KR101579562B1 - 리튬 이차전지용 비수 전해액 및 이를 구비한 리튬 이차전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전해액에 플루오르화 알코올을 포함시켜 HF 생성은 감소시키는 한편, 전지의 용량, 저온 특성 및 수명 특성은 향상시키는 리튬 이차전지용 비수 전해액 및 상기 전해액을 구비한 리튬 이차전지에 관한 것으로, 본 발명의 비수 전해액을 사용한 리튬 이차전지는 LiFSI 리튬염과 달리 애노드에서 산화 내성이 낮고 캐소드 집전체인 알루미늄을 부식시키는 문제점을 갖지 않으면서도 LiFSI 리튬염에 상응하는 우수한 저온 방전 특성, 전지 용량 및 수명 특성을 나타내는 효과를 갖는다.
Description
본 발명은 리튬 이차전지용 비수 전해액 및 이를 구비한 리튬 이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 전해액에 플루오르화 알코올을 포함시켜 HF 생성은 감소시키는 한편, 전지의 용량, 저온 특성 및 수명 특성은 향상시키는 리튬 이차전지용 비수 전해액 및 상기 전해액을 구비한 리튬 이차전지에 관한 것이다.
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.
리튬 이차전지는 리튬 이온을 흡장 및 방출할 수 있는 탄소재 등의 애노드, 리튬 함유 산화물 등으로 된 캐소드, 및 혼합 유기용매에 리튬염이 적당량 용해된 비수 전해액으로 구성되어 있다.
리튬 이차전지의 평균 방전 전압은 약 3.6 ~ 3.7 V로서, 다른 알칼리 전지, 니켈-카드뮴 전지 등에 비하여 방전 전압이 높은 것이 장점 중의 하나이다. 이러한 높은 구동 전압을 내기 위해서는 충방전 전압 영역인 0 ~ 4.2 V에서 전기화학적으로 안정한 전해액 조성이 필요하다. 이를 위하여, 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트 등의 환형 카보네이트 화합물 및 디메틸 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트, 디에틸카보네이트 등의 선형 카보네이트 화합물이 적절히 혼합된 혼합 용매를 전해액의 용매로 이용한다. 전해액의 용질인 리튬염으로는 통상 LiPF6, LiBF4, LiClO4 등을 사용하는데, 이들은 전지 내에서 리튬 이온의 공급원으로 작용하여 리튬 전지의 작동을 가능하게 한다.
이 중, LiPF6은 현재 리튬 이차전지용 전해액에 널리 사용되는 리튬염이다. LiPF6 는 LiBF4, LiCF3SO3, LiN(CF3SO2)2 등의 다른 리튬염에 비해 높은 이온 전도도를 나타내는 장점을 갖지만, 정상 작동시에 발생하는 80 내지 100℃ 온도에서 열 분해되어 독성이 큰 알킬 플루오로포스페이트를 생성시킨다. 상기 분해는 리튬 이차전지 제조 시에 존재하는 ppm 수준의 미량의 수분이나 알코올에 의해 개시되는 자가촉매 메카니즘을 통해 PF5을 발생시키며, 이와 같이 발생된 PF5는 수분과 하기 반응식 1과 같이 반응하거나 또는 알코올과 하기 반응식 2과 같이 반응하여서 HF를 발생시킨다:
반응식 1
PF5 + H2O → 2HF + POF3
반응식 2
HF는 애노드의 SEI 막을 파괴할 뿐만 아니라, 전해액 용매의 분해 반응에서 촉매 역할을 하고, 집전체, 바인더, 활물질과 같은 전극재료 부식에 영향을 주며, 특히, 리튬 이차전지의 용량 감소, 저온 특성 열화, 수명 감소 등을 초래하여 궁극적으로는 전지 성능을 열화시키는 문제점을 갖는다.
전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, KR 10-2008-0047642 A에는 PF5에 비공유 전자쌍을 제공하여 안정화시키는 루이스 염기를 포함하는 비수계 리튬 전해액이 개시되어 있으나, 이에 의해서는 알코올에 의한 부반응은 억제할 수 없는 한계가 있다.
또한, KR 10-2010-0039010 A에는 리튬 염에 LiWF7를 포함시킴으로써, 또한CN101383433 A에는 비수 전해액에 포스파이트 에스테르 화합물과 아민 화합물을 첨가함으로써 LiPF6 분해를 억제하고 HF 생성을 감소시키는 내용이 기재되어 있으나, 수득된 전지의 저온 특성, 용량 및 수명 특성 측면에서는 만족스럽지 못한 문제가 있었다.
한편, LiFSI (리튬 비스(플루오로술포닐)이미드, Li(FSO2)2N)는, LiPF6와 달리, 물 등의 활성 수소를 가지는 불순물이 존재하는 비수 전해액에서도 HF를 발생시키지 않아 화학적으로 안정한 장점이 있지만, 애노드에서 산화 내성이 낮고 캐소드 집전체인 알루미늄을 부식시키는 문제점을 갖기 때문에, 실제 전지에 적용하기 위해서는 다른 염과 혼합 사용되어야 하는 문제점이 있다.
리튬 이차전지는 리튬 이온을 흡장 및 방출할 수 있는 탄소재 등의 애노드, 리튬 함유 산화물 등으로 된 캐소드, 및 혼합 유기용매에 리튬염이 적당량 용해된 비수 전해액으로 구성되어 있다.
리튬 이차전지의 평균 방전 전압은 약 3.6 ~ 3.7 V로서, 다른 알칼리 전지, 니켈-카드뮴 전지 등에 비하여 방전 전압이 높은 것이 장점 중의 하나이다. 이러한 높은 구동 전압을 내기 위해서는 충방전 전압 영역인 0 ~ 4.2 V에서 전기화학적으로 안정한 전해액 조성이 필요하다. 이를 위하여, 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트 등의 환형 카보네이트 화합물 및 디메틸 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트, 디에틸카보네이트 등의 선형 카보네이트 화합물이 적절히 혼합된 혼합 용매를 전해액의 용매로 이용한다. 전해액의 용질인 리튬염으로는 통상 LiPF6, LiBF4, LiClO4 등을 사용하는데, 이들은 전지 내에서 리튬 이온의 공급원으로 작용하여 리튬 전지의 작동을 가능하게 한다.
이 중, LiPF6은 현재 리튬 이차전지용 전해액에 널리 사용되는 리튬염이다. LiPF6 는 LiBF4, LiCF3SO3, LiN(CF3SO2)2 등의 다른 리튬염에 비해 높은 이온 전도도를 나타내는 장점을 갖지만, 정상 작동시에 발생하는 80 내지 100℃ 온도에서 열 분해되어 독성이 큰 알킬 플루오로포스페이트를 생성시킨다. 상기 분해는 리튬 이차전지 제조 시에 존재하는 ppm 수준의 미량의 수분이나 알코올에 의해 개시되는 자가촉매 메카니즘을 통해 PF5을 발생시키며, 이와 같이 발생된 PF5는 수분과 하기 반응식 1과 같이 반응하거나 또는 알코올과 하기 반응식 2과 같이 반응하여서 HF를 발생시킨다:
반응식 1
PF5 + H2O → 2HF + POF3
반응식 2
HF는 애노드의 SEI 막을 파괴할 뿐만 아니라, 전해액 용매의 분해 반응에서 촉매 역할을 하고, 집전체, 바인더, 활물질과 같은 전극재료 부식에 영향을 주며, 특히, 리튬 이차전지의 용량 감소, 저온 특성 열화, 수명 감소 등을 초래하여 궁극적으로는 전지 성능을 열화시키는 문제점을 갖는다.
전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, KR 10-2008-0047642 A에는 PF5에 비공유 전자쌍을 제공하여 안정화시키는 루이스 염기를 포함하는 비수계 리튬 전해액이 개시되어 있으나, 이에 의해서는 알코올에 의한 부반응은 억제할 수 없는 한계가 있다.
또한, KR 10-2010-0039010 A에는 리튬 염에 LiWF7를 포함시킴으로써, 또한CN101383433 A에는 비수 전해액에 포스파이트 에스테르 화합물과 아민 화합물을 첨가함으로써 LiPF6 분해를 억제하고 HF 생성을 감소시키는 내용이 기재되어 있으나, 수득된 전지의 저온 특성, 용량 및 수명 특성 측면에서는 만족스럽지 못한 문제가 있었다.
한편, LiFSI (리튬 비스(플루오로술포닐)이미드, Li(FSO2)2N)는, LiPF6와 달리, 물 등의 활성 수소를 가지는 불순물이 존재하는 비수 전해액에서도 HF를 발생시키지 않아 화학적으로 안정한 장점이 있지만, 애노드에서 산화 내성이 낮고 캐소드 집전체인 알루미늄을 부식시키는 문제점을 갖기 때문에, 실제 전지에 적용하기 위해서는 다른 염과 혼합 사용되어야 하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 미량의 물 또는 알코올에 의한 불소계 리튬염의 부적절한 분해를 억제하여 HF 생성을 감소시키는 한편, 애노드 피막 SEI 피막의 반응성을 저하시키고, 전지의 저온 특성, 용량 및 수명 특성은 개선시킨 신규한 리튬 이차전지용 비수 전해액 및 이를 구비한 리튬 이차전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 불소계 리튬염 및 유기용매를 포함하는 리튬 이차전지용 비수 전해액에 있어서, 탄소수 2 내지 6 개의 할로겐화 알코올을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 비수 전해액이 제공된다.
상기 불소계 리튬염의 음이온은 PF6 -, (FSO2)2N- , F-, BF4 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 - 및 (CF3CF2SO2)2N-로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 한다.
상기 할로겐화 알코올은 탄소수 2 내지 6개의 플루오르화 알코올인 것을 특징으로 한다.
상기 플루오르화 알코올은 플루오르화 에탄올인 것을 특징으로 한다.
상기 플루오르화 에탄올은 2-플루오로에탄올 및 2,2,2-트리플루오로에탄올로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 할로겐화 알코올의 함량은 상기 유기용매 100 중량부를 기준으로 0.01 내지 10 중량부 또는 0.1 내지 5 중량부인 것을 특징으로 한다.
상기 유기용매는 선형 카보네이트, 환형 카보네이트, 에테르, 에스테르 및 아미드로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 한다.
상기 선형 카보네이트는 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 디프로필 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트, 메틸프로필 카보네이트 및 에틸프로필카보네이트로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 환형 카보네이트는 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 1,2-부틸렌 카보네이트, 2,3-부틸렌 카보네이트, 1,2-펜틸렌 카보네이트, 2,3-펜틸렌 카보네이트, 비닐렌 카보네이트, 비닐에틸렌 카보네이트 및 이들의 할로겐화물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 에테르는 디메틸 에테르, 디에틸 에테르, 디프로필 에테르, 메틸에틸 에테르, 메틸프로필 에테르 및 에틸프로필 에테르로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 비수 전해액은 환형 설파이트, 포화 설톤, 불포화 설톤 및 비환형 설폰으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 애노드, 캐소드, 및 상기 캐소드와 애노드 사이에 개재된 세퍼레이터로 이루어진 전극조립체 및 상기 전극 조립체에 주입된 비수 전해액을 구비하는 리튬 이차전지에 있어서, 상기 비수 전해액이 전술한 리튬 이차전지용 비수 전해액인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지가 제공된다.
상기 불소계 리튬염의 음이온은 PF6 -, (FSO2)2N- , F-, BF4 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 - 및 (CF3CF2SO2)2N-로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 한다.
상기 할로겐화 알코올은 탄소수 2 내지 6개의 플루오르화 알코올인 것을 특징으로 한다.
상기 플루오르화 알코올은 플루오르화 에탄올인 것을 특징으로 한다.
상기 플루오르화 에탄올은 2-플루오로에탄올 및 2,2,2-트리플루오로에탄올로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 할로겐화 알코올의 함량은 상기 유기용매 100 중량부를 기준으로 0.01 내지 10 중량부 또는 0.1 내지 5 중량부인 것을 특징으로 한다.
상기 유기용매는 선형 카보네이트, 환형 카보네이트, 에테르, 에스테르 및 아미드로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 한다.
상기 선형 카보네이트는 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 디프로필 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트, 메틸프로필 카보네이트 및 에틸프로필카보네이트로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 환형 카보네이트는 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 1,2-부틸렌 카보네이트, 2,3-부틸렌 카보네이트, 1,2-펜틸렌 카보네이트, 2,3-펜틸렌 카보네이트, 비닐렌 카보네이트, 비닐에틸렌 카보네이트 및 이들의 할로겐화물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 에테르는 디메틸 에테르, 디에틸 에테르, 디프로필 에테르, 메틸에틸 에테르, 메틸프로필 에테르 및 에틸프로필 에테르로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 비수 전해액은 환형 설파이트, 포화 설톤, 불포화 설톤 및 비환형 설폰으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 애노드, 캐소드, 및 상기 캐소드와 애노드 사이에 개재된 세퍼레이터로 이루어진 전극조립체 및 상기 전극 조립체에 주입된 비수 전해액을 구비하는 리튬 이차전지에 있어서, 상기 비수 전해액이 전술한 리튬 이차전지용 비수 전해액인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지가 제공된다.
본 발명의 비수 전해액을 사용한 리튬 이차전지는 애노드에서 산화 내성이 낮고 캐소드 집전체인 알루미늄을 부식시키는 문제점을 갖지 않으며, 애노드의 SEI 피막 반응성을 저하시켜서 우수한 저온 방전 특성, 전지 용량 및 수명 특성을 나타내는 효과를 갖는다.
도 1, 2는 시험예 1에서 측정한 리튬이차전지의 기본 용량을 나타낸 전압-용량 그래프이다.
도 3, 4는 시험예 2에서 측정한 리튬이차전지의 저온 충전 특성을 나타낸 전압-용량 그래프이다.
도 5는 상기 도 3, 4 그래프의 dQ/dV을 도시한 그래프이다.
도 6, 7은 시험예 3에서 측정한 리튬이차전지의 저온 방전 특성을 나타낸 전압-용량 그래프이다.
도 8은 시험예 4에서 23℃로 측정한 리튬이차전지의 수명 특성을 나타낸 용량-사이클 횟수 그래프이다.
도 9는 시험예 4에서 55℃로 측정한 리튬이차전지의 수명 특성을 나타낸 용량-사이클 횟수 그래프이다.
도 3, 4는 시험예 2에서 측정한 리튬이차전지의 저온 충전 특성을 나타낸 전압-용량 그래프이다.
도 5는 상기 도 3, 4 그래프의 dQ/dV을 도시한 그래프이다.
도 6, 7은 시험예 3에서 측정한 리튬이차전지의 저온 방전 특성을 나타낸 전압-용량 그래프이다.
도 8은 시험예 4에서 23℃로 측정한 리튬이차전지의 수명 특성을 나타낸 용량-사이클 횟수 그래프이다.
도 9는 시험예 4에서 55℃로 측정한 리튬이차전지의 수명 특성을 나타낸 용량-사이클 횟수 그래프이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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.
본 발명의 일 측면에 따르면, 불소계 리튬염 및 유기용매를 포함하는 리튬 이차전지용 비수 전해액에 있어서, 할로겐화 알코올을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 비수 전해액이 제공된다.
본 발명의 리튬 이차전지의 비수 전해액에 있어서, 상기 불소계 리튬염은 리튬 이차전지용 전해액에 통상적으로 사용되는 것들이라면 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들어 상기 불소계 리튬염의 음이온은 PF6 -, (FSO2)2N- , F-, BF4 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, 및 (CF3CF2SO2)2N-로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
이때, 상기 불소계 리튬염으로는 LiPF6 또는 Li(FSO2)2N 등이 대표적으로 사용될 수 있으며, 그 외에 리튬 이차전지용으로 통상적으로 사용되는 리튬염들, 예를 들면, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, 및 LiC4BO8 등이 더 포함될 수 있다.
본 발명에서 '알코올'이라 함은 당업계에서 통상적으로 지칭되는 알코올을 의미하는 것으로, 예컨대, 메탄올, 에탄올, 이소프로필 알코올, 부틸 알코올, 펜탄올, 헥사데칸-1-올과 같은 일가 알코올(monohydric alcohol); 에탄-1,2-다이올, 프로판-1,2,3-트리올, 부탄-1,2,3,4-테트라올, 펜탄-1,2,3,4,5-펜톨, 헥산-1,2,3,4,5,6-헥솔과 같은 다가 알코올(polyhydric alcohol); 프로프-2-엔-1-올, 3,7-다이메틸옥타-2,6-다이엔-1-올, 프로프-2-인-1-올과 같은 불포화 지방족 알코올(unsaturated aliphatic alcohol); 및 사이클로헥산-1,2,3,4,5,6-헥솔, 2-(2-프로필)-5-메틸-시클로헥산-1-올과 같은 지환족 알코올(alicyclic alcohol) 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에서 '할로겐화 알코올'이라 함은 알코올 탄소원자에 결합되어 있는 수소원자 하나 이상이 불소, 브롬, 염소 및 요오드로 이루어진 군으로부터 선택된 할로겐 하나 이상으로 치환되어 있음을 의미한다.
상기 할로겐화 알코올은 바람직하게는 탄소수 2 내지 6개의 플루오르화 알코올로 이루어진 군으로부터 선택된 플루오르화 알코올일 수 있고, 더욱 바람직한 할로겐화 알코올은 플루오르화 에탄올이며, 특히 바람직한 할로겐화 알코올은 2-플루오로에탄올 및 2,2,2-트리플루오로에탄올로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상이다.
상기 할로겐화 알코올의 함량은 상기 유기용매 100 중량부를 기준으로 0.01 내지 10 중량부 또는 0.1 내지 5 중량부일 수 있다. 상기 할로겐화 알코올의 함량이 이러한 범위를 만족하는 경우, 그 함량에 비례하여 기본 용량, 저온 특성 및 수명 특성이 향상되고, 애노드 SEI 피막의 반응성이 저하될 수 있다.
전술한 비수 전해액에 포함되는 유기 용매로는 리튬 이차전지용 전해액에 통상적으로 사용되는 것들을 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들면 에테르, 에스테르, 아미드, 선형 카보네이트, 환형 카보네이트 등을 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
그 중에서 대표적으로는 환형 카보네이트, 선형 카보네이트, 또는 이들의 혼합물인 카보네이트 화합물을 포함할 수 있다.
상기 환형 카보네이트 화합물의 구체적인 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, 비닐렌 카보네이트, 비닐에틸렌 카보네이트 및 이들의 할로겐화물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물이 있다. 이들의 할로겐화물로는 예를 들면, 플루오로에틸렌 카보네이트(fluoroethylene carbonate, FEC) 등이 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 상기 선형 카보네이트 화합물의 구체적인 예로는 디메틸 카보네이트(dimethyl carbonate, DMC), 디에틸 카보네이트(diethyl carbonate, DEC), 디프로필 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트(EMC), 메틸프로필 카보네이트 및 에틸프로필 카보네이트로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물 등이 대표적으로 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
특히, 상기 카보네이트계 유기용매 중 환형 카보네이트인 에틸렌 카보네이트 및 프로필렌 카보네이트는 고점도의 유기용매로서 유전율이 높아 전해질 내의 리튬염을 보다 더 잘 해리시킬 수 있으며, 이러한 환형 카보네이트에 디메틸 카보네이트 및 디에틸 카보네이트와 같은 저점도, 저유전율 선형 카보네이트를 적당한 비율로 혼합하여 사용하면 보다 높은 전기 전도율을 갖는 전해액을 만들 수 있다.
또한, 상기 유기 용매 중 에테르로는 디메틸 에테르, 디에틸 에테르, 디프로필 에테르, 메틸에틸 에테르, 메틸프로필 에테르 및 에틸프로필 에테르로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
그리고 상기 유기 용매 중 에스테르로는 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 프로필 아세테이트, 메틸 프로피오네이트, 에틸 프로피오네이트, γ-부티로락톤, γ-발레로락톤, γ-카프로락톤, σ-발레로락톤 및 ε-카프로락톤으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 측면에 따른 리튬 이차전지용 비수 전해액은 종래 알려진 SEI층 형성용 첨가제를 본 발명의 목적을 벗어나지 않는 범위에서 더 포함할 수 있다. 본 발명에서 사용가능한 SEI층 형성용 첨가제로는 환형 설파이트, 포화 설톤, 불포화 설톤, 비환형 설폰 등을 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 전술한 환형 카보네이트 중에서 비닐렌 카보네이트, 비닐에틸렌 카보네이트도 전지의 수명 향상을 위한 SEI층 형성용 첨가제로서 사용될 수 있다.
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, 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 있으며, 비환형 설폰으로는 디비닐 설폰, 디메틸 설폰, 디에틸 설폰, 메틸에틸 설폰, 메틸비닐 설폰 등을 들 수 있다.
상기 SEI층 형성용 첨가제는 첨가제의 구체적인 종류에 따라 적절한 함량으로 포함될 수 있으며, 예를 들면 비수 전해액 100 중량부 대비 0.01 중량부 내지 10 중량부로 포함될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 애노드, 캐소드, 및 상기 캐소드와 애노드 사이에 개재된 세퍼레이터로 이루어진 전극조립체 및 상기 전극 조립체에 주입된 비수 전해액을 구비하는 리튬 이차전지에 있어서, 상기 비수 전해액이 전술한 리튬 이차전지용 비수 전해액인 리튬 이차전지가 제공된다.
상기 전극조립체를 이루는 캐소드, 애노드 및 세퍼레이터는 리튬 이차전지 제조에 통상적으로 사용되던 것들이 모두 사용될 수 있다.
상기 캐소드는 캐소드 활물질, 도전재 및 바인더를 포함하는 캐소드층이 집전체의 일면 또는 양면에 담지된 구조를 갖는다.
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, 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.
상기 도전재는 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.
상기 애노드는 애노드 활물질 및 바인더를 포함하는 애노드층이 집전체의 일면 또는 양면에 담지된 구조를 갖는다.
상기 애노드 활물질로는 통상적으로 리튬 이온이 흡장 및 방출될 수 있는 탄소재, 리튬금속, 금속 화합물 및 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.
구체적으로는 상기 탄소재로는 저결정성 탄소 및 고결정성 탄소 등이 모두 사용될 수 있다. 저결정성 탄소로는 연화탄소(soft carbon) 및 경화탄소(hard carbon)가 대표적이며, 고결정성 탄소로는 천연 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
본 발명의 리튬 이차전지는 그 외형에 제한이 없으나, 캔을 사용한 원통형, 각형, 파우치(pouch)형 또는 코인(coin)형 등이 될 수 있다.
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.
비수 전해액의 제조
실시예 1-1
1:2 부피비의 에틸렌 카보네이트(EC)와 에틸메틸 카보네이트(EMC)로 이루어진 유기용매 100 중량부에 비닐렌 카보네이트 3 중량부, 프로판설톤(PS) 1.5 중량부를 첨가하고 LiPF6을 1M 농도가 되도록 용해시켜서 용액 100 g을 만들고, 여기에 2,2,2-트리플루오로에탄올 (상품명 JH-F2, 알드리츠(Aldrich) 제품) 0.5g을 첨가하여서 비수 전해액을 제조하였다.
실시예 1-2
LiPF6 대신에 LiFSI를 사용한 점을 제외하고는 실시예 1-1과 동일한 방법으로 비수 전해액을 제조하였다.
비교예 1-1
2,2,2-트리플루오로에탄올을 첨가하지 않은 점을 제외하고는 실시예 1-1과 동일한 방법으로 비수 전해액을 제조하였다.
비교예 1-2
2,2,2-트리플루오로에탄올 대신에 에탄올을 첨가한 점을 제외하고는 실시예 1-1과 동일한 방법으로 비수 전해액을 제조하였다.
비교예 1-3
LiPF6 대신에 LiFSI를 사용한 점을 제외하고는 비교예 1-1과 동일한 방법으로 비수 전해액을 제조하였다.
리튬 이차전지의 제조
실시예 2-1
캐소드로 LiCoO2를, 애노드로 Si 산화물(SiO 5~10 중량%, 그래파이트 90~95 중량%를 블렌딩하고 비수계 바인더를 사용하여 제조됨)을 사용하여 전극을 제조한 다음, 실시예 1-1에서 제조된 비수 전해액을 주입하는 통상적인 방법으로 각형 리튬 이차전지를 제조하였다.
실시예 2-2
실시예 1-2에서 제조된 비수 전해액을 사용한 점을 제외하고는 실시예 2-1과 동일한 방법으로 각형 리튬 이차전지를 제조하였다.
비교예 2-1
비교예 1-1에서 제조된 비수 전해액을 사용한 점을 제외하고는 실시예 2-1과 동일한 방법으로 각형 리튬 이차전지를 제조하였다.
비교예 2-2
비교예 1-2에서 제조된 비수 전해액을 사용한 점을 제외하고는 실시예 2-1과 동일한 방법으로 각형 리튬 이차전지를 제조하였다.
비교예 2-3
비교예 1-3에서 제조된 비수 전해액을 사용한 점을 제외하고는 실시예 2-1과 동일한 방법으로 각형 리튬 이차전지를 제조하였다.
리튬 이차전지의 특성 평가
시험예 1: 기본 용량 평가
실시예 2-1 및 비교예 2-1 내지 2-2에서 제조된 리튬 이차전지를 상온에서 5분 동안 854 mA 및 4.2 V 정전류/정전압 조건으로 충전한 후에 최종 전류를 60 mA로 하여 충전하고, 이어서 610 mA 및 3 V 정전류/정전압 조건에서 0.5 C로 방전한 전압-용량 그래프를 도 1에 도시하였다.
도 1로부터, 실시예 2-1에서 제조된 리튬 이차전지의 기본 용량은 전해액에 에탄올이 첨가되지 않은 비교예 2-1의 리튬 이차전지에 필적하고, 전해액에 에탄올이 첨가된 비교예 2-2의 리튬 이차전지보다는 훨씬 높은 것으로 나타났다.
상기와 동일한 방법으로, 실시예 2-2 및 비교예 2-1 내지 2-3에서 제조된 리튬 이차전지를 충전한 후에 방전한 전압-용량 그래프를 도 2에 도시하였다.
도 2로부터, 실시예 2-2의 리튬 이차전지의 기본 용량은 에탄올이 첨가되지 않은 비교예 2-1의 리튬이차전지 및 전해액 리튬염으로 LiFSI을 사용한 비교예 2-3의 리튬 이차전지에 필적하고, 전해액에 에탄올이 첨가된 비교예 2-2의 리튬 이차전지보다는 훨씬 높은 것으로 나타났다.
시험예 2: 저온 충전 특성
실시예 2-1 및 비교예 2-1 내지 2-2의 리튬 이차전지를 -30 ℃ 온도에서 1 시간 동안 방치한 후에 3.8 V 까지 충전시키고, 이후 3.8 V의 정전압으로 용량이 200 mAh가 될 때까지 충전한 전압-용량 그래프를 도 3에 도시하였다.
상기와 동일한 방법으로, 실시예 2-2 및 비교예 2-3의 리튬 이차전지에 대해 수득한 전압-용량 그래프를 도 4에 도시하였다.
도 5는 도 3 및 도 4에서 수득된 그래프의 dQ/dV 그래프로, 전해액에 에탄올을 첨가한 비교예 2-2의 리튬 이차전지에서만 2.75 V 부근에서 용량 변화가 급격하게 증가한 후에 급격하게 감소하는 양태를 나타낸 반면, 플루오르화 에탄올을 첨가한 실시예 2-1 및 2-2의 리튬이차전지에서는 에탄올을 첨가한 비교예 2-2의 리튬이차전지 및 에탄올을 첨가하지 않은 비교예 2-1 및 2-3의 리튬이차전지에 비해 용량이 빨리, 그리고 안정적으로 증가하는 양태를 나타내었다. 이는 플루오르화 에탄올이 첨가된 본 발명에 따른 리튬이차전지에서의 충전 속도가 빨라졌음을 의미한다.
시험예 3: 저온 방전 특성
실시예 2-1 및 비교예 2-1 내지 2-2에서 제조되어 3.8V 까지 충전시킨 리튬 이차전지를 -30 ℃에서 1 시간동안 방치한 후에 3.0 V 까지 방전시키고, 그 결과를 도 6에 도시하였다.
도 6에서 알 수 있듯이, 2,2,2-트리플루오로에탄올이 첨가된 실시예 2-1의 리튬이차전지는 알코올 화합물이 첨가되지 않은 비교예 2-1의 리튬이차전지 및 에탄올이 첨가된 비교예 2-2의 리튬이차전지보다 큰 저항 감소 및 우수한 저온 방전 특성을 나타내었다.
마찬가지로, 실시예 2-2 및 비교예 2-1, 2-3에서 제조된 리튬 이차전지 역시 상기와 동일한 방법으로 3.0V 까지 방전시키고, 그 결과를 도 7에 도시하였다.
상기 도 7에서 알 수 있듯이, 2,2,2-트리플루오로에탄올이 첨가된 실시예 2-2의 리튬이차전지는 알코올 화합물이 첨가되지 않은 비교예 2-1의 리튬이차전지 및 에탄올이 첨가된 비교예 2-2의 리튬이차전지보다 큰 저항 감소 및 우수한 저온 방전 특성을 나타내었다.
또한, 도 6과 도 7을 비교해보면, 전해액에서 리튬염으로 LiFSI가 사용된 실시예 2-2의 리튬 이차전지에서는 리튬염으로 LiPF6가 사용된 실시예 2-1의 리튬 이차전지에서보다 방전 용량이 높고 저항이 낮았다. 또한, 2,2,2-트리플루오로에탄올이 첨가된 리튬 이차전지에서는 용량 증가 및 저항 감소가 큰 것으로 나타났다.
시험예 4: 수명 특성
실시예 2-1 및 2-2, 비교예 2-1 내지 2-3 의 리튬 이차전지를 초기 충방전한 후, 상온(23℃)에서 기본 충방전을 100회 실시하고 충방전 반복 회수에 따른 전지 용량을 도 8에 나타내고, 55℃에서 동일한 방법으로 측정한 전지 용량을 도 9에 나타내었다.
도 8 및 9로부터 알 수 있듯이, 전해액에 에탄올이 첨가된 비교예 2-2의 리튬 이차전지에서만 현저한 수명 특성 저하가 관찰되었다.
시험예 5: 가스 발생 및 두께 변화
실시예 1-1 및 1-2, 비교예 1-1 내지 1-3의 전해액을 사용하여 화성(formation)/에이징(aging) 공정 단계를 수행한 후의 가스 발생 및 두께 변화를 측정하였다.
그 결과, 실시예 1-1 및 1-2의 경우에는, 알코올에 의한 HF 가스 발생이 없는 비교예 1-1 및 1-3에서와 유사한 수준의 가스 발생이 관찰되었고, 에탄올이 첨가된 비교예 1-2의 경우에서는 실시예 1-1 및 1-2, 비교예 1-1 및 1-3에 비해 두께 변화가 가장 큰 것으로 관찰되었다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 불소계 리튬염 및 유기용매를 포함하는 리튬 이차전지용 비수 전해액에 있어서, 할로겐화 알코올을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 비수 전해액이 제공된다.
본 발명의 리튬 이차전지의 비수 전해액에 있어서, 상기 불소계 리튬염은 리튬 이차전지용 전해액에 통상적으로 사용되는 것들이라면 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들어 상기 불소계 리튬염의 음이온은 PF6 -, (FSO2)2N- , F-, BF4 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, 및 (CF3CF2SO2)2N-로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
이때, 상기 불소계 리튬염으로는 LiPF6 또는 Li(FSO2)2N 등이 대표적으로 사용될 수 있으며, 그 외에 리튬 이차전지용으로 통상적으로 사용되는 리튬염들, 예를 들면, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, 및 LiC4BO8 등이 더 포함될 수 있다.
본 발명에서 '알코올'이라 함은 당업계에서 통상적으로 지칭되는 알코올을 의미하는 것으로, 예컨대, 메탄올, 에탄올, 이소프로필 알코올, 부틸 알코올, 펜탄올, 헥사데칸-1-올과 같은 일가 알코올(monohydric alcohol); 에탄-1,2-다이올, 프로판-1,2,3-트리올, 부탄-1,2,3,4-테트라올, 펜탄-1,2,3,4,5-펜톨, 헥산-1,2,3,4,5,6-헥솔과 같은 다가 알코올(polyhydric alcohol); 프로프-2-엔-1-올, 3,7-다이메틸옥타-2,6-다이엔-1-올, 프로프-2-인-1-올과 같은 불포화 지방족 알코올(unsaturated aliphatic alcohol); 및 사이클로헥산-1,2,3,4,5,6-헥솔, 2-(2-프로필)-5-메틸-시클로헥산-1-올과 같은 지환족 알코올(alicyclic alcohol) 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에서 '할로겐화 알코올'이라 함은 알코올 탄소원자에 결합되어 있는 수소원자 하나 이상이 불소, 브롬, 염소 및 요오드로 이루어진 군으로부터 선택된 할로겐 하나 이상으로 치환되어 있음을 의미한다.
상기 할로겐화 알코올은 바람직하게는 탄소수 2 내지 6개의 플루오르화 알코올로 이루어진 군으로부터 선택된 플루오르화 알코올일 수 있고, 더욱 바람직한 할로겐화 알코올은 플루오르화 에탄올이며, 특히 바람직한 할로겐화 알코올은 2-플루오로에탄올 및 2,2,2-트리플루오로에탄올로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상이다.
상기 할로겐화 알코올의 함량은 상기 유기용매 100 중량부를 기준으로 0.01 내지 10 중량부 또는 0.1 내지 5 중량부일 수 있다. 상기 할로겐화 알코올의 함량이 이러한 범위를 만족하는 경우, 그 함량에 비례하여 기본 용량, 저온 특성 및 수명 특성이 향상되고, 애노드 SEI 피막의 반응성이 저하될 수 있다.
전술한 비수 전해액에 포함되는 유기 용매로는 리튬 이차전지용 전해액에 통상적으로 사용되는 것들을 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들면 에테르, 에스테르, 아미드, 선형 카보네이트, 환형 카보네이트 등을 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
그 중에서 대표적으로는 환형 카보네이트, 선형 카보네이트, 또는 이들의 혼합물인 카보네이트 화합물을 포함할 수 있다.
상기 환형 카보네이트 화합물의 구체적인 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, 비닐렌 카보네이트, 비닐에틸렌 카보네이트 및 이들의 할로겐화물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물이 있다. 이들의 할로겐화물로는 예를 들면, 플루오로에틸렌 카보네이트(fluoroethylene carbonate, FEC) 등이 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 상기 선형 카보네이트 화합물의 구체적인 예로는 디메틸 카보네이트(dimethyl carbonate, DMC), 디에틸 카보네이트(diethyl carbonate, DEC), 디프로필 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트(EMC), 메틸프로필 카보네이트 및 에틸프로필 카보네이트로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물 등이 대표적으로 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
특히, 상기 카보네이트계 유기용매 중 환형 카보네이트인 에틸렌 카보네이트 및 프로필렌 카보네이트는 고점도의 유기용매로서 유전율이 높아 전해질 내의 리튬염을 보다 더 잘 해리시킬 수 있으며, 이러한 환형 카보네이트에 디메틸 카보네이트 및 디에틸 카보네이트와 같은 저점도, 저유전율 선형 카보네이트를 적당한 비율로 혼합하여 사용하면 보다 높은 전기 전도율을 갖는 전해액을 만들 수 있다.
또한, 상기 유기 용매 중 에테르로는 디메틸 에테르, 디에틸 에테르, 디프로필 에테르, 메틸에틸 에테르, 메틸프로필 에테르 및 에틸프로필 에테르로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
그리고 상기 유기 용매 중 에스테르로는 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 프로필 아세테이트, 메틸 프로피오네이트, 에틸 프로피오네이트, γ-부티로락톤, γ-발레로락톤, γ-카프로락톤, σ-발레로락톤 및 ε-카프로락톤으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 측면에 따른 리튬 이차전지용 비수 전해액은 종래 알려진 SEI층 형성용 첨가제를 본 발명의 목적을 벗어나지 않는 범위에서 더 포함할 수 있다. 본 발명에서 사용가능한 SEI층 형성용 첨가제로는 환형 설파이트, 포화 설톤, 불포화 설톤, 비환형 설폰 등을 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 전술한 환형 카보네이트 중에서 비닐렌 카보네이트, 비닐에틸렌 카보네이트도 전지의 수명 향상을 위한 SEI층 형성용 첨가제로서 사용될 수 있다.
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, 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 있으며, 비환형 설폰으로는 디비닐 설폰, 디메틸 설폰, 디에틸 설폰, 메틸에틸 설폰, 메틸비닐 설폰 등을 들 수 있다.
상기 SEI층 형성용 첨가제는 첨가제의 구체적인 종류에 따라 적절한 함량으로 포함될 수 있으며, 예를 들면 비수 전해액 100 중량부 대비 0.01 중량부 내지 10 중량부로 포함될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 애노드, 캐소드, 및 상기 캐소드와 애노드 사이에 개재된 세퍼레이터로 이루어진 전극조립체 및 상기 전극 조립체에 주입된 비수 전해액을 구비하는 리튬 이차전지에 있어서, 상기 비수 전해액이 전술한 리튬 이차전지용 비수 전해액인 리튬 이차전지가 제공된다.
상기 전극조립체를 이루는 캐소드, 애노드 및 세퍼레이터는 리튬 이차전지 제조에 통상적으로 사용되던 것들이 모두 사용될 수 있다.
상기 캐소드는 캐소드 활물질, 도전재 및 바인더를 포함하는 캐소드층이 집전체의 일면 또는 양면에 담지된 구조를 갖는다.
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, 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.
상기 도전재는 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.
상기 애노드는 애노드 활물질 및 바인더를 포함하는 애노드층이 집전체의 일면 또는 양면에 담지된 구조를 갖는다.
상기 애노드 활물질로는 통상적으로 리튬 이온이 흡장 및 방출될 수 있는 탄소재, 리튬금속, 금속 화합물 및 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.
구체적으로는 상기 탄소재로는 저결정성 탄소 및 고결정성 탄소 등이 모두 사용될 수 있다. 저결정성 탄소로는 연화탄소(soft carbon) 및 경화탄소(hard carbon)가 대표적이며, 고결정성 탄소로는 천연 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
본 발명의 리튬 이차전지는 그 외형에 제한이 없으나, 캔을 사용한 원통형, 각형, 파우치(pouch)형 또는 코인(coin)형 등이 될 수 있다.
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.
비수 전해액의 제조
실시예 1-1
1:2 부피비의 에틸렌 카보네이트(EC)와 에틸메틸 카보네이트(EMC)로 이루어진 유기용매 100 중량부에 비닐렌 카보네이트 3 중량부, 프로판설톤(PS) 1.5 중량부를 첨가하고 LiPF6을 1M 농도가 되도록 용해시켜서 용액 100 g을 만들고, 여기에 2,2,2-트리플루오로에탄올 (상품명 JH-F2, 알드리츠(Aldrich) 제품) 0.5g을 첨가하여서 비수 전해액을 제조하였다.
실시예 1-2
LiPF6 대신에 LiFSI를 사용한 점을 제외하고는 실시예 1-1과 동일한 방법으로 비수 전해액을 제조하였다.
비교예 1-1
2,2,2-트리플루오로에탄올을 첨가하지 않은 점을 제외하고는 실시예 1-1과 동일한 방법으로 비수 전해액을 제조하였다.
비교예 1-2
2,2,2-트리플루오로에탄올 대신에 에탄올을 첨가한 점을 제외하고는 실시예 1-1과 동일한 방법으로 비수 전해액을 제조하였다.
비교예 1-3
LiPF6 대신에 LiFSI를 사용한 점을 제외하고는 비교예 1-1과 동일한 방법으로 비수 전해액을 제조하였다.
리튬 이차전지의 제조
실시예 2-1
캐소드로 LiCoO2를, 애노드로 Si 산화물(SiO 5~10 중량%, 그래파이트 90~95 중량%를 블렌딩하고 비수계 바인더를 사용하여 제조됨)을 사용하여 전극을 제조한 다음, 실시예 1-1에서 제조된 비수 전해액을 주입하는 통상적인 방법으로 각형 리튬 이차전지를 제조하였다.
실시예 2-2
실시예 1-2에서 제조된 비수 전해액을 사용한 점을 제외하고는 실시예 2-1과 동일한 방법으로 각형 리튬 이차전지를 제조하였다.
비교예 2-1
비교예 1-1에서 제조된 비수 전해액을 사용한 점을 제외하고는 실시예 2-1과 동일한 방법으로 각형 리튬 이차전지를 제조하였다.
비교예 2-2
비교예 1-2에서 제조된 비수 전해액을 사용한 점을 제외하고는 실시예 2-1과 동일한 방법으로 각형 리튬 이차전지를 제조하였다.
비교예 2-3
비교예 1-3에서 제조된 비수 전해액을 사용한 점을 제외하고는 실시예 2-1과 동일한 방법으로 각형 리튬 이차전지를 제조하였다.
리튬 이차전지의 특성 평가
시험예 1: 기본 용량 평가
실시예 2-1 및 비교예 2-1 내지 2-2에서 제조된 리튬 이차전지를 상온에서 5분 동안 854 mA 및 4.2 V 정전류/정전압 조건으로 충전한 후에 최종 전류를 60 mA로 하여 충전하고, 이어서 610 mA 및 3 V 정전류/정전압 조건에서 0.5 C로 방전한 전압-용량 그래프를 도 1에 도시하였다.
도 1로부터, 실시예 2-1에서 제조된 리튬 이차전지의 기본 용량은 전해액에 에탄올이 첨가되지 않은 비교예 2-1의 리튬 이차전지에 필적하고, 전해액에 에탄올이 첨가된 비교예 2-2의 리튬 이차전지보다는 훨씬 높은 것으로 나타났다.
상기와 동일한 방법으로, 실시예 2-2 및 비교예 2-1 내지 2-3에서 제조된 리튬 이차전지를 충전한 후에 방전한 전압-용량 그래프를 도 2에 도시하였다.
도 2로부터, 실시예 2-2의 리튬 이차전지의 기본 용량은 에탄올이 첨가되지 않은 비교예 2-1의 리튬이차전지 및 전해액 리튬염으로 LiFSI을 사용한 비교예 2-3의 리튬 이차전지에 필적하고, 전해액에 에탄올이 첨가된 비교예 2-2의 리튬 이차전지보다는 훨씬 높은 것으로 나타났다.
시험예 2: 저온 충전 특성
실시예 2-1 및 비교예 2-1 내지 2-2의 리튬 이차전지를 -30 ℃ 온도에서 1 시간 동안 방치한 후에 3.8 V 까지 충전시키고, 이후 3.8 V의 정전압으로 용량이 200 mAh가 될 때까지 충전한 전압-용량 그래프를 도 3에 도시하였다.
상기와 동일한 방법으로, 실시예 2-2 및 비교예 2-3의 리튬 이차전지에 대해 수득한 전압-용량 그래프를 도 4에 도시하였다.
도 5는 도 3 및 도 4에서 수득된 그래프의 dQ/dV 그래프로, 전해액에 에탄올을 첨가한 비교예 2-2의 리튬 이차전지에서만 2.75 V 부근에서 용량 변화가 급격하게 증가한 후에 급격하게 감소하는 양태를 나타낸 반면, 플루오르화 에탄올을 첨가한 실시예 2-1 및 2-2의 리튬이차전지에서는 에탄올을 첨가한 비교예 2-2의 리튬이차전지 및 에탄올을 첨가하지 않은 비교예 2-1 및 2-3의 리튬이차전지에 비해 용량이 빨리, 그리고 안정적으로 증가하는 양태를 나타내었다. 이는 플루오르화 에탄올이 첨가된 본 발명에 따른 리튬이차전지에서의 충전 속도가 빨라졌음을 의미한다.
시험예 3: 저온 방전 특성
실시예 2-1 및 비교예 2-1 내지 2-2에서 제조되어 3.8V 까지 충전시킨 리튬 이차전지를 -30 ℃에서 1 시간동안 방치한 후에 3.0 V 까지 방전시키고, 그 결과를 도 6에 도시하였다.
도 6에서 알 수 있듯이, 2,2,2-트리플루오로에탄올이 첨가된 실시예 2-1의 리튬이차전지는 알코올 화합물이 첨가되지 않은 비교예 2-1의 리튬이차전지 및 에탄올이 첨가된 비교예 2-2의 리튬이차전지보다 큰 저항 감소 및 우수한 저온 방전 특성을 나타내었다.
마찬가지로, 실시예 2-2 및 비교예 2-1, 2-3에서 제조된 리튬 이차전지 역시 상기와 동일한 방법으로 3.0V 까지 방전시키고, 그 결과를 도 7에 도시하였다.
상기 도 7에서 알 수 있듯이, 2,2,2-트리플루오로에탄올이 첨가된 실시예 2-2의 리튬이차전지는 알코올 화합물이 첨가되지 않은 비교예 2-1의 리튬이차전지 및 에탄올이 첨가된 비교예 2-2의 리튬이차전지보다 큰 저항 감소 및 우수한 저온 방전 특성을 나타내었다.
또한, 도 6과 도 7을 비교해보면, 전해액에서 리튬염으로 LiFSI가 사용된 실시예 2-2의 리튬 이차전지에서는 리튬염으로 LiPF6가 사용된 실시예 2-1의 리튬 이차전지에서보다 방전 용량이 높고 저항이 낮았다. 또한, 2,2,2-트리플루오로에탄올이 첨가된 리튬 이차전지에서는 용량 증가 및 저항 감소가 큰 것으로 나타났다.
시험예 4: 수명 특성
실시예 2-1 및 2-2, 비교예 2-1 내지 2-3 의 리튬 이차전지를 초기 충방전한 후, 상온(23℃)에서 기본 충방전을 100회 실시하고 충방전 반복 회수에 따른 전지 용량을 도 8에 나타내고, 55℃에서 동일한 방법으로 측정한 전지 용량을 도 9에 나타내었다.
도 8 및 9로부터 알 수 있듯이, 전해액에 에탄올이 첨가된 비교예 2-2의 리튬 이차전지에서만 현저한 수명 특성 저하가 관찰되었다.
시험예 5: 가스 발생 및 두께 변화
실시예 1-1 및 1-2, 비교예 1-1 내지 1-3의 전해액을 사용하여 화성(formation)/에이징(aging) 공정 단계를 수행한 후의 가스 발생 및 두께 변화를 측정하였다.
그 결과, 실시예 1-1 및 1-2의 경우에는, 알코올에 의한 HF 가스 발생이 없는 비교예 1-1 및 1-3에서와 유사한 수준의 가스 발생이 관찰되었고, 에탄올이 첨가된 비교예 1-2의 경우에서는 실시예 1-1 및 1-2, 비교예 1-1 및 1-3에 비해 두께 변화가 가장 큰 것으로 관찰되었다.
Claims (12)
- 불소계 리튬염 및 유기용매를 포함하는 리튬 이차전지용 비수 전해액에 있어서,
플루오르화 에탄올을 더 포함하고,
상기 플루오르화 에탄올의 함량은 상기 유기용매 100 중량부를 기준으로 0.01 내지 10 중량부인 리튬 이차전지용 비수 전해액.
- 제1항에 있어서,
상기 불소계 리튬염의 음이온이 PF6 -, (FSO2)2N- , F-, BF4 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, 및 (CF3CF2SO2)2N-로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 비수 전해액.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 플루오르화 에탄올이 2-플루오로에탄올 및 2,2,2-트리플루오로에탄올로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 비수 전해액.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 유기용매는 선형 카보네이트, 환형 카보네이트, 에테르, 에스테르 및 아미드로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 비수 전해액.
- 제7항에 있어서,
상기 선형 카보네이트가 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 디프로필 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트, 메틸프로필 카보네이트 및 에틸프로필카보네이트로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 비수 전해액.
- 제7항에 있어서,
상기 환형 카보네이트가 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 1,2-부틸렌 카보네이트, 2,3-부틸렌 카보네이트, 1,2-펜틸렌 카보네이트, 2,3-펜틸렌 카보네이트, 비닐렌 카보네이트, 비닐에틸렌 카보네이트 및 이들의 할로겐화물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 비수 전해액.
- 제7항에 있어서,
상기 에테르가 디메틸 에테르, 디에틸 에테르, 디프로필 에테르, 메틸에틸 에테르, 메틸프로필 에테르 및 에틸프로필 에테르로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 비수 전해액.
- 제1항에 있어서,
상기 비수 전해액이 환형 설파이트, 포화 설톤, 불포화 설톤, 및 비환형 설폰으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 비수 전해액.
- 애노드, 캐소드, 및 상기 캐소드와 애노드 사이에 개재된 세퍼레이터로 이루어진 전극조립체 및 상기 전극 조립체에 주입된 비수 전해액을 구비하는 리튬 이차전지에 있어서, 상기 비수 전해액이 제1, 2, 5 및 7 내지 11항 중 어느 한 항에 기재된 이차전지용 비수 전해액인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
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Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2012
- 2012-09-21 KR KR1020120105053A patent/KR101579562B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011086391A (ja) * | 2009-10-13 | 2011-04-28 | Asahi Kasei Chemicals Corp | 非水電解液 |
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