KR102187691B1 - Electrolyte and lithium secondary battery comprising the same - Google Patents

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KR102187691B1 KR1020130153730A KR20130153730A KR102187691B1 KR 102187691 B1 KR102187691 B1 KR 102187691B1 KR 1020130153730 A KR1020130153730 A KR 1020130153730A KR 20130153730 A KR20130153730 A KR 20130153730A KR 102187691 B1 KR102187691 B1 KR 102187691B1
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Abstract

본 발명은 전해액 및 이를 포함하는 리튬이차전지에 관한 것으로, 상기 전해액은 하기 화학식 1의 화합물을 전해액 첨가제로 포함하여, 리튬 이차 전지의 전지 특성, 특히 고전압에서의 방전유지율을 향상시키고, 가스 발생을 억제하며, 과충전 방지 특성을 향상시킬 수 있다:
[화학식 1]

Figure 112013113321751-pat00007

상기 식에서, X, Y 및 n은 명세서 중에서 정의한 바와 동일하다.The present invention relates to an electrolyte and a lithium secondary battery comprising the same, wherein the electrolyte comprises a compound of the following formula (1) as an electrolyte additive, thereby improving battery characteristics of a lithium secondary battery, particularly, a discharge maintenance rate at high voltage, and reducing gas generation. Inhibits and can improve overcharge protection properties:
[Formula 1]
Figure 112013113321751-pat00007

In the above formula, X, Y, and n are the same as defined in the specification.

Description

전해액 및 이를 포함하는 리튬이차전지{ELECTROLYTE AND LITHIUM SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}Electrolyte and lithium secondary battery containing the same {ELECTROLYTE AND LITHIUM SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}

본 발명은 리튬 이차 전지의 전지 특성, 특히 고전압에서의 방전유지율을 향상시키고, 가스 발생을 억제하며, 과충전 방지 특성을 향상시킬 수 있는 전해액 및 이를 포함하는 리튬이차전지에 관한 것이다. The present invention relates to an electrolyte solution capable of improving battery characteristics of a lithium secondary battery, particularly, a discharge retention rate at high voltage, suppressing gas generation, and improving overcharge prevention characteristics, and a lithium secondary battery including the same.

리튬이차전지는 휴대전화, 노트북 컴퓨터, 디지털카메라 및 캠코더 등의 휴대용 전원으로서뿐만 아니라 전동공구(power tool), 전기자전거, 하이브리드 전기자동차(hybrid electric vehicle, HEV), 플러그인 하이브리드 전기자동차(plug-in HEV, PHEV) 등의 중대형 전원으로 그 응용이 급속히 확대되고 있다. Lithium secondary batteries are not only portable power sources for mobile phones, notebook computers, digital cameras and camcorders, but also power tools, electric bicycles, hybrid electric vehicles (HEVs), plug-in hybrid electric vehicles (plug-in). HEV, PHEV) and other medium and large-sized power supplies are rapidly expanding their application.

이와 같은 응용분야의 확대 및 수요의 증가에 따라 전지의 외형적인 모양과 크기도 다양하게 변하고 있으며, 기존의 소형전지에서 요구되는 특성보다 더욱 우수한 성능과 안정성이 요구되고 있다. 이러한 요구에 부응하기 위해서는 전지 구성성분들은 대전류가 흐르는 조건에서 전지의 성능구현이 안정적으로 이루어 져야한다. With the expansion of such application fields and the increase in demand, the external shape and size of the battery are variously changed, and more excellent performance and stability than the characteristics required by the existing small battery are required. In order to meet these demands, the battery components must stably implement the performance of the battery under conditions where a large current flows.

리튬이차전지는 리튬이온의 삽입 및 탈리가 가능한 물질을 음극 및 양극으로 사용하고, 두 전극 사이에 다공성 분리막을 설치한 후 액체 전해질을 주입시켜 제조되며, 상기 음극 및 양극에서의 리튬이온의 삽입 및 탈리에 따른 산화 환원반응에 의해 전기가 생성 또는 소비된다. Lithium secondary batteries are manufactured by using a material capable of intercalating and deintercalating lithium ions as a negative electrode and a positive electrode, installing a porous separator between the two electrodes, and injecting a liquid electrolyte. Electricity is generated or consumed by redox reactions following desorption.

리튬이온전지의 출력특성, 사이클특성, 보존특성 등의 전지특성을 개선하기 위해 전해질 구비 성분으로서 비수계 용매나 첨가제에 대한 다양한 검토가 이루어지고 있다. 또한 전지 성능 향상을 위하여 특정 화합물을 첨가제로서 전해액에 첨가하는 경우에도 대부분의 전지성능 중 일부 항목의 성능 향상은 기대할 수 있으나 다른 항목의 성능을 오히려 감소시키게 되는 등의 문제점이 있다.In order to improve battery characteristics such as output characteristics, cycle characteristics, and storage characteristics of lithium-ion batteries, various studies have been made on non-aqueous solvents or additives as electrolyte-containing components. In addition, even when a specific compound is added to the electrolyte as an additive to improve battery performance, some of the battery performance can be expected to improve performance, but there is a problem in that the performance of other items is rather reduced.

한국특허공개 제2006-0075966호 (2006.07.04 공개)Korean Patent Publication No. 2006-0075966 (published on July 4, 2006)

본 발명의 목적은 리튬 이차 전지의 전지 특성, 특히 고전압에서의 방전유지율을 향상시키고, 가스 발생을 억제하며, 과충전 방지 특성을 향상시킬 수 있는 전해액을 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide an electrolyte solution capable of improving battery characteristics of a lithium secondary battery, particularly, a discharge retention rate at a high voltage, suppressing gas generation, and improving overcharge prevention characteristics.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 전해액을 포함하는 리튬이차전지를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a lithium secondary battery comprising the electrolyte.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전해액은 전해액 첨가제로서 하기 화학식 1의 화합물을 포함한다:In order to achieve the above object, the electrolyte solution according to an embodiment of the present invention contains a compound of Formula 1 as an electrolyte solution additive:

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112013113321751-pat00001
Figure 112013113321751-pat00001

상기 화학식 1에서, In Formula 1,

X 및 Y는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 할로겐기, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 및 탄소수 1 내지 6의 알콕시기로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 치환기로 치환되거나 비치환된, 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 탄소수 1 내지 20의 알콕시기, 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기, 탄소수 7 내지 30의 아릴알킬기, 고리내 질소(N), 산소(O), 및 황(S)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 헤테로 원자를 포함하는 탄소수 4 내지 20의 헤테로사이클기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고, 그리고X and Y are each independently substituted or unsubstituted with one or more substituents selected from the group consisting of an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a halogen group, a haloalkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms. 1 to 20 alkyl group, C 1 to C 20 alkoxy group, C 3 to C 30 cycloalkyl group, C 6 to C 30 aryl group, C 6 to C 30 aryloxy group, C 7 to C 30 arylalkyl group, ring nitrogen (N), oxygen (O), and sulfur (S) selected from the group consisting of a heterocycle group having 4 to 20 carbon atoms containing at least one hetero atom selected from the group consisting of, and a combination thereof, and

n은 1 내지 3의 정수이다.n is an integer of 1 to 3.

바람직하게는 상기 화학식 1에서, X 및 Y가 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 5의 알킬기, 탄소수 3 내지 12의 시클로알킬기, 탄소수 6 내지 12의 아릴기, 탄소수 7 내지 12의 아릴알킬기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것이고, n이 1의 정수일 수 있다.Preferably, in Formula 1, X and Y are each independently an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3 to 12 carbon atoms, an aryl group having 6 to 12 carbon atoms, an arylalkyl group having 7 to 12 carbon atoms, and combinations thereof. It is selected from the group consisting of, and n may be an integer of 1.

보다 더 바람직하게는 상기 화학식 1의 화합물은 비스(페닐설포닐)메탄(bis(phenylsulfonyl)methane)일 수 있다.Even more preferably, the compound of Formula 1 may be bis (phenylsulfonyl) methane.

그리고, 상기 화학식 1의 화합물은 전해액 총 중량에 대하여 0.1 내지 10중량%로 포함될 수 있다. In addition, the compound of Formula 1 may be included in an amount of 0.1 to 10% by weight based on the total weight of the electrolyte.

또, 상기 전해액은 유기 용매 및 리튬염을 더 포함할 수 있다.In addition, the electrolyte may further contain an organic solvent and a lithium salt.

상기 유기 용매는 에스테르 용매, 에테르 용매, 케톤 용매, 방향족 탄화수소 용매, 알콕시알칸 용매, 카보네이트 용매 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.The organic solvent may be selected from the group consisting of an ester solvent, an ether solvent, a ketone solvent, an aromatic hydrocarbon solvent, an alkoxyalkane solvent, a carbonate solvent, and a mixture thereof.

상기 유기 용매는 고유전율의 유기 용매와 저점도 유기 용매를 2:8 내지 8:2의 부피비로 포함할 수 있다.The organic solvent may include a high dielectric constant organic solvent and a low viscosity organic solvent in a volume ratio of 2:8 to 8:2.

상기 고유전율의 유기 용매는 에틸렌카보네이트(ethylene carbonate), 프로필렌카보네이트(propylene carbonate) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있고, 상기 저점도 유기 용매는 에틸메틸카보네이트(methylethylcarbonate), 디메틸카보네이트(dimethylcarbonate), 디에틸카보네이트(diethylcarbonate) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다.The high dielectric constant organic solvent may be selected from the group consisting of ethylene carbonate, propylene carbonate, and mixtures thereof, and the low viscosity organic solvent is ethylmethylcarbonate, dimethyl carbonate ( It may be selected from the group consisting of dimethylcarbonate), diethylcarbonate, and mixtures thereof.

상기 유기 용매는 에틸렌카보네이트 및 프로필렌카보네이트 중 1종; 에틸메틸카보네이트; 그리고 디메틸카보네이트 및 디에틸카보네이트 중 1종을 5:1:1 내지 2:5:3의 부피비로 포함할 수 있다.The organic solvent is one of ethylene carbonate and propylene carbonate; Ethyl methyl carbonate; And, one of dimethyl carbonate and diethyl carbonate may be included in a volume ratio of 5:1:1 to 2:5:3.

상기 리튬염은 LiPF6, LiClO4, LiAsF6, LiBF4, LiSbF6, LiAl04, LiAlCl4, LiCF3SO3, LiC4F9SO3, LiN(C2F5SO3)2, LiN(C2F5SO2)2, LiN(CF3SO2)2. LiN(CaF2a+1SO2)(CbF2b+1SO2)(단, a 및 b는 자연수임), LiCl, LiI, LiB(C2O4)2 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.The lithium salt is LiPF 6 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAl0 4 , LiAlCl 4 , LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiN(C 2 F 5 SO 3 ) 2 , LiN( C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN(CF 3 SO 2 ) 2 . LiN(C a F 2a+1 SO 2 )(C b F 2b+1 SO 2 ) (where a and b are natural numbers), LiCl, LiI, LiB(C 2 O 4 ) 2 and mixtures thereof Can be selected from the group.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 리튬이차전지는, 양극 활물질을 포함하는 양극, 상기 양극과 대향 배치되며, 음극 활물질을 포함하는 음극, 그리고 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 전해액을 포함하며, 상기 전해액은 전해액 첨가제로서 상기 화학식 1의 화합물을 포함한다.A lithium secondary battery according to another embodiment of the present invention includes a positive electrode including a positive electrode active material, a negative electrode disposed opposite to the positive electrode and including a negative electrode active material, and an electrolyte solution interposed between the positive electrode and the negative electrode, The electrolyte solution includes the compound of Formula 1 as an electrolyte solution additive.

기타 본 발명의 실시예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.Other specific details of the embodiments of the present invention are included in the detailed description below.

본 발명에 따른 전해액은 리튬 이차 전지의 전지 특성, 특히 고전압에서의 방전유지율을 향상시키고, 가스 발생을 억제하며, 과충전 방지 특성을 향상시킬 수 있다.The electrolyte according to the present invention may improve battery characteristics of a lithium secondary battery, particularly, a discharge retention rate at a high voltage, suppress gas generation, and improve overcharge prevention characteristics.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬이차전지의 분해 사시도이다.
도 2는 시험예 1에서 실시예 1의 전해액에 대해 일정속도 전위 훑음법(linear sweep voltammetry)을 이용하여 전지특성 개선효과를 평가한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 시험예 2에서 실시예 1의 전해액에 대해 순환전압전류법(cyclic voltammetry)을 이용하여 산화환원 거동을 관찰한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 시험예 3에서 실시예 1 내지 11의 전해액을 포함하는 리튬이차전지의 수명 특성을 평가한 결과를 나타낸 그래프이다.
1 is an exploded perspective view of a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the results of evaluating the effect of improving battery characteristics in Test Example 1 using a linear sweep voltammetry for the electrolyte solution of Example 1. FIG.
3 is a graph showing the results of observing the redox behavior of the electrolyte solution of Example 1 in Test Example 2 using cyclic voltammetry.
4 is a graph showing the results of evaluating the life characteristics of lithium secondary batteries including the electrolyte solutions of Examples 1 to 11 in Test Example 3.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The present invention is intended to illustrate specific embodiments and to be described in detail in the detailed description, since various transformations can be applied and various embodiments can be provided. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it is to be understood to include all conversions, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present invention are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present invention, terms such as'comprise' or'have' are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof, does not preclude in advance.

본 명세서에서 모든 화합물 또는 작용기는 특별한 언급이 없는 한 치환되거나 비치환된 것일 수 있다. 여기서, '치환된'이란 화합물 또는 작용기에 포함된 적어도 하나의 수소가 할로겐 원자, 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 할로겐화알킬기, 탄소수 3 내지 30의 사이클로알킬기, 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 하이드록시기, 탄소수 1 내지 10의 알콕시기, 카르복실산기, 알데히드기, 에폭시기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 술폰산기 및 이들의 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 치환기로 대체된 것을 의미한다.In the present specification, all compounds or functional groups may be substituted or unsubstituted unless otherwise specified. Here,'substituted' means that at least one hydrogen contained in the compound or functional group is a halogen atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a halogenated alkyl group, a cycloalkyl group having 3 to 30 carbon atoms, an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, a hydroxy group , A C 1 to C 10 alkoxy group, a carboxylic acid group, an aldehyde group, an epoxy group, a cyano group, a nitro group, an amino group, a sulfonic acid group, and a substituent selected from the group consisting of derivatives thereof.

또한 본 명세서에서 '이들의 조합'이란 특별한 언급이 없는 한, 둘 이상의 작용기가 단일결합, 이중결합, 삼중결합, 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기(예를 들면, 메틸렌(-CH2-), 에틸렌(-CH2CH2-), 등), 탄소수 1 내지 10의 플루오로알킬렌기(예를들면, 플루오로메틸렌 (-CF2-), 퍼플루오로에틸렌(-CF2CF2-) 등), N, O, P, S, 또는 Si와 같은 헤테로 원자 또는 이를 포함하는 작용기(구체적으로는, 분자내 카르보닐기(-C=O-), 에테르기(-O-), 에스테르기(-COO-), -S-, -NH- 또는 -N=N- 등을 포함하는 헤테로알킬렌기)와 같은 연결기에 의해 결합되어 있거나, 또는 둘 이상의 작용기가 축합, 연결되어 있는 것을 의미한다. In addition, unless otherwise specified, the term'combination thereof' in the present specification is a single bond, a double bond, a triple bond, an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms (e.g., methylene (-CH 2 -), ethylene (-CH 2 CH 2 -), etc.), a fluoroalkylene group having 1 to 10 carbon atoms (e.g., fluoromethylene (-CF 2 -), perfluoroethylene (-CF 2 CF 2 -), etc.) , N, O, P, S, or a hetero atom such as Si or a functional group containing the same (specifically, an intramolecular carbonyl group (-C=O-), an ether group (-O-), an ester group (-COO- ), a heteroalkylene group including -S-, -NH- or -N=N-), or two or more functional groups are condensed or linked.

본 발명의 일 실시예에 따른 전해액은, 하기 화학식 1의 화합물을 전해액 첨가제로서 포함하는 것을 특징으로 한다:An electrolyte according to an embodiment of the present invention is characterized in that it contains a compound of Formula 1 as an electrolyte additive:

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112013113321751-pat00002
Figure 112013113321751-pat00002

상기 화학식 1에서, X 및 Y는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 20의 알킬기(예를 들면, 메틸기, 에틸기, 이소프로필기, n-부틸기, tert-부틸기, sec-펜틸기, tert-펜틸기, 네오펜틸기, 1-메틸헵틸기, n-헥실기, 이소헥실기, sec-헥실기, tert-헥실기, 네오헥실기 등), 탄소수 1 내지 20의 알콕시기(예를 들면, 메톡시기, 에톡시기, 프로폭시기, 이소프로폭시기, tert-부톡시기 등), 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기(예를 들면, 시클로프로필기, 시클로부틸기, 시클로헵틸기, 시클로헥실기, 노보닐기, 아다만틸기 등), 탄소수 6 내지 30의 아릴기(예를 들면, 페닐기, 나프틸기 등), 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기(예를 들면, 페닐옥시기, 나프틸옥시기 등), 탄소수 7 내지 30의 아릴알킬기(예를 들면, 벤질기, 펜에틸기, 3-페닐프로필기, 페닐부틸기, 1-메틸-3-페닐프로필기, 나프틸메틸기 등), 고리내에 질소(N), 산소(O), 및 황(S)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 헤테로 원자를 포함하는 탄소수 4 내지 20의 헤테로사이클기(예를 틀면, 티에닐기, 푸릴, 벤조티에닐, 피리딜, 피라지닐, 피리미디닐, 피리다지닐, 퀴놀리닐, 퀴녹살리닐, 이미다졸릴, 푸라닐, 벤조푸라닐, 티아졸릴, 이속사졸릴, 벤즈이속사졸릴, 벤즈이미다졸릴, 트리아졸릴, 피라졸릴, 피롤릴, 인돌릴, 피리도닐, 등) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다. 이중에서도 탄소수 1 내지 5의 알킬기, 탄소수 3 내지 12의 시클로알킬기, 탄소수 6 내지 12의 아릴기 및 탄소수 7 내지 12의 아릴알킬기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직할 수 있고, 또 탄소수 6 내지 12의 아릴기인 것이 보다 바람직할 수 있으며, 페닐기인 것이 보다 더 바람직할 수 있다. In Formula 1, X and Y are each independently an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms (e.g., methyl group, ethyl group, isopropyl group, n-butyl group, tert-butyl group, sec-pentyl group, tert-pentyl group , Neopentyl group, 1-methylheptyl group, n-hexyl group, isohexyl group, sec-hexyl group, tert-hexyl group, neohexyl group, etc.), alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms (e.g., methoxy group , Ethoxy group, propoxy group, isopropoxy group, tert-butoxy group, etc.), a cycloalkyl group having 3 to 30 carbon atoms (e.g., a cyclopropyl group, a cyclobutyl group, a cycloheptyl group, a cyclohexyl group, a norbornyl group) , Adamantyl group, etc.), aryl group having 6 to 30 carbon atoms (eg, phenyl group, naphthyl group, etc.), aryloxy group having 6 to 30 carbon atoms (eg phenyloxy group, naphthyloxy group, etc.), carbon number 7 to 30 arylalkyl groups (e.g., benzyl group, phenethyl group, 3-phenylpropyl group, phenylbutyl group, 1-methyl-3-phenylpropyl group, naphthylmethyl group, etc.), nitrogen (N) in the ring, A heterocycle group having 4 to 20 carbon atoms containing at least one hetero atom selected from the group consisting of oxygen (O) and sulfur (S) (for example, thienyl group, furyl, benzothienyl, pyridyl, pyra Genyl, pyrimidinyl, pyridazinyl, quinolinyl, quinoxalinyl, imidazolyl, furanyl, benzofuranyl, thiazolyl, isoxazolyl, benzisoxazolyl, benzimidazolyl, triazolyl, pyrazolyl , Pyrrolyl, indolyl, pyridonyl, etc.), and may be selected from the group consisting of a combination thereof. Among them, it may be preferable to be selected from the group consisting of an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3 to 12 carbon atoms, an aryl group having 6 to 12 carbon atoms and an arylalkyl group having 7 to 12 carbon atoms, and combinations thereof, and It may be more preferable that it is an aryl group of 6-12, and it may be even more preferable that it is a phenyl group.

또, 상기 X 및 Y는 각각 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 할로겐기, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 및 탄소수 1 내지 6의 알콕시기로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 치환기로 치환될 수도 있다. 구체적인 예로는 플루오로메틸기, 트리플루오로메틸기, 디(트리플루오로메틸)메틸기, 퍼플루오로에틸기, 2-클로로에틸기, 2-브로모메틸기, 4-메틸페닐기, 4-메틸-2-티에닐기, 3,4-에틸디옥시티에닐기 등을 들 수 있다.In addition, each of X and Y may be substituted with one or more substituents selected from the group consisting of an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a halogen group, a haloalkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms. Specific examples include fluoromethyl group, trifluoromethyl group, di(trifluoromethyl)methyl group, perfluoroethyl group, 2-chloroethyl group, 2-bromomethyl group, 4-methylphenyl group, 4-methyl-2-thienyl group And 3,4-ethyldioxythienyl group.

그리고 상기 화학식 1에서 n은 1 내지 3의 정수이고, 바람직하게는 1의 정수이다.And in Formula 1, n is an integer of 1 to 3, preferably an integer of 1.

이중에서도 상기 화학식 1에서 X 및 Y가 모두 페닐기이고, n이 1의 정수인, 하기 화학식 2의 비스(페닐설포닐)메탄(bis(phenylsulfonyl)methane)이 전지 특성의 개선효과 면에서 보다 바람직할 수 있다:Among them, bis (phenylsulfonyl) methane of the following formula 2, wherein both X and Y in Formula 1 are phenyl groups, and n is an integer of 1 may be more preferable in terms of improving the battery characteristics. have:

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112013113321751-pat00003
Figure 112013113321751-pat00003

상기와 같은 화학식 1의 전해액 첨가제는 양극활물질에 대해 피막을 형성함으로써 리튬 이차 전지의 전지 특성, 특히 고전압에서의 용량유지율을 향상시킬 수 있으며, 특히, 고출력, 고전압 및 고 방전효율 특성이 요구되는 자동차용 전지에 적용되어온 종래 숙시노니트릴계 첨가제에 비해 현저히 증가된 방전 효율을 나타낸다. 또, 양극 표면에 형성된 피막이 양극 표면의 활성 부위를 차단시키는 보호막으로 작용하여 충방전 진행시 전이금속의 일부가 용출되어 음극에 석출되는 것을 방지하고, 전해액과 양극 사이에서 발생하는 부반응 및 가스 발생을 억제하여 고온 성능 및 과충전 특성을 개선시킬 수 있다.The electrolyte additive of Formula 1 as described above can improve the battery characteristics of a lithium secondary battery, especially capacity retention at high voltage by forming a film on the positive electrode active material, and in particular, automobiles requiring high output, high voltage and high discharge efficiency characteristics. Compared to the conventional succinonitrile-based additives that have been applied to the battery, the discharge efficiency is significantly increased. In addition, the film formed on the anode surface acts as a protective film to block the active sites on the anode surface, preventing part of the transition metal from being eluted and deposited on the cathode during charging and discharging, and preventing side reactions and gas generated between the electrolyte and the anode. Suppression, it is possible to improve high temperature performance and overcharge characteristics.

상기 화학식 1의 화합물은 전해액 총 중량에 대하여 0.1 내지 10 중량%로 포함될 수 있다. 상기 전해액 첨가제의 함량이 0.1 중량% 미만인 경우 상기 전해액 첨가제의 사용에 따른 효과가 미미하고, 10중량%를 초과하는 경우 초기 용량이 감소하는 현상이 발생할 우려가 있다. 바람직하게는 전해액 총 중량에 대하여 1 내지 3중량%로 포함되는 것이 보다 큰 개선 효과를 얻을 수 있다. The compound of Formula 1 may be included in an amount of 0.1 to 10% by weight based on the total weight of the electrolyte. If the content of the electrolyte additive is less than 0.1% by weight, the effect of the use of the electrolyte additive is insignificant, and if it exceeds 10% by weight, there is a concern that the initial capacity decreases. Preferably, it is contained in an amount of 1 to 3% by weight based on the total weight of the electrolyte solution to obtain a greater improvement effect.

상기 전해액은 상기한 전해액 첨가제 이외에 유기 용매 및 리튬염을 더 포함할 수 있다.The electrolyte may further include an organic solvent and a lithium salt in addition to the electrolyte additive.

상기 유기 용매로는 전지의 전기화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 할 수 있는 것이라면 특별한 제한없이 사용할 수 있다. 구체적으로 상기 유기 용매로는 에스테르 용매, 에테르 용매, 케톤 용매, 방향족 탄화수소 용매, 알콕시알칸 용매, 카보네이트 용매 등을 사용할 수 있으며, 이들 중 1종 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.The organic solvent may be used without particular limitation as long as it can serve as a medium through which ions involved in the electrochemical reaction of a battery can move. Specifically, as the organic solvent, an ester solvent, an ether solvent, a ketone solvent, an aromatic hydrocarbon solvent, an alkoxyalkane solvent, and a carbonate solvent may be used, and one of them may be used alone or in combination of two or more.

상기 에스테르 용매의 구체적인 예로는 메틸 아세테이트(methyl acetate), 에틸 아세테이트(ethyl acetate), n-프로필 아세테이트(n-propyl acetate), 디메틸아세테이트(dimethyl acetate), 메틸프로피오네이트(methyl propionate), 에틸프로피오네이트(ethyl propionate), γ-부티로락톤(γ-butyrolactone), 데카놀라이드(decanolide), γ-발레로락톤(γ-valerolactone), 메발로노락톤(mevalonolactone), γ-카프로락톤(γ-caprolactone), δ-발레로락톤(δ-valerolactone), 또는 ε-카프로락톤(ε-caprolactone) 등을 들 수 있다. Specific examples of the ester solvent include methyl acetate, ethyl acetate, n-propyl acetate, dimethyl acetate, methyl propionate, and ethyl pro. Ethyl propionate, γ-butyrolactone, decanolide, γ-valerolactone, mevalonolactone, γ-caprolactone -caprolactone), δ-valerolactone, or ε-caprolactone.

상기 에테르계 용매의 구체적인 예로는 디부틸 에테르(dibutyl ether), 테트라글라임(tetraglyme), 2-메틸테트라히드로퓨란(2-methyltetrahydrofuran), 또는 테트라히드로퓨란(tetrahydrofuran) 등을 들 수 있다. Specific examples of the ether-based solvent include dibutyl ether, tetraglyme, 2-methyltetrahydrofuran, or tetrahydrofuran.

상기 케톤계 용매의 구체적인 예로는 시클로헥사논(cyclohexanone) 등을 들 수 있다. 상기 방향족 탄화수소계 유기 용매의 구체적인 예로는 벤젠(benzene), 플루오로벤젠(fluorobenzene), 클로로벤젠(chlorobenzene), 아이오도벤젠(iodobenzene), 톨루엔(toluene), 플루오로톨루엔(fluorotoluene), 또는 자일렌(xylene) 등을 들 수 있다. 상기 알콕시알칸 용매로는 디메톡시에탄(dimethoxy ethane) 또는 디에톡시에탄(diethoxy ethane) 등을 들 수 있다.Specific examples of the ketone-based solvent include cyclohexanone. Specific examples of the aromatic hydrocarbon-based organic solvent include benzene, fluorobenzene, chlorobenzene, iodobenzene, toluene, fluorotoluene, or xylene. (xylene), etc. are mentioned. Examples of the alkoxyalkane solvent include dimethoxy ethane or diethoxy ethane.

상기 카보네이트 용매의 구체적인 예로는 디메틸카보네이트(dimethylcarbonate, DMC), 디에틸카보네이트(diethylcarbonate, DEC), 디프로필카보네이트(dipropylcarbonate, DPC), 메틸프로필카보네이트(methylpropylcarbonate, MPC), 에틸프로필카보네이트(ethylpropylcarbonate, EPC), 메틸에틸카보네이트(methylethylcarbonate, MEC), 에틸메틸카보네이트(ethylmethylcarbonate, EMC), 에틸렌카보네이트(ethylene carbonate, EC), 프로필렌카보네이트(propylene carbonate, PC), 부틸렌카보네이트(butylenes carbonate, BC), 또는 플루오로에틸렌카보네이트(fluoroethylene carbonate, FEC) 등을 들 수 있다. Specific examples of the carbonate solvent include dimethylcarbonate (DMC), diethylcarbonate (DEC), dipropylcarbonate (DPC), methylpropylcarbonate (MPC), and ethylpropylcarbonate (EPC). , Methylethylcarbonate (MEC), ethylmethylcarbonate (EMC), ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylenes carbonate (BC), or fluoro Ethylene carbonate (fluoroethylene carbonate, FEC), etc. are mentioned.

이중에서도 상기 유기 용매로 카보네이트계 용매를 사용하는 것이 바람직하며, 상기 카보네이트계 용매 중에서도 보다 바람직하게는 전지의 충방전 성능을 높일 수 있는 높은 이온전도도를 갖는 고유전율의 카보네이트계 유기 용매와, 상기 고유전율의 유기 용매의 점도를 적절하게 조절할 수 있는 점도가 낮은 카보네이트계 유기 용매를 혼합하여 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 구체적으로 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 고유전율의 유기 용매와, 에틸메틸카보네이트, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 저점도의 유기 용매를 혼합하여 사용할 수 있다. 보다 더 바람직하게는 상기 고유전율의 유기 용매와 저점도의 유기 용매를 2:8 내지 8:2의 부피비로 혼합하여 사용하는 것이 좋으며, 보다 구체적으로 에틸렌카보네이트 또는 프로필렌카보네이트; 에틸메틸카보네이트; 그리고 디메틸카보네이트 또는 디에틸카보네이트를 5:1:1 내지 2:5:3의 부피비로 혼합하여 사용할 수 있으며, 바람직하게는 3:5:2의 부피비로 혼합하여 사용할 수 있다.Among them, it is preferable to use a carbonate-based solvent as the organic solvent, and more preferably among the carbonate-based solvents, a carbonate-based organic solvent having a high dielectric constant having a high ionic conductivity that can increase the charge/discharge performance of the battery, and the intrinsic It may be desirable to mix and use a low-viscosity carbonate-based organic solvent capable of appropriately controlling the viscosity of the total organic solvent. Specifically, an organic solvent having a high dielectric constant selected from the group consisting of ethylene carbonate, propylene carbonate, and mixtures thereof, and an organic solvent having a low viscosity selected from the group consisting of ethylmethyl carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and mixtures thereof It can be mixed and used. Even more preferably, the high-k organic solvent and the low-viscosity organic solvent are mixed in a volume ratio of 2:8 to 8:2, and more specifically, ethylene carbonate or propylene carbonate; Ethyl methyl carbonate; In addition, dimethyl carbonate or diethyl carbonate may be mixed and used in a volume ratio of 5:1:1 to 2:5:3, preferably in a volume ratio of 3:5:2.

상기 리튬염은 리튬이차전지에서 사용되는 리튬 이온을 제공할 수 있는 화합물이라면 특별한 제한없이 사용할 수 있다. 구체적으로 상기 리튬염으로는 LiPF6, LiClO4, LiAsF6, LiBF4, LiSbF6, LiAl04, LiAlCl4, LiCF3SO3, LiC4F9SO3, LiN(C2F5SO3)2, LiN(C2F5SO2)2, LiN(CF3SO2)2. LiN(CaF2a+1SO2)(CbF2b+1SO2)(단, a 및 b는 자연수, 바람직하게는 1≤a≤20이고, 1≤b≤20임), LiCl, LiI, LiB(C2O4)2 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있으며, 바람직하게 리튬 헥사플루오로포스페이트(LiPF6)을 사용하는 것이 좋다.The lithium salt may be used without particular limitation as long as it is a compound capable of providing lithium ions used in a lithium secondary battery. Specifically, the lithium salt includes LiPF 6 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAl0 4 , LiAlCl 4 , LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiN(C 2 F 5 SO 3 ) 2 , LiN(C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN(CF 3 SO 2 ) 2 . LiN(C a F 2a+1 SO 2 )(C b F 2b+1 SO 2 ) (however, a and b are natural numbers, preferably 1≦a≦20, and 1≦b≦20), LiCl, LiI, LiB(C 2 O 4 ) 2 and a mixture thereof may be selected from the group consisting of, and preferably lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) is used.

상기 리튬염을 전해액에 용해시키면, 상기 리튬염은 리튬이차전지 내에서 리튬 이온의 공급원으로 기능하고, 양극과 음극 간의 리튬 이온의 이동을 촉진할 수 있다. 이에 따라, 상기 리튬염은 상기 전해액 내에 대략 0.6mol% 내지 2mol%의 농도로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 리튬염의 농도가 0.6mol% 미만인 경우 전해질의 전도도가 낮아져 전해질 성능이 떨어질 수 있고, 2mol%를 초과하는 경우 전해질의 점도가 증가하여 리튬 이온의 이동성이 낮아질 수 있다. 이와 같은 전해질의 전도도 및 리튬 이온의 이동성을 고려하면, 상기 리튬염은 상기 전해액 내에서 대략 0.7mol% 내지 1.6mol%로 조절되는 것이 보다 바람직할 수 있다.When the lithium salt is dissolved in an electrolytic solution, the lithium salt functions as a source of lithium ions in a lithium secondary battery, and can promote the movement of lithium ions between the positive electrode and the negative electrode. Accordingly, the lithium salt is preferably included in the electrolyte at a concentration of about 0.6 mol% to 2 mol%. When the concentration of the lithium salt is less than 0.6 mol%, the conductivity of the electrolyte may be lowered, resulting in a decrease in electrolyte performance, and when the concentration of the lithium salt exceeds 2 mol%, the viscosity of the electrolyte may increase, resulting in lower mobility of lithium ions. Considering the conductivity of the electrolyte and mobility of lithium ions, the lithium salt may be more preferably adjusted to about 0.7 mol% to 1.6 mol% in the electrolyte.

상기 전해액은 상기 전해액 구성 성분들 외에도 전지의 수명특성 향상, 전지 용량 감소 억제, 전지의 방전 용량 향상 등을 목적으로 일반적으로 전해액에 사용될 수 있는 첨가제(이하, '기타 첨가제'라 함)를 더 포함할 수 있다.In addition to the components of the electrolyte, the electrolyte further includes additives (hereinafter referred to as'other additives') that can be generally used in the electrolyte for the purpose of improving battery life characteristics, suppressing reduction in battery capacity, and improving battery discharge capacity. can do.

상기 기타 첨가제의 구체적인 예로는 비닐렌카보네이트(vinylenecarbonate, VC), 메탈플루오라이드(metal fluoride, 예를 들면, LiF, RbF, TiF, AgF, AgF2, BaF2, CaF2, CdF2, FeF2, HgF2, Hg2F2, MnF2, NiF2, PbF2, SnF2, SrF2, XeF2, ZnF2, AlF3, BF3, BiF3, CeF3, CrF3, DyF3, EuF3, GaF3, GdF3, FeF3, HoF3, InF3, LaF3, LuF3, MnF3, NdF3, PrF3, SbF3, ScF3, SmF3, TbF3, TiF3, TmF3, YF3, YbF3, TIF3, CeF4, GeF4, HfF4, SiF4, SnF4, TiF4, VF4, ZrF4, NbF5, SbF5, TaF5, BiF5, MoF6, ReF6, SF6, WF6, CoF2, CoF3, CrF2, CsF, ErF3, PF3, PbF3, PbF4, ThF4, TaF5, SeF6 등), 글루타노나이트릴(glutaronitrile, GN), 숙시노나이트릴(succinonitrile, SN), 아디포나이트릴(adiponitrile, AN), 3,3'-티오디프로피오나이트릴(3,3'-thiodipropionitrile, TPN), 비닐에틸렌카보네이트(vinylethylene carbonate, VEC), 플루오로에틸렌카보네이트(fluoroethylene carbonate, FEC), 디플루오로에틸렌카보네이트(difluoroethylenecarbonate), 플루오로디메틸카보네이트(fluorodimethylcarbonate), 플루오로에틸메틸카보네이트(fluoroethylmethylcarbonate), 리튬비스(옥살레이토)보레이트(Lithium bis(oxalato)borate, LiBOB), 리튬 디플루오로(옥살레이토) 보레이트(Lithium difluoro (oxalate) borate, LiDFOB), 리튬(말로네이토 옥살레이토)보레이트(Lithium (malonato oxalato) borate, LiMOB) 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 포함할 수 있다. Specific examples of the other additives include vinylene carbonate (VC), metal fluoride (eg, LiF, RbF, TiF, AgF, AgF2, BaF 2 , CaF 2 , CdF 2 , FeF 2 , HgF) 2 , Hg 2 F 2 , MnF 2 , NiF 2 , PbF 2 , SnF 2 , SrF 2 , XeF 2 , ZnF 2 , AlF 3 , BF 3 , BiF 3 , CeF 3 , CrF 3 , DyF 3 , EuF 3 , GaF 3, GdF 3, FeF 3, HoF 3, InF 3, LaF 3, LuF 3, MnF 3, NdF 3, PrF 3, SbF 3, ScF 3, SmF 3, TbF 3, TiF 3, TmF 3, YF 3, YbF 3, TIF 3, CeF 4 , GeF 4, HfF 4, SiF 4, SnF 4, TiF 4, VF 4, ZrF 4, NbF 5, SbF 5, TaF 5, BiF 5, MoF 6, ReF 6, SF 6 , WF 6 , CoF 2 , CoF 3 , CrF 2 , CsF, ErF 3 , PF 3 , PbF 3 , PbF 4 , ThF 4 , TaF 5 , SeF 6, etc.), glutaronitrile (GN), suk Sinonitrile (SN), adiponitrile (AN), 3,3'-thiodipropionitrile (TPN), vinylethylene carbonate (VEC), Fluoroethylene carbonate (FEC), difluoroethylenecarbonate, fluorodimethylcarbonate, fluoroethylmethylcarbonate, lithium bis (oxalato) borate (Lit) hium bis (oxalato) borate, LiBOB), lithium difluoro (oxalate) borate (LiDFOB), lithium (malonato oxalato) borate (Lithium (malonato oxalato) borate, LiMOB), etc. These may be mentioned, and these may be included alone or in combination of two or more.

상기 기타 첨가제는 전해질 총 중량에 대하여 0.1 내지 5 중량%로 포함될 수 있다.The other additives may be included in an amount of 0.1 to 5% by weight based on the total weight of the electrolyte.

본 발명의 다른 일 실시예에 따르면 상기 전해액을 포함하는 리튬이차전지를 제공한다. 본 발명의 실시예에 따른 리튬이차전지는 사용하는 세퍼레이터와 전해질의 종류에 따라 리튬 이온 전지, 리튬 이온 폴리머 전지 및 리튬 폴리머 전지로 분류될 수 있고, 형태에 따라 원통형, 각형, 코인형, 파우치형 등으로 분류될 수 있으며, 사이즈에 따라 벌크 타입과 박막 타입으로 나눌 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 전해액은 이중에서도 리튬 이온 전지, 알루미늄 적층 전지 및 리튬 폴리머 전지에 적용하기에 특히 우수할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a lithium secondary battery including the electrolyte. The lithium secondary battery according to the embodiment of the present invention may be classified into a lithium ion battery, a lithium ion polymer battery, and a lithium polymer battery according to the type of separator and electrolyte used, and according to the shape, the lithium secondary battery It can be classified into, etc., and can be divided into bulk type and thin film type according to the size. The electrolyte solution according to an embodiment of the present invention may be particularly excellent for application to lithium ion batteries, aluminum laminate batteries, and lithium polymer batteries.

상세하게는 상기 리튬이차전지는 서로 대향 배치되는 양극 활물질을 포함하는 양극과 음극 활물질을 포함하는 음극, 그리고 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 상기 전해액을 포함한다.Specifically, the lithium secondary battery includes a positive electrode including a positive electrode active material disposed opposite each other, a negative electrode including a negative electrode active material, and the electrolyte solution interposed between the positive electrode and the negative electrode.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬이차전지(1)의 분해 사시도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 리튬이차전지(1)는 음극(3), 양극(5), 상기 음극(3) 및 양극(5) 사이에 세퍼레이터(7)를 배치하여 전극 조립체(9)를 제조하고, 이를 케이스(15)에 위치시키고 비수 전해액을 주입하여 상기 음극(3), 상기 양극(5) 및 상기 세퍼레이터(7)가 전해액에 함침되도록 함으로써 제조할 수 있다. 1 is an exploded perspective view of a lithium secondary battery 1 according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a lithium secondary battery 1 according to another embodiment of the present invention includes a negative electrode 3, a positive electrode 5, a separator 7 between the negative electrode 3 and the positive electrode 5 By placing the electrode assembly 9 and placing it in the case 15 and injecting a nonaqueous electrolyte so that the cathode 3, the anode 5 and the separator 7 are impregnated with the electrolyte. have.

상기 음극(3) 및 양극(5)에는 전지 작용시 발생하는 전류를 집전하기 위한 도전성 리드 부재(10, 13)가 각기 부착될 수 있고, 상기 리드 부재(10, 13)는 각각 양극(5) 및 음극(3)에서 발생한 전류를 양극 및 음극 단자로 유도할 수 있다.Conductive lead members 10 and 13 for collecting electric current generated during battery operation may be attached to the negative electrode 3 and the positive electrode 5, respectively, and the lead members 10 and 13 are respectively a positive electrode 5 And it is possible to induce the current generated in the negative electrode 3 to the positive and negative terminals.

상기 양극(5)은 양극 활물질, 도전제 및 바인더를 혼합하여 양극 활물질 층 형성용 조성물을 제조한 후, 상기 양극 활물질 층 형성용 조성물을 알루미늄 포일 등의 양극 전류 집전체에 도포한 후 압연하여 제조할 수 있다.The positive electrode 5 is prepared by mixing a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder to prepare a composition for forming a positive electrode active material layer, and then coating the positive electrode active material layer-forming composition on a positive electrode current collector such as aluminum foil, and rolling it. can do.

상기 양극 활물질로는 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물(리티에이티드 인터칼레이션 화합물)을 사용할 수 있다. 구체적으로는 하기 화학식 3으로 표시되는 올리빈형 리튬 금속 화합물을 사용할 수 있다.As the positive electrode active material, a compound capable of reversible intercalation and deintercalation of lithium (reitiated intercalation compound) may be used. Specifically, an olivine-type lithium metal compound represented by the following formula (3) may be used.

[화학식 3][Formula 3]

LixMyM'zXO4-wYw Li x M y M 'z XO 4-w Y w

(상기 화학식 3에서, 상기 M 및 M'은 각각 독립적으로 Fe, Ni, Co, Mn, Cr, Zr, Nb, Cu, V, Mo, Ti, Zn, Al, Ga, Mg, B 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 원소이고, 상기 X는 P, As, Bi, Sb, Mo 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 원소이며, 상기 Y는 F, S 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 원소이고, 0<x≤1, 0<y≤1, 0<z≤1, 0<x+y+z≤2이고, 0≤w≤0.5이다.)(In Formula 3, the M and M'are each independently Fe, Ni, Co, Mn, Cr, Zr, Nb, Cu, V, Mo, Ti, Zn, Al, Ga, Mg, B, and combinations thereof An element selected from the group consisting of, X is an element selected from the group consisting of P, As, Bi, Sb, Mo, and combinations thereof, and Y is selected from the group consisting of F, S, and combinations thereof. Element, 0<x≤1, 0<y≤1, 0<z≤1, 0<x+y+z≤2, and 0≤w≤0.5.)

상기 화합물 중에서도 전지의 용량 특성 및 안정성을 높일 수 있다는 점에서 LiCoO2, LiMnO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiNixMn(1-x)O2(단, 0<x<1), LiMlxM2yO2(단, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1, M1 및 M2은 각각 독립적으로 Al, Sr, Mg 및 La로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이다) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용하는 것이 바람직할 수 있다.Among the above compounds, LiCoO 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNiO 2 , LiNi x Mn (1-x) O 2 (however, 0<x<1), LiM lx M 2y O 2 (However, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1, M 1 and M 2 are each independently selected from the group consisting of Al, Sr, Mg, and La It may be desirable to use one selected from the group consisting of) and mixtures thereof.

상기 음극(3)은 상기 양극(5)과 마찬가지로 음극 활물질, 바인더 및 선택적으로 도전제를 혼합하여 음극 활물질 층 형성용 조성물을 제조한 후, 이를 구리 포일 등의 음극 전류 집전체에 도포하여 제조할 수 있다.The negative electrode 3, like the positive electrode 5, is prepared by mixing a negative electrode active material, a binder, and optionally a conductive agent to prepare a composition for forming a negative electrode active material layer, and then coating it on a negative electrode current collector such as copper foil. I can.

상기 음극 활물질로는 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물을 사용할 수 있다. 상기 음극 활물질의 구체적인 예로는 인조흑연, 천연흑연, 흑연화 탄소섬유, 비정질탄소 등의 탄소질 재료를 사용할 수 있다. 또한, 상기 탄소질 재료 이외에, 리튬과 합금화가 가능한 금속질 화합물, 또는 금속질 화합물과 탄소질 재료를 포함하는 복합물도 음극 활물질로 사용할 수 있다.As the anode active material, a compound capable of reversible intercalation and deintercalation of lithium may be used. As a specific example of the negative active material, a carbonaceous material such as artificial graphite, natural graphite, graphitized carbon fiber, and amorphous carbon may be used. In addition, in addition to the carbonaceous material, a metal compound capable of alloying with lithium or a composite including a metal compound and a carbonaceous material may be used as the negative electrode active material.

상기 리튬과 합금화가 가능한 금속으로는, Si, Al, Sn, Pb, Zn, Bi, In, Mg, Ga, Cd, Si합금, Sn합금 그리고 Al합금 중 적어도 어느 하나가 사용될 수 있다. 또한, 상기 음극 활물질로서 금속 리튬 박막을 사용할 수도 있다.As the metal capable of alloying with lithium, at least one of Si, Al, Sn, Pb, Zn, Bi, In, Mg, Ga, Cd, Si alloy, Sn alloy, and Al alloy may be used. In addition, a metal lithium thin film may be used as the negative active material.

상기 음극 활물질로는 안정성이 높다는 면에서 결정질 탄소, 비결정질 탄소, 탄소 복합체, 리튬 금속, 리튬을 포함하는 합금 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.As the negative active material, any one selected from the group consisting of crystalline carbon, amorphous carbon, carbon composites, lithium metal, lithium-containing alloys, and mixtures thereof may be used in view of high stability.

한편, 상기 전해액은 앞서 전해액에 관한 부분에서 기재한 바와 같으므로 그 기재를 생략한다. 상기 리튬이차전지는 통상의 방법에 의하여 제조될 수 있는 바, 본 명세서에서 상세한 설명은 생략한다. 본 실시예에서는 파우치형 리튬이차전지를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명의 기술이 파우치형 리튬이차전지로 한정되는 것은 아니며, 전지로서 작동할 수 있으면 어떠한 형상으로도 가능할 수 있다.On the other hand, since the electrolytic solution is the same as previously described in the electrolytic solution, the description thereof will be omitted. The lithium secondary battery may be manufactured by a conventional method, and a detailed description thereof will be omitted herein. In this embodiment, a pouch-type lithium secondary battery has been described as an example, but the technology of the present invention is not limited to a pouch-type lithium secondary battery, and any shape may be possible as long as it can be operated as a battery.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전해액을 포함하는 리튬이차전지는 낮은 DC-IR 특성, 높은 고온 저장 특성, 그리고 향상된 출력 특성을 발휘할 수 있어, 빠른 충전 속도가 요구되는 휴대전화, 노트북 컴퓨터, 디지털 카메라, 캠코더 등의 휴대용 기기나, 하이브리드 전기자동차(hybrid electric vehicle, HEV), 플러그인 하이브리드 전기자동차(plug-in HEV, PHEV) 등의 전기 자동차 분야, 그리고 중대형 에너지 저장 시스템에 유용할 수 있다.As described above, the lithium secondary battery including the electrolyte according to the embodiment of the present invention can exhibit low DC-IR characteristics, high high temperature storage characteristics, and improved output characteristics, and thus, mobile phones and notebook computers requiring a fast charging speed. It can be useful in portable devices such as computers, digital cameras, camcorders, electric vehicles such as hybrid electric vehicles (HEVs), plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs), and mid- to large-sized energy storage systems. have.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein.

실시예 1. 전해액의 제조Example 1. Preparation of electrolyte

리튬염으로서 1.0M LiPF6, 유기 용매로서 에틸렌 카보네이트(EC), 에틸메틸카보네이트(ethylmethylcarbonate, EMC) 및 디에틸카보네이트(DEC)가 3:5:2의 부피비로 혼합된 혼합 용매, 그리고 전해액 첨가제로서 전해액 총 중량에 대하여 비스(페닐설포닐)메탄 1중량%를 사용하여 전해액을 제조하였다.
1.0M LiPF 6 as a lithium salt, a mixed solvent in which ethylene carbonate (EC), ethylmethylcarbonate (EMC) and diethyl carbonate (DEC) are mixed in a volume ratio of 3:5:2 as an organic solvent, and as an electrolyte solution additive An electrolytic solution was prepared using 1% by weight of bis(phenylsulfonyl)methane based on the total weight of the electrolytic solution.

실시예 2 내지 11. 전해액의 제조Examples 2 to 11. Preparation of electrolyte

전해액 첨가제로서 하기 표 1에 제시된 화합물을 전해액 총 중량에 대하여 기재된 함량으로 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1에서와 동일한 방법으로 실시하여 전해액을 제조하였다:An electrolyte solution was prepared in the same manner as in Example 1, except that the compound shown in Table 1 below was used as an electrolyte solution additive in the amount described with respect to the total weight of the electrolyte solution:

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112013113321751-pat00004
Figure 112013113321751-pat00004

상기 화학식 1의 전해액 첨가제The electrolyte solution additive of Formula 1 기타 첨가제Other additives XX YY nn 함량content 종류Kinds 함량content 실시예1Example 1 페닐기Phenyl group 페닐기Phenyl group 1One 1중량%1% by weight -- -- 실시예2Example 2 페닐기Phenyl group 페닐기Phenyl group 1One 3중량%3% by weight -- -- 실시예3Example 3 페닐기Phenyl group 페닐기Phenyl group 1One 10중량%10% by weight -- -- 실시예4Example 4 에틸기Ethyl group 에틸기Ethyl group 1One 1중량%1% by weight -- -- 실시예5Example 5 시클로헥실기Cyclohexyl group 시클로헥실기Cyclohexyl group 1One 1중량%1% by weight -- -- 실시예6Example 6 벤질기Benzyl group 벤질기Benzyl group 1One 1중량%1% by weight -- -- 실시예7Example 7 티에닐기Thienyl 티에닐기Thienyl 1One 1중량%1% by weight -- -- 실시예8Example 8 벤즈이미다졸릴기Benzimidazolyl 벤즈이미다졸릴기Benzimidazolyl 1One 1중량%1% by weight -- -- 실시예9Example 9 4-메틸페닐기4-methylphenyl group 4-메틸페닐기4-methylphenyl group 1One 1중량%1% by weight -- -- 실시예10Example 10 4-트리플루오로페닐기4-trifluorophenyl group 4-트리플루오로페닐기4-trifluorophenyl group 1One 1중량%1% by weight -- -- 실시예11Example 11 페닐기Phenyl group 페닐기Phenyl group 1One 1중량%1% by weight SNSN 1중량%1% by weight

상기 표에서 SN은 숙시노니트릴을 의미한다.
In the above table, SN means succinonitrile.

비교예 1. 전해액의 제조Comparative Example 1. Preparation of electrolyte

전해액 첨가제를 사용하지 않는 것을 제외하고는 상기 실시예 1에서와 동일한 방법으로 실시하여 전해액을 제조하였다.
An electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1, except that an electrolyte solution additive was not used.

비교예 2. 전해액의 제조Comparative Example 2. Preparation of electrolyte

전해액 첨가제로서 비스(페닐설포닐)메탄 대신에 숙시노니트릴(SN)을 1중량% 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1에서와 동일한 방법으로 실시하여 전해액을 제조하였다.
An electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1, except that 1% by weight of succinonitrile (SN) was used instead of bis(phenylsulfonyl)methane as an electrolyte solution additive.

비교예 3. 전해액의 제조Comparative Example 3. Preparation of electrolyte

전해액 첨가제로서 비스(페닐설포닐)메탄 대신에 메틸렌비스(벤젠 설포네이트)(methylenebis(benzene sulfonate))를 1중량% 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1에서와 동일한 방법으로 실시하여 전해액을 제조하였다.
An electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1, except that 1% by weight of methylenebis (benzene sulfonate) was used instead of bis (phenylsulfonyl) methane as an electrolyte solution additive. I did.

제조예 1 내지 11. 리튬이차전지의 제조Preparation Examples 1 to 11. Preparation of lithium secondary battery

양극 활물질로서 리튬코발트산화물(LiCoO2) 85중량%와 바인더로서 폴리비닐리덴 플루오라이드 7.5중량% 및 도전재로서 슈퍼-P 카본 7.5중량%를 포함하는 양극 활물질층 형성용 조성물을 집전체로서 알루미늄 호일 위에 코팅 후 건조하여 양극을 제조하였다. 또한 음극 활물질로서 인조흑연 88중량%, 도전재로서 슈퍼-P 카본 4중량% 및 바인더로서 폴리비닐리덴플루오라이드 8중량%를 포함하는 음극 활물질층 형성용 조성물을 집전체로서 구리호일 위에 코팅한 후 건조하여 음극을 제조하였다. 상기에서 제조된 양극 위에 분리막을 놓고 다시 여기에 탄소 음극을 올려놓은 후, 상기 실시예 1 내지 11에서 제조한 전해액을 각각 주입하고, 알루미늄 파우치로 진공 포장하여 리튬이차전지를 제조하였다.
A composition for forming a positive electrode active material layer comprising 85% by weight of lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) as a positive electrode active material, 7.5% by weight of polyvinylidene fluoride as a binder, and 7.5% by weight of super-P carbon as a conductive material is an aluminum foil as a current collector It was coated on and dried to prepare a cathode. In addition, a composition for forming a negative electrode active material layer containing 88% by weight of artificial graphite as an anode active material, 4% by weight of Super-P carbon as a conductive material, and 8% by weight of polyvinylidene fluoride as a binder was coated on a copper foil as a current collector. Dry to prepare a negative electrode. After placing a separator on the positive electrode prepared above and placing a carbon negative electrode thereon, the electrolyte solutions prepared in Examples 1 to 11 were respectively injected, and vacuum-packed with an aluminum pouch to prepare a lithium secondary battery.

시험예 1: 전지특성 평가Test Example 1: Evaluation of battery characteristics

본 발명에 따른 전해액을 포함하는 전지의 전지 특성 개선 효과를 평가하기 위하여, 비커셀에 상기 실시예 1의 전해액을 주입하고, 일정속도 전위 훑음법(linear sweep voltammetry, LSV)을 이용하여 전지특성을 평가하였다. 이때 전극으로는 백금 전극을 사용하였다. 그 결과를 도 2에 나타내었다.In order to evaluate the effect of improving the battery characteristics of the battery containing the electrolyte according to the present invention, the electrolyte of Example 1 was injected into a beaker cell, and the battery characteristics were evaluated using a linear sweep voltammetry (LSV) Evaluated. At this time, a platinum electrode was used as an electrode. The results are shown in FIG. 2.

도 2에 나타난 바와 같이, 전위를 초기전위 3.0V에서부터 7.0V로부터 변화시켰을 때, 전위 6.5V까지는 전류밀도가 거의 일정하게 유지되었으며, 6.5V 이후에서부터 전류밀도가 급격하게 증가되었다.
As shown in FIG. 2, when the electric potential was changed from the initial electric potential of 3.0V to 7.0V, the current density remained almost constant up to the electric potential of 6.5V, and the current density increased rapidly from 6.5V.

시험예 2: 전지특성 평가 Test Example 2: Evaluation of battery characteristics

상기 실시예 1에서 제조한 전해액에 대해 음극 활물질로서 흑연, 및 리튬금속을 포함하는 전극을 각각 사용하여 산화환원 거동을 순환전압전류법(cyclic voltammetry)을 이용하여 관찰, 평가하였다. 그 결과를 도 3에 나타내었다.With respect to the electrolyte prepared in Example 1, an electrode containing graphite and lithium metal was used as a negative electrode active material, respectively, and the redox behavior was observed and evaluated using cyclic voltammetry. The results are shown in FIG. 3.

도 3에 나타난 바와 같이, 전위를 초기전위 0V에서부터 3.0V까지 변화시키면서 전해액의 분해전위를 알 수 있었으며, 이를 통해 음극에서의 피막형성 유무를 판단하였다.
As shown in FIG. 3, it was possible to know the decomposition potential of the electrolyte while changing the potential from the initial potential of 0V to 3.0V, and through this, it was determined whether or not a film was formed at the cathode.

시험예 3: 수명 특성 평가Test Example 3: Evaluation of life characteristics

본 발명에 따른 전해액을 포함하는 리튬이차전지의 충방전에 따른 수명특성을 평가하기 위하여, Battronix® 전지(Battronix 사제)에 상기 실시예 1 내지 11에서 제조한 전해액을 각각 주입한 후, 25℃에서 CC(Constant current)/CV(Constant vlotage) 조건에서 4.35V(0.5C rate)로 충전하고, 10분동안 휴지 후 CC(0.5C rate) 조건에서 3.0V까지 방전하였다. 이때 표준 용량(Normal capacity)은 1000mAh이었다. 상기 충전 및 방전을 1사이클로하여 100사이클 반복 실시하여 충방전에 따른 용량 및 용량유지율을 측정하였다. 그 결과를 도 4에 나타내었다.In order to evaluate the life characteristics of the lithium secondary battery containing the electrolyte according to the present invention due to charging and discharging, the electrolytes prepared in Examples 1 to 11 were respectively injected into Battronix ® batteries (manufactured by Battronix), and then at 25°C. Charged at 4.35V (0.5C rate) under CC (constant current)/CV (constant vlotage) conditions, and after rest for 10 minutes, discharged to 3.0V under CC (0.5C rate) conditions. At this time, the normal capacity was 1000mAh. The charging and discharging were performed as 1 cycle and 100 cycles were repeated to measure the capacity and capacity retention rate according to charging and discharging. The results are shown in FIG. 4.

실험결과, 본 발명에 해당하는 실시예 1 내지 11의 전해액을 포함하는 전지는, 전해액내 첨가된 첨가제의 양극 활물질에 대한 피막 형성 효과로 인해 우수한 용량유지율을 나타내었다. As a result of the experiment, the batteries including the electrolyte solutions of Examples 1 to 11 corresponding to the present invention exhibited excellent capacity retention due to the effect of forming a film on the positive electrode active material of the additive added in the electrolyte solution.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.As described above, one embodiment of the present invention has been described, but those of ordinary skill in the relevant technical field add, change, delete or add components within the scope not departing from the spirit of the present invention described in the claims. Various modifications and changes can be made to the present invention by means of the like, and this will also be said to be included within the scope of the present invention.

1 : 리튬이차전지
3 : 음극 5 : 양극
7 : 세퍼레이터 9 : 전극 조립체
10, 13 : 리드 부재 15 : 케이스
1: lithium secondary battery
3: cathode 5: anode
7: separator 9: electrode assembly
10, 13 lead member 15 case

Claims (11)

하기 화학식 1의 화합물을 전해액 첨가제로 포함하는 전해액:
[화학식 1]
Figure 112020054161340-pat00005

상기 화학식 1에서,
X 및 Y는 각각 독립적으로 시클로헥실기, 티에닐기, 및 벤즈이미다졸릴기로 이루어진 군에서 선택되고, n은 1 내지 3의 정수이다.
An electrolyte solution containing the compound of Formula 1 as an electrolyte solution additive:
[Formula 1]
Figure 112020054161340-pat00005

In Formula 1,
X and Y are each independently selected from the group consisting of a cyclohexyl group, a thienyl group, and a benzimidazolyl group, and n is an integer of 1 to 3.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 화학식 1의 화합물이 전해액 총 중량에 대하여 0.1 내지 10중량%로 포함되는 전해액.
The method of claim 1,
An electrolyte solution containing 0.1 to 10% by weight of the compound of Formula 1 based on the total weight of the electrolyte.
제1항에 있어서,
상기 전해액이 유기 용매 및 리튬염을 더 포함하는 것인 전해액.
The method of claim 1,
The electrolyte solution further comprises an organic solvent and a lithium salt.
제5항에 있어서,
상기 유기 용매가 에스테르 용매, 에테르 용매, 케톤 용매, 방향족 탄화수소 용매, 알콕시알칸 용매, 카보네이트 용매 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것인 전해액.
The method of claim 5,
The electrolyte solution wherein the organic solvent is selected from the group consisting of an ester solvent, an ether solvent, a ketone solvent, an aromatic hydrocarbon solvent, an alkoxyalkane solvent, a carbonate solvent, and a mixture thereof.
제5항에 있어서,
상기 유기 용매가 고유전율의 유기 용매와 저점도 유기 용매를 2:8 내지 8:2의 부피비로 포함하는 것인 전해액.
The method of claim 5,
The electrolyte solution wherein the organic solvent comprises an organic solvent having a high dielectric constant and an organic solvent having a low viscosity in a volume ratio of 2:8 to 8:2.
제7항에 있어서,
상기 고유전율의 유기 용매가 에틸렌카보네이트(ethylene carbonate), 프로필렌카보네이트(propylene carbonate) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되고,
상기 저점도 유기 용매가 에틸메틸카보네이트(methylethylcarbonate), 디메틸카보네이트(dimethylcarbonate), 디에틸카보네이트(diethylcarbonate) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것인 전해액.
The method of claim 7,
The high dielectric constant organic solvent is selected from the group consisting of ethylene carbonate, propylene carbonate, and mixtures thereof,
The low-viscosity organic solvent is selected from the group consisting of ethylmethylcarbonate, dimethylcarbonate, diethylcarbonate, and mixtures thereof.
제5항에 있어서,
상기 유기 용매가 에틸렌카보네이트 및 프로필렌카보네이트 중 1종; 에틸메틸카보네이트; 그리고 디메틸카보네이트 및 디에틸카보네이트 중 1종을 5:1:1 내지 2:5:3의 부피비로 포함하는 것인 전해액.
The method of claim 5,
The organic solvent is one of ethylene carbonate and propylene carbonate; Ethyl methyl carbonate; And one of dimethyl carbonate and diethyl carbonate in a volume ratio of 5:1:1 to 2:5:3.
제5항에 있어서,
상기 리튬염이 LiPF6, LiClO4, LiAsF6, LiBF4, LiSbF6, LiAl04, LiAlCl4, LiCF3SO3, LiC4F9SO3, LiN(C2F5SO3)2, LiN(C2F5SO2)2, LiN(CF3SO2)2. LiN(CaF2a+1SO2)(CbF2b+1SO2)(단, a 및 b는 자연수임), LiCl, LiI, LiB(C2O4)2 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것인 전해액.
The method of claim 5,
The lithium salt is LiPF 6 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAl0 4 , LiAlCl 4 , LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiN(C 2 F 5 SO 3 ) 2 , LiN( C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN(CF 3 SO 2 ) 2 . LiN(C a F 2a+1 SO 2 )(C b F 2b+1 SO 2 ) (where a and b are natural numbers), LiCl, LiI, LiB(C 2 O 4 ) 2 and mixtures thereof The electrolyte is selected from the group.
양극 활물질을 포함하는 양극,
상기 양극과 대향 배치되며, 음극 활물질을 포함하는 음극, 그리고
상기 양극과 음극 사이에 개재되는 전해액을 포함하며,
상기 전해액은 하기 화학식 1의 화합물을 전해액 첨가제로 포함하는 것인 리튬이차전지:
[화학식 1]
Figure 112020054161340-pat00006

상기 화학식 1에서,
X 및 Y는 각각 독립적으로 시클로헥실기, 티에닐기, 및 벤즈이미다졸릴기로 이루어진 군에서 선택되고, n은 1 내지 3의 정수이다.
A positive electrode including a positive electrode active material,
A negative electrode disposed opposite to the positive electrode and including a negative electrode active material, and
It includes an electrolyte solution interposed between the positive electrode and the negative electrode,
The electrolyte is a lithium secondary battery comprising the compound of Formula 1 as an electrolyte additive:
[Formula 1]
Figure 112020054161340-pat00006

In Formula 1,
X and Y are each independently selected from the group consisting of a cyclohexyl group, a thienyl group, and a benzimidazolyl group, and n is an integer of 1 to 3.
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