톤 등을 들 수 있으며, 불포화 설톤으로는 에텐 설톤, 1,3-프로펜 설톤, 1,4-부텐 설톤, 1-메틸-1,3-프로펜 설톤 등을 들 수 있다.The cyclic sulfites include ethylene sulfite, methyl ethylene sulfite, ethyl ethylene sulfite, 4,5-dimethyl ethylene sulfite, 4,5-diethyl ethylene sulfite, propylene sulfite, 4,5-dimethyl propylene sulfide Pite, 4,5-diethyl propylene sulfite, 4,6-dimethyl propylene sulfite, 4,6-diethyl propylene sulfite, 1,3-butylene glycol sulfite, and the like. And divinyl sulfone, dimethyl sulfone, diethyl sulfone, methylethyl sulfone, methylvinyl sulfone, and the like. Examples of saturated sulfone include 1,3-propane sulfone, 1,4-butane sulfone, and the like. Examples thereof include ethene sultone, 1,3-propene sultone, 1,4-butene sultone, 1-methyl-1,3-propene sultone, and the like.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 비수 전해액의 첨가제로서 니트릴기 함유 화합물을 더 포함할 수 있다.In addition, according to an aspect of the present invention, it may further include a nitrile group-containing compound as an additive of the non-aqueous electrolyte.

니트릴기 함유 화합물은 강한 극성의 니트릴기기를 가지고 있어, 이러한 니트릴기가 전극 표면의 활성 부위를 차단시켜, 전해액과 캐소드의 부반응 및 캐소드의 구조붕괴로부터 발생하는 발열량을 감소시킴으로써, 전해액의 연소가 가속화되고 열 폭주가 발생해 전지의 발화 및 파열이 일어나는 것을 방지하는 역할을 한다. Since the nitrile group-containing compound has a strong polar nitrile device, the nitrile group blocks the active site on the electrode surface, thereby reducing the calorific value generated by side reaction between the electrolyte and the cathode and structural collapse of the cathode, thereby accelerating the combustion of the electrolyte. Thermal runaway occurs to prevent the battery from firing and rupture.

상기 니트릴기 함유 화합물은 지방족 또는 방향족 화합물 모두 사용 가능하며, 1 내지 2개의 니트릴기를 포함하는 모노니트릴 및 디니트릴 화합물이 바람직하다. 특히, 지방족 디니트릴 화합물이 더욱 바람직하다. The nitrile group-containing compound may be an aliphatic or aromatic compound, and mononitrile and dinitrile compounds containing 1 to 2 nitrile groups are preferable. In particular, aliphatic dinitrile compounds are more preferred.

상기 지방족 디니트릴 화합물은 하나 이상의 치환체를 갖는 탄소수 1 내지 12의 선형 또는 분지형 디니트릴 화합물로서, 이의 비제한적인 예로는 숙시노니트릴, 세바코니트릴, 글루타로니트릴, 아디포니트릴, 1,5-디사이노펜탄, 1,6-디시아노헥산, 1,7-디시아노헵탄, 1,8-디시아노옥탄, 1,9-디시아노노난, 1,10-디시아노데칸, 1,12-디시아노도데칸, 테트라메틸숙시노니트릴, 2-메틸글루타로니트릴, 2,4-디메틸글루타로니트릴, 2,2,4,4-테트라메틸글루타로니트릴, 1,4-디사이노펜탄, 2,5-디메틸-2,5-헥산디카르보니트릴, 2,6-디시아노헵탄, 2,7-디시아노옥탄, 2,8-디시아노노난 또는 1,6-디시아노데칸 등이 있다. 특히, 숙시노니트릴 또는 세바코니트릴 화합물이 바람직하다.The aliphatic dinitrile compound is a linear or branched dinitrile compound having 1 to 12 carbon atoms having one or more substituents, including, but not limited to, succinonitrile, sebaconitrile, glutaronitrile, adipononitrile, 1,5 Dicyanopentane, 1,6-dicyanohexane, 1,7-dicyanoheptane, 1,8-dicyanooctane, 1,9-dicyanononane, 1,10-dicyanodecane, 1,12 Dicyanododecane, tetramethylsuccinonitrile, 2-methylglutaronitrile, 2,4-dimethylglutaronitrile, 2,2,4,4-tetramethylglutaronitrile, 1,4-dicinopentane , 2,5-dimethyl-2,5-hexanedicarbonitrile, 2,6-dicyanoheptane, 2,7-dicyanooctane, 2,8-dicyanononane or 1,6-dicyanodecane have. In particular, succinonitrile or sebaconitrile compounds are preferred.

상기 비수 전해액에 사용되는 첨가제는 첨가제의 구체적인 종류에 따라 적절한 함량으로 포함될 수 있으며, 예를 들면 유기 용매 100 중량부 대비 0.01 중량부 내지 10 중량부로 포함될 수 있다.The additive used in the non-aqueous electrolyte may be included in an appropriate amount according to the specific type of the additive, for example, 0.01 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the organic solvent.

상기 비수 전해액은 그 자체로 액체 전해질 또는 고분자에 함침된 겔 폴리머 전해질의 형태로 리튬 이차전지의 전해질로 사용될 수 있다.The nonaqueous electrolyte may be used as an electrolyte of a lithium secondary battery in the form of a gel polymer electrolyte impregnated with a liquid electrolyte or a polymer per se.

본 발명의 일 측면에 따른 원통형 리튬 이차전지의 비수 전해액은, 플루오로에틸렌 카보네이트 15 부피% 이하, 에틸렌 카보네이트 5 내지 20 부피%에 상기 전해질염을 혼합시키고, 또한, 메틸 프로피오네이트 70 부피% 이상을 첨가하여 용해시킴으로써 얻을 수 있다.In the nonaqueous electrolyte of the cylindrical lithium secondary battery according to an aspect of the present invention, 15% by volume or less of fluoroethylene carbonate and 5 to 20% by volume of ethylene carbonate are mixed with the electrolyte salt, and 70% by volume or more of methyl propionate. It can obtain by adding and dissolving.

이때, 사용하는 유기 용매 및 전해질 염은 생산성을 현저히 저하시키지 않는 범위 내에서 미리 정제하여, 불순물이 매우 적은 것을 이용할 수 있다.At this time, the organic solvent and electrolyte salt to be used can be refine | purified beforehand within the range which does not significantly reduce productivity, and the thing with very few impurities can be used.

상기 비수 전해액에는, 예컨대 공기나 이산화탄소를 포함하게 함으로써, 전해액의 분해에 의한 가스 발생의 억제나, 장기에 걸친 사이클 특성이나 충전 보존 특성 등의 전지 특성을 더욱 향상시킬 수 있다.By including air or carbon dioxide in the nonaqueous electrolyte, for example, it is possible to further improve battery characteristics such as suppression of gas generation due to decomposition of the electrolyte and long-term cycle characteristics and charge storage characteristics.

고온에서의 충방전 특성 향상의 관점에서, 비수 전해액 중에 이산화탄소를 용해시킨 전해액을 이용할 수 있다. 이산화탄소의 용해량은 비수 전해액의 중량에 대하여 0.001중량% 이상, 또는 0.05중량% 이상, 또는 0.2중량% 이상일 수 있고, 비수 전해액에 이산화탄소가 포화 상태로 될 때까지 용해시킬 수 있다. From the viewpoint of improving the charge and discharge characteristics at a high temperature, an electrolyte solution in which carbon dioxide is dissolved in a nonaqueous electrolyte solution can be used. The amount of carbon dioxide dissolved may be at least 0.001% by weight, or at least 0.05% by weight, or at least 0.2% by weight relative to the weight of the nonaqueous electrolyte, and may be dissolved in the nonaqueous electrolyte until the carbon dioxide is saturated.

또한, 본 발명의 일 측면에 따른 원통형 리튬 이차전지의 전극조립체를 이루는 캐소드, 애노드 및 세퍼레이터는 리튬 이차전지 제조에 통상적으로 사용되던 것들이 모두 사용될 수 있다.In addition, the cathode, the anode and the separator constituting the electrode assembly of the cylindrical lithium secondary battery according to an aspect of the present invention may be used all that was conventionally used in the manufacture of a lithium secondary battery.

상기 캐소드는 캐소드 활물질, 도전재 및 바인더를 포함하는 캐소드층이 집전체의 일면 또는 양면에 담지된 구조를 갖는다. The cathode has a structure in which a cathode layer including a cathode active material, a conductive material and a binder is supported on one or both surfaces of the current collector.

상기 캐소드 활물질로는 리튬함유 전이금속 산화물이 바람직하게 사용될 수 있으며, 예를 들면 LixCoO2(0.5<x<1.3), LixNiO2(0.5<x<1.3), LixMnO2(0.5<x<1.3), LixMn2O4(0.5<x<1.3), Lix(NiaCobMnc)O2(0.5<x<1.3, 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, a+b+c=1), LixNi1-yCoyO2(0.5<x<1.3, 0<y<1), LixCo1-yMnyO2(0.5<x<1.3, 0≤y<1), LixNi1-yMnyO2(0.5<x<1.3, O≤y<1), Lix(NiaCobMnc)O4(0.5<x<1.3, 0<a<2, 0<b<2, 0<c<2, a+b+c=2), LixMn2-zNizO4(0.5<x<1.3, 0<z<2), LixMn2-zCozO4(0.5<x<1.3, 0<z<2), LixCoPO4(0.5<x<1.3) 및 LixFePO4(0.5<x<1.3)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있으며, As the cathode active material, a lithium-containing transition metal oxide may be preferably used. For example, Li x CoO 2 (0.5 <x <1.3), Li x NiO 2 (0.5 <x <1.3), Li x MnO 2 <x <1.3, 0 <a <1, 0 <b <1), Li x Mn 2 O 4 (0.5 <x <1.3), Li x (Ni a Co b Mn c ) O 2 , 0 <c <1, a + b + c = 1), Li x Ni 1-y Co y O 2 (0.5 <x <1.3, 0 <y <1), Li x Co 1-y Mn y O 2 (0.5 <x <1.3, 0≤y <1), Li x Ni 1-y Mn y O 2 (0.5 <x <1.3, O≤y <1), Li x (Ni a Co b Mn c) O 4 (0.5 <x <1.3, 0 <a <2, 0 <b <2, 0 <c <2, a + b + c = 2), Li x Mn 2 -z Ni z O 4 Li x CoPO 4 (0.5 <x <1.3) and Li x FePO 4 (0.5 <x <1.3, 0 <z <2), 0 <z <2, Li x Mn 2 -z Co z O 4 < x < 1.3), or a mixture of two or more thereof.

상기 리튬함유 전이금속 산화물은 알루미늄(Al) 등의 금속이나 금속산화물로 코팅될 수도 있다. 또한, 상기 리튬함유 전이금속 산화물(oxide) 외에 황화물(sulfide), 셀렌화물(selenide) 및 할로겐화물(halide) 등도 사용될 수 있다.The lithium-containing transition metal oxide may be coated with a metal or metal oxide such as aluminum (Al). In addition to the lithium-containing transition metal oxide, sulfide, selenide, halide, and the like may also be used.

상기 도전재로서는 전기화학소자에서 화학변화를 일으키지 않는 전자 전도성 물질이면 특별한 제한이 없다. 일반적으로 카본블랙(carbon black), 흑연, 탄소섬유, 카본 나노튜브, 금속분말, 도전성 금속산화물, 유기 도전재 등을 사용할 수 있고, 현재 도전재로 시판되고 있는 상품으로는 아세틸렌 블랙계열 (쉐브론 케미컬 컴퍼니(Chevron Chemical Company) 또는 걸프 오일 컴퍼니 (Gulf Oil Company) 제품 등), 케트젠블랙 (Ketjen Black) EC 계열(아르막 컴퍼니 (Armak Company) 제품), 불칸 (Vulcan) XC-72(캐보트 컴퍼니(Cabot Company) 제품) 및 수퍼 P (엠엠엠(MMM)사 제품)등이 있다. 예를 들면 아세틸렌블랙, 카본블랙, 흑연 등을 들 수 있다. The conductive material is not particularly limited as long as it is an electron conductive material that does not cause a chemical change in an electrochemical device. In general, carbon black, graphite, carbon fiber, carbon nanotube, metal powder, conductive metal oxide, organic conductive material and the like can be used. Commercially available products as the conductive material include acetylene black series (manufactured by Chevron Chemical Co., (Chevron Chemical Company or Gulf Oil Company products), Ketjen Black EC series (Armak Company), Vulcan XC-72 (Cabot Company) and Super P (MM (MMM)). For example, acetylene black, carbon black and graphite.

상기 애노드는 애노드 활물질 및 바인더를 포함하는 애노드층이 집전체의 일면 또는 양면에 담지된 구조를 갖는다. The anode has a structure in which the anode layer including the anode active material and the binder is supported on one or both surfaces of the current collector.

상기 애노드 활물질로는 통상적으로 리튬 이온이 흡장 및 방출될 수 있는 탄소재, 리튬금속, 금속 화합물 및 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.As the anode active material, a carbon material, a lithium metal, a metal compound, and a mixture thereof, which may normally occlude and release lithium ions, may be used.

구체적으로는 상기 탄소재로는 저결정 탄소 및 고결정성 탄소 등이 모두 사용될 수 있다. 저결정성 탄소로는 연화탄소(soft carbon) 및 경화탄소(hard carbon)가 대표적이며, 고결정성 탄소로는 천연 흑연, 인조 흑연, 키시흑연(Kish graphite), 열분해 탄소(pyrolytic carbon), 액정 피치계 탄소섬유(mesophase pitch based carbon fiber), 탄소 미소구체(meso-carbon microbeads), 액정피치(Mesophase pitches) 및 석유와 석탄계 코크스(petroleum or coal tar pitch derived cokes) 등의 고온 소성탄소가 대표적이다. Concretely, as the carbon material, both low-crystalline carbon and highly-crystalline carbon may be used. Soft crystalline carbon and hard carbon are typical low crystalline carbon, and high crystalline carbon is natural graphite, artificial graphite, Kish graphite, pyrolytic carbon, liquid crystal pitch High-temperature calcined carbon such as mesophase pitch based carbon fiber, meso-carbon microbeads, mesophase pitches, and petroleum or coal tar pitch derived cokes are typical.

상기 금속 화합물로는 Si, Ge, Sn, Pb, P, Sb, Bi, Al, Ga, In, Ti, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ag, Mg, Sr, Ba 등의 금속 원소를 1종 이상 함유하는 화합물을 들 수 있다. 이들 금속 화합물은 단체, 합금, 산화물(TiO2, SnO2 등), 질화물, 황화물, 붕화물, 리튬과의 합금 등, 어떤 형태로도 사용할 수 있지만, 단체, 합금, 산화물, 리튬과의 합금은 고용량화될 수 있다. 그 중에서도, Si, Ge 및 Sn으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 함유할 수 있고, Si 및 Sn으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 포함하는 것이 전지를 더 고용량화할 수 있다.Examples of the metal compound include metal elements such as Si, Ge, Sn, Pb, P, Sb, Bi, Al, Ga, In, Ti, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ag, Mg, , And the like. These metal compounds may be used in any form, such as single, alloys, oxides (TiO 2 , SnO 2, etc.), nitrides, sulfides, borides, and alloys with lithium. High capacity can be achieved. Among them, it may contain at least one element selected from Si, Ge and Sn, and it may further increase the capacity of the battery including at least one element selected from Si and Sn.

상기 캐소드 및 애노드에 사용되는 바인더는 캐소드 활물질 및 애노드 활물질을 집전체에 유지시키고, 또 활물질들 사이를 이어주는 기능을 갖는 것으로서, 통상적으로 사용되는 바인더가 제한없이 사용될 수 있다. The binders used for the cathode and the anode have a function of retaining the cathode active material and the anode active material in the current collector and connecting the active materials, and a binder commonly used may be used without limitation.

예를 들면, 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HFP), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 스티렌-부타디엔 고무 (SBR, styrene butadiene rubber), 카르복시메틸 셀룰로스(CMC, carboxymethyl cellulose) 등의 다양한 종류의 바인더 고분자가 사용될 수 있다.For example, it is possible to use vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HFP), polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polymethylmethacrylate, styrene Various types of binder polymers such as styrene butadiene rubber (SBR), carboxymethyl cellulose (CMC), and the like can be used.

상기 캐소드 및 애노드에 사용되는 집전체는 전도성이 높은 금속으로, 상기 활물질의 슬러리가 용이하게 접착할 수 있는 금속으로 전지의 전압 범위에서 반응성이 없는 것이면 어느 것이라도 사용할 수 있다. 구체적으로 캐소드용 집전체의 비제한적인 예로는 알루미늄, 니켈 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있으며, 애노드용 집전체의 비제한적인 예로는 구리, 금, 니켈 또는 구리 합금 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있다. 또한, 상기 집전체는 상기 물질들로 이루어진 기재들을 적층하여 사용할 수도 있다.The current collectors used for the cathode and the anode are metals of high conductivity, and metals to which the slurry of the active material can easily adhere can be used as long as they are not reactive in the voltage range of the battery. Specifically, examples of the current collector for a cathode include aluminum, nickel, or a combination thereof. Examples of the current collector for an anode include copper, gold, nickel, or a copper alloy or a combination thereof And the like. In addition, the current collector may be used by laminating the substrates made of the above materials.

상기 캐소드 및 애노드는, 활물질, 도전제, 바인더, 고비점 용제를 이용해 혼련하여 전극 합제로 한 후, 이 합제를 집전체의 동박 등에 도포하여, 건조, 가압 성형한 후, 50℃ 내지 250℃ 정도의 온도로 2시간 정도 진공 하에서 가열 처리함으로써 각각 제조될 수 있다.The cathode and the anode are kneaded using an active material, a conductive agent, a binder, and a high boiling point solvent to form an electrode mixture, and then the mixture is applied to a copper foil of a current collector, dried, and press-molded, then about 50 ° C to 250 ° C. It may be produced by heat treatment under vacuum at a temperature of about 2 hours.

또한, 상기 캐소드의 전극층의 두께(집전체 한 면당)는 30 내지 120㎛, 또는 50 내지 100㎛일 수 있고, 상기 애노드의 전극층의 두께는 1 내지 100㎛, 또는 3 내지 70㎛일 수 있다. 상기 캐소드 및 애노드가 이러한 두께 범위를 만족하는 경우, 전극 재료층에서의 활물질량이 충분히 확보되어, 전지 용량이 작아지는 것을 방지할 수 있고, 사이클 특성이나 레이트 특성이 개선될 수 있다. The thickness of the electrode layer of the cathode may be 30 to 120 占 퐉 or 50 to 100 占 퐉, and the thickness of the electrode layer of the anode may be 1 to 100 占 퐉, or 3 to 70 占 퐉. When the cathode and the anode satisfy this thickness range, the amount of active material in the electrode material layer is sufficiently secured to prevent the battery capacity from decreasing and the cycle characteristics and rate characteristics can be improved.

또한, 전극의 로딩 레벨(loading level)은 전극의 단위 면적당 활물질 양으로서, 전지의 율속 특성에 영향을 미치는 인자이고, 리튬이온의 확산계수 및 분말간의 전도 및 집전체까지의 경로를 고려하여 설계되어야 한다. In addition, the loading level of the electrode is an amount of active material per unit area of the electrode, which is a factor affecting the rate characteristic of the battery, and should be designed in consideration of the diffusion coefficient of lithium ions, the conduction between powders, and the path to the current collector. do.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 애노드의 로딩 레벨은 280㎎/25㎠ 이상, 더 바람직하게는 285 내지 340㎎/25㎠, 더욱더 바람직하게는 290 내지 320㎎/25㎠이다.According to one aspect of the invention, the loading level of the anode is at least 280 mg / 25 cm 2, more preferably 285 to 340 mg / 25 cm 2, even more preferably 290 to 320 mg / 25 cm 2.

상기 애노드의 로딩 레벨이 280㎎/25㎠ 이상인 경우에는, 전지의 안정성이 개선되고, 전지 제조에 있어서 원가 절감을 가져올 수 있다.When the loading level of the anode is 280 mg / 25 cm 2 or more, the stability of the battery can be improved, resulting in cost reduction in battery manufacturing.

한편, 상기 캐소드의 로딩 레벨은 레벨은 570㎎/25㎠ 이상, 더 바람직하게는 580 내지 640㎎/25㎠, 더욱더 바람직하게는 590 내지 630㎎/25㎠이다.On the other hand, the loading level of the cathode is at least 570 mg / 25 cm 2, more preferably 580 to 640 mg / 25 cm 2, even more preferably 590 to 630 mg / 25 cm 2.

상기 캐소드의 로딩 레벨이 570㎎/25㎠ 이상인 경우에는, 전지 제조에 있어서 원가 절감을 할 수 있다. When the loading level of the cathode is 570 mg / 25 cm 2 or more, cost reduction in battery manufacturing can be achieved.

또한, 상기 세퍼레이터로는 종래에 세퍼레이터로 사용된 통상적인 다공성 고분자 필름, 예를 들어 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체 및 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름을 단독으로 또는 이들을 적층하여 사용할 수 있으며, 또는 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, the separator may be a conventional porous polymer film conventionally used as a separator, such as ethylene homopolymer, propylene homopolymer, ethylene / butene copolymer, ethylene / hexene copolymer and ethylene / methacrylate copolymer. The porous polymer film made of the polyolefin-based polymer may be used alone or by laminating them, or a conventional porous nonwoven fabric, for example, a non-woven fabric made of high melting glass fiber, polyethylene terephthalate fiber, or the like may be used. It doesn't happen.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples. However, the embodiments according to the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below. The embodiments of the present invention are provided to enable those skilled in the art to more fully understand the present invention.

실시예 1Example 1

(비수 전해액의 제조)(Production of Nonaqueous Electrolyte)

플루오로에틸렌 카보네이트(FEC) 13 부피%, 에틸렌 카보네이트(EC) 12 부피%, 및 메틸 프로피오네이트 75 부피%를 혼합하고, 여기에 LiPF6을 1.2M 농도가 되도록 용해시켜 용액을 준비하였다. 이후, 얻어진 용액에 유기 용매 100 중량부에 대하여 3 중량부의 프로필렌 설파이트(PRS), 2 중량부의 프로판 설폰(PS), 및 1 중량부의 숙시노니트릴(SN)을 더 첨가하여 비수 전해액을 제조하였다.
A solution was prepared by mixing 13% by volume fluoroethylene carbonate (FEC), 12% by volume ethylene carbonate (EC), and 75% by volume methyl propionate and dissolving LiPF 6 to a 1.2M concentration. Thereafter, 3 parts by weight of propylene sulfite (PRS), 2 parts by weight of propane sulfone (PS), and 1 part by weight of succinonitrile (SN) were further added to the obtained solution to prepare a nonaqueous electrolyte. .

(원통형 리튬 이차전지의 제조)(Manufacture of Cylindrical Lithium Secondary Battery)

캐소드 활물질로 LiCoO2를 590㎎/25㎠의 로딩 레벨을 갖도록 하여 캐소드를 준비하고, 애노드 활물질로 천연 흑연 및 인조 흑연의 혼합물을 290㎎/25㎠의 로딩 레벨을 갖도록 하여 애노드를 준비하여 전극을 제조한 다음, 앞서 제조된 비수 전해액을 주입하는 통상적인 방법으로 원통형 리튬 이차전지를 제조하였다.
The cathode was prepared by using LiCoO 2 as a cathode active material to have a loading level of 590 mg / 25 cm 2 , and the anode was prepared by using a mixture of natural graphite and artificial graphite as the anode active material to have a loading level of 290 mg / 25 cm 2. After manufacturing, a cylindrical lithium secondary battery was manufactured by a conventional method of injecting the non-aqueous electrolyte prepared above.

비교예 1Comparative Example 1

(비수 전해액의 제조)(Production of Nonaqueous Electrolyte)

플루오로에틸렌 카보네이트(FEC) 30 부피%, 프로필렌 카보네이트(PC) 5 부피%, 및 메틸 프로피오네이트 65 부피%를 혼합하고, 여기에 LiPF6을 1.1M 농도가 되도록 용해시켜 용액을 준비하였다. 이후, 얻어진 용액에 유기 용매 100 중량부에 대하여 3 중량부의 프로필렌 설파이트(PRS), 2 중량부의 프로판 설폰(PS), 및 1 중량부의 숙시노니트릴(SN)을 더 첨가하여 비수 전해액을 제조하였다.
A solution was prepared by mixing 30% by volume of fluoroethylene carbonate (FEC), 5% by volume of propylene carbonate (PC), and 65% by volume of methyl propionate and dissolving LiPF 6 to a concentration of 1.1 M. Thereafter, 3 parts by weight of propylene sulfite (PRS), 2 parts by weight of propane sulfone (PS), and 1 part by weight of succinonitrile (SN) were further added to the obtained solution to prepare a nonaqueous electrolyte. .

(원통형 리튬 이차전지의 제조)(Manufacture of Cylindrical Lithium Secondary Battery)

캐소드 활물질로 LiCoO2를 590㎎/25㎠의 로딩 레벨을 갖도록 하여 캐소드를 준비하고, 애노드 활물질로 천연 흑연 및 인조 흑연의 혼합물을 290㎎/25㎠의 로딩 레벨을 갖도록 하여 애노드를 준비하여 전극을 제조한 다음, 앞서 제조된 비수 전해액을 주입하는 통상적인 방법으로 원통형 리튬 이차전지를 제조하였다.
The cathode was prepared by using LiCoO 2 as a cathode active material to have a loading level of 590 mg / 25 cm 2 , and the anode was prepared by using a mixture of natural graphite and artificial graphite as the anode active material to have a loading level of 290 mg / 25 cm 2. After manufacturing, a cylindrical lithium secondary battery was manufactured by a conventional method of injecting the non-aqueous electrolyte prepared above.

비교예 2Comparative Example 2

비수 전해액에서 메틸 프로피오네이트 대신에 에틸 프로피오네이트를 사용한 점을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 원통형 리튬 이차전지를 제조하였다.
A cylindrical lithium secondary battery was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that ethyl propionate was used instead of methyl propionate in the nonaqueous electrolyte.

비교예 3Comparative Example 3

비수 전해액에서 메틸 프로피오네이트 대신에 프로필 프로피오네이트를 사용한 점을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 원통형 리튬 이차전지를 제조하였다.
A cylindrical lithium secondary battery was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that propyl propionate was used instead of methyl propionate in the nonaqueous electrolyte.

비교예 4Comparative Example 4

비수 전해액에서 메틸 프로피오네이트 대신에 디메틸 카보네이트를 사용한 점을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 원통형 리튬 이차전지를 제조하였다.
A cylindrical lithium secondary battery was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that dimethyl carbonate was used instead of methyl propionate in the nonaqueous electrolyte.

리튬 이차전지의 특성 평가Characterization of Lithium Secondary Battery

비수 전해액의 이온 전도도, 점도, 및 비중 특성Ionic Conductivity, Viscosity, and Specific Gravity Characteristics of Nonaqueous Electrolyte

실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 비수 전해액의 온도 변화에 따른 이온 전도도를 이온 전도도 미터 장치를 이용하여 5℃, 20℃ 및 40℃의 조건에서 측정하고, 그 결과를 도 1에 나타내었다.The ionic conductivity according to the temperature change of the nonaqueous electrolyte prepared in Example 1 and Comparative Example 1 was measured under conditions of 5 ° C., 20 ° C. and 40 ° C. using an ion conductivity meter device, and the results are shown in FIG. 1.

또한, 제조된 실시예 1 및 비교예 1의 비수 전해액의 이온 전도도, 점도 및 비중의 측정값을 하기 표 1에 정리하였다.In addition, the measured values of the ionic conductivity, viscosity, and specific gravity of the prepared nonaqueous electrolyte solutions of Example 1 and Comparative Example 1 are summarized in Table 1 below.

전해액Electrolyte 이온전도도(ms/cm)Ion Conductivity (ms / cm) 점도(cP)Viscosity (cP) 비중importance 5℃5 20℃20 40℃40 ℃ 25℃25 ℃ 25℃25 ℃ 실시예 1Example 1 13.313.3 14.314.3 14.814.8 2.182.18 1.181.18 비교예 1Comparative Example 1 11.011.0 13.913.9 14.714.7 2.332.33 1.221.22

저온 수명 특성Low temperature life characteristics

실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 원통형 리튬 이차전지(전지용량 2,800mAh)를 5℃에서 1.0C의 정전류로 4.3V가 될 때까지 충전하고, 이후 4.3V의 정전압으로 충전하여 충전전류가 50mA가 되면 충전을 종료하였다. 이후 20분간 방치한 다음 0.8C의 정전류로 3.0V가 될 때까지 방전하였다. 상기 충방전을 50 사이클 행한 후 전지의 방전 용량을 측정하여, 도 2에 나타내었다. 여기서 C는 ampere(A)로 표현되는 전지의 충방전 전류 속도, C-rate 를 나타내는 것으로서 통상 전지용량에 비율로 표시된다. 즉 앞서 제조된 전지들의 1C는 2.8A의 전류를 의미한다.The cylindrical lithium secondary battery (battery capacity 2,800 mAh) prepared in Example 1 and Comparative Example 1 was charged at 5 ° C. with a constant current of 1.0 C until it became 4.3 V, and then charged at a constant voltage of 4.3 V to charge current of 50 mA. Charging was terminated when Thereafter, it was left for 20 minutes and then discharged until it reached 3.0V at a constant current of 0.8C. After 50 cycles of charging and discharging, the discharge capacity of the battery was measured and shown in FIG. 2. Here, C represents the charge / discharge current rate and C-rate of the battery represented by ampere (A) and is usually expressed as a ratio to the battery capacity. That is, 1C of the batteries manufactured previously means a current of 2.8A.

고온 수명 특성High temperature life characteristics

실시예 1 및 비교예 2 내지 4에서 제조된 원통형 리튬 이차전지 (전지용량 2,600mAh)를 55℃에서 0.8C의 정전류로 4.3V가 될 때까지 충전하고, 이후 4.3V의 정전압으로 충전하여 충전전류가 50mA가 되면 충전을 종료하였다. 이후 20분간 방치한 다음 0.5C의 정전류로 3.0V가 될 때까지 방전하였다. 상기 충방전을 400 사이클 행한 후 전지의 방전 용량을 측정하여, 도 3에 나타내었다. 여기서 C는 ampere(A)로 표현되는 전지의 충방전 전류 속도, C-rate 를 나타내는 것으로서 통상 전지용량에 비율로 표시된다. 즉 앞서 제조된 전지들의 1C는 2.6A의 전류를 의미한다.
The cylindrical lithium secondary battery (battery capacity 2,600 mAh) prepared in Examples 1 and Comparative Examples 2 to 4 was charged at 55 ° C. at a constant current of 0.8 C until it became 4.3 V, and then charged at a constant voltage of 4.3 V to charge current. Charging was completed when was 50 mA. After standing for 20 minutes, the battery was discharged until it became 3.0V with a constant current of 0.5C. After 400 cycles of charging and discharging, the discharge capacity of the battery was measured and shown in FIG. 3. Here, C represents the charge / discharge current rate and C-rate of the battery represented by ampere (A) and is usually expressed as a ratio to the battery capacity. That is, 1C of the batteries manufactured above means a current of 2.6A.

고온 저장 전후의 계면 저항 특성Interfacial resistance characteristics before and after high temperature storage

실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 원통형 리튬 이차전지를 75℃의 오븐 장치에 43시간 동안 고온 저장하기 전과 후의 이차전지의 임피던스를 Potentiostat/Galvanostat 측정 장치를 이용하여 주파수(Frequency) 0.1~10,000Hz, 진폭(Amplitude) 10mV의 조건에서 측정하였고, 그 결과를 도 4 및 도 5에 각각 나타내었다.
The impedance of the secondary battery before and after storing the cylindrical lithium secondary batteries prepared in Example 1 and Comparative Example 1 in a 75 ° C. oven apparatus for 43 hours at high temperature using a Potentiostat / Galvanostat measuring device was 0.1 to 10,000 Hz. , Amplitude was measured under the condition of 10mV, and the results are shown in FIGS. 4 and 5, respectively.

도 1 및 표 1을 참조하면, 실시예 1의 비수 전해액이 비교예 1의 비수 전해액에 비하여 이온전도도가 크게 향상되었고, 점도가 낮아져서 전해액의 이동도가 개선되었으며, 전해액의 비중이 작아져서 전해액의 주액량을 감소할 수 있음을 확인하였다.1 and Table 1, the non-aqueous electrolyte of Example 1 is significantly improved ionic conductivity compared to the non-aqueous electrolyte of Comparative Example 1, the viscosity is lowered, the mobility of the electrolyte is improved, the specific gravity of the electrolyte is reduced It was confirmed that the amount of pouring could be reduced.

도 2를 참조하면, 실시예 1의 원통형 리튬 이차전지는 저온에서의 수명 특성이 현저히 개선된 것을 알 수 있었고, 또한 도 3을 참조하면, 실시예 1의 비수 전해액은 메틸 프로피오네이트를 포함함으로써, 그외 에틸 프로피오네이, 프로필 프로피오네이트의 선형 에스테르나 디메틸 카보네이트와 같은 선형 카보네이트를 포함한 경우 보다 고온 사이클에서 사이클 지속성이 뛰어나다는 것을 확인할 수 있었다.Referring to FIG. 2, it was found that the cylindrical lithium secondary battery of Example 1 was remarkably improved in life characteristics at low temperatures. Referring to FIG. 3, the nonaqueous electrolyte of Example 1 contained methyl propionate. In addition, it was confirmed that the cycle sustainability at high temperature cycles was higher than that of ethyl propione, linear ester of propyl propionate or linear carbonate such as dimethyl carbonate.

또한, 도 4 및 도 5를 참조하면, 실시예 1의 원통형 리튬 이차전지가 고온에서 장시간 저장한 전후에 비교예 1의 이차전지에 비해서 계면저항이 줄어들었음을 확인할 수 있었다.4 and 5, the cylindrical lithium secondary battery of Example 1 was confirmed that the interface resistance was reduced compared to the secondary battery of Comparative Example 1 before and after the storage for a long time at high temperature.

Claims (8)

애노드, 캐소드, 및 상기 캐소드와 애노드 사이에 개재된 세퍼레이터로 이루어진 전극조립체 및 상기 전극 조립체에 주입되고, 전해질 염 및 유기 용매를 포함하는 비수 전해액을 구비하는 원통형 리튬 이차전지에 있어서,
상기 유기 용매가 메틸 프로피오네이트 70 내지 80 부피%, 플루오로에틸렌 카보네이트 5 내지 15 부피%, 및 에틸렌 카보네이트 7 내지 15 부피%를 포함하고,
상기 애노드가 280㎎/25㎠ 이상의 로딩 레벨을 가지는 원통형 리튬 이차전지.
A cylindrical lithium secondary battery comprising an electrode assembly comprising an anode, a cathode, and a separator interposed between the cathode and the anode, and a nonaqueous electrolyte containing an electrolyte salt and an organic solvent.
The organic solvent comprises 70 to 80 volume percent methyl propionate, 5 to 15 volume percent fluoroethylene carbonate, and 7 to 15 volume percent ethylene carbonate,
The anode has a cylindrical lithium secondary battery having a loading level of 280 mg / 25 cm 2 or more.
제1항에 있어서,
상기 전해질 염이 1.15 내지 1.6M의 LiPF6을 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이차전지.
The method of claim 1,
Cylindrical lithium secondary battery, characterized in that the electrolyte salt comprises 1.15 to 1.6M LiPF 6 .
제1항에 있어서,
상기 비수 전해액이 환형 설파이트, 비환형 설폰, 니트릴기 함유 화합물, 포화 설톤, 불포화 설톤, 비닐렌 카보네이트, 및 비닐에틸렌 카보네이트로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이차전지.
The method of claim 1,
The non-aqueous electrolyte further comprises any one selected from the group consisting of cyclic sulfites, acyclic sulfones, nitrile group-containing compounds, saturated sultones, unsaturated sultones, vinylene carbonates, and vinylethylene carbonates or mixtures of two or more thereof. Cylindrical lithium secondary battery, characterized in that.
제1항에 있어서,
상기 애노드가 리튬 금속, 탄소재, 금속 화합물 및 이들의 혼합물을 포함하는 애노드 활물질층을 구비한 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이차전지.
The method of claim 1,
A cylindrical lithium secondary battery, wherein the anode comprises an anode active material layer comprising a lithium metal, a carbon material, a metal compound and a mixture thereof.
제4항에 있어서,
상기 금속 화합물이 Si, Ge, Sn, Pb, P, Sb, Bi, Al, Ga, In, Ti, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ag, Mg, Sr, 및 Ba로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속 원소를 함유하는 화합물 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이차전지.
5. The method of claim 4,
From the group consisting of Si, Ge, Sn, Pb, P, Sb, Bi, Al, Ga, In, Ti, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ag, Mg, Sr, and Ba A cylindrical lithium secondary battery, characterized in that the compound containing one or more selected metal elements or a mixture thereof.
제1항에 있어서,
상기 캐소드가 리튬 함유 산화물을 포함하는 캐소드층을 구비하는 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이차전지.
The method of claim 1,
Cylindrical lithium secondary battery, characterized in that the cathode comprises a cathode layer containing a lithium-containing oxide.
제6항에 있어서,
상기 리튬 함유 산화물이 리튬 함유 전이금속 산화물인 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이차전지.
The method according to claim 6,
Cylindrical lithium secondary battery, characterized in that the lithium-containing oxide is a lithium-containing transition metal oxide.
제7항에 있어서,
상기 리튬 함유 전이금속 산화물이 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(O≤y<1), Li(NiaCobMnc)O4(0<a<2, 0<b<2, 0<c<2, a+b+c=2), LiMn2 - zNizO4, LiMn2-zCozO4(0<z<2), LiCoPO4 및 LiFePO4로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이차전지.
The method of claim 7, wherein
The lithium-containing transition metal oxide is 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 (O ≦ 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 Cylindrical lithium secondary battery, characterized in that any one or a mixture of two or more selected from the group consisting of (0 <z <2), LiCoPO 4 and LiFePO 4 .
KR1020110065510A 2011-07-01 2011-07-01 Cylindrical lithium secondary battery KR101277732B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110065510A KR101277732B1 (en) 2011-07-01 2011-07-01 Cylindrical lithium secondary battery

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110065510A KR101277732B1 (en) 2011-07-01 2011-07-01 Cylindrical lithium secondary battery

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130003884A KR20130003884A (en) 2013-01-09
KR101277732B1 true KR101277732B1 (en) 2013-06-24

Family

ID=47835950

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110065510A KR101277732B1 (en) 2011-07-01 2011-07-01 Cylindrical lithium secondary battery

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101277732B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10103406B2 (en) 2014-10-22 2018-10-16 Samsung Sdi Co., Ltd. Lithium secondary battery

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101656326B1 (en) * 2013-03-27 2016-09-09 주식회사 엘지화학 Slurry for anode active material, anode using the slurry and electrochemical device including the anode
EP3076474B1 (en) * 2014-09-30 2018-12-26 LG Chem, Ltd. Nonaqueus electrolyte lithium secondary battery

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090027574A (en) * 2007-09-12 2009-03-17 주식회사 엘지화학 Nonaqueous electrolyte lithium secondary battery

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090027574A (en) * 2007-09-12 2009-03-17 주식회사 엘지화학 Nonaqueous electrolyte lithium secondary battery

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10103406B2 (en) 2014-10-22 2018-10-16 Samsung Sdi Co., Ltd. Lithium secondary battery

Also Published As

Publication number Publication date
KR20130003884A (en) 2013-01-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101822064B1 (en) Nonaqueous electrolyte and lithium secondary battery comprising the same
US9728805B2 (en) Nonaqueous electrolyte and lithium secondary battery using the same
KR101301082B1 (en) Nonaqueous electrolyte and lithium secondary battery using the same
KR101300592B1 (en) Nonaqueous electrolyte and lithium secondary battery using the same
KR101511733B1 (en) Non-aqueous electrolyte solution for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising the same
KR101249350B1 (en) Nonaqueous electrolyte and lithium secondary battery using the same
KR20180083272A (en) Non-aqueous electrolyte solution and lithium secondary battery comprising the same
KR20190033448A (en) Nonaqueous electrolyte for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising the same
KR20180106971A (en) Electrolyte for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising the same
KR20190054973A (en) Electrolyte for lithium secondary battery, and lithium secondary battery comprising the same
KR20190022382A (en) Non-aqueous electrolyte for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising the same
KR20170052493A (en) Additive for non-aqueous electrolyte, non-aqueous electrolyte comprising the same, and lithium secondary battery comprising the same
KR20180041602A (en) Electrolyte for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising the same
KR101387603B1 (en) Nonaqueous electrolyte and lithium secondary battery using the same
KR101565533B1 (en) Non-aqueous electrolyte solution for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising the same
TW201633596A (en) Nonaqueous electrolyte lithium secondary battery
KR101902646B1 (en) Electrolyte for lithium secondary battery, and lithium secondary battery comprising the same
KR101277732B1 (en) Cylindrical lithium secondary battery
KR20180086141A (en) Electrolyte for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising the same
KR20180058633A (en) Nonaqueous liquid electrolyte and lithium secondary battery including the same
KR102473691B1 (en) Electrolyte for lithium secondary battery
KR101485944B1 (en) Composition for preparing anode for lithium secondary battery and lithium secondary battery using the same
KR101661560B1 (en) Non-aqueous electrolyte solution for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising the same
KR20140038677A (en) Non-aqueous electrolyte for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising the same
KR20220004305A (en) Electrolyte for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising the same

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
A302 Request for accelerated examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160601

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170328

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180418

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190401

Year of fee payment: 7