KR102028645B1 - Lithium secondary battery comprising non-aqueous liquid electrolyte - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리튬 비스플루오로 설포닐 이미드(Lithium bis(fluorosulfonyl)imid; LiFSI) 및 화학식 1로 표시되는 카보디이미드계 화합물을 포함하는 비수성 전해액; 양극 활물질로서 리튬-니켈-망간-코발트계 산화물을 포함하는 양극; 음극; 및 분리막을 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.
본 발명의 리튬 이차 전지용 비수성 전해액을 포함하는 리튬 이차 전지는 상기 비수성 전해액이 초기 충전시 음극에서 견고한 SEI 막을 형성시키고, 고온 사이클 시에 양극 표면의 분해 및 전해액의 산화 반응을 방지할 수 있고, 전해액 중에 형성될 수 있는 불순물인 HF의 형성을 억제하여 양극 활물질의 용출을 억제되므로, 우수한 저온 출력 특성을 발휘할 수 있고, 향상된 고온 저장 특성 및 수명 특성을 발휘할 수 있다.
The present invention provides a non-aqueous electrolyte comprising lithium bisfluoro sulfonyl imide (Lithium bis (fluorosulfonyl) imid; LiFSI) and a carbodiimide compound represented by Formula 1; A positive electrode comprising a lithium-nickel-manganese-cobalt-based oxide as a positive electrode active material; cathode; And it relates to a lithium secondary battery comprising a separator.
Lithium secondary battery comprising a non-aqueous electrolyte for lithium secondary battery of the present invention, the non-aqueous electrolyte can form a solid SEI film at the negative electrode during the initial charge, and can prevent decomposition of the positive electrode surface and oxidation reaction of the electrolyte during high temperature cycle Since the elution of the positive electrode active material is suppressed by suppressing the formation of HF, which is an impurity that may be formed in the electrolyte, excellent low temperature output characteristics can be exhibited and improved high temperature storage characteristics and lifetime characteristics can be exhibited.

Description

비수성 전해액을 포함하는 리튬 이차 전지{LITHIUM SECONDARY BATTERY COMPRISING NON-AQUEOUS LIQUID ELECTROLYTE}Lithium secondary battery containing a non-aqueous electrolyte {LITHIUM SECONDARY BATTERY COMPRISING NON-AQUEOUS LIQUID ELECTROLYTE}

본 발명은 리튬 비스플루오로 설포닐 이미드(Lithium bis(fluorosulfonyl)imid; LiFSI) 및 화학식 1로 표시되는 카보디이미드계 화합물을 포함하는 비수성 전해액, 양극 활물질로서 리튬-니켈-망간-코발트계 산화물을 포함하는 양극, 음극, 및 분리막을 포함하는 것인 리튬 이차전지에 관한 것이다.The present invention is a non-aqueous electrolyte containing lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiFSI) and a carbodiimide compound represented by Formula 1, and a lithium-nickel-manganese-cobalt-based electrode as a positive electrode active material The present invention relates to a lithium secondary battery including an anode, an anode, and a separator including an oxide.

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 increase, the demand for secondary batteries as energy sources is rapidly increasing, and lithium secondary batteries having high energy density and voltage among these secondary batteries are commercially used 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 분리막과 함께 감거나 적층하여 전극군을 만든 다음, 캔 또는 이와 유사한 용기에 넣은 후, 전해액을 주입하여 이차 전지를 제조한다.Lithium metal oxide is used as a positive electrode active material of a lithium secondary battery, and lithium metal, a lithium alloy, crystalline or amorphous carbon or a carbon composite material is used as a negative electrode active material. The active material is applied to a current collector with a suitable thickness and length, or the active material itself is applied in a film shape to form an electrode group by winding or laminating together with a separator, which is an insulator, and then put it in a can or a similar container, and then injecting an electrolyte solution. A secondary battery is manufactured.

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) 막이라고 하는데, 충전 초기에 형성된 SEI 막은 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 유기용매들이 탄소 음극에 함께 코인터컬레이션되어 탄소 음극의 구조를 붕괴시키는 것을 막아 주는 역할을 한다. In such a lithium secondary battery, charging and discharging progress while repeating a process of intercalating and deintercalating lithium ions from a lithium metal oxide of a positive electrode to a graphite electrode of a negative electrode. At this time, lithium is highly reactive and reacts with the carbon electrode to generate Li 2 CO 3 , LiO, LiOH and the like to form a film on the surface of the negative electrode. Such a film is called a solid electrolyte interface (SEI) film, and the SEI film formed at the beginning of charging prevents the reaction between lithium ions and a carbon anode or other material during charging and discharging. It also acts as an ion tunnel, allowing only lithium ions to pass through. The ion tunnel serves to prevent the organic solvents of a large molecular weight electrolyte which solvates lithium ions and move together and are co-intercalated with the carbon anode to decay the structure of the carbon anode.

따라서, 리튬 이차 전지의 고온 사이클 특성 및 저온 출력을 향상시키기 위해서는, 반드시 리튬 이차 전지의 음극에 견고한 SEI 막을 형성하여야만 한다. SEI 막은 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.Therefore, in order to improve the high temperature cycle characteristics and the low temperature output of the lithium secondary battery, a solid SEI film must be formed on the negative electrode of the lithium secondary battery. Once formed, the SEI membrane prevents the reaction between lithium ions and the negative electrode or other materials during repeated charge / discharge cycles, and serves as an ion tunnel that passes only lithium ions between the electrolyte and the negative electrode. Will be performed.

종래에는 전해액 첨가제를 포함하지 않거나 열악한 특성의 전해액 첨가제를 포함하는 전해액의 경우 불균일한 SEI 막의 형성으로 인해 저온 출력 특성의 향상을 기대하기 어려웠다. 더욱이, 전해액 첨가제를 포함하는 경우에도 그 투입량을 필요량으로 조절하지 못하는 경우, 상기 전해액 첨가제로 인해 고온 반응시 양극 표면이 분해되거나 전해액이 산화 반응을 일으켜 궁극적으로 이차 전지의 비가역 용량이 증가하고 출력 특성이 저하되는 문제가 있었다.Conventionally, in the case of an electrolyte solution containing no electrolyte additive or an electrolyte additive having poor properties, it is difficult to expect improvement in low temperature output characteristics due to the formation of a non-uniform SEI film. Furthermore, even when it contains an electrolyte additive, when the input amount cannot be adjusted to the required amount, the electrolyte additive decomposes the surface of the anode during the high temperature reaction or the electrolyte causes an oxidation reaction, ultimately increasing the irreversible capacity of the secondary battery and output characteristics. There was a problem of this deterioration.

한편, 리튬 이차전지는 내부에 수분이 포함될 경우, 전지의 성능을 저하시키는 원인이 될 수 있다. 리튬 이차전지에서 수분은 제조 공정 동안 활물질 내부에 포함되거나, 전해액 중에 미량 존재하는 형태로 포함될 수 있다. 예컨대, 음극 활물질로 사용되는 리튬 티타늄 산화물은 충방전 동안 구조적 변화가 극히 낮아 제로 변형률(zero-strain) 물질로 수명특성이 매우 우수하고, 상대적으로 높은 전압대를 형성하며, 수지상 결정(dendrite)의 발생이 없어, 안전성(safety) 및 안정성(stability)이 매우 우수한 물질로 알려져 있으며, 또한, 수분 내에 충전이 가능한 급속 충전용 전극 특성을 가지고 있는 장점이 있으나, 공기 중의 수분을 흡수하는 성질로 인하여 이를 이용하여 전극을 제작하는 경우, 함유된 수분이 분해되어 다량의 기체를 발생시키는 문제가 있다.On the other hand, the lithium secondary battery may cause a decrease in the performance of the battery, if moisture is included in the inside. In the lithium secondary battery, moisture may be included in the active material during the manufacturing process, or may be included in a small amount present in the electrolyte. For example, lithium titanium oxide, which is used as a negative electrode active material, has a very low structural change during charging and discharging, and thus has a zero-strain material having excellent life characteristics, forming a relatively high voltage band, and It is known as a material having excellent safety and stability because it does not occur, and also has the advantage of having a fast charging electrode that can be charged in a few minutes, but due to the property of absorbing moisture in the air. In the case of manufacturing the electrode by using, there is a problem in that the contained moisture is decomposed to generate a large amount of gas.

또한, 전해액 중에 존재하는 수분은, 충전 과정에서 제공되는 전위 에너지에 의해 전해액과 반응하게 되어, 가스가 발생하여 셀이 부푸는 현상이 일어나는 등, 전지의 신뢰성을 저하시킬 수 있으며, 예컨대 LiPF6 리튬염은 물과 반응하여 강산인 HF를 형성하게 되는데, 형성된 HF는 약염기성을 나타내는 전극 활물질과 자발적으로 반응하여 전극 활물질 성분을 용출시키고, 그 결과 전지의 퇴화를 초래하며, 또한 양극 표면에 불화리튬(LiF)을 형성하여 전극 내 전기저항을 증가시키고 가스를 발생시켜 전지의 수명 저하를 초래하게 된다. 따라서, 전해액 중에서의 HF의 형성을 최대한 억제하여야 할 필요가 있다.In addition, the moisture present in the electrolyte may react with the electrolyte by the potential energy provided in the charging process, thereby deteriorating the reliability of the battery, such as gas generation and swelling of the cell, such as LiPF 6 lithium. The salt reacts with water to form HF, which is a strong acid, which spontaneously reacts with the electrode active material exhibiting weak basicity to elute the electrode active material component, resulting in degradation of the battery, and also lithium fluoride on the surface of the positive electrode. (LiF) is formed to increase the electrical resistance in the electrode and generate gas to cause a decrease in the life of the battery. Therefore, it is necessary to suppress formation of HF in electrolyte solution as much as possible.

본 발명의 해결하고자 하는 과제는 저온 및 상온 출력 특성을 개선할 수 있을 뿐 아니라, 상온 및 고온 사이클 특성, 및 고온 저장 후 용량 특성을 향상시킬 수 있고, 전극 내에서 불순물인 HF의 생성을 억제하여 부반응을 저감시켜 양극의 용출을 억제할 수 있으며, 또한 안정한 피막을 형성할 수 있는 리튬 이차 전지용 비수성 전해액 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지를 제공하는 것이다.The problem to be solved of the present invention is not only to improve the low temperature and room temperature output characteristics, but also to improve the room temperature and high temperature cycle characteristics, and the capacity characteristics after high temperature storage, and to suppress the generation of HF as an impurity in the electrode The present invention provides a non-aqueous electrolyte solution for a lithium secondary battery and a lithium secondary battery including the same, by which side reactions can be reduced to suppress elution of the positive electrode and can form a stable film.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 리튬 비스플루오로 설포닐 이미드(Lithium bis(fluorosulfonyl)imid; LiFSI) 및 화학식 1로 표시되는 카보디이미드계 화합물을 포함하는 비수성 전해액, 양극 활물질로서 리튬-니켈-망간-코발트계 산화물을 포함하는 양극, 음극, 및 분리막을 포함하는 것인 리튬 이차전지를 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a non-aqueous electrolyte solution containing lithium bis (fluorosulfonyl) imid (LiFSI) and a carbodiimide compound represented by Formula 1, and lithium- as a positive electrode active material. It provides a lithium secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and a separator comprising a nickel-manganese-cobalt-based oxide.

본 발명의 리튬 이차 전지용 비수성 전해액을 포함하는 리튬 이차 전지는 상기 비수성 전해액이 초기 충전시 음극에서 견고한 SEI 막을 형성시키고, 고온 사이클 시에 양극 표면의 분해 및 전해액의 산화 반응을 방지할 수 있고, 전해액 중에 형성될 수 있는 불순물인 HF의 형성을 억제하여 양극 활물질의 용출을 억제되므로, 우수한 저온 출력 특성을 발휘할 수 있고, 향상된 고온 저장 특성 및 수명 특성을 발휘할 수 있다.Lithium secondary battery comprising a non-aqueous electrolyte for lithium secondary battery of the present invention, the non-aqueous electrolyte can form a solid SEI film at the negative electrode during the initial charge, and can prevent decomposition of the positive electrode surface and oxidation reaction of the electrolyte during high temperature cycle Since the elution of the positive electrode active material is suppressed by suppressing the formation of HF, which is an impurity that may be formed in the electrolyte, excellent low temperature output characteristics can be exhibited and improved high temperature storage characteristics and lifetime characteristics can be exhibited.

이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 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 more detail to aid in understanding the present invention. The terms or words used in this specification and claims are not to be construed as limiting in their usual or dictionary meanings, and the inventors may appropriately define the concept of terms in order to best explain their invention in the best way possible. It should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention based on the principle that the present invention.

본 발명의 리튬 이차전지는 리튬 비스플루오로 설포닐 이미드(Lithium bis(fluorosulfonyl)imid; LiFSI) 및 하기 화학식 1로 표시되는 카보디이미드계 화합물을 포함하는 비수성 전해액; 양극 활물질로서 리튬-니켈-망간-코발트계 산화물을 포함하는 양극; 음극; 및 분리막을 포함한다. The lithium secondary battery of the present invention is a lithium non-aqueous electrolyte solution containing a lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiFSI) and a carbodiimide compound represented by the formula (1); A positive electrode comprising a lithium-nickel-manganese-cobalt-based oxide as a positive electrode active material; cathode; And separators.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112015094832095-pat00001
Figure 112015094832095-pat00001

상기 화학식 1에 있어서, 상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 12의 알킬, 또는 탄소수 3 내지 12의 시클로알킬이다.In Formula 1, R 1 and R 2 are each independently alkyl having 1 to 12 carbons or cycloalkyl having 3 to 12 carbons.

본 명세서에 사용되는 용어 '알킬'은 다른 언급이 없으면, 직쇄형, 고리형 또는 분지형의 탄화수소 잔기를 의미한다. As used herein, the term 'alkyl' means a straight, cyclic or branched hydrocarbon moiety unless stated otherwise.

본 명세서에 사용되는 용어 '사이클로알킬'은 다른 언급이 없으면 사이클로프로필 등을 포함한 환상 알킬을 나타낸다.The term cycloalkyl, as used herein, unless otherwise indicated, refers to cyclic alkyl including cyclopropyl and the like.

상기 비수성 전해액은 리튬 비스플루오로 설포닐 이미드(Lithium bis(fluorosulfonyl)imid; LiFSI) 및 화학식 1로 표시되는 카보디이미드계 화합물을 포함하며, 상기 리튬비스플루오로설포닐이미드는 리튬염으로서 비수성 전해액에 첨가되어, 음극에 견고하고, 얇은 SEI 막을 형성함으로써 저온 출력 특성을 개선시킴은 물론, 고온 사이클 작동시 발생할 수 있는 양극 표면의 분해를 억제하고 전해액의 산화 반응을 방지할 수 있고, 상기 화학식 1로 표시되는 카보디이미드계 화합물은 비수성 전해액에 첨가되어, 이를 포함하는 리튬 이차전지의 상온 용량 특성 및 출력 특성을 향상시킬 수 있고, 또한 화학식 1로 표시되는 카보디이미드계 화합물을 포함하므로, 상기 화학식 1로 표시되는 카보디이미드계 화합물이 전극 내에서 수분에 대한 스캐빈저(scavenger)로 작용하여, 결과적으로 전해액 내에서 수분의 영향으로 형성될 수 있는 불순물인 HF의 함량을 낮춤으로써, 상기 HF가 양극 활물질을 용출하게 되는 것을 방지할 수 있으며, HF와 양극 활물질 간의 반응을 통해 형성된 양극 표면의 불화리튬(LiF)이 전극 내 전기저항을 증가시키고 가스를 발생시켜 전지의 수명 저하를 초래하게 되는 것을 방지할 수 있다. 이로써, 결과적으로 전지가 열화되는 것을 방지하는 효과를 발휘할 수 있다.The non-aqueous electrolyte solution includes lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiFSI) and a carbodiimide compound represented by Formula 1, wherein the lithium bisfluorosulfonyl imide is a lithium salt. It can be added to the non-aqueous electrolyte to form a solid, thin SEI film on the cathode to improve the low temperature output characteristics, to suppress decomposition of the surface of the anode that may occur during high temperature cycle operation, and to prevent oxidation reaction of the electrolyte, The carbodiimide-based compound represented by Formula 1 may be added to a non-aqueous electrolyte solution to improve room temperature capacity characteristics and output characteristics of a lithium secondary battery including the same, and further to provide a carbodiimide-based compound represented by Formula 1 Since the carbodiimide-based compound represented by Formula 1 acts as a scavenger for moisture in the electrode As a result, by lowering the content of HF, which is an impurity that may be formed under the influence of moisture in the electrolyte, it is possible to prevent the HF from eluting the positive electrode active material, and the surface of the positive electrode formed through the reaction between HF and the positive electrode active material. It is possible to prevent the lithium fluoride (LiF) from increasing the electrical resistance in the electrode and generating gas to cause the life of the battery to decrease. Thereby, the effect which can prevent a battery from deteriorating as a result can be exhibited.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 리튬비스플루오로설포닐이미드는 비수성 전해액 중의 농도가 0.01 mole/ℓ 내지 2 mole/ℓ일 수 있고, 구체적으로 0.01 mole/ℓ 내지 1 mole/ℓ일 수 있다. 상기 리튬비스플루오로설포닐이미드의 농도가 0.1 mole/ℓ 보다 적으면 리튬 이차 전지의 저온 출력 개선 및 고온 사이클 특성의 개선의 효과가 미미하고, 상기 리튬비스플루오로설포닐이미드의 농도가 2 mole/ℓ를 초과하면 전지의 충방전시 전해액 내의 부반응이 과도하게 발생하여 스웰링(swelling) 현상이 일어날 수 있고, 전해액 중에서 금속으로 이루어진 양극, 또는 음극 집전체의 부식을 유발할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the lithium bisfluorosulfonylimide may have a concentration in the non-aqueous electrolyte solution of 0.01 mole / l to 2 mole / l, specifically 0.01 mole / l to 1 mole / l have. When the concentration of the lithium bisfluorosulfonylimide is less than 0.1 mole / l, the effect of improving the low temperature output and the high temperature cycle characteristics of the lithium secondary battery is insignificant, and the concentration of the lithium bisfluorosulfonylimide is When more than 2 mole / l side reactions in the electrolyte during the charge and discharge of the battery excessively swelling (swelling) may occur, it may cause corrosion of the positive electrode or negative electrode current collector made of metal in the electrolyte.

이러한 부반응을 방지하기 위해, 본 발명의 비수성 전해액은 리튬염을 더 포함할 수 있다. 상기 리튬염은 당 분야에서 통상적으로 사용되는 리튬염을 사용할 수 있으며, 예를 들어 LiPF6, LiAsF6, LiCF3SO3, LiBF6, LiN(CF3SO2)2, LiSbF6, LiN(C2F5SO2)2, LiAlO4, LiAlCl4, 및 LiClO4로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다.In order to prevent such side reactions, the non-aqueous electrolyte of the present invention may further include a lithium salt. The lithium salt may be used a lithium salt commonly used in the art, for example LiPF 6 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiBF 6 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiSbF 6 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiAlO 4 , LiAlCl 4 , and LiClO 4 may be any one selected from the group consisting of, or a mixture of two or more thereof.

상기 리튬염과 리튬 비스플루오로 설포닐 이미드의 혼합비는 몰비로서, 1:0.01 내지 1일 수 있다. 상기 리튬염과 리튬 비스플루오로 설포닐 이미드의 혼합비가 상기 몰비의 범위 이상인 경우, 전지의 충방전시 전해액 내의 부반응이 과도하게 발생하여 스웰링(swelling) 현상이 일어날 수 있고, 상기 몰비 범위 이하인 경우, 생성되는 이차전지의 출력 향상이 저하될 수 있다. 구체적으로, 상기 리튬염과 리튬 비스플루오로 설포닐 이미드의 혼합비가 몰비로서, 1:0.01 미만인 경우, 리튬 이온 전지에서 SEI 피막을 형성하는 과정, 및 카보네이트계 용매에 의하여 용매화된 리튬 이온이 음극 사이에 삽입되는 과정에서 다수 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 미비할 수 있다. 상기 리튬염과 리튬 비스플루오로 설포닐 이미드의 혼합비가 몰비로서, 1:1 초과인 경우 과도한 용량의 리튬 비스플루오로 설포닐 이미드가 전해액에 포함되어 충 방전 진행시에 전극 집전체의 부식을 일으켜 이차전지의 안정성에 영향을 줄 수 있다.The mixing ratio of the lithium salt and lithium bisfluoro sulfonyl imide may be 1: 0.01 to 1 as molar ratio. When the mixing ratio of the lithium salt and lithium bisfluoro sulfonyl imide is greater than or equal to the molar ratio, side reactions in the electrolyte may occur excessively during charging and discharging of the battery, and a swelling phenomenon may occur. In this case, output improvement of the generated secondary battery may be reduced. Specifically, when the mixing ratio of the lithium salt and lithium bisfluoro sulfonyl imide is less than 1: 0.01, a process of forming an SEI film in a lithium ion battery, and lithium ions solvated by a carbonate solvent In the process of being inserted between the negative electrode, a large number of irreversible reactions may occur, and by the peeling of the negative electrode surface layer (for example, the carbon surface layer) and the decomposition of the electrolyte, the low temperature output of the secondary battery may be improved, the high temperature storage may be performed, The effect of improving the dose characteristics may be insignificant. When the mixing ratio of the lithium salt and the lithium bisfluoro sulfonyl imide is a molar ratio, when the ratio is greater than 1: 1, lithium bisfluoro sulfonyl imide of excessive capacity is included in the electrolyte to prevent corrosion of the electrode current collector during charging and discharging. This may affect the stability of the secondary battery.

상기 리튬-니켈-망간-코발트계 산화물인 양극 활물질은, 이하 화학식 2로 표시되는 산화물을 포함하는 것일 수 있다.The positive electrode active material which is the lithium-nickel-manganese-cobalt-based oxide may include an oxide represented by Formula 2 below.

[화학식 2][Formula 2]

Li1 + x(NiaCobMnc)O2 Li 1 + x (Ni a Co b Mn c ) O 2

상기 화학식 2에서, 0.55≤a≤0.65, 0.18≤b≤0.22, 0.18≤c≤0.22, -0.2≤x≤0.2, 및 x+a+b+c+=1이다.In Formula 2, 0.55 ≦ a ≦ 0.65, 0.18 ≦ b ≦ 0.22, 0.18 ≦ c ≦ 0.22, −0.2 ≦ x ≦ 0.2, and x + a + b + c + = 1.

상기 리튬-니켈-망간-코발트계 산화물인 양극 활물질을 양극에 이용함으로써, 리튬 비스 플로오로 설포닐 이미드와 조합되어 상승 작용을 가질 수 있다. 리튬-니켈-망간-코발트계 산화물 양극 활물질은 전이 금속 중 Ni의 함량이 증가할수록 충방전 과정에서 상기 양극활물질의 층상 구조내의 Li +1가 이온과 Ni +2가 이온의 자리가 바뀌는 현상 (cation mixing)이 발생하여 그 구조가 붕괴되고, 이에 상기 양극활물질은 전해액과 부반응을 일으키거나, 전이금속의 용출현상 등이 나타난다. 이는 Li +1가 이온과 Ni +2가 이온의 크기가 유사하기 때문에 발생되는 것이다. 결국 상기 부반응을 통하여 이차 전지 내부의 전해액 고갈과 양극활물질의 구조 붕괴로 전지의 성능이 쉽게 저하된다. By using the positive electrode active material, which is the lithium-nickel-manganese-cobalt-based oxide, for the positive electrode, it may be combined with lithium bisfluoro sulfonyl imide to have a synergistic effect. In the lithium-nickel-manganese-cobalt-based oxide positive electrode active material, Li + 1 ions and Ni + 2 ions in the layered structure of the positive electrode active material change as the Ni content increases in the transition metal. mixing) occurs and the structure thereof collapses, and the cathode active material causes side reactions with the electrolyte, or dissolution of transition metals. This occurs because Li +1 ions and Ni +2 ions have similar sizes. As a result, the performance of the battery is easily degraded due to electrolyte depletion and structural collapse of the positive electrode active material inside the secondary battery.

그렇기 때문에 본 발명의 일 실시예에 따른 화학식 2의 양극활물질에 LiFSI 적용 전해액을 사용하여 양극 표면에 LiFSI에 기인한 성분으로 layer층을 형성하여 Li +1가 이온과 Ni +2가 이온의 cation mixing 현상을 억제하면서도, 양극 활물질의 용량 확보를 위한 충분한 니켈 전이금속량을 확보할 수 있는 범위를 찾아내었다. 본 발명의 상기 화학식 2에 따른 산화물을 포함하는 양극 활물질에 의하면 LiFSI 적용 전해액을 사용할 시에 전해액과 부반응, metal 용출현상 등을 효과적으로 억제할 수 있다. Therefore, using LiFSI applied electrolyte to the positive electrode active material of Formula 2 according to an embodiment of the present invention to form a layer layer of the LiFSI-based components on the surface of the anode cation mixing of Li + 1 ions and Ni + 2 ions While suppressing the phenomenon, a range was found in which sufficient nickel transition metal amount for securing the capacity of the positive electrode active material could be secured. According to the cathode active material including the oxide according to Chemical Formula 2 of the present invention, when using a LiFSI-applied electrolyte, it is possible to effectively suppress the electrolyte, side reactions, metal dissolution and the like.

특히, 상기 화학식 2로 표시되는 산화물에서 Ni 전이금속의 비가 0.65를 초과하는 경우에는 과량의 Ni이 양극 활물질 내에 포함됨으로 인하여, 상술한 전극 표면의 LiFSI로 생성된 layer층에 의해서도 Li +1가 이온과 Ni +2가 이온의 cation mixing 현상을 억제하지 못할 수 있다.In particular, when the ratio of the Ni transition metal in the oxide represented by Formula 2 exceeds 0.65, since the excess Ni is included in the positive electrode active material, Li + 1 is also ionized by the layer layer formed of LiFSI on the electrode surface described above. And Ni +2 may not suppress cation mixing of ions.

또한, 과량의 Ni 전이금속이 양극 활물질 내에 포함시 Ni의 산화수 변동에 따라 고온 등의 환경에서 d 궤도를 가지는 니켈 전이금속이 배위 결합시 정팔면체 구조를 가져야 하나 외부의 에너지 공급에 의하여, 에너지 레벨의 순서가 뒤바뀌거나, 산화수가 변동되어(불균일화 반응) 뒤틀어진 팔면체를 형성하게 된다. 결과적으로 니켈 전이 금속을 포함하는 양극 활물질의 결정 구조가 변형되어 양극 활물질 내의 니켈 금속이 용출될 확률이 높아진다.In addition, when an excessive amount of Ni transition metal is included in the positive electrode active material, a nickel transition metal having a d-orbit should have an octahedral structure in coordination bonds at high temperature or the like due to variation in the oxidation number of Ni. The order is reversed, or the oxidation number is varied (heterogeneous reaction) to form a distorted octahedron. As a result, the crystal structure of the positive electrode active material including the nickel transition metal is deformed to increase the probability of eluting nickel metal in the positive electrode active material.

결과적으로, 본 발명자들은 상기 화학식 2의 범위에 따른 산화물을 포함하는 양극 활물질과 LiFSI 염 조합시에 높은 출력을 생성하면서도, 고온 안정성 및 용량 특성에서 우수한 효율을 나타내는 것을 확인하였다.As a result, the present inventors have confirmed that while producing a high output when the positive electrode active material including the oxide according to the range of the formula (2) and LiFSI salt combination, while showing a high efficiency in high temperature stability and capacity characteristics.

상기 화학식 2의 산화물을 포함하는 양극 활물질과 LiFSI 리튬염 조합시 높은 출력과 안정성을 가지지만 전해액은 고출력의 환경에서 분해될 수 있고, 음극의 붕괴가 유발될 수 도 있다. 이에 상기 첨가제들을 조합하여 비수전해액에 포함하는 경우, 생성되는 이차전지의 고온에서의 안정성을 확보할 수 있다.When the positive electrode active material including the oxide of Formula 2 and LiFSI lithium salt combination has a high output and stability, the electrolyte may be decomposed in a high power environment, may cause the breakdown of the negative electrode. In the case where the additives are included in the nonaqueous electrolyte, the secondary battery may be stable at high temperatures.

리튬염인 LiPF6 의 경우, 열적 안전성이 부족한 전해액은 전지 내에서 쉽게 분해되어 LiF와 PF5를 형성한다. 이때, LiF 염은 전도도와 자유 Li+ 이온의 수를 줄여 전지의 저항을 증가시키고 결과적으로 전지의 용량을 감소시킨다. 즉, 고온 사이클 작동시 발생할 수 있는 양극 표면에서의 PF6 - 이온의 상기와 같은 분해를 Esa, FEC가 음이온 receptor로 작용하여 안정적으로 PF6 - 를 형성할 수 있도록 유도하며, Li+와 PF6 -의 이온쌍 분리를 증가시키고, 이로 인해 전해액 내부에서의 LiF의 가용성을 개선시켜, 계면 저항을 낮출 수 있다.LiPF 6 Lithium Salt In the case of, the electrolyte lacking thermal safety easily decomposes in the cell to form LiF and PF 5 . At this time, the LiF salt reduces the conductivity and the number of free Li + ions, thereby increasing the resistance of the cell and consequently reducing the capacity of the cell. That is, Esa and FEC act as anion receptors to stably form PF 6 - to the stable decomposition of PF 6 - ions at the anode surface that may occur during high temperature cycle operation. Li + and PF 6 It is possible to increase the ion pair separation of-, thereby improving the solubility of LiF in the electrolyte, thereby lowering the interfacial resistance.

상기 비수성 전해액은 비수성 유기 용매를 포함하고, 상기 비수성 유기 용매로는, 전지의 충방전 과정에서 산화 반응 등에 의한 분해가 최소화될 수 있고, 첨가제와 함께 목적하는 특성을 발휘할 수 있는 것이라면 제한이 없고, 예를 들어 니트릴계 용매, 환형 카보네이트, 선형 카보네이트, 에스테르, 에테르 또는 케톤 등일 수 있다. 이들은 단독으로 사용될 수 있고, 2종 이상이 조합하여 사용될 수 있다. The non-aqueous electrolyte may include a non-aqueous organic solvent, and the non-aqueous organic solvent may be minimized as long as decomposition by an oxidation reaction or the like may be minimized during charging and discharging of the battery, and may exhibit desired properties with an additive. Free, for example nitrile solvents, cyclic carbonates, linear carbonates, esters, ethers or ketones. These may be used alone, or two or more thereof may be used in combination.

상기 유기 용매들 중 카보네이트계 유기 용매가 용이하게 이용될 수 있는데, 상기 환형 카보네이트는 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌카보네이트(PC) 및 부틸렌 카보네이트(BC)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물이고, 선형 카보네이트는 디메틸카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트(DPC), 에틸메틸카보네이트(EMC), 메틸프로필카보네이트(MPC) 및 에틸프로필 카보네이트(EPC)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다.Carbonate-based organic solvents of the organic solvents can be easily used, the cyclic carbonate is any one selected from the group consisting of ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC) and butylene carbonate (BC) or two of them A mixture of two or more species, the linear carbonate consists of dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate (DPC), ethylmethyl carbonate (EMC), methylpropyl carbonate (MPC) and ethylpropyl carbonate (EPC) It may be any one selected from the group or a mixture of two or more thereof.

상기 니트릴계 용매는 아세토니트릴, 프로피오니트릴, 부티로니트릴, 발레로니트릴, 카프릴로니트릴, 헵탄니트릴, 싸이클로펜탄 카보니트릴, 싸이클로헥산 카보니트릴, 2-플루오로벤조니트릴, 4-플루오로벤조니트릴, 다이플루오로벤조니트릴, 트리플루오로벤조니트릴, 페닐아세토니트릴, 2-플루오로페닐아세토니트릴, 4-플루오로페닐아세토니트릴로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것일 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따른 비수성 용매는 아세토 니트릴을 이용할 수 있다. The nitrile solvents include acetonitrile, propionitrile, butyronitrile, valeronitrile, caprylonitrile, heptanenitrile, cyclopentane carbonitrile, cyclohexane carbonitrile, 2-fluorobenzonitrile and 4-fluorobenzonitrile , Difluorobenzonitrile, trifluorobenzonitrile, phenylacetonitrile, 2-fluorophenylacetonitrile, 4-fluorophenylacetonitrile may be one or more selected from the group consisting of, one embodiment of the present invention Acetonitrile may be used as the non-aqueous solvent according to the example.

아세토 니트릴계 용매를 이용함으로써, 상기 리튬-니켈-망간-코발트계 산화물인 양극 활물질을 양극에 이용함으로써, 리튬 비스 플로오로 설포닐 이미드와 조합으로 인한 고출력 전지의 안정성 저하에 따른 부작용을 효과적으로 방지할 수 있다.By using an acetonitrile solvent, the positive electrode active material, which is the lithium-nickel-manganese-cobalt-based oxide, is used for the positive electrode, thereby effectively preventing side effects due to deterioration in stability of the high-output battery due to the combination with lithium bisfluoro sulfonyl imide can do.

본 발명의 일례에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 카보디이미드계 화합물은 구체적으로 상기 R1 및 R2가 각각 독립적으로 탄소수 3 내지 8의 시클로알킬인 것일 수 있으며, 더욱 구체적으로 하기 화학식 3으로 표시되는 디시클로헥실메탄디이민일 수 있다. In one example of the present invention, the carbodiimide-based compound represented by Formula 1 may be specifically R 1 and R 2 may each independently be a cycloalkyl having 3 to 8 carbon atoms, more specifically It may be the dicyclohexyl methane diimine represented.

[화학식 3][Formula 3]

Figure 112015094832095-pat00002
Figure 112015094832095-pat00002

상기 화학식 1로 표시되는 카보디이미드계 화합물의 함량은 상기 비수 전해액 총 중량을 기준으로 0.001 내지 3 중량%일 수 있고, 구체적으로 0.005 내지 1 중량%일 수 있으며, 더욱 구체적으로 0.005 내지 0.1 중량%일 수 있다. Carbodiimide-based compound represented by the formula (1) may be 0.001 to 3% by weight, specifically 0.005 to 1% by weight, more specifically 0.005 to 0.1% by weight based on the total weight of the non-aqueous electrolyte Can be.

상기 카보디이미드계 화합물의 함량이 0.001 중량% 이상일 경우, 카보디이미드계 화합물의 첨가로 인한 적절한 효과를 기대할 수 있으며, 상기 카보디이미드계 화합물의 함량이 3 중량% 이하일 경우, 적절한 정도로 효과를 발휘하면서도 전지의 비가역 용량을 증가시키거나 과량의 카보디이미드계 화합물이 전해액 내에서 리튬 이온의 이동을 막는 등의 문제를 방지할 수 있다. When the content of the carbodiimide-based compound is 0.001% by weight or more, an appropriate effect can be expected due to the addition of the carbodiimide-based compound, when the content of the carbodiimide-based compound is 3% by weight or less, the effect to an appropriate degree While exhibiting, it is possible to prevent problems such as increasing the irreversible capacity of the battery or preventing excess of carbodiimide-based compounds from moving lithium ions in the electrolyte.

상기 화학식 1로 표시되는 카보디이미드계 화합물의 함량은 리튬 비스 플루오로 설포닐 이미드의 첨가량에 따라 조절 가능하며, 따라서 상기 리튬 비스 플루오로 설포닐 이미드 및 카보디이미드계 화합물은 100 : 0.02 내지 35의 중량비로 사용될 수 있고, 구체적으로 100 : 0.1 내지 12의 중량비로 사용될 수 있으며, 더욱 구체적으로 100 : 0.1 내지 1의 중량비로 사용될 수 있다. The content of the carbodiimide compound represented by Chemical Formula 1 may be adjusted according to the amount of lithium bis fluoro sulfonyl imide added, and thus the lithium bis fluoro sulfonyl imide and carbodiimide compound may be 100: 0.02. It may be used in a weight ratio of 35 to 35, specifically, it may be used in a weight ratio of 100: 0.1 to 12, and more specifically may be used in a weight ratio of 100: 0.1 to 1.

상기 리튬 비스 플루오로 설포닐 이미드와 상기 화학식 1로 표시되는 카보디이미드계 화합물이 100 : 0.02 내지 35의 중량비로 사용될 경우, 상기 리튬 비스 플루오로 설포닐 이미드 첨가에 따라 발생될 수 있는 리튬 이차전지의 상온에서의 전지 충방전시 전해액 내의 부반응을 상기 카보디이미드계 화합물이 적절히 억제할 수 있으면서도, 음극의 내구성을 향상시킬 수 있는 추가적인 효과를 발휘할 수 있다.When the lithium bis fluoro sulfonyl imide and the carbodiimide compound represented by Chemical Formula 1 are used in a weight ratio of 100: 0.02 to 35, lithium may be generated by the addition of the lithium bis fluoro sulfonyl imide. While the carbodiimide-based compound can appropriately suppress side reactions in the electrolyte during battery charging and discharging at room temperature of the secondary battery, the secondary battery can exhibit an additional effect of improving durability of the negative electrode.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르는 리튬 이차 전지는 음극, 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 분리막 및 상기 비수성 전해액을 포함할 수 있다. 상기 양극 및 음극은 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 양극 활물질 및 음극 활물질을 포함할 수 있다. On the other hand, a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention may include a negative electrode, a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode and the non-aqueous electrolyte. The positive electrode and the negative electrode may each include the positive electrode active material and the negative electrode active material according to an embodiment of the present invention.

한편, 상기 음극 활물질로는 비정질 카본 또는 정질 카본을 포함하며, 구체적으로는 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1 - xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, 및 Bi2O5 등의 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni계 재료 등을 사용할 수 있다.On the other hand, the negative electrode active material includes amorphous carbon or crystalline carbon, specifically, carbon such as non-graphitized carbon, graphite-based carbon; LixFe 2 O 3 (0 ≦ x ≦ 1), LixWO 2 (0 ≦ x1 ), SnxMe 1 - x Me ' y O z (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P , Metal complex oxides such as Si, Group 1, 2, 3 Group elements of the periodic table, halogen, 0 <x ≦ 1, 1 ≦ y ≦ 3, 1 ≦ z ≦ 8); Lithium metal; Lithium alloys; Silicon-based alloys; Tin-based alloys; SnO, SnO 2 , PbO, PbO 2 , Pb 2 O 3 , Pb 3 O 4 , Sb 2 O 3 , Sb 2 O 4 , Sb 2 O 5 , GeO, GeO 2 , Bi 2 O 3 , Bi 2 O 4 , And oxides such as Bi 2 O 5 ; Conductive polymers such as polyacetylene; Li-Co-Ni-based materials and the like can be used.

또한, 상기 분리막은 다공성 고분자 필름, 예를 들어 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독 중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체 및 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름이 단독으로 또는 2종 이상이 적층된 것일 수 있다. 이 외에 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포를 사용할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, the separator is a porous polymer film, for example, a porous polymer film made of a polyolefin-based polymer such as ethylene homopolymer, propylene homopolymer, ethylene / butene copolymer, ethylene / hexene copolymer and ethylene / methacrylate copolymer This may be a single or two or more laminated. In addition to the above, conventional porous nonwoven fabrics such as high-melting glass fibers, polyethylene terephthalate fibers, and the like may be used, but are not limited thereto.

상기 이차전지는 원통형, 각형, 파우치형 등 수행되는 목적에 따라 다양한 것이고, 당업계에 공지된 구성에 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지는 파우치형 이차전지 일 수 있다.The secondary battery is various according to the purpose of performing the cylindrical, square, pouch type and the like, and is not limited to the configuration known in the art. Lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention may be a pouch type secondary battery.

이하 실시예 및 실험예를 들어 더욱 설명하나, 본 발명이 이들 실시예 및 실험예에 의해 제한되는 것은 아니다.Although the following Examples and Experimental Examples will be further described, the present invention is not limited to these Examples and Experimental Examples.

실시예 Example

실시예 1Example 1

[전해액의 제조]Preparation of Electrolyte

에틸렌 카보네이트(EC): 에틸 메틸 카보네이트(EMC) 3:7 (부피비)의 조성을 갖는 비수성 유기 용매 및 리튬염으로서 비수성 전해액 총량을 기준으로 LiPF6 0.9 mol/ℓ를 첨가하고, 리튬비스플루오로설포닐이미드 0.1 mol/ℓ 및 디시클로헥실메탄디이민 0.02 중량%를 첨가하여 비수성 전해액을 제조하였다.Ethylene carbonate (EC): Non-aqueous organic solvent and lithium salt having a composition of ethyl methyl carbonate (EMC) 3: 7 (volume ratio), LiPF 6 based on the total amount of the non-aqueous electrolyte. 0.9 mol / l was added, and 0.1 mol / l of lithium bisfluorosulfonylimide and 0.02% by weight of dicyclohexylmethanediimine were added to prepare a non-aqueous electrolyte solution.

[리튬 이차 전지의 제조][Manufacture of Lithium Secondary Battery]

양극 활물질로서 Li(Ni0.6Co0.2Mn0.2)O2 92 중량%, 도전제로 카본 블랙(carbon black) 4 중량%, 바인더로 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVdF) 4 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.92% by weight of Li (Ni 0.6 Co 0.2 Mn 0.2 ) O 2 as a positive electrode active material, 4% by weight of carbon black as a conductive agent, and 4% by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder, N-methyl- A positive electrode mixture slurry was prepared by addition to 2-pyrrolidone (NMP). The positive electrode mixture slurry was applied to a thin film of aluminum (Al), which is a positive electrode current collector having a thickness of about 20 μm, dried to prepare a positive electrode, and then subjected to roll press to prepare a positive electrode.

또한, 음극 활물질로 탄소 분말, 바인더로 PVdF, 도전제로 카본 블랙(carbon black)을 각각 96 중량%, 3 중량% 및 1 중량%로 하여 용매인 NMP에 첨가하여 음극 혼합물 슬러리를 제조하였다. 상기 음극 혼합물 슬러리를 두께 10 ㎛의 음극 집전체인 구리(Cu) 박막에 도포하고, 건조하여 음극을 제조한 후, 롤 프레스(roll press)를 실시하여 음극을 제조하였다.Further, a negative electrode mixture slurry was prepared by adding carbon powder as a negative electrode active material, PVdF as a binder, and carbon black as a conductive agent at 96 wt%, 3 wt%, and 1 wt%, respectively, to NMP as a solvent. The negative electrode mixture slurry was applied to a thin film of copper (Cu), which is a negative electrode current collector having a thickness of 10 μm, and dried to prepare a negative electrode, followed by a roll press to prepare a negative electrode.

이와 같이 제조된 양극과 음극을 폴리프로필렌/폴리에틸렌/폴리프로필렌 (PP/PE/PP) 3층으로 이루어진 분리막과 함께 통상적인 방법으로 폴리머형 전지 제작 후, 제조된 상기 비수성 전해액을 주액하여 리튬 이차 전지의 제조를 완성하였다.The positive electrode and the negative electrode prepared as described above were manufactured with a polymer battery by a conventional method with a separator composed of three layers of polypropylene / polyethylene / polypropylene (PP / PE / PP), followed by pouring the prepared non-aqueous electrolyte solution into a lithium secondary battery. The manufacture of the battery was completed.

실시예 2Example 2

LiPF6 0.7 mol/ℓ 및 리튬비스플루오로설포닐이미드 0.3 mol/ℓ로 그 양을 달리한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 하여 비수성 전해액 및 리튬 이차전지를 제조하였다.LiPF 6 A non-aqueous electrolyte solution and a lithium secondary battery were prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount was changed to 0.7 mol / L and 0.3 mol / L of lithium bisfluorosulfonylimide.

실시예 3Example 3

LiPF6 0.5 mol/ℓ 및 리튬비스플루오로설포닐이미드 0.5 mol/ℓ로 그 양을 달리한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 하여 비수성 전해액 및 리튬 이차전지를 제조하였다.LiPF 6 A non-aqueous electrolyte solution and a lithium secondary battery were prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount was changed to 0.5 mol / l and 0.5 mol / l of lithium bisfluorosulfonylimide.

실시예 4Example 4

LiPF6 0.8 mol/ℓ 및 리튬비스플루오로설포닐이미드 0.2 mol/ℓ로 그 양을 달리한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 하여 비수성 전해액 및 리튬 이차전지를 제조하였다.LiPF 6 A non-aqueous electrolyte solution and a lithium secondary battery were prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount was changed to 0.8 mol / l and 0.2 mol / l of lithium bisfluorosulfonylimide.

실시예 5Example 5

LiPF6 0.3 mol/ℓ 및 리튬비스플루오로설포닐이미드 0.7 mol/ℓ로 그 양을 달리한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 하여 비수성 전해액 및 리튬 이차전지를 제조하였다.LiPF 6 A non-aqueous electrolyte solution and a lithium secondary battery were prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount thereof was changed to 0.3 mol / L and 0.7 mol / L of lithium bisfluorosulfonylimide.

실시예 6Example 6

상기 디시클로헥실메탄디이민을 0.05 중량%로 사용한 것을 제외하고는, 실시예 2와 동일하게 하여 비수성 전해액 및 리튬 이차전지를 제조하였다.A non-aqueous electrolyte solution and a lithium secondary battery were prepared in the same manner as in Example 2, except that the dicyclohexylmethanedimine was used at 0.05% by weight.

실시예 7Example 7

상기 디시클로헥실메탄디이민을 3 중량%로 사용한 것을 제외하고는, 실시예 2와 동일하게 하여 비수성 전해액 및 리튬 이차전지를 제조하였다.A non-aqueous electrolyte solution and a lithium secondary battery were prepared in the same manner as in Example 2, except that dicyclohexylmethanedimine was used at 3% by weight.

비교예 1Comparative Example 1

상기 양극활물질로서 Li(Ni0.5Co0.3Mn0.2)O2를 이용한 것을 제외하고는, 실시예 2와 동일하게 비수성 전해액 및 리튬 이차 전지를 제조하였다.A non-aqueous electrolyte solution and a lithium secondary battery were prepared in the same manner as in Example 2, except that Li (Ni 0.5 Co 0.3 Mn 0.2 ) O 2 was used as the cathode active material.

비교예 2Comparative Example 2

상기 양극활물질로서 Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2를 이용한 것을 제외하고는, 실시예 2와 동일하게 비수성 전해액 및 리튬 이차 전지를 제조하였다.A non-aqueous electrolyte solution and a lithium secondary battery were prepared in the same manner as in Example 2, except that Li (Ni 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 ) O 2 was used as the cathode active material.

비교예 3Comparative Example 3

LiPF6 0.5 mol/ℓ 및 리튬비스플루오로설포닐이미드 0.5 mol/ℓ로 그 양을 달리한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일하게 하여 비수성 전해액 및 리튬 이차전지를 제조하였다.LiPF 6 A non-aqueous electrolyte solution and a lithium secondary battery were prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that the amount was changed to 0.5 mol / l and 0.5 mol / l of lithium bisfluorosulfonylimide.

비교예 4Comparative Example 4

리튬비스플루오로설포닐이미드 및 디시클로헥실메탄디이민을 사용하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 하여 비수성 전해액 및 리튬 이차전지를 제조하였다.A non-aqueous electrolyte solution and a lithium secondary battery were prepared in the same manner as in Example 1 except that lithium bisfluorosulfonyl imide and dicyclohexyl methane diimine were not used.

비교예 5Comparative Example 5

리튬비스플루오로설포닐이미드를 사용하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 하여 비수성 전해액 및 리튬 이차전지를 제조하였다A non-aqueous electrolyte solution and a lithium secondary battery were prepared in the same manner as in Example 1 except that lithium bisfluorosulfonylimide was not used.

비교예 6Comparative Example 6

디시클로헥실메탄디이민을 사용하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 하여 비수성 전해액 및 리튬 이차전지를 제조하였다A non-aqueous electrolyte solution and a lithium secondary battery were prepared in the same manner as in Example 1, except that dicyclohexylmethanedimine was not used.

실험예 1Experimental Example 1

<고온 수명 측정><High temperature life measurement>

실시예 1 내지 7, 및 비교예 1 내지 7 에서 제조된 리튬 이차전지를 45℃에서 정전류/정전압(CC/CV) 조건으로 4.2 V/38 mA까지 1 C으로 충전한 다음, 정전류(CC) 조건으로 2.5 V까지 2 C으로 방전하고, 그 방전 용량을 측정하였다. 이를 1 내지 1000 사이클로 반복 실시하였고, 1000 사이클 후의 용량을 1000 사이클 후의 용량/1 사이클 후의 용량Ⅹ100으로 계산하여 % 값으로 하기 표 1에 나타내었다.The lithium secondary batteries prepared in Examples 1 to 7, and Comparative Examples 1 to 7 were charged at 1 C up to 4.2 V / 38 mA under constant current / constant voltage (CC / CV) conditions at 45 ° C., followed by constant current (CC) conditions. Was discharged at 2 C up to 2.5 V, and the discharge capacity thereof was measured. This was repeated 1 to 1000 cycles, and the capacity after 1000 cycles is calculated as the capacity after 100 cycles / 1 capacity after cycle # 100 and is shown in Table 1 as a% value.

실험예 2Experimental Example 2

<고온 저장 후 용량 특성>Capacity characteristics after high temperature storage

실시예 1 내지 7, 및 비교예 1 내지 7에서 제조된 이차전지를 정전류/정전압(CC/CV) 조건에서 4.2 V/38 mA까지 1 C으로 충전한 다음, 정전류(CC) 조건에서 2.5 V까지 2 C으로 방전하고, 그 방전 용량을 측정하였다. 그 다음 실시예 1 내지 7 및 비교예 1 내지 6에서 제조된 이차전지를 60℃에서 16주 저장 후, 다시 상기 이차전지들을 각각 상온에서 정전류/정전압(CC/CV) 조건으로 4.2 V/38 mA까지 1 C으로 충전한 다음, 정전류(CC) 조건으로 2.5 V까지 2 C으로 방전하고, 그 방전 용량을 측정하였다. 최초 방전 용량을 기준으로 16주 후의 방전 용량을 백분율로 계산(16주 후 방전용량/최초 방전 용량*100(%))하여 측정한 결과를 하기 표 1에 기재하였다.The secondary batteries prepared in Examples 1 to 7, and Comparative Examples 1 to 7 were charged at 1 C to 4.2 V / 38 mA under constant current / constant voltage (CC / CV) conditions, and then to 2.5 V under constant current (CC) conditions. It discharged at 2 C, and the discharge capacity was measured. Then, after storing the secondary batteries prepared in Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 6 for 16 weeks at 60 ° C., the secondary batteries were again 4.2 V / 38 mA under constant current / constant voltage (CC / CV) conditions at room temperature. After charging to 1 C until, and discharged at 2 C to 2.5 V under constant current (CC) conditions, the discharge capacity was measured. The results obtained by calculating the discharge capacity after 16 weeks based on the initial discharge capacity as a percentage (discharge capacity after 16 weeks / initial discharge capacity * 100 (%)) are shown in Table 1 below.

실험예 3Experimental Example 3

<고온 저장 후 출력 특성><Output characteristics after high temperature storage>

실시예 1 내지 7, 및 비교예 1 내지 7에서 제조된 이차전지를 60℃에서 16주 저장 후 상온에서 5C으로 10초간 충전 및 방전하는 경우 발생하는 전압차를 이용하여 출력을 계산하였다. 최초 출력량을 기준으로 16주 후의 출력량을 백분율로 계산(16주 출력(W)/최초 출력(W)*100(%))하여 측정한 결과를 하기 표 1 에 기재하였다. 시험은 SOC(충전 상태, state of charge)가 50%에서 수행하였다.The secondary battery prepared in Examples 1 to 7, and Comparative Examples 1 to 7 was calculated using the voltage difference generated when charging and discharging for 10 seconds at room temperature after 5 weeks at 60 ℃ stored for 16 weeks. The results obtained by calculating the output after 16 weeks as a percentage (16 weeks output (W) / initial output (W) * 100 (%)) based on the initial output amount are shown in Table 1 below. The test was performed at 50% SOC (state of charge).

실험예 4Experimental Example 4

<전지 두께 증가율 측정> <Measurement of battery thickness increase rate>

실시예 1 내지 7, 및 비교예 1 내지 7에서 제조된 이차전지의 두께를 측정하고, 60℃에서 16주간 보관 후의 두께를 측정해서, 전지 두께 증가율을 (16주 후의 두께/0주차의 두께Ⅹ100)-100으로 계산하여 % 값으로 하기 표 1에 나타내었다.The thicknesses of the secondary batteries prepared in Examples 1 to 7, and Comparative Examples 1 to 7 were measured, and the thickness after storage at 60 ° C. for 16 weeks was measured to determine the increase in battery thickness (thickness of thickness / week 0 after 100 weeks Ⅹ100 It is shown in Table 1 as a% value calculated as) -100.

양극
활물질
anode
Active material
LiPF6:LiFSILiPF 6 : LiFSI 첨가제
(중량%)
additive
(weight%)
고온 수명 (%)High temperature life (%) 고온 저장특성
(%)
High Temperature Storage Characteristics
(%)
용량Volume 출력Print 두께thickness 실시예 1Example 1 NMC622NMC622 9:19: 1 DCC 0.02DCC 0.02 90.690.6 8888 81.481.4 6.36.3 실시예 2Example 2 NMC622NMC622 7:37: 3 DCC 0.02DCC 0.02 9393 91.191.1 89.989.9 5.15.1 실시예 3Example 3 NMC622NMC622 5:55: 5 DCC 0.02DCC 0.02 87.987.9 82.682.6 8080 7.17.1 실시예 4Example 4 NMC622NMC622 8:28: 2 DCC 0.02DCC 0.02 82.182.1 79.579.5 7676 6.96.9 실시예 5Example 5 NMC622NMC622 3:73: 7 DCC 0.02DCC 0.02 7777 72.372.3 81.281.2 8.38.3 실시예 6Example 6 NMC622NMC622 7:37: 3 DCC 0.05DCC 0.05 91.491.4 89.489.4 83.283.2 5.95.9 실시예 7Example 7 NMC622NMC622 7:37: 3 DCC
3
DCC
3
76.376.3 79.379.3 63.363.3 10.210.2
비교예 1Comparative Example 1 NMC532NMC532 7:37: 3 DCC 0.02DCC 0.02 91.591.5 87.687.6 79.479.4 16.816.8 비교예 2Comparative Example 2 NMC811NMC811 7:37: 3 DCC 0.02DCC 0.02 88.188.1 86.386.3 7777 17.617.6 비교예 3Comparative Example 3 NMC532NMC532 5:55: 5 DCC 0.02DCC 0.02 90.190.1 87.187.1 80.580.5 16.916.9 비교예 4Comparative Example 4 NMC622NMC622 9:09: 0 00 75.375.3 7777 75.175.1 5.55.5 비교예 5Comparative Example 5 NMC622NMC622 9:09: 0 DCC 0.02DCC 0.02 81.881.8 80.980.9 80.580.5 5.65.6 비교예 6Comparative Example 6 NMC622NMC622 9:19: 1 00 78.778.7 79.879.8 79.379.3 6.26.2

상기 표 1에서 NMC622는 Li(Ni0.6Co0.2Mn0.2)O2를, NMC532는 Li(Ni0.5Co0.3Mn0.2)O2를, NMC811은 Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2 나타내고, DCC는 디시클로헥실메탄디이민을 나타낸다.In Table 1, NMC622 is Li (Ni 0.6 Co 0.2 Mn 0.2 ) O 2 , NMC532 is Li (Ni 0.5 Co 0.3 Mn 0.2 ) O 2 , and NMC811 is Li (Ni 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 ) O 2 And DCC represents dicyclohexylmethanediimine.

상기 표 1을 살펴보면, 양극활물질로서 Li(Ni0.6Co0.2Mn0.2)O2를 포함하는 실시예 1 내지 7의 이차전지는, 양극활물질로서 Li(Ni0.5Co0.3Mn0.2)O2 또는 Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2을 포함하는 비교예 1 내지 3의 이차전지에 비하여 고온 저장 후의 두께 증가가 적어 고온 저장성이 우수함을 확인할 수 있었다. Referring to Table 1, the secondary batteries of Examples 1 to 7 including Li (Ni 0.6 Co 0.2 Mn 0.2 ) O 2 as the cathode active material are Li (Ni 0.5 Co 0.3 Mn 0.2 ) O 2 or Li ( Compared with the secondary batteries of Comparative Examples 1 to 3 containing Ni 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 ) O 2 , the increase in thickness after the high temperature storage was small, and thus it was confirmed that the high temperature storage performance was excellent.

한편, 리튬 비스플루오로 설포닐 이미드의 첨가여부에 대한 관점에서, 실시예 1 및 비교예 5를 비교하면, 리튬 비스플루오로 설포닐 이미드를 포함하는 비수성 전해액을 포함하는 실시예 1의 이차전지는 리튬 비스플루오로 설포닐 이미드를 포함하지 않는 비수성 전해액을 포함하는 비교예 5에 비해 고온수명 및 고온 저장 특성이 모두 우수하였다. On the other hand, from the viewpoint of the addition of lithium bisfluoro sulfonyl imide, comparing Example 1 and Comparative Example 5, Example 1 containing a non-aqueous electrolyte containing lithium bisfluoro sulfonyl imide Secondary batteries were excellent in both high temperature life and high temperature storage characteristics compared to Comparative Example 5 including a non-aqueous electrolyte containing no lithium bisfluoro sulfonyl imide.

또한, 카보디이미드계 화합물의 첨가여부에 대한 관점에서, 실시예 1 및 비교예 7을 비교하면, 카보디이미드계 화합물로서 디시클로헥실메탄디이민을 포함하는 비수성 전해액을 포함하는 실시예 1의 이차전지는 디시클로헥실메탄디이민을 포함하지 않는 비수성 전해액을 포함하는 비교예 7에 비해 고온수명 및 고온 저장 특성이 모두 우수하였다.In addition, in view of the addition of the carbodiimide compound, Example 1 and Comparative Example 7 is compared, Example 1 comprising a non-aqueous electrolyte solution containing dicyclohexyl methane diimine as a carbodiimide compound The secondary battery was superior in both high temperature life and high temperature storage characteristics compared with Comparative Example 7 including a non-aqueous electrolyte solution containing no dicyclohexyl methane diimine.

Claims (14)

리튬 비스플루오로 설포닐 이미드(Lithium bis(fluorosulfonyl)imid; LiFSI) 및 하기 화학식 1로 표시되는 카보디이미드계 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 비수성 전해액; 양극 활물질로서 리튬-니켈-망간-코발트계 산화물을 포함하는 양극; 음극; 및 분리막을 포함하고,
상기 리튬-니켈-망간-코발트계 산화물은 하기 화학식 2로 표시되는 산화물을 포함하는 리튬 이차전지:
[화학식 1]
Figure 112019063963540-pat00004

상기 화학식 1에 있어서, 상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 12의 알킬, 또는 탄소수 3 내지 12의 시클로알킬이고,
[화학식 2]
Li1+x(NiaCobMnc)O2
상기 화학식 2에서, 0.55≤a≤0.65, 0.18≤b≤0.22, 0.18≤c≤0.22, -0.2≤x≤0.2, 및 x+a+b+c+=1이다.
Non-aqueous electrolyte solution containing at least one selected from the group consisting of lithium bisfluoro sulphonyl imide (Lithium bis (fluorosulfonyl) imid; LiFSI) and carbodiimide-based compound represented by the formula (1); A positive electrode comprising a lithium-nickel-manganese-cobalt-based oxide as a positive electrode active material; cathode; And a separator,
The lithium-nickel-manganese-cobalt oxide is a lithium secondary battery comprising an oxide represented by the following formula (2):
[Formula 1]
Figure 112019063963540-pat00004

In Formula 1, R 1 and R 2 are each independently alkyl having 1 to 12 carbon atoms, or cycloalkyl having 3 to 12 carbon atoms,
[Formula 2]
Li 1 + x (Ni a Co b Mn c ) O 2
In Formula 2, 0.55 ≦ a ≦ 0.65, 0.18 ≦ b ≦ 0.22, 0.18 ≦ c ≦ 0.22, −0.2 ≦ x ≦ 0.2, and x + a + b + c + = 1.
제 1 항에 있어서,
상기 비수성 전해액은 리튬염을 더 포함하는 리튬 이차전지.
The method of claim 1,
The non-aqueous electrolyte solution further comprises a lithium salt.
제 2 항에 있어서,
상기 리튬염과 리튬 비스플루오로 설포닐 이미드의 혼합비는 몰비로서 1:0.01 내지 1:1인 리튬 이차전지.
The method of claim 2,
A mixing ratio of the lithium salt and lithium bisfluoro sulfonyl imide is 1: 0.01 to 1: 1 in molar ratio.
제 1 항에 있어서,
상기 리튬 비스플루오로 설포닐 이미드는 비수성 전해액 중의 농도가 0.01 mol/l 내지 2 mol/l인 리튬 이차전지.
The method of claim 1,
The lithium bisfluoro sulfonyl imide has a concentration of 0.01 mol / l to 2 mol / l in the non-aqueous electrolyte.
제 2 항에 있어서,
상기 리튬염은 LiPF6, LiAsF6, LiCF3SO3, LiN(CF3SO2)2, LiBF6, LiSbF6, LiN(C2F5SO2)2, LiAlO4, LiAlCl4, 및 LiClO4로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 포함하는 리튬 이차전지.
The method of claim 2,
The lithium salt is LiPF 6 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiBF 6 , LiSbF 6 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiAlO 4 , LiAlCl 4 , and LiClO 4 Lithium secondary battery comprising any one or a mixture of two or more selected from the group consisting of.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 비수성 전해액은 비수성 유기 용매를 포함하고,
상기 비수성 유기 용매는 니트릴계 용매, 선형 카보네이트, 환형 카보네이트, 에스테르, 에테르, 케톤 또는 이들의 조합을 포함하는 리튬 이차전지.
The method of claim 1,
The non-aqueous electrolyte solution includes a non-aqueous organic solvent,
The non-aqueous organic solvent is a lithium secondary battery comprising a nitrile-based solvent, linear carbonate, cyclic carbonate, ester, ether, ketone or a combination thereof.
제 7 항에 있어서,
상기 환형 카보네이트는 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌카보네이트(PC) 및 부틸렌 카보네이트(BC)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물이고, 선형 카보네이트는 디메틸카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트(DPC), 에틸메틸카보네이트(EMC), 메틸프로필카보네이트(MPC) 및 에틸프로필 카보네이트(EPC)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 리튬 이차전지.
The method of claim 7, wherein
The cyclic carbonate is any one selected from the group consisting of ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC) and butylene carbonate (BC) or a mixture of two or more thereof, and the linear carbonate is dimethyl carbonate (DMC) or diethyl carbonate. (DEC), dipropyl carbonate (DPC), ethyl methyl carbonate (EMC), methyl propyl carbonate (MPC) and ethyl propyl carbonate (EPC) any one selected from the group consisting of or a mixture of two or more thereof.
제 7 항에 있어서,
상기 니트릴계 용매는 아세토니트릴, 프로피오니트릴, 부티로니트릴, 발레로니트릴, 카프릴로니트릴, 헵탄니트릴, 싸이클로펜탄 카보니트릴, 싸이클로헥산 카보니트릴, 2-플루오로벤조니트릴, 4-플루오로벤조니트릴, 다이플루오로벤조니트릴, 트리플루오로벤조니트릴, 페닐아세토니트릴, 2-플루오로페닐아세토니트릴, 4-플루오로페닐아세토니트릴로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 리튬 이차전지.
The method of claim 7, wherein
The nitrile solvents include acetonitrile, propionitrile, butyronitrile, valeronitrile, caprylonitrile, heptanenitrile, cyclopentane carbonitrile, cyclohexane carbonitrile, 2-fluorobenzonitrile and 4-fluorobenzonitrile And at least one lithium secondary battery selected from the group consisting of difluorobenzonitrile, trifluorobenzonitrile, phenylacetonitrile, 2-fluorophenylacetonitrile, and 4-fluorophenylacetonitrile.
제 1 항에 있어서,
상기 R1 및 R2가 각각 독립적으로 탄소수 3 내지 8의 시클로알킬인 리튬 이차전지.
The method of claim 1,
The lithium secondary battery wherein R 1 and R 2 are each independently cycloalkyl having 3 to 8 carbon atoms.
제 1 항에 있어서,
상기 카보디이미드계 화합물이 디시클로헥실메탄디이민인 리튬 이차전지.
The method of claim 1,
A lithium secondary battery, wherein the carbodiimide compound is dicyclohexyl methane diimine.
제 1 항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 카보디이미드계 화합물의 함량은 상기 비수성 전해액 총 중량을 기준으로 0.001 중량% 내지 3 중량%인 리튬 이차전지.
The method of claim 1,
Carbodiimide-based compound represented by the formula 1 is a lithium secondary battery is 0.001% to 3% by weight based on the total weight of the non-aqueous electrolyte.
제 1 항에 있어서,
상기 리튬 비스 플루오로 설포닐 이미드 및 화학식 1로 표시되는 카보디이미드계 화합물은 100 : 0.02 내지 35의 중량비인 리튬 이차전지.
The method of claim 1,
The lithium bis fluoro sulfonyl imide and the carbodiimide compound represented by the formula (1) is a lithium secondary battery having a weight ratio of 100: 0.02 to 35.
제1항 내지 제5항 및 제7항 내지 제13항 중 어느 한 항의 이차전지는 파우치형 리튬 이차전지인 리튬 이차전지.The secondary battery of any one of claims 1 to 5 and 7 to 13 is a pouch type lithium secondary battery.
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