KR101582043B1 - Lithium secondary battery with improved output and cycling characteristics - Google Patents

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Abstract

본 발명은 양극; 음극; 세퍼레이터; 및 비수성 전해액을 포함하는 리튬 이차 전지에 있어서, 상기 양극은 LiFePO4를 포함하고, 상기 비수성 전해액은 프로필렌 카보네이트(PC)를 포함하는 비수성 유기 용매 및 리튬비스플루오로설포닐이미드(Lithium bis(fluorosulfonyl)imide; LiFSI)를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 리튬 이차 전지는 리튬 이차 전지의 초기 충전시 음극에서 견고한 SEI 막을 형성시킴으로써 출력 특성과 사이클 특성을 동시에 향상시킬 수 있다.
The present invention relates to a positive electrode; cathode; A separator; And a non-aqueous electrolytic solution, wherein the positive electrode comprises LiFePO 4 , and the non-aqueous electrolytic solution is a non-aqueous organic solvent containing propylene carbonate (PC) and a lithium bis-fluorosulfonylimide bis (fluorosulfonyl) imide (LiFSI)).
The lithium secondary battery of the present invention can simultaneously improve the output characteristics and the cycle characteristics by forming a solid SEI film at the cathode at the time of initial charging of the lithium secondary battery.

Description

출력 및 사이클 특성이 우수한 리튬 이차 전지 {LITHIUM SECONDARY BATTERY WITH IMPROVED OUTPUT AND CYCLING CHARACTERISTICS}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a lithium secondary battery having excellent output and cycle characteristics,

본 발명은 양극으로 LiFePO4을 포함하고, 비수성 전해액으로 프로필렌 카보네이트(Propylene carbonate; PC) 및 리튬비스플루오로설포닐이미드(Lithium bis(fluorosulfonyl)imide; LiFSI)를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것이다.
The present invention relates to a lithium secondary battery comprising LiFePO 4 as a positive electrode and a non-aqueous electrolytic solution containing propylene carbonate (PC) and lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiFSI) will be.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 이러한 이차 전지 중 높은 에너지 밀도와 전압을 가지는 리튬 이차 전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다.As technology development and demand for mobile devices are increasing, the demand for secondary batteries as energy sources is rapidly increasing. Among these secondary batteries, lithium secondary batteries having high energy density and voltage have been commercialized and widely used.

리튬 이차 전지의 양극 활물질로는 리튬 금속 산화물이 사용되고, 음극 활물질로는 리튬 금속, 리튬 합금, 결정질 또는 비정질 탄소 또는 탄소 복합체가 사용되고 있다. 상기 활물질을 적당한 두께와 길이로 집전체에 도포하거나 또는 활물질 자체를 필름 형상으로 도포하여 절연체인 세퍼레이터와 함께 감거나 적층하여 전극군을 만든 다음, 캔 또는 이와 유사한 용기에 넣은 후, 전해액을 주입하여 리튬 이차 전지를 제조한다.Lithium metal oxide is used as the positive electrode active material of the lithium secondary battery, and lithium metal, lithium alloy, crystalline or amorphous carbon or carbon composite material is used as the negative electrode active material. The active material is coated on the current collector with an appropriate thickness and length, or the active material itself is coated in a film form and wrapped or laminated with a separator as an insulator to form an electrode group. The electrode group is then placed in a can or similar container, Thereby producing a lithium secondary battery.

이러한 리튬 이차 전지는 양극의 리튬 금속 산화물로부터 리튬 이온이 음극의 흑연 전극으로 삽입(intercalation)되고 탈리(deintercalation)되는 과정을 반복하면서 충방전이 진행된다. 이때 리튬은 반응성이 강하므로 탄소 전극과 반응하여 Li2CO3, LiO, LiOH 등을 생성시켜 음극의 표면에 피막을 형성한다. 이러한 피막을 고체 전해질(Solid Electrolyte Interface; SEI) 피막이라고 하는데, 충전 초기에 형성된 SEI 피막은 충방전중 리튬 이온과 탄소 음극 또는 다른 물질과의 반응을 막아준다. 또한 이온 터널(Ion Tunnel)의 역할을 수행하여 리튬 이온만을 통과시킨다. 이 이온 터널은 리튬 이온을 용매화(solvation)시켜 함께 이동하는 분자량이 큰 전해액의 유기 용매들이 탄소 음극에 함께 코인터컬레이션 되어 탄소 음극의 구조를 붕괴시키는 것을 막아 주는 역할을 한다. This lithium secondary battery is charged and discharged while repeating the process of intercalating lithium ions from the lithium metal oxide of the anode into the graphite electrode of the cathode and deintercalating the lithium ions. At this time, since lithium is highly reactive, it reacts with the carbon electrode to form Li 2 CO 3 , LiO, LiOH and the like to form a film on the surface of the cathode. This coating is called Solid Electrolyte Interface (SEI) coating. The SEI coating formed at the beginning of charging prevents the reaction between lithium ion and carbon anode or other materials during charging and discharging. It also acts as an ion tunnel, allowing only lithium ions to pass through. This ion tunnel serves to prevent the collapse of the structure of the carbon anode by co-intercalating the organic solvent of the electrolyte having a large molecular weight moving together by solvation of the lithium ion together with the carbon anode.

SEI 피막은 최초 충전시 일단 형성되고 나면 이후 전지 사용에 의한 충방전 반복시 리튬 이온과 음극 또는 다른 물질과의 반응을 막아주며, 전해액과 음극 사이에서 리튬 이온만을 통과시키는 이온 터널(Ion Tunnel)로서의 역할을 수행하게 된다. 따라서, 리튬 이차 전지의 사이클 특성을 향상시키기 위해서는, 반드시 리튬 이차 전지의 음극에 견고한 SEI 피막을 형성하여야만 한다. The SEI film is formed as an ion tunnel through which only lithium ion is passed between the electrolyte and the cathode when the electrolyte is once formed at the time of initial charging, Role. Therefore, in order to improve the cycle characteristics of the lithium secondary battery, it is necessary to form a solid SEI film on the cathode of the lithium secondary battery.

견고한 SEI 피막을 형성하기 위하여 일반적으로, 리튬 이차 전지의 비수성 전해액에 있어서, 에틸렌 카보네이트(Ethylene Carbonate; EC)를 기본으로 포함하여 이/삼 성분계 비수성 유기 용매가 사용된다. 그러나, 에틸렌 카보네이트는 녹는점이 높아서 사용 온도가 제한되어 있고, 저온에 있어서 상당한 전지 성능 저하를 가져올 수 있다.
In order to form a solid SEI film, an i / ternary non-aqueous organic solvent including ethylene carbonate (EC) as a base is generally used in a non-aqueous electrolytic solution of a lithium secondary battery. However, ethylene carbonate has a high melting point, which limits the use temperature, and may lead to a significant battery performance deterioration at low temperatures.

KR 2009-0030237 AKR 2009-0030237 A

본 발명의 해결하고자 하는 과제는 리튬 이차 전지의 출력 특성과 사이클 특성을 동시에 향상시킬 수 있는 리튬 이차 전지를 제공하는 것이다.
Disclosure of Invention Technical Problem [8] The present invention provides a lithium secondary battery capable of simultaneously improving output characteristics and cycle characteristics of a lithium secondary battery.

상기 해결하고자 하는 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 양극; 음극; 세퍼레이터; 및 비수성 전해액을 포함하는 리튬 이차 전지로서, 상기 양극은 LiFePO4를 포함하고, 상기 비수성 전해액은 프로필렌 카보네이트(PC)를 포함하는 비수성 유기 용매 및 리튬비스플루오로설포닐이미드(Lithium bis(fluorosulfonyl)imide; LiFSI)를 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다.
According to an aspect of the present invention, cathode; A separator; And a nonaqueous electrolytic solution, wherein the positive electrode comprises LiFePO 4 , and the nonaqueous electrolytic solution is a non-aqueous organic solvent containing propylene carbonate (PC) and a lithium bis bis (fluorosulfonylimide) (fluorosulfonyl) imide (LiFSI)).

본 발명의 리튬 이차 전지에 의하면, 리튬 이차 전지의 초기 충전시 음극에서 견고한 SEI 막을 형성시킴으로써 출력 특성과 사이클 특성을 동시에 향상시킬 수 있다.
According to the lithium secondary battery of the present invention, when the lithium secondary battery is initially charged, a solid SEI film is formed on the cathode, so that the output characteristics and the cycle characteristics can be improved at the same time.

도 1과 2는 실험예 1에 따라, 각각 실시예 1 및 비교예 6과 7, 실시예 2 내지 4 및, 비교예 1 내지 3에서 제조된 리튬 이차 전지의 출력 특성을 나타내는 그래프이다.
도 3은 실험예 2에 따라, 실시예 2 내지 4, 및 비교예 1 내지 5에서 제조된 리튬 이차 전지의 사이클 특성을 나타내는 그래프이다.
1 and 2 are graphs showing the output characteristics of the lithium secondary battery manufactured in Example 1, Comparative Examples 6 and 7, Examples 2 to 4, and Comparative Examples 1 to 3, respectively, according to Experimental Example 1.
3 is a graph showing the cycle characteristics of the lithium secondary batteries manufactured in Examples 2 to 4 and Comparative Examples 1 to 5 according to Experimental Example 2. FIG.

이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail in order to facilitate understanding of the present invention.

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.
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 실시예에 따르면, 본 발명은 양극; 음극; 세퍼레이터; 및 비수성 전해액을 포함하는 리튬 이차 전지로서, 상기 양극은 LiFePO4를 포함하고, 상기 비수성 전해액은 프로필렌 카보네이트(PC)를 포함하는 비수성 유기 용매 및 리튬비스플루오로설포닐이미드(Lithium bis(fluorosulfonyl)imide; LiFSI)를 포함하는 것을 특징으로 한다. According to an embodiment of the present invention, cathode; A separator; And a nonaqueous electrolytic solution, wherein the positive electrode comprises LiFePO 4 , and the nonaqueous electrolytic solution is a non-aqueous organic solvent containing propylene carbonate (PC) and a lithium bis bis (fluorosulfonylimide) (fluorosulfonyl) imide (LiFSI).

본 발명의 일 실시예에 따르면, 양극으로 LiFePO4를 사용하고, 비수성 전해액으로 프로필렌 카보네이트를 포함하는 비수성 유기 용매하에 리튬비스플루오로설포닐이미드를 조합하여 사용할 경우, 탄소계 재료와의 친화성이 우수한 특성으로 리튬 이차 전지에 주로 사용되어 온 에틸렌 카보네이트(Ethylene Carbonate; EC)를 사용하지 않고도, 초기 충전시 음극에서 견고한 SEI 막을 형성시킴으로써 출력 특성 및 사이클 특성을 동시에 향상시킬 수 있다. According to one embodiment of the present invention, when LiFePO 4 is used as a positive electrode and lithium bifluorosulfonylimide is used in combination with a non-aqueous organic solvent containing propylene carbonate as a non-aqueous electrolyte, It is possible to simultaneously improve the output characteristics and the cycle characteristics by forming a solid SEI film on the cathode at the time of initial charging without using ethylene carbonate (EC), which has been mainly used for lithium secondary batteries.

일반적으로, 리튬 이차 전지의 비수성 전해액에 있어서, 비수성 유기 용매로 에틸렌 카보네이트가 기본으로 사용되어 왔다. 그러나 에틸렌 카보네이트는 녹는점이 높아서 사용 온도가 제한되어 있고, 특히 -30℃ 이하 저온에서의 출력 특성이 낮고, 전도도가 낮은 관계로 출력 특성이 낮은 문제점이 있다. 특히, EC를 너무 많이 사용하는 경우, CO2 분해로 인해 가스(gas)가 발생하므로 이차 전지의 성능에 악영향을 줄뿐 아니라, 전도도가 낮은 관계로 고출력 특성이 낮은 문제점이 있다. Generally, in non-aqueous electrolytes of lithium secondary batteries, ethylene carbonate has been used as a non-aqueous organic solvent. However, since ethylene carbonate has a high melting point, its use temperature is limited. In particular, there is a problem that output characteristics are low due to low output characteristics at low temperatures below -30 ° C and low conductivity. Particularly, when EC is used too much, gas is generated due to decomposition of CO 2 , which not only adversely affects the performance of the secondary battery but also lowers the high output characteristic due to low conductivity.

이에 반해, 프로필렌 카보네이트를 포함하는 비수성 전해액은 우수한 저온 특성과 고전도도로 인한 고출력 특성을 갖는 특징이 있다. 그러나, 프로필렌 카보네이트는 탄소계 재료와 비가역적인 분해 반응을 일으키는 관계로 탄소계 재료와의 사용에 있어 제한되는 문제점이 있다. 또한, 전극 두께에 따라 고온 사이클 시에 프로필렌 카보네이트에 의한 전극 탈리(exforiation) 현상으로 리튬 이차 전지의 용량 저하가 발생하는 문제가 있었다.On the other hand, the nonaqueous electrolytic solution containing propylene carbonate has characteristics of excellent low temperature characteristics and high output characteristics due to high conductivity. However, propylene carbonate causes irreversible decomposition reaction with the carbon-based material, and thus has a problem in use with the carbon-based material. In addition, there has been a problem that the capacity of the lithium secondary battery is lowered due to electrode refraction due to propylene carbonate at high temperature cycles depending on the electrode thickness.

특히, 비수성 유기 용매로서 프로필렌 카보네이트를 LiPF6 등의 리튬염과 함께 사용할 경우, 프로필렌 카보네이트는 탄소 전극을 사용하는 리튬 이차 전지에서 SEI 피막을 형성하는 과정, 및 프로필렌 카보네이트에 의하여 용매화된 리튬 이온이 탄소층 사이에 삽입되는 과정에서 막대한 용량의 비가역 반응이 발생할 수 있다. 이는 사이클 특성 등 전지의 성능이 저하되는 문제를 야기할 수 있다. Particularly, when propylene carbonate is used as a non-aqueous organic solvent together with a lithium salt such as LiPF 6 , propylene carbonate is used in a process of forming a SEI film in a lithium secondary battery using a carbon electrode and a process of forming a lithium ion solvated by propylene carbonate An immense amount of irreversible reaction may occur during the insertion between the carbon layers. This may cause problems such as deterioration of battery performance such as cycle characteristics.

또한, 프로필렌 카보네이트에 의하여 용매화된 리튬 이온이 음극을 구성하는 탄소층에 삽입될 때, 탄소 표면층의 박리(exfoliation)가 진행될 수 있다. 이러한 박리는 탄소층 사이에서 용매가 분해될 때 발생하는 기체가 탄소층 사이에 큰 뒤틀림을 유발함으로써 발생될 수 있다. 이와 같은 표면층의 박리와 전해액의 분해는 계속적으로 진행될 수 있으며, 이로 인하여 프로필렌 카보네이트를 포함하는 비수성 전해액을 탄소계 음극재와 병용하는 경우 효과적인 SEI가 생성되지 않아 리튬 이온이 삽입되지 않을 수 있다.Further, when lithium ion solvated by propylene carbonate is inserted into the carbon layer constituting the negative electrode, exfoliation of the carbon surface layer may proceed. This exfoliation can be caused by the gas generated when the solvent is decomposed between the carbon layers causing a large distortion between the carbon layers. Such peeling of the surface layer and decomposition of the electrolytic solution can proceed continuously. Therefore, when the nonaqueous electrolytic solution containing propylene carbonate is used in combination with the carbonaceous anode material, effective SEI is not generated and lithium ions may not be inserted.

본 발명에서는 에틸렌 카보네이트를 사용할 경우, 융점이 높아 사용 온도가 제한되어 출력 특성 저하 등의 문제를 프로필렌 카보네이트를 사용함으로써 해결하였으며, 프로필렌 카보네이트와 LiPF6 등의 리튬염을 함께 사용할 경우의 상기와 같은 문제점을 리튬비스플루오로설포닐이미드 및 양극으로 LiFePO4를 사용하여 이들을 조합함으로써 해결할 수 있고, 이로써 리튬 이차 전지의 성능을 더욱 향상시킬 수 있는 것이다. In the present invention, when ethylene carbonate is used, the use of propylene carbonate has been solved to solve problems such as a decrease in output characteristics due to a high melting point, and the use of propylene carbonate and a lithium salt such as LiPF 6 Can be solved by combining lithium bisfluorosulfonylimide and LiFePO 4 as the positive electrode, thereby further improving the performance of the lithium secondary battery.

즉, 프로필렌 카보네이트를 필수적 사용함으로써 리튬 이온의 이동도를 더욱 향상시킬 수 있고, 수분을 많이 포함하는 LiFePO4 양극에서, 다른 리튬염에 비해 수분과의 반응성이 더 적은 리튬비스플루오로설포닐이미드를 조합하여 사용함으로써, 통상적으로 사용하는 에틸렌 카보네이트를 사용하지 않고도, 더욱 견고한 SEI 막을 형성할 수 있다. 이에 따라, 리튬 이차 전지의 사이클 특성 및 출력 특성을 동시에 향상시킬 수 있다. That is, by using propylene carbonate essentially, it is possible to further improve the mobility of lithium ions. In the LiFePO 4 anode containing a large amount of water, lithium bisfluorosulfonylimide having less reactivity with water than other lithium salts It is possible to form a more rigid SEI film without using a commonly used ethylene carbonate. Accordingly, the cycle characteristics and the output characteristics of the lithium secondary battery can be improved at the same time.

상기 리튬비스플루오로설포닐이미드는 리튬염으로서 비수성 전해액에 첨가되어, 음극에 견고하고 안정한 SEI 막을 형성함으로써 출력 특성, 특히 고출력 특성을 개선시킴은 물론, 고온 사이클 작동시 발생할 수 있는 양극 표면의 분해를 억제하고 전해액의 산화 반응을 방지할 수 있다.The lithium bisfluorosulfonylimide is added to a non-aqueous electrolytic solution as a lithium salt to form a stable and stable SEI film on the negative electrode, thereby improving the output characteristics, especially the high output characteristics. The decomposition can be suppressed and the oxidation reaction of the electrolytic solution can be prevented.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 리튬비스플루오로설포닐이미드는 비수성 전해액 중의 농도가 0.1 mole/ℓ 내지 2 mole/ℓ인 것이 바람직하며, 0.5 mole/ℓ 내지 1.5 mole/ℓ이 더욱 바람직하다. 상기 리튬비스플루오로설포닐이미드의 농도가 0.1 mole/ℓ 보다 적으면 리튬 이차 전지의 출력 개선 및 사이클 특성의 개선의 효과가 미미하고, 상기 리튬비스플루오로설포닐이미드의 농도가 2 mole/ℓ를 초과하면 전지의 충방전시 전해액 내의 부반응이 과도하게 발생하여 스웰링(swelling) 현상이 일어날 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the concentration of the lithium bisfluorosulfonylimide in the non-aqueous electrolytic solution is preferably 0.1 mole / liter to 2 mole / liter, more preferably 0.5 mole / liter to 1.5 mole / liter Do. If the concentration of the lithium bisfluorosulfonylimide is less than 0.1 mole / l, the effect of improving the output and cycle characteristics of the lithium secondary battery is insignificant, and if the concentration of the lithium bisfluorosulfonylimide is less than 2 mole / l, side reactions in the electrolyte may occur excessively during charging and discharging of the battery, and swelling may occur.

이러한 부반응을 더욱 방지하기 위해, 본 발명의 비수성 전해액에는 리튬염을 더 포함할 수 있다. 상기 리튬염은 당 분야에서 통상적으로 사용되는 리튬염을 사용할 수 있으며, 예를 들어 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiN(C2F5SO2)2, LiN(CF3SO2)2, CF3SO3Li, LiC(CF3SO2)3 및 LiC4BO8으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다.In order to further prevent such side reactions, the non-aqueous electrolytic solution of the present invention may further include a lithium salt. Examples of the lithium salt include lithium salts such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAsF 6 , LiClO 4 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN 3 SO 2 ) 2 , CF 3 SO 3 Li, LiC (CF 3 SO 2 ) 3 and LiC 4 BO 8 , or a mixture of two or more thereof.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 리튬염을 더 포함할 경우, 상기 리튬염과 리튬비스플루오로설포닐이미드의 혼합비는 몰비로서, 1:1 내지 9일 수 있다. 상기 리튬염과 리튬비스플루오로설포닐이미드의 혼합비가 상기 몰비의 범위를 벗어날 경우, 전지의 충방전시 전해액 내의 부반응이 과도하게 발생하여 스웰링(swelling) 현상이 일어날 수 있으며, 이들의 혼합비에 따라 출력 특성과 사이클 특성이 달라질 수 있다. According to an embodiment of the present invention, when the lithium salt is further included, the mixing ratio of the lithium salt and the lithium bisfluorosulfonylimide may be 1: 1 to 9 in terms of molar ratio. When the mixing ratio of the lithium salt and the lithium bisfluorosulfonylimide is out of the range of the molar ratio, a side reaction in the electrolyte may occur excessively during charging and discharging of the battery, causing a swelling phenomenon. The output characteristic and the cycle characteristic can be changed.

특히, 상기 리튬염과 리튬비스플루오로설포닐이미드의 혼합비는 몰비로서, 1:6 내지 9인 것이 바람직하다. 구체적으로, 상기 리튬염과 리튬비스플루오로설포닐이미드의 혼합비가 몰비로서, 1:6 미만인 경우, 리튬 이온 전지에서 SEI 피막을 형성하는 과정, 및 비수성 유기용매에 의하여 용매화된 리튬 이온이 음극 사이에 삽입되는 과정에서 막대한 용량의 비가역 반응이 발생할 수 있으며, 음극 표면층(예를 들어, 탄소 표면층)의 박리와 전해액의 분해에 의해, 이차 전지의 저온 출력 개선, 고온 저장 후, 사이클 특성 및 용량 특성의 개선의 효과가 미미할 수 있다.In particular, the mixing ratio of the lithium salt to the lithium bisfluorosulfonylimide is preferably 1: 6 to 9 in terms of the molar ratio. Specifically, when the mixing ratio of the lithium salt to the lithium bisfluorosulfonylimide is less than 1: 6, the process of forming the SEI film in the lithium ion battery, and the process of forming the SEI film by solubilized lithium ions A large amount of irreversible reaction may occur during the process of inserting between the cathodes, and the separation of the surface layer of the negative electrode (for example, carbon surface layer) and decomposition of the electrolyte may improve the low temperature output of the secondary battery, And the effect of improving the capacitance characteristics may be insignificant.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르는 비수성 유기 용매로서 프로필렌 카보네이트는 비수성 유기 용매 100 중량부를 기준으로 5 중량부 내지 60 중량부, 바람직하게는 10 중량부 내지 50 중량부로 포함될 수 있다. 상기 프로필렌 카보네이트의 함량이 5 중량부 보다 적으면 사이클 시 양극 표면의 분해로 인해 가스가 지속적으로 발생되어 전지의 두께가 증가되는 스웰링 현상이 발생할 수 있고, 60 중량부를 초과할 경우 초기 충전지 음극에서 견고한 SEI 막을 형성시키기 어려울 가능성이 있다. Meanwhile, as the non-aqueous organic solvent according to one embodiment of the present invention, propylene carbonate may be included in an amount of 5 parts by weight to 60 parts by weight, preferably 10 parts by weight to 50 parts by weight, based on 100 parts by weight of the non-aqueous organic solvent. If the amount of the propylene carbonate is less than 5 parts by weight, the swelling phenomenon may be generated in which the gas is continuously generated due to the decomposition of the surface of the anode during the cycle to increase the thickness of the battery. When the content exceeds 60 parts by weight, It is difficult to form a solid SEI film.

또한, 상기 프로필렌 카보네이트 외에 비수성 전해액에 포함될 수 있는 비수성 유기 용매로는, 전지의 충방전 과정에서 산화 반응 등에 의한 분해가 최소화될 수 있고, 첨가제와 함께 목적하는 특성을 발휘할 수 있는 것이라면 제한이 없다. The non-aqueous organic solvent which can be contained in the non-aqueous electrolytic solution in addition to the above-mentioned propylene carbonate is not limited as long as it can minimize decomposition due to oxidation reaction during charging and discharging of the battery, none.

본 발명의 일 실시예에 따르는 비수성 유기 용매는, 예를 들어 에틸 프로피오네이트(Ethyl Propionate; EP), 메틸 프로피오네이트(Methyl Propionate; MP), 부틸렌 카보네이트(BC), 디메틸카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트(DPC), 에틸메틸카보네이트(EMC), 메틸프로필카보네이트(MPC), 에틸프로필 카보네이트(EPC), 에스테르, 에테르 및 케톤으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나, 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 더 포함할 수 있으며, 본 발명의 효과를 벗어나지 않는 한, 이들 종류로 특별히 한정되는 것은 아니다.The non-aqueous organic solvent according to an embodiment of the present invention may include, for example, ethyl propionate (EP), methyl propionate (MP), butylene carbonate (BC), dimethyl carbonate ), Diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate (DPC), ethyl methyl carbonate (EMC), methyl propyl carbonate (MPC), ethyl propyl carbonate (EPC), ester, ether and ketone , Or a mixture of two or more of them, and is not particularly limited to these types unless the effect of the present invention is exerted.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르는 비수성 전해액은 비닐렌 카보네이트계 화합물, 설톤(sultone)계 화합물 및 설페이트계 화합물을 더 포함할 수 있다.Meanwhile, the non-aqueous electrolytic solution according to an embodiment of the present invention may further include a vinylene carbonate compound, a sultone compound, and a sulfate compound.

상기 비닐렌 카보네이트계 화합물은 SEI막을 형성하는 역할을 할 수 있다. 상기 비닐렌 카보네이트계 화합물의 종류는 상기 역할을 할 수 있는 것이라면 제한이 없으며, 예를 들어, 비닐렌 카보네이트(vinylene carbonate; VC), 비닐 에틸렌 카보네이트(vinyl ethylene carbonate; VEC), 또는 이들의 조합일 수 있다. 이중에서도 특히 비닐렌 카보네이트가 바람직하다. The vinylene carbonate-based compound may serve to form an SEI film. The type of the vinylene carbonate compound is not limited as long as it can function as described above. For example, the vinylene carbonate (VC), the vinyl ethylene carbonate (VEC) . Of these, vinylene carbonate is particularly preferable.

또한, 본 발명에 일 실시예에 따라 추가로 포함될 수 있는 설톤계 화합물은 전지의 출력 및 사이클 특성을 더욱 향상시키는 역할을 할 수 있다. 상기 설톤계 화합물의 종류는 상기 역할을 할 수 있는 것이라면 제한이 없으며, 예를 들어, 1,3-프로판설톤(1,3-propane sultone; PS), 1,4-부탄 설톤, 1,3-프로펜설톤으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나, 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다. 이 중에서도 특히 1,3-프로판설톤이 바람직하다. In addition, the sulfone compound, which may be further included in the present invention according to an embodiment of the present invention, may further improve the output and cycle characteristics of the battery. There are no particular limitations on the type of the steroidal compound as long as it can serve as the above. For example, 1,3-propane sultone (PS), 1,4-butane sultone, 1,3- Propene sultone, or a mixture of two or more thereof. Of these, 1,3-propane sultone is particularly preferable.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따라 추가로 포함될 수 있는 설페이트계 화합물은 이차 전지의 출력 및 수명 특성을 향상시키는 역할을 할 수 있으며, 에틸렌설페이트, 프로필렌설페이트, 부틸렌설페이트, 펜틸렌설페이트, 헥실렌 설페이트 및 헵틸렌 설페이트로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나, 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다.In addition, the sulfate compound, which may be further included according to an embodiment of the present invention, may improve the output and lifetime characteristics of the secondary battery, and may include ethylene sulfate, propylene sulfate, butylene sulfate, pentylene sulfate, Silane sulfate, and heptylene sulfate, or a mixture of two or more thereof.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 비수성 전해액은 첨가제로서, LiBF4, 리튬 옥살릴디플루오로보레이트(Lithium oxalyldifluoroborate, LiODFB), 또는 이들의 혼합물을 더 포함할 수 있다. 상기 첨가제는 과량의 리튬비스플루오로설포닐이미드를 포함하는 리튬 이차 전지의 상온에서의 전지 충방전시 전해액 내의 부반응을 억제할 수 있다. 이에 따라서 상기 첨가제는 전지의 상온 조건에서의 사이클 특성 향상에 효과적이다. 이 때 상기 첨가제의 함량은 전해액 총량을 기준으로 각각 0.01 내지 5 중량%일 수 있다.
Meanwhile, the non-aqueous electrolytic solution according to an embodiment of the present invention may further include LiBF 4 , lithium oxalyldifluoroborate (LiODFB), or a mixture thereof as an additive. The additive can suppress the side reaction in the electrolyte when the battery is charged and discharged at room temperature in a lithium secondary battery comprising an excess amount of lithium bisfluorosulfonylimide. Accordingly, the additive is effective for improving the cycle characteristics of the battery under normal temperature conditions. The content of the additive may be 0.01 to 5% by weight based on the total weight of the electrolytic solution.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르는 리튬 이차 전지는 양극 활물질을 포함하는 양극, 음극 활물질을 포함하는 음극 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함할 수 있으며, 상기 양극 활물질은 올리빈 구조의 LiFePO4를 포함할 수 있다.In addition, the lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention may include a cathode including a cathode active material, a cathode including a cathode active material, and a separator interposed between the cathode and the cathode, It may comprise the structure of LiFePO 4.

본 발명의 일 실시예에 따라 사용되는 상기 LiFePO4는 수분을 많이 포함하므로 장기 수명 및 저장 특성 면에서 전지의 열화 현상을 가속시키는 문제가 있으나, 다른 리튬염에 비해 수분과의 반응성이 더 적은 리튬비스플루오로설포닐이미드와 함께 사용함으로써 LiFePO4의 수분 불순물과의 부반응에 의한 수명 및 저장 열화 현상을 억제 할 수 있다. The LiFePO 4 used in accordance with an embodiment of the present invention has a problem of accelerating deterioration of the battery in terms of long-term life and storage characteristics because it contains a large amount of water. However, LiFePO 4, which is less reactive with moisture than other lithium salts Use of the bisfluorosulfonylimide can suppress the lifetime and the storage deterioration phenomenon due to side reactions with LiFePO 4 water impurities.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 양극 활물질로 상기 LiFePO4는 단독으로 사용하거나, 망간 스피넬(spinel)계 활물질, 리튬 금속 산화물 또는 이들의 혼합물과 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 리튬 금속 산화물은 리튬-망간계 산화물, 리튬-니켈-망간계 산화물, 리튬-망간-코발트계 산화물 및 리튬-니켈-망간-코발트계 산화물로 이루어진 군에서 선택될 수 있으며, 보다 구체적으로는 LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMn2O4, Li(NiaCobMnc)O2(여기에서, 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, a+b+c=1), LiNi1 -YCoYO2, LiCo1 - YMnYO2, LiNi1 - YMnYO2 (여기에서, 0≤Y<1), Li(NiaCobMnc)O4(0<a<2, 0<b<2, 0<c<2, a+b+c=2), LiMn2 - zNizO4, LiMn2 -zCozO4(여기에서, 0<Z<2) 일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the LiFePO 4 may be used singly or as a mixture of a manganese spinel-based active material, a lithium metal oxide, or a mixture thereof, as a cathode active material. The lithium metal oxide may be selected from the group consisting of lithium-manganese oxide, lithium-nickel-manganese oxide, lithium-manganese-cobalt oxide and lithium-nickel-manganese-cobalt oxide, and more specifically LiCoO 0, 0 <b <1, 0 <c <1, a + b + 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , Li (Ni a Co b Mn c ) O 2 c = 1), LiNi 1 -Y Co Y O 2, LiCo 1 - Y Mn Y O 2, LiNi 1 - Y Mn Y O 2 ( here, 0≤Y <1), Li ( Ni a Co b Mn c ) O 4 (0 <a < 2, 0 <b <2, 0 <c <2, a + b + c = 2), LiMn 2 - z Ni z O 4, LiMn 2 -z Co z O 4 ( here , 0 &lt; Z &lt; 2).

한편, 상기 음극 활물질로는 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 탄소 복합체와 같은 탄소계 음극 활물질이 단독으로 또는 2종 이상이 혼용되어 사용될 수 있으며, 바람직하게는 결정질 탄소로 천연흑연과 인조흑연과 같은 흑연질(graphite) 탄소일 수 있다.As the negative electrode active material, a carbonaceous anode active material such as a crystalline carbon, an amorphous carbon, or a carbon composite may be used alone or in combination of two or more. Preferably, the carbonaceous active material may be a crystalline carbon and a graphite such as natural graphite and artificial graphite (graphite) carbon.

구체적으로, 리튬 이차 전지에 있어서, 상기 양극 또는 음극은, 예를 들어, 양극 또는 음극 집전체 상에 양극 또는 음극 활물질, 도전제 및 바인더의 혼합물을 소정의 용매와 혼합하여 슬러리를 제조한 후, 이 슬러리를 집전체 상에 도포한 후 건조하여 제조될 수 있다. Specifically, in the lithium secondary battery, the positive electrode or the negative electrode is prepared by mixing a mixture of a positive electrode or a negative electrode active material, a conductive agent and a binder with a predetermined solvent on a positive electrode or a negative electrode current collector to prepare a slurry, Applying the slurry on a current collector, and drying the slurry.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 양극 집전체는 일반적으로 3 ㎛ 내지 500 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the cathode current collector is generally made to have a thickness of 3 [mu] m to 500 [mu] m. Such a positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical change in the battery, and may be formed of a material such as stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon, or a surface of aluminum or stainless steel Treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like may be used.

상기 양극 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.The cathode current collector may have fine irregularities on the surface thereof to increase the adhesive force of the cathode active material, and various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a nonwoven fabric are possible.

상기 음극 집전체는 일반적으로 3 ㎛ 내지 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The negative electrode current collector is generally made to have a thickness of 3 [mu] m to 500 [mu] m. Such an anode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change in the battery, and may be formed of a material such as copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, fired carbon, surface of copper or stainless steel A surface treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like, an aluminum-cadmium alloy, or the like can be used. In addition, like the positive electrode collector, fine unevenness can be formed on the surface to enhance the bonding force of the negative electrode active material, and it can be used in various forms such as films, sheets, foils, nets, porous bodies, foams and nonwoven fabrics.

상기 양극 또는 음극 슬러리에 사용되는 상기 도전제는 통상적으로 양극 또는 음극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 20 중량%로 첨가된다. 이러한 도전제는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산칼륨 등의 도전성 위스커; 산화 티탄 등의 도전성 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.The conductive agent used for the positive electrode or negative electrode slurry is usually added in an amount of 1 to 20 wt% based on the total weight of the mixture including the positive electrode or negative electrode active material. Such a conductive agent is not particularly limited as long as it has electrical conductivity without causing a chemical change in the battery, and examples thereof include graphite such as natural graphite and artificial graphite; Carbon black such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber; Metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; Conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives and the like can be used.

상기 바인더는 양극 또는 음극 활물질과 도전제 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 또는 음극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 20 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HEP), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로오스, 재생 셀룰로오스, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아크릴산, 에틸렌-프로필렌-디엔 모노머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 불소 고무, 다양한 공중합체 등의 다양한 종류의 바인더 고분자가 사용될 수 있다. The binder is a component that assists in bonding of the positive electrode or negative electrode active material with the conductive agent and bonding to the current collector, and is usually added in an amount of 1 to 20 wt% based on the total weight of the mixture containing the positive electrode or negative electrode active material. Examples of such binders include vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HEP), polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polymethylmethacrylate, , Polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, polyacrylic acid, ethylene-propylene-diene monomer (EPDM) , Sulfonated EPDM, styrene butadiene rubber (SBR), fluorine rubber, various copolymers, and the like can be used.

또한, 상기 용매의 바람직한 예로는 디메틸셀폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO), 알코올, N-메틸피롤리돈(NMP), 아세톤 또는 물 등을 들 수 있으며, 건조 과정에서 제거된다.In addition, preferred examples of the solvent include dimethyl sulfoxide (DMSO), alcohol, N-methylpyrrolidone (NMP), acetone or water, and are removed in the drying process.

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 사용할수 있으며, 또는 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.As the separator, a conventional porous polymer film conventionally used as a separator, for example, a polyolefin-based polymer such as an ethylene homopolymer, a propylene homopolymer, an ethylene / butene copolymer, an ethylene / hexene copolymer, and an ethylene / methacrylate copolymer The porous polymer film made of a polymer may be used alone or in a laminated form, or a nonwoven fabric made of a conventional porous nonwoven fabric such as a glass fiber having a high melting point, polyethylene terephthalate fiber or the like may be used. no.

본 발명에서 사용되는 전지 케이스는 당분야에서 통상적으로 사용되는 것이 채택될 수 있고, 전지의 용도에 따른 외형에 제한이 없으며, 예를 들면, 캔을 사용한 원통형, 각형, 파우치(pouch)형 또는 코인(coin)형 등이 될수 있다.The battery case used in the present invention may be of any type that is commonly used in the art, and is not limited in its external shape depending on the use of the battery. For example, a cylindrical case, a square type, a pouch type, (coin) type or the like.

본 발명에 따른 리튬 이차 전지는 소형 디바이스의 전원으로 사용되는 전지셀에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 다수의 전지셀들을 포함하는 중대형 전지모듈에 단위전지로도 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 중대형 디바이스의 바람직한 예로는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 전력 저장용 시스템 등을 들 수 있지만, 이들 만으로 한정되는 것은 아니다.The lithium secondary battery according to the present invention can be used not only in a battery cell used as a power source of a small device but also as a unit cell in a middle- or large-sized battery module including a plurality of battery cells. Preferable examples of the above medium and large-sized devices include, but are not limited to, electric vehicles, hybrid electric vehicles, plug-in hybrid electric vehicles, electric power storage systems, and the like.

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.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION 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.

실시예Example

이하 실시예 및 실험예를 들어 더욱 설명하나, 본 발명이 이들 실시예 및 실험예에 의해 제한되는 것은 아니다.EXAMPLES The present invention will be further illustrated by the following examples and experimental examples, but the present invention is not limited by these examples and experimental examples.

실시예 1Example 1

[비수성 전해액의 제조][Preparation of non-aqueous electrolytic solution]

프로필렌 카보네이트(PC): 에틸메틸 카보네이트(EMC): 디메틸 카보네이트(DMC) =2:4:4 (부피비)의 조성을 갖는 비수성 유기 용매에 비수성 전해액 총량을 기준으로 LiPF6 0.6 mole/ℓ 및 리튬비스플루오로설포닐이미드 0.6 mole/ℓ, 비닐렌 카보네이트(VC) 3 중량%, 1,3-프로판설톤(PS) 0.5 중량% 및 에틸렌설페이트(ESa) 1 중량%를 첨가하여 비수성 전해액을 제조하였다.
Propylene carbonate (PC): ethyl methyl carbonate (EMC): dimethyl carbonate (DMC) = 2: 4: 4 ( volume ratio) LiPF composition, based on the total amount of non-aqueous electrolytic solution in a non-aqueous organic solvent having a six 0.6 mole / liter of lithium bisfluorosulfonylimide, 0.6 mole / liter of lithium bisfluorosulfonylimide, 3 weight percent of vinylene carbonate (VC), 0.5 weight percent of 1,3-propane sultone (PS) and 1 weight percent of ethylene sulfate (ESa) To prepare a non-aqueous electrolytic solution.

[리튬 이차 전지의 제조][Production of lithium secondary battery]

양극 활물질로서 LiFePO4 90 중량%, 도전제로 카본 블랙(carbon black) 5 중량%, 바인더로 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVdF) 5 중량%를 용매인 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)에 첨가하여 양극 혼합물 슬러리를 제조하였다. 상기 양극 혼합물 슬러리를 두께가 20㎛ 정도의 양극 집전체인 알루미늄(Al) 박막에 도포하고, 건조하여 양극을 제조한 후, 롤 프레스(roll press)를 실시하여 양극을 제조하였다.90 wt% of LiFePO 4 as a positive electrode active material, 5 wt% of carbon black as a conductive agent and 5 wt% of polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder were dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) To prepare a positive electrode mixture slurry. The positive electrode mixture slurry was applied to an aluminum (Al) thin film having a thickness of about 20 탆 and dried to produce a positive electrode, followed by a roll press to prepare a positive electrode.

또한, 음극 활물질로 탄소 분말, 바인더로 스티렌 부타디엔 고무(SBR) 및 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 도전제로 카본 블랙(carbon black)을 각각 95.8 중량%, 3.2 중량% 및 1 중량%로 하여 용매인 NMP에 첨가하여 음극 혼합물 슬러리를 제조하였다. 상기 음극 혼합물 슬러리를 두께가 10㎛의 음극 집전체인 구리(Cu) 박막에 도포하고, 건조하여 음극을 제조한 후, 롤 프레스(roll press)를 실시하여 음극을 제조하였다.In addition, 95.8 wt%, 3.2 wt% and 1 wt% of a carbon powder as a negative electrode active material, styrene butadiene rubber (SBR) and carboxymethyl cellulose (CMC) as a binder and carbon black as a conductive agent were respectively dissolved in NMP To prepare a negative electrode mixture slurry. The negative electrode mixture slurry was applied to a copper (Cu) thin film as an anode current collector having a thickness of 10 mu m and dried to prepare a negative electrode, followed by roll pressing to produce a negative electrode.

이와 같이 제조된 양극과 음극을 폴리에틸렌 (PE)층으로 이루어진 세퍼레이터를 이용하여 전지를 조립하였으며, 조립된 전지에 상기 제조된 비수성 전해액을 주액하여 리튬 이차 전지의 제조를 완성하였다.
The battery thus prepared was assembled by using a separator made of a polyethylene (PE) layer as a positive electrode and a negative electrode, and the prepared non-aqueous electrolyte solution was injected into the assembled battery to complete the manufacture of a lithium secondary battery.

실시예 2Example 2

상기 리튬염을 비수성 전해액 총량을 기준으로 LiPF6 0.1 mole/ℓ 및 리튬비스플루오로설포닐이미드 0.9 mole/ℓ(약 1:9 몰비율)을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 하여 비수성 전해액 및 리튬 이차 전지를 제조하였다.
The lithium salt is added to LiPF 6 based on the total amount of the non-aqueous electrolytic solution Aqueous electrolyte and a lithium secondary battery were prepared in the same manner as in Example 1, except that 0.1 mole / liter of lithium bisfluorosulfonylimide and 0.9 mole / liter (approximately 1: 9 mole ratio) of lithium bisfluorosulfonylimide were used.

실시예 3Example 3

상기 리튬염을 비수성 전해액 총량을 기준으로 LiPF6 0.14 mole/ℓ 및 리튬비스플루오로설포닐이미드 0.86 mole/ℓ(약 1:6 몰비율)을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 하여 비수성 전해액 및 리튬 이차 전지를 제조하였다.
The lithium salt is added to LiPF 6 based on the total amount of the non-aqueous electrolytic solution Aqueous electrolyte and a lithium secondary battery were prepared in the same manner as in Example 1, except that the nonaqueous electrolytic solution and the lithium secondary battery were prepared in the same manner as in Example 1, except that 0.14 mole / liter and 0.86 mole / liter of lithium bisfluorosulfonylimide were used.

실시예 4Example 4

비수성 전해액 총량을 기준으로 LiPF6 0.2 mole/ℓ 및 리튬비스플루오로설포닐이미드 1.0 mole/ℓ(약 1:5 몰비율)를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 수행하여 비수성 전해액 및 리튬 이차 전지를 제조하였다.
Based on the total amount of the non-aqueous electrolytic solution, LiPF 6 0.2 mole / liter, and 1.0 mole / liter (about 1: 5 mole ratio) of lithium bis-fluorosulfonylimide were used in place of the bis-fluorosulfonylimide used in Example 1 to prepare a nonaqueous electrolytic solution and a lithium secondary battery .

비교예 1Comparative Example 1

프로필렌 카보네이트(PC): 에틸렌 카보네이트(EC): 에틸메틸 카보네이트(EMC)=3:3:4 (부피비)의 조성을 갖는 비수성 유기 용매를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 2과 동일하게 하여 비수성 전해액 및 리튬 이차 전지를 제조하였다.
Except that a non-aqueous organic solvent having a composition of propylene carbonate (PC): ethylene carbonate (EC): ethyl methyl carbonate (EMC) = 3: 3: 4 (volume ratio) was used, Thereby preparing an electrolyte and a lithium secondary battery.

비교예 2Comparative Example 2

프로필렌 카보네이트(PC): 에틸렌 카보네이트(EC): 에틸메틸 카보네이트(EMC)=3:3:4 (부피비)의 조성을 갖는 비수성 유기 용매를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 4과 동일하게 하여 비수성 전해액 및 리튬 이차 전지를 제조하였다.
Except that a non-aqueous organic solvent having a composition of propylene carbonate (PC): ethylene carbonate (EC): ethyl methyl carbonate (EMC) = 3: 3: 4 (volume ratio) was used, Thereby preparing an electrolyte and a lithium secondary battery.

비교예 3Comparative Example 3

리튬염으로서 LiPF6를 단독으로 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 하여 비수성 전해액 및 리튬 이차 전지를 제조하였다.
A non-aqueous electrolytic solution and a lithium secondary battery were prepared in the same manner as in Example 1, except that LiPF 6 was used alone as the lithium salt.

비교예 4Comparative Example 4

양극 활물질로서 Li(Ni0 .33Co0 .33Mn0 .33)O2 96 중량%을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 2과 동일하게 하여 비수성 전해액 및 리튬 이차 전지를 제조하였다
As a cathode active material in the same manner as in Example 2, except for using Li (Ni Co 0 .33 0 .33 0 .33 Mn) O 2, 96% by weight to prepare a non-aqueous electrolytic solution and a lithium secondary battery

비교예 5Comparative Example 5

LiPF6 및 리튬비스플루오로설포닐이미드를 약 1:0.5의 몰비율을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 하여 비수성 전해액 및 리튬 이차 전지를 제조하였다.
LiPF 6 And lithium bisfluorosulfonylimide were used in a molar ratio of about 1: 0.5, a non-aqueous electrolytic solution and a lithium secondary battery were prepared.

비교예 6Comparative Example 6

에틸렌 카보네이트(EC): 에틸메틸 카보네이트(EMC): 디메틸 카보네이트(DMC) =3:3:4 (부피비)의 조성을 갖는 비수성 유기 용매를 사용하고, 리튬염으로서 LiPF6를 단독으로 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 하여 비수성 전해액 및 리튬 이차 전지를 제조하였다.
Except that a non-aqueous organic solvent having a composition of ethylene carbonate (EC): ethyl methyl carbonate (EMC): dimethyl carbonate (DMC) = 3: 3: 4 (volume ratio) was used and LiPF 6 alone was used as the lithium salt , A non-aqueous electrolytic solution and a lithium secondary battery were produced in the same manner as in Example 1. [

비교예 7Comparative Example 7

리튬염으로서 LiPF6를 단독으로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 하여 비수성 전해액 및 리튬 이차 전지를 제조하였다.
A non-aqueous electrolytic solution and a lithium secondary battery were prepared in the same manner as in Example 1, except that LiPF 6 was used alone as the lithium salt.

실험예 1 Experimental Example 1

<출력 특성 시험 1><Output Characteristic Test 1>

리튬비스플루오로설포닐이미드(LiFSI)의 유무에 따른 출력 특성 변화를 알아보기 위해, 실시예 1 및 비교예 6과 7의 리튬 이차 전지를 상온에서 0.2 C 부터 9.0 C까지 충전 및 방전 레이트를 변화시켜 방전 C-레이트에 따른 상대 용량을 측정하였다. 그 결과를 도 1에 나타낸다. To investigate the change in output characteristics with and without lithium bisfluorosulfonylimide (LiFSI), the lithium secondary batteries of Example 1 and Comparative Examples 6 and 7 were charged and discharged at a room temperature from 0.2 C to 9.0 C And the relative capacity according to the discharge C-rate was measured. The results are shown in Fig.

도 1을 참조하면, 0.2C 내지 1.0C 까지는 실시예 1 및 비교예 6과 7의 리튬 이차 전지 모두 상대 용량이 유사하였으나, 1.0C 이상부터 9.0C까지 실시예 1의 리튬 이차 전지는 비교예 6과 7의 리튬 이차 전지에 비해 상대 용량이 현저히 우수해짐을 확인할 수 있다.
1, the lithium secondary batteries of Example 1 and Comparative Examples 6 and 7 had similar relative capacities from 0.2C to 1.0C, but from 1.0C to 9.0C, the lithium secondary batteries of Example 1 had a comparative capacity of 6 And the lithium secondary battery of Comparative Example 7, the relative capacity was remarkably improved.

<출력 특성 시험 2>&Lt; Output Characteristic Test 2 &

또한, 리튬염과 LiFSI의 농도 변화 및 에틸렌카보네이트의 사용 유무에 따른 출력 특성 변화를 알아보기 위해, 실시예 2 내지 4 및 비교예 1 내지 3의 리튬 이차 전지를 상기 출력 특성 시험 1과 동일한 조건으로 C-레이트에 따른 상대 용량을 측정하였다. 그 결과를 도 2에 나타낸다.The lithium secondary batteries of Examples 2 to 4 and Comparative Examples 1 to 3 were subjected to the same conditions as those of the output characteristic test 1 in order to examine the change of the concentration of the lithium salt and LiFSI and the change of the output characteristics depending on the use of ethylene carbonate The relative capacity according to C-rate was measured. The results are shown in Fig.

도 2를 참조하면, 0.2C 내지 1.5C 까지는 실시예 2 내지 4 및 비교예 1 내지 3의 리튬 이차 전지 모두 상대 용량이 유사하였으나, 1.5C 이상부터 9.0C까지 실시예 2 내지 4의 리튬 이차 전지는 비교예 1 내지 3의 리튬 이차 전지에 비해 상대 용량이 현저히 우수해짐을 확인할 수 있다. 특히, 9.0C에서는 리튬염과 LiFSI의 몰비가 1: 6 내지 1:9인 실시예 2와 3의 경우, 몰비가 1:5인 실시예 4와도 현저한 차이를 보였다.2, the relative capacity of the lithium secondary batteries of Examples 2 to 4 and Comparative Examples 1 to 3 was similar from 0.2C to 1.5C, but the lithium secondary batteries of Examples 2 to 4 from 1.5C to 9.0C, The lithium secondary batteries of Comparative Examples 1 to 3 exhibit significantly higher relative capacity than the lithium secondary batteries of Comparative Examples 1 to 3. Particularly, 9.0C showed a remarkable difference also in Examples 2 and 3 in which the molar ratio of lithium salt and LiFSI was 1: 6 to 1: 9, and Example 4 in which the molar ratio was 1: 5.

한편, EC의 사용 유무에 따른 출력 특성 시험을 비교하기 위해, 리튬염과 LiFSI의 몰비가 1: 9인 실시예 2 및 비교예 1을 비교하면, 9.0C에서는 EC를 사용하지 않은 실시예 2가 EC를 사용한 비교예 1에 비해 약 9% 정도 향상됨을 알 수 있고, 리튬염과 LiFSI의 몰비가 1: 5인 실시예 3 및 비교예 2를 비교하면 8.0C에서 EC를 사용하지 않은 실시예 2가 EC를 사용한 비교예 1에 비해 약 9% 정도 향상됨을 알 수 있다. 또한, 리튬염과 LiFSI의 몰비가 1 : 9인 경우가 몰비가 1 : 5인 경우에 비해 EC 유무에 따른 출력 특성 차이가 더 벌어짐을 알 수 있다.On the other hand, in order to compare the output characteristics test depending on the use of EC, Example 2 in which the molar ratio of lithium salt and LiFSI was 1: 9 was compared with Comparative Example 1, EC was about 9% higher than that of Comparative Example 1 using EC. Comparing Example 3 and Comparative Example 2 in which the molar ratio of the lithium salt and LiFSI was 1: 5, Is about 9% higher than that of Comparative Example 1 using EC. It can be seen that the difference in output characteristics depending on the presence or absence of EC is further widened when the molar ratio of the lithium salt and LiFSI is 1: 9, as compared with the case where the molar ratio is 1: 5.

따라서, LiPF6 및 LiFSI의 몰비를 조절하고, EC를 사용하지 않음으로써, 리튬 이차 전지의 출력 특성을 향상시킬 수 있음을 확인할 수 있다.
Thus, LiPF 6 And LiFSI, and that the output characteristics of the lithium secondary battery can be improved by not using EC.

실험예 2Experimental Example 2

<사이클 특성 시험><Cycle characteristic test>

실시예 2 내지 4, 및 비교예 1 내지 5의 리튬 이차 전지를 상온에서 정출력(Constant power) 조건에서 3.8V까지 3C로 충전한 다음, 정출력(CP) 조건에서 2.6 V까지 3C로 방전하고, 그 방전 용량을 측정하였다. 이를 1 내지 1000 사이클로 반복 실시하였고, 측정한 방전 보유율(%)를 도 3에 나타내었다. The lithium secondary batteries of Examples 2 to 4 and Comparative Examples 1 to 5 were charged at 3 C up to 3.8 V under a constant power condition at room temperature and discharged at 3 C up to 2.6 V under a constant output (CP) condition , And the discharge capacity thereof was measured. This was repeatedly carried out at 1 to 1000 cycles, and the measured discharge retention ratio (%) is shown in Fig.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예 2 내지 4의 리튬 이차 전지는 사이클 수 1000회까지 용량 보유율의 기울기가 비교예 1 내지 5의 리튬 이차 전지에 비해 완만하였다. 특히, LiPF6 및 LiFSI의 몰비가 1: 6 이상인 실시예 2와 3은 실시예 4 및 비교예 3과 5의 기울기와 현저한 차이를 나타냄을 알 수 있다. Referring to FIG. 3, in the lithium secondary batteries of Examples 2 to 4 of the present invention, the slopes of the capacity retention ratios up to 1,000 cycles were gentler than the lithium secondary batteries of Comparative Examples 1 to 5. In particular, LiPF 6 And LiFSI molar ratio of 1: 6 or more are significantly different from the slopes of Example 4 and Comparative Examples 3 and 5.

즉, 몰비가 1:0.5인 비교예 5 및 LiFSI를 사용하지 않고 LiPF6 단독 사용한 비교예 3의 경우, 사이클 수 1000회째에 용량 보유율이 본원 실시예 2 및 3에 비해 20% 이상 현저히 감소하였다. That is, in Comparative Example 5 in which the molar ratio was 1: 0.5 and Comparative Example 3 in which LiPF 6 was used alone instead of LiFSI, the capacity retention ratio was remarkably decreased by 20% or more as compared with Examples 2 and 3 in the cycle number 1000 times.

따라서, LiPF6 및 LiFSI의 몰비를 조절함으로써, 리튬 이차 전지의 사이클 특성을 현저히 향상시킬 수 있으며, 특히 LiPF6 및 LiFSI의 몰비가 1: 6 내지 1: 9인 경우, 이 범위를 벗어나는 경우에 비해 리튬 이차 전지의 사이클 특성이 현저히 우수함을 확인할 수 있었다.Thus, LiPF 6 And LiFSI, the cycle characteristics of the lithium secondary battery can be remarkably improved, and in particular, LiPF 6 And LiFSI molar ratio of 1: 6 to 1: 9, it was confirmed that the cycle characteristics of the lithium secondary battery were significantly superior to those in the case where the molar ratio exceeded this range.

또한, 양극의 종류에 따른 리튬 이차 전지의 사이클 특성을 살펴보면, LiPF6 및 LiFSI의 몰비를 동일하게 하고, 양극으로 LiFePO4와 Li(Ni0 .33Co0 .33Mn0 .33)O2 를 사용한 실시예 2 및 비교예 4의 리튬 이차 전지의 사이클 특성을 비교해 본 결과, 100회째 사이클부터 현저한 용량 보유율의 차이를 보였다.The cycle characteristics of the lithium secondary battery according to the kind of the anode are as follows: LiPF 6 And an equal molar ratio of LiFSI and, LiFePO 4 and Li as an anode (Ni Co 0 .33 0 .33 0 .33 Mn) of this embodiment, compared to Example 2 and Comparative cycle characteristics of the lithium secondary battery of Example 4 using the O 2 As a result, the capacity retention ratio was remarkable from the 100th cycle.

즉, 400회째 사이클에서는 실시예 2가 비교예 4에 비해 용량 보유율이 약 12%정도 향상되었고, 1000회째 사이클에서는 약 20% 이상 차이를 보였다. 이는, 다른 리튬염에 비해 수분과의 반응성이 더 적은 LiFSI 과량으로 사용하는 경우, 프로필렌 카보네이트를 필수적 사용함으로써 리튬 이온의 이동도를 더욱 향상시킬 수 있고, LiFePO4 양극에서 사이클 수에 따른 용량 보유율이 더욱 유리함을 알 수 있다. That is, in the 400th cycle, the capacity retention was improved by about 12% in Example 2 compared with Comparative Example 4, and by about 20% in the 1000th cycle. Which, when the reactivity with water used with less LiFSI excess compared to other lithium salts, it is possible to further enhance the mobility of lithium ions by essentially using the propylene carbonate, the capacity retention rate according to the number of cycles in the LiFePO 4 anode Which is more advantageous.

Claims (16)

양극; 음극; 세퍼레이터; 및 비수성 전해액을 포함하는 리튬 이차 전지로서,
상기 양극은 LiFePO4를 포함하고,
상기 비수성 전해액은 프로필렌 카보네이트(PC)를 포함하는 비수성 유기 용매 및 리튬비스플루오로설포닐이미드(Lithium bis(fluorosulfonyl)imide; LiFSI)를 포함하고,
상기 비수성 전해액은 리튬염을 더 포함하되,
상기 리튬염과 리튬비스플루오로설포닐이미드의 혼합비는 몰비로서 1:6 내지 9인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
anode; cathode; A separator; And a non-aqueous electrolytic solution,
The positive electrode comprises a LiFePO 4,
Wherein the non-aqueous electrolytic solution comprises a non-aqueous organic solvent containing propylene carbonate (PC) and lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiFSI)
Wherein the non-aqueous electrolytic solution further comprises a lithium salt,
Wherein a mixing ratio of the lithium salt to lithium bisfluorosulfonylimide is 1: 6 to 9 in a molar ratio.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 리튬비스플루오로설포닐이미드는 비수성 전해액 중의 농도가 0.1 mole/ℓ 내지 2 mole/ℓ인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
The method according to claim 1,
Wherein the concentration of the lithium bisfluorosulfonylimide in the non-aqueous electrolytic solution is 0.1 mole / liter to 2 mole / liter.
제 1 항에 있어서,
상기 프로필렌 카보네이트의 함량은 비수성 유기 용매 100 중량부를 기준으로 5 중량부 내지 60 중량부인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
The method according to claim 1,
Wherein the content of the propylene carbonate is 5 parts by weight to 60 parts by weight based on 100 parts by weight of the non-aqueous organic solvent.
제 6 항에 있어서,
상기 프로필렌 카보네이트의 함량은 비수성 유기 용매 100 중량부를 기준으로 10 중량부 내지 50 중량부인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
The method according to claim 6,
Wherein the content of the propylene carbonate is 10 parts by weight to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the non-aqueous organic solvent.
제 1 항에 있어서,
상기 비수성 유기 용매는 에틸 프로피오네이트(Ethyl propionate; EP), 메틸프로피오네이트(Methyl propionate; MP), 부틸렌 카보네이트(BC), 디메틸카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트(DPC), 에틸메틸카보네이트(EMC), 메틸프로필카보네이트(MPC), 에틸프로필 카보네이트(EPC), 에스테르, 에테르 및 케톤으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나, 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
The method according to claim 1,
The non-aqueous organic solvent may be at least one selected from the group consisting of ethyl propionate (EP), methyl propionate (MP), butylen carbonate (BC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (EPC), esters, ethers and ketones, or a mixture of two or more thereof, in addition to the above-mentioned components (A) and (B) Wherein the lithium secondary battery is a lithium secondary battery.
제 1 항에 있어서,
상기 비수성 유기 용매는 에틸렌 카보네이트를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
The method according to claim 1,
Wherein the non-aqueous organic solvent does not contain ethylene carbonate.
제 1 항에 있어서,
상기 비수성 전해액은 비닐렌 카보네이트계 화합물, 설톤계 화합물 및 설페이트계 화합물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
The method according to claim 1,
Wherein the non-aqueous electrolytic solution further comprises a vinylene carbonate compound, a sulfone compound, and a sulfate compound.
제 10 항에 있어서,
상기 설톤계 화합물은 1,3-프로판설톤(1,3-propane sultone), 1,4-부탄 설톤 및 1,3-프로펜설톤으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나, 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
11. The method of claim 10,
The sulfone compound may be any one selected from the group consisting of 1,3-propane sultone, 1,4-butane sultone and 1,3-propanesultone, or a mixture of two or more thereof And a lithium secondary battery.
제 10 항에 있어서,
상기 설페이트계 화합물은 에틸렌설페이트, 프로필렌설페이트, 부틸렌설페이트, 펜틸렌설페이트, 헥실렌 설페이트 및 헵틸렌 설페이트로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나, 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
11. The method of claim 10,
Wherein the sulfate compound is any one selected from the group consisting of ethylene sulfate, propylene sulfate, butylene sulfate, pentylene sulfate, hexylene sulfate and heptylene sulfate, or a mixture of two or more thereof. .
제 12 항에 있어서,
상기 비수성 전해액은 LiBF4, 리튬 옥살릴디플루오로보레이트(LiODFB) 또는 이들의 혼합물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
13. The method of claim 12,
Wherein the non-aqueous electrolytic solution further comprises LiBF 4 , lithium oxalyl difluoroborate (LiODFB), or a mixture thereof.
제 1 항에 있어서,
상기 리튬염은 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiN(C2F5SO2)2, LiN(CF3SO2)2, CF3SO3Li, LiC(CF3SO2)3 및 LiC4BO8으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
The method according to claim 1,
The lithium salt is LiPF 6, LiBF 4, LiSbF 6 , LiAsF 6, LiClO 4, LiN (C 2 F 5 SO 2) 2, LiN (CF 3 SO 2) 2, CF 3 SO 3 Li, LiC (CF 3 SO 2 ) 3 and LiC 4 BO 8 , or a mixture of two or more thereof.
제 1 항에 있어서,
상기 음극은 탄소계 음극 활물질을 포함하는 것을 포함하는 리튬 이차 전지.
The method according to claim 1,
Wherein the negative electrode comprises a carbon-based negative active material.
제 15 항에 있어서,
상기 음극 활물질은 흑연질(graphite) 탄소인 것을 포함하는 리튬 이차 전지.
16. The method of claim 15,
Wherein the negative electrode active material is graphite carbon.
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