KR102371079B1 - Electrolyte and lithium secondary battery with the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전해질 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것으로, 상기 전해질은 하기 화학식 1의 포스포네이트계 화합물을 전해질 첨가제로 포함하여, 리튬 이차 전지의 전지 특성, 특히 수명 특성 및 저저항 특성을 향상시킬 수 있다.
[화학식 1]

Figure 112014125744372-pat00013

상기 화학식 1에서, R1, R2, 및 X는 명세서 중에서 정의한 바와 같다. The present invention relates to an electrolyte and a lithium secondary battery including the same, wherein the electrolyte contains a phosphonate-based compound of Formula 1 as an electrolyte additive to improve battery characteristics, particularly lifespan characteristics and low resistance characteristics of a lithium secondary battery can do it
[Formula 1]
Figure 112014125744372-pat00013

In Formula 1, R 1 , R 2 , and X are as defined in the specification.

Description

전해질 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지{ELECTROLYTE AND LITHIUM SECONDARY BATTERY WITH THE SAME}Electrolyte and lithium secondary battery including same

본 발명은 리튬 이차 전지의 전지 특성, 특히 수명 특성 및 저저항 특성을 향상시킬 수 있는 전해질 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것이다.The present invention relates to an electrolyte capable of improving battery characteristics, particularly, lifespan characteristics and low resistance characteristics of a lithium secondary battery, and a lithium secondary battery including the same.

리튬 이차 전지는 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. 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 구성 성분들은 대전류가 흐르는 조건에서 전지의 성능구현이 안정적으로 이루어 져야한다. Lithium secondary batteries are used not only as portable power sources for mobile phones, notebook computers, digital cameras and camcorders, but also as power tools, electric bicycles, hybrid electric vehicles (HEVs), and plug-in hybrid electric vehicles. Its application is rapidly expanding to medium and large power sources such as HEV and PHEV). The external shape and size of the battery are also changing in various ways according to the expansion of the application field and the increase in demand, and better performance and stability than the characteristics required for the existing small battery are required. In order to meet these demands, the battery components must stably realize the performance of the battery under the condition that a large current flows.

리튬 이차 전지는 리튬 이온의 삽입 및 탈리가 가능한 물질을 음극 및 양극으로 사용하고, 두 전극 사이에 다공성 분리막을 설치한 후 액체 전해질을 주입시켜 제조되며, 상기 음극 및 양극에서의 리튬 이온의 삽입 및 탈리에 따른 산화 환원반응에 의해 전기가 생성 또는 소비된다. A lithium secondary battery is manufactured by using a material capable of inserting and deintercalating lithium ions as an anode and a cathode, installing a porous separator between the two electrodes, and then injecting a liquid electrolyte, and inserting and deintercalating lithium ions in the anode and cathode Electricity is generated or consumed by redox reactions following desorption.

리튬 이온 전지의 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 전해질에 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 and additives as electrolyte-equipped components. In addition, even when a specific compound is added to the electrolyte as an additive to improve battery performance, performance improvement of some items of most battery performance can be expected, but the performance of other items is rather reduced.

본 발명의 목적은 리튬 이차 전지의 전지 특성, 특히 수명 특성 및 저저항 특성을 향상시킬 수 있는 전해질을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an electrolyte capable of improving battery characteristics, particularly, lifespan characteristics and low resistance characteristics of a lithium secondary battery.

본 발명의 다른 목적은 상기 전해질을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a lithium secondary battery including the electrolyte.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전해질은 하기 화학식 1의 포스포네이트(phosphonate)계 화합물을 전해질 첨가제로 포함한다:In order to achieve the above object, the electrolyte according to an embodiment of the present invention includes a phosphonate-based compound of Formula 1 below as an electrolyte additive:

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112014125744372-pat00001
Figure 112014125744372-pat00001

상기 화학식 1에서, In Formula 1,

R1 및 R2는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬기이고, R 1 and R 2 are each independently an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms,

X는 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기이다.X is an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms.

또, 상기 화학식 1에 있어서, R1 및 R2는 각각 독립적으로 탄소수 2 내지 5의 알킬기이고, X는 탄소수 1 내지 5의 알킬렌기일 수 있다.In addition, in Formula 1, R 1 and R 2 may each independently be an alkyl group having 2 to 5 carbon atoms, and X may be an alkylene group having 1 to 5 carbon atoms.

상기 화학식 1의 포스포네이트계 화합물은 디에틸 시아노메틸 포스포네이트(diethylcyanomethyl phosphonate)일 수 있다.The phosphonate-based compound of Formula 1 may be diethylcyanomethyl phosphonate.

상기 전해질은 유기 용매 및 리튬염을 더 포함할 수 있다.The electrolyte may further include an organic solvent and a lithium salt.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 리튬 이차 전지는 양극 활물질을 포함하는 양극, 상기 양극과 대향 배치되며, 음극 활물질을 포함하는 음극, 그리고 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 전해질을 포함하며, 상기 전해질은 하기 화학식 1의 포스포네이트계 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, a negative electrode including a negative electrode active material, and an electrolyte interposed between the positive electrode and the negative electrode, the electrolyte includes a phosphonate-based compound represented by the following formula (1):

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112014125744372-pat00002
Figure 112014125744372-pat00002

상기 화학식 1에서, In Formula 1,

R1 및 R2는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬기이고, R 1 and R 2 are each independently an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms,

X는 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기이다.X is an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms.

상기 화학식 1의 포스포네이트계 화합물은 디에틸 시아노메틸 포스포네이트일 수 있다.The phosphonate-based compound of Formula 1 may be diethyl cyanomethyl phosphonate.

본 발명에 따른 전해질은 리튬 이차 전지의 전지 특성, 특히 수명 특성 및 저저항 특성을 향상시킬 수 있다.The electrolyte according to the present invention can improve battery characteristics, particularly, lifespan characteristics and low resistance characteristics of a lithium secondary battery.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차 전지의 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차 전지의 수명특성 평가 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차 전지의 저저항 특성 평가 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차 전지의 고온저항 특성 평가 결과를 나타낸 그래프이다.
1 is an exploded perspective view of a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention.
2 is a graph showing the evaluation results of the life characteristics of a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph showing a result of evaluation of low resistance characteristics of a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph showing a result of evaluation of high temperature resistance characteristics of a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention.

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.Since the present invention can apply various transformations and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, 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. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present invention, the terms include or have is intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features, number, step , it should be understood that it does not preclude in advance the possibility of the presence or addition of an operation, component, part, or combination thereof.

본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한 모든 화합물 또는 치환기는 치환되거나 비치환된 것일 수 있다. 여기서, 치환된이란 수소가 할로겐 원자, 하이드록시기, 카르복시기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 티오기, 메틸티오기, 알콕시기, 나이트릴기, 알데하이드기, 에폭시기, 에테르기, 에스테르기, 카르보닐기, 아세탈기, 케톤기, 알킬기, 퍼플루오로알킬기, 시클로알킬기, 헤테로시클로알킬기, 알릴기, 벤질기, 아릴기, 헤테로아릴기, 이들의 유도체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나로 대체된 것을 의미한다.All compounds or substituents may be substituted or unsubstituted unless otherwise specified in the present specification. Here, substituted means that hydrogen is a halogen atom, a hydroxyl group, a carboxy group, a cyano group, a nitro group, an amino group, a thio group, a methylthio group, an alkoxy group, a nitrile group, an aldehyde group, an epoxy group, an ether group, an ester group, a carbonyl group, Substituted with any one selected from the group consisting of an acetal group, a ketone group, an alkyl group, a perfluoroalkyl group, a cycloalkyl group, a heterocycloalkyl group, an allyl group, a benzyl group, an aryl group, a heteroaryl group, derivatives thereof, and combinations thereof means that

본 발명의 일 실시예에 따른 전해질은, 하기 화학식 1의 포스포네이트(phosphonate)계 화합물을 전해질 첨가제로 포함한다:The electrolyte according to an embodiment of the present invention includes a phosphonate-based compound of Formula 1 below as an electrolyte additive:

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112014125744372-pat00003
Figure 112014125744372-pat00003

상기 화학식 1에서, In Formula 1,

R1 및 R2는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬기이고, R 1 and R 2 are each independently an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms,

X는 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기이다.X is an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms.

또, 상기 화학식 1에서, 상기 전해질 첨가제의 사용에 따른 전지 특성 개선효과의 개선 정도를 고려할 때, R1 및 R2는 각각 독립적으로 탄소수 2 내지 4의 알킬기인 것이 바람직하고, 탄소수 2의 에틸기가 보다 바람직할 수 있다.In addition, in Formula 1, in consideration of the degree of improvement in the effect of improving battery characteristics according to the use of the electrolyte additive, R 1 and R 2 are each independently preferably an alkyl group having 2 to 4 carbon atoms, and an ethyl group having 2 carbon atoms It may be more preferable.

또, 상기 R1과 R2는 동일한 것이 개선효과의 현저함 면에서 보다 바람직할 수 있다.In addition, it may be more preferable that R 1 and R 2 are the same in terms of significant improvement effect.

또, 상기 화학식 1에서, 상기 전해질 첨가제의 사용에 따른 전지 특성 개선효과의 개선 정도를 고려할 때, X는 탄소수 1 내지 5의 알킬렌기인 것이 바람직하고, 탄소수 1 내지 3의 알킬렌기가 보다 바람직할 수 있으며, 이중에서도 탄소수 1의 메틸렌기가 보다 더 바람직할 수 있다. In addition, in Formula 1, when considering the degree of improvement in the effect of improving battery characteristics according to the use of the electrolyte additive, X is preferably an alkylene group having 1 to 5 carbon atoms, and more preferably an alkylene group having 1 to 3 carbon atoms. and, among them, a methylene group having 1 carbon number may be more preferable.

구체적으로, 상기 화학시 1의 포스포네이트계 화합물은 디에틸 시아노메틸 포스포네이트(diethyl cyanomethyl phsphonate)일 수 있다.Specifically, the phosphonate-based compound of Chemical 1 may be diethyl cyanomethyl phsphonate.

상기 화학식 1의 포스포네이트계 화합물을 포함하는 전해질 첨가제는, 전해질 총 중량에 대하여 0.1 내지 10 중량%로 포함될 수 있고, 바람직하게는 0.1 내지 5 중량%로 포함될 수 있고, 보다 바람직하게는 0.1 내지 3 중량%로 포함될 수 있다. The electrolyte additive including the phosphonate compound of Formula 1 may be included in an amount of 0.1 to 10% by weight, preferably 0.1 to 5% by weight, and more preferably 0.1 to 10% by weight based on the total weight of the electrolyte. It may be included in 3 wt%.

상기 화학식1의 포스포네이트계 화합물은 전해질 첨가제로 사용시 리튬 이차 전지의 전지 특성, 특히 수명 특성 및 저저항 특성을 향상시킬 수 있다. When the phosphonate-based compound of Formula 1 is used as an electrolyte additive, it is possible to improve battery characteristics, particularly, lifespan characteristics and low resistance characteristics of a lithium secondary battery.

상기 전해질은 상기한 전해질 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 described above.

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 any particular limitation as long as it can serve as a medium through which ions involved in the electrochemical reaction of the battery can move. Specifically, as the organic solvent, an ester solvent, an ether solvent, a ketone solvent, an aromatic hydrocarbon solvent, an alkoxyalkane solvent, a carbonate solvent, etc. may be used, and among these solvents, one type alone or two or more types may be mixed.

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 propionate. Cypionate (ethyl propionate), γ-butyrolactone (γ-butyrolactone), decanolide (decanolide), γ-valerolactone (γ-valerolactone), mevalonolactone (mevalonolactone), γ-caprolactone (γ -caprolactone), δ-valerolactone, or ε-caprolactone (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 and the like. Specific examples of the aromatic hydrocarbon-based organic solvent include benzene, fluorobenzene, chlorobenzene, iodobenzene, toluene, fluorotoluene, or xylene. (xylene) and the like. 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 dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate (DPC), methylpropyl carbonate (methylpropylcarbonate, MPC), ethylpropyl carbonate (EPC) , methylethylcarbonate (MEC), ethylmethylcarbonate (EMC), ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylenes carbonate (BC), or fluoro and ethylene carbonate (FEC).

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 high ionic conductivity capable of increasing the charge/discharge performance of a battery, and the intrinsic It may be preferable to use a mixture of a carbonate-based organic solvent having a low viscosity capable of appropriately adjusting the viscosity of the organic solvent of the totality. Specifically, an organic solvent of high dielectric constant selected from the group consisting of ethylene carbonate, propylene carbonate, and mixtures thereof, and an organic solvent of low viscosity selected from the group consisting of ethylmethyl carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and mixtures thereof. It can be used by mixing. More preferably, the high dielectric constant 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; And dimethyl carbonate or diethyl carbonate may be mixed in a volume ratio of 5:1:1 to 2:5:3, and preferably mixed in a volume ratio of 3:5:2.

상기 리튬염은 리튬 이차 전지에서 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, as the lithium salt, 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 ) (provided that a and b are natural numbers, preferably 1≤a≤20, and 1≤b≤20), LiCl, LiI, LiB(C 2 O 4 ) 2 and mixtures thereof may be used, and lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) is preferably used.

상기 리튬염을 전해질에 용해시키면, 상기 리튬염은 리튬 이차 전지 내에서 리튬 이온의 공급원으로 기능하고, 양극과 음극 간의 리튬 이온의 이동을 촉진할 수 있다. 이에 따라, 상기 리튬염은 상기 전해질 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 전해질 내에서 대략 0.7mol% 내지 1.6mol%로 조절되는 것이 보다 바람직할 수 있다.When the lithium salt is dissolved in the electrolyte, the lithium salt functions as a source of lithium ions in the lithium secondary battery, and may promote movement of lithium ions between the positive electrode and the negative electrode. Accordingly, the lithium salt is preferably contained in the electrolyte in a concentration of about 0.6 mol% to 2 mol%. If the concentration of the lithium salt is less than 0.6 mol%, the conductivity of the electrolyte may be lowered, and thus electrolyte performance may be deteriorated. Considering the conductivity of the electrolyte and the mobility of lithium ions, it may be more preferable that the lithium salt be adjusted to approximately 0.7 mol% to 1.6 mol% in the electrolyte.

상기 전해질은 상기 전해질 구성 성분들 외에도 전지의 수명특성 향상, 전지 용량 감소 억제, 전지의 방전 용량 향상 등을 목적으로 일반적으로 전해질에 사용될 수 있는 첨가제(이하, 기타 첨가제라 함)를 더 포함할 수 있다.In addition to the electrolyte components, the electrolyte may further include 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. there is.

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, ZrF44, 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), 4-톨루나이트릴(4-tolunitrile), 1,3,6-헥산트리카보나이트릴(1,3,6-hexanetricarbonitrile), 프로필렌설파이드(propylene sulfide, PS), 3,3'-티오디프로피오나이트릴(3,3'-thiodipropionitrile, TPN), 비닐에틸렌카보네이트(vinylethylene carbonate, VEC), 플루오로에틸렌카보네이트(fluoroethylene carbonate, FEC), 디플루오로에틸렌카보네이트(difluoroethylenecarbonate), 플루오로디메틸카보네이트(fluorodimethylcarbonate), 플루오로에틸메틸카보네이트(fluoroethylmethylcarbonate), 리튬비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드(Lithium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, LiTFSI), 리튬 테트라플루오로보레이트 (Lithium tetrafluoroborate, LiBF4), 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), 리튬 디플루오로포스페이트(lithium difluorophosphate, LiPO2F2), LiPF2C4O8, LiSO3CF3, LiPF4(C2O4), LiP(C2O4)3, LiC(SO2CF3)3, LiBF3(CF3CF2), LiPF3(CF3CF2)3, Li2B12F12, 1,3-프로판설톤(1,3-propane sultone), 1,3-프로펜설톤(1,3-propene sultone), 바이페닐(biphenayl), 시클로헥실벤젠(cyclohexyl benzene), 4-플루오로톨루엔(4-fluorotoluene), 숙시노언하이드라이드(succinic anhydride), 에틸렌설페이트언하이드라이드(ethylene sulfate anhydride), 트리스(트리메틸실릴)보레이트(tris(methylsilyl)borate) 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, AgF 2 , 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 , ZrF4 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), Succinonitrile (SN), adiponitrile (AN), 4-tolunitrile (4-tolunitrile), 1,3,6-hexane tricarbonitrile (1,3,6-hexanetricarbonitrile) , propylene sulfide (PS), 3,3'-thiodipropionitrile (TPN), vinyl ethylene carbonate (VEC), fluoroethylene carbonate (FEC) ), difluoroethylene carbonate (difluoroethylenecarbo nate), fluorodimethylcarbonate, fluoroethylmethylcarbonate, lithium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (LiTFSI), lithium tetrafluoroborate (Lithium) tetrafluoroborate, LiBF 4 ), Lithium bis(oxalato)borate (LiBOB), Lithium difluoro (oxalato) borate (LiDFOB), Lithium (malonato oxalato)borate (Lithium ( malonato oxalato) borate, LiMOB), lithium difluorophosphate (LiPO 2 F 2 ), LiPF 2 C 4 O 8 , LiSO 3 CF 3 , LiPF 4 (C 2 O 4 ), LiP(C 2 O 4 ) ) 3 , LiC(SO 2 CF 3 ) 3 , LiBF 3 (CF 3 CF 2 ), LiPF 3 (CF 3 CF 2 ) 3 , Li 2 B 12 F 12 , 1,3-propanesultone(1,3-propane sultone), 1,3-propene sultone, biphenayl, cyclohexyl benzene, 4-fluorotoluene, succinoanhydride ( succinic anhydride), ethylene sulfate anhydride, tris(trimethylsilyl)borate, and the like, and may include one type alone or a mixture of two or more thereof. there is.

상기 기타 첨가제는 전해질 총 중량에 대하여 0.1 내지 20중량%로 포함될 수 고, 0.2 내지 5중량%로 포함되는 것이 바람직하다.The other additives may be included in an amount of 0.1 to 20% by weight, preferably 0.2 to 5% by weight, based on the total weight of the electrolyte.

본 발명의 다른 일 실시예에 따르면 상기 전해질을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다. 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차 전지는 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 전해질은 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. A lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention may be classified into a lithium ion battery, a lithium ion polymer battery, and a lithium polymer battery depending on the type of separator and electrolyte used, and may be cylindrical, prismatic, coin-type, or pouch-type according to the shape. and the like, and may be divided into a bulk type and a thin film type according to the size. The electrolyte according to the embodiment of the present invention may be particularly excellent for application to a lithium ion battery, an aluminum laminate battery, and a lithium polymer battery.

상세하게는 상기 리튬 이차 전지는 서로 대향 배치되는 양극 활물질을 포함하는 양극과 음극 활물질을 포함하는 음극, 그리고 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 상기 전해질을 포함한다.In detail, the lithium secondary battery includes a positive electrode including a positive electrode active material disposed opposite to each other, a negative electrode including a negative electrode active material, and the electrolyte interposed between the positive electrode and the negative electrode.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차 전지(1)의 분해 사시도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 리튬 이차 전지(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 전해질을 주입하여 상기 음극(3), 상기 양극(5) 및 상기 세퍼레이터(7)가 전해질에 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 , and a separator 7 between the negative electrode 3 and the positive electrode 5 . to prepare an electrode assembly 9 by placing it, placing it in a case 15, and injecting a non-aqueous electrolyte so that the negative electrode 3, the positive electrode 5 and the separator 7 are impregnated with the electrolyte. there is.

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 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 the 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 manufactured 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, applying the composition for forming a positive electrode active material layer on a positive electrode current collector such as aluminum foil, and then rolling can do.

상기 양극 활물질로는 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물(리티에이티드 인터칼레이션 화합물)을 사용할 수 있다. 구체적으로는 하기 화학식 2로 표시되는 올리빈형 리튬 금속 화합물을 사용할 수 있다.As the cathode active material, a compound capable of reversible intercalation and deintercalation of lithium (a lithiated intercalation compound) may be used. Specifically, an olivine-type lithium metal compound represented by the following Chemical Formula 2 may be used.

[화학식 2][Formula 2]

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

(상기 화학식 2에서, 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 2, 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 is 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, 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 (provided that 0<x<1), LiM lx M 2y O 2 (provided that 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 one) and mixtures thereof may be preferably used.

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 is prepared by mixing a negative electrode active material, a binder and optionally a conductive agent in the same manner as the positive electrode 5 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. 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. Specific examples of the anode active material include carbonaceous materials such as artificial graphite, natural graphite, graphitized carbon fiber, and amorphous carbon. In addition to the carbonaceous material, a metal compound capable of alloying with lithium or a composite including the metal compound and the 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 electrode 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 composite material, lithium metal, lithium-containing alloy, and mixtures thereof in view of high stability may be used.

한편, 상기 전해질은 앞서 전해질에 관한 부분에서 기재한 바와 같으므로 그 기재를 생략한다. 상기 리튬 이차 전지는 통상의 방법에 의하여 제조될 수 있는 바, 본 명세서에서 상세한 설명은 생략한다. 본 실시예에서는 파우치형 리튬 이차 전지를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명의 기술이 파우치형 리튬 이차 전지로 한정되는 것은 아니며, 전지로서 작동할 수 있으면 어떠한 형상으로도 가능할 수 있다.On the other hand, since the electrolyte is the same as described in the section related to the electrolyte, the description thereof is omitted. Since the lithium secondary battery may be manufactured by a conventional method, 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 operate as a battery.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전해질을 포함하는 리튬 이차 전지는 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 temperature storage characteristics, and improved output characteristics, so that a fast charging speed is required for mobile phones and notebook computers. It can be useful in portable devices such as computers, digital cameras, and camcorders, in the field of electric vehicles such as hybrid electric vehicles (HEVs) and plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs), and medium and large energy storage systems. there is.

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 of ordinary skill in the art can easily carry out the present invention. However, the present invention may be embodied in several different forms and is not limited to the embodiments described herein.

[[ 제조예production example 1: 전해액 및 1: electrolyte and 리튬이차전지의lithium secondary battery 제조] Produce]

하기에서, 양극으로는 양극 활물질로 LiNi0 .6Mn0 .2Co0 .2O4, 도전제로 카본블랙(carbon black), 바인더로 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride, PVDF), 용매로 n-메틸-2-피롤리돈(n-methyl-2-pyrrolidone, NMP)를 혼합하여 제조한 슬러리를 알루미늄(Al) 기재에 코팅하여 제조한 것을 사용하였다. 또한, 음극으로는 인조흑연인 MCMB(mesocarbon microbead)와 카본블랙(carbon black), 바인더로 PVDF를, 용매로는 NMP를 혼합하여 제조한 슬러리를 구리(Cu) 기재에 코팅하여 제조한 것을 사용하였다.
In the following, LiNi 0.6 Mn 0.2 Co 0.2 O 4 as a positive electrode active material as a positive electrode, carbon black as a conductive agent, polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder, n as a solvent -Methyl-2-pyrrolidone (n-methyl-2-pyrrolidone, NMP) was mixed and prepared by coating the slurry on an aluminum (Al) substrate was used. In addition, a slurry prepared by mixing artificial graphite (mesocarbon microbead) (MCMB) and carbon black as an anode, PVDF as a binder, and NMP as a solvent was coated on a copper (Cu) base material. .

(( 실시예Example 1) One)

에틸렌 카보네이트(EC), 에틸메틸카보네이트(EMC), 그리고 디메틸카보네이트(DEC)의 혼합용액(부피비: EC/EMC/DEC = 3/5/2)에 LiPF6 1.3M이 되도록 첨가한 후, 수득된 혼합용액 총 중량에 대하여 전해액 첨가제로서 하기 구조의 디에틸 시아노메틸 포스포네이트(diethyl cyanomethyl phosphonate)(i) 0.5중량%를 첨가하여 전해액을 제조하였다. 상기 제조된 전해액과 앞서 제조해둔 양극 및 음극을 이용하여 알루미늄 파우치 형태(Al-pouch type)의 리튬 이차 전지를 제조하였다.After adding LiPF 6 1.3M to a mixed solution of ethylene carbonate (EC), ethylmethyl carbonate (EMC), and dimethyl carbonate (DEC) (volume ratio: EC/EMC/DEC = 3/5/2), the obtained An electrolyte solution was prepared by adding 0.5 wt% of diethyl cyanomethyl phosphonate (i) having the following structure as an electrolyte solution additive based on the total weight of the mixed solution. A lithium secondary battery of an aluminum pouch type (Al-pouch type) was prepared using the prepared electrolyte solution and the positive and negative electrodes prepared above.

Figure 112014125744372-pat00004
(i)
Figure 112014125744372-pat00004
(i)

(( 실시예Example 2 내지 4) 2 to 4)

상기 실시예 1에서 디에틸 시아노메틸 포스포네이트 대신에 하기 표 1에 기재된 바와 같은 화합물을 전해질 첨가제로서 기재된 함량으로 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1에서와 동일한 방법으로 실시하여 전지를 제조하였다.A battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that in Example 1, a compound as shown in Table 1 below was used in the amount described as an electrolyte additive instead of diethyl cyanomethyl phosphonate. prepared.

전해질 첨가제Electrolyte Additives 화학식chemical formula 첨가량
(전해액 총 중량에 대한 중량%)
addition amount
(% by weight based on the total weight of the electrolyte)
실시예2Example 2 디에틸 2-시아노에틸 포스포네이트
(Diethyl (2-cyanoethyl)phosphonate)
Diethyl 2-cyanoethyl phosphonate
(Diethyl (2-cyanoethyl)phosphonate)

Figure 112014125744372-pat00005
Figure 112014125744372-pat00005
0.50.5 실시예3Example 3 디에틸 시아노포스포네이트
(Diethyl cyanophosphonate)
diethyl cyanophosphonate
(Diethyl cyanophosphonate)
Figure 112014125744372-pat00006
Figure 112014125744372-pat00006
0.50.5
실시예4Example 4 디이소프로필(시아노메틸)포스포네이트
(Diisopropyl(cyanomethyl)phosphonate)
Diisopropyl (cyanomethyl) phosphonate
(Diisopropyl(cyanomethyl)phosphonate)
Figure 112014125744372-pat00007
Figure 112014125744372-pat00007
0.50.5

( ( 비교예comparative example 1) One)

에틸렌 카보네이트(EC), 에틸메틸카보네이트(EMC), 그리고 디메틸카보네이트(DEC)의 혼합용액(부피비: EC/EMC/DEC = 3/5/2)에 LiPF6 1.3M이 되도록 첨가하여 전해액을 제조하였다. 상기 제조된 전해액과 앞서 제조해둔 양극 및 음극을 이용하여 알루미늄 파우치 형태(Al-pouch type)의 리튬 이차 전지를 제조하였다.LiPF 6 1.3M was added to a mixed solution of ethylene carbonate (EC), ethylmethyl carbonate (EMC), and dimethyl carbonate (DEC) (volume ratio: EC/EMC/DEC = 3/5/2) to prepare an electrolyte solution . A lithium secondary battery of an aluminum pouch type (Al-pouch type) was prepared using the prepared electrolyte solution and the positive and negative electrodes prepared above.

(( 비교예comparative example 2 내지 4) 2 to 4)

상기 실시예 1에서 디에틸 시아노메틸 포스포네이트 대신에 하기 표 2에 기재된 바와 같은 화합물을 전해질 첨가제로서 기재된 함량으로 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1에서와 동일한 방법으로 실시하여 전지를 제조하였다.A battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that in Example 1, a compound as shown in Table 2 below was used in the amount described as an electrolyte additive instead of diethyl cyanomethyl phosphonate. prepared.

전해질 첨가제Electrolyte Additives 화학식chemical formula 첨가량
(전해액 총 중량에 대한 중량%)
addition amount
(% by weight based on the total weight of the electrolyte)
비교예2Comparative Example 2 디에틸 메틸포스포네이트
(Diethyl methylphosphonate)
diethyl methylphosphonate
(Diethyl methylphosphonate)

Figure 112014125744372-pat00008
Figure 112014125744372-pat00008
0.50.5 비교예3Comparative Example 3 디에틸 에틸포스포네이트
(Diethyl ethylphosphonate)
diethyl ethylphosphonate
(Diethyl ethylphosphonate)
Figure 112014125744372-pat00009
Figure 112014125744372-pat00009
0.50.5
비교예4Comparative Example 4 디에틸-시아노-플루오로-메틸포스포네이트
(diethyl-cyanofluoro-methyl-phosphonate)
Diethyl-cyano-fluoro-methylphosphonate
(diethyl-cyanofluoro-methyl-phosphonate)
Figure 112014125744372-pat00010
Figure 112014125744372-pat00010
0.50.5

[[ 실험예Experimental example : 리튬 이차 전지의 수명특성 평가]: Evaluation of lifespan characteristics of lithium secondary batteries]

상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1내지 4에서 제작된 전지를 각각 925mAh로 CC/CV(1.5C-0.05C) 조건에서 충전하고, CC(1.5C, 2.7V-4.2V) 조건에서 방전하였다.The batteries prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 4 were respectively charged at 925 mAh under CC/CV (1.5C-0.05C) conditions and discharged under CC (1.5C, 2.7V-4.2V) conditions. .

이 과정을 상온(25℃)에서 500회 반복하여 효율(efficiency, %)을 측정하였고, 그 결과를 아래 표 3 및 도 2에 나타내었다.This process was repeated 500 times at room temperature (25° C.) to measure the efficiency (efficiency, %), and the results are shown in Table 3 and FIG. 2 below.

조성Furtherance 1cycle 방전용량(mAh)1 cycle discharge capacity (mAh) 500cycle 방전용량(mAh)500cycle discharge capacity (mAh) 효율(%)efficiency(%) 비교예1Comparative Example 1 913.9913.9 685.4685.4 75.075.0 비교예2Comparative Example 2 905.4905.4 674.4674.4 74.574.5 비교예3Comparative Example 3 927.0927.0 682.2682.2 73.673.6 비교예4Comparative Example 4 925.1925.1 723.1723.1 78.278.2 실시예1Example 1 925.3925.3 772.5772.5 83.583.5 실시예2Example 2 924.9924.9 769.7769.7 83.283.2 실시예3Example 3 923.7923.7 741.4741.4 80.380.3 실시예4Example 4 923.6923.6 761.1761.1 82.482.4

표 3을 참고하면, 포스포네이트계 화합물을 전해질 첨가제로 포함하는 실시예 1 내지 4의 500cycle 방전용량이 및 효율이 비교예 1 내지 4에 비하여 우수함을 확인할 수 있었다.
Referring to Table 3, it was confirmed that the 500 cycle discharge capacity and efficiency of Examples 1 to 4 containing the phosphonate-based compound as an electrolyte additive were superior to those of Comparative Examples 1 to 4.

[[ 실험예Experimental example 2: 리튬 이차 전지의 2: Lithium secondary battery 저저항low resistance 특성 평가] Characteristic evaluation]

상기 비교예 1 내지 4 및 실시예 1 내지 4에서 제작된 전지를 925mAh로 CC/CV(0.5C-0.05C) 조건에서 충전하여 60℃에서 5주 동안 방치한 후 주차별로 방전 DC-IR 변화를 측정하였다. 그 결과를 표 4 및 도 3에 나타내었다. The batteries prepared in Comparative Examples 1 to 4 and Examples 1 to 4 were charged at 925 mAh under CC/CV (0.5C-0.05C) conditions, left at 60°C for 5 weeks, and then discharged DC-IR changes for each week were observed. measured. The results are shown in Table 4 and FIG. 3 .

비교예1Comparative Example 1 비교예2Comparative Example 2 비교예3Comparative Example 3 비교예4Comparative Example 4 실시예1Example 1 실시예2Example 2 실시예3Example 3 실시예4Example 4 0주차0 parking 32.132.1 47.947.9 46.846.8 42.042.0 38.838.8 39.639.6 42.142.1 43.143.1 1주차1 week 100.3100.3 89.289.2 115.5115.5 88.788.7 64.564.5 76.776.7 99.199.1 93.193.1 2주차2nd week 141.6141.6 176.9176.9 167.0167.0 144.9144.9 106.7106.7 119.6119.6 163.0163.0 166.2166.2 3주차3 weeks 160.8160.8 177.9177.9 178.4178.4 170.2170.2 130.9130.9 131.3131.3 171.6171.6 174.6174.6 4주차4 weeks 189.9189.9 173.3173.3 174.1174.1 178.2178.2 144.9144.9 141.3141.3 161.7161.7 162.1162.1 5주차5 weeks 181.4181.4 163.9163.9 162.6162.6 165.9165.9 142.9142.9 138.1138.1 155.0155.0 153.3153.3

(단위: mΩ)(Unit: mΩ)

표 4를 참고하면 고온 저항 후 DCIR 평가 결과, 실시예 1 내지 4의 값이 비교예 1 내지 4에 비하여 더 낮은 것을 확인할 수 있었다. 따라서 포스포네이트계 화합물을 전해질 첨가제로 포함하는 실시예 1 내지 4가 우수한 저저항 특성을 보임을 알 수 있었다.
Referring to Table 4, as a result of DCIR evaluation after high temperature resistance, it was confirmed that the values of Examples 1 to 4 were lower than those of Comparative Examples 1 to 4. Therefore, it was found that Examples 1 to 4 including the phosphonate-based compound as an electrolyte additive exhibit excellent low resistance properties.

[[ 실험예Experimental example 3: 리튬 이차 전지의 고온저장 특성 평가] 3: Evaluation of high-temperature storage characteristics of lithium secondary batteries]

상기 비교예 1 내지 4 및 실시예 1 내지 4에서 제작된 전지를 925mAh로 CC/CV(0.5C-0.05C) 조건에서 충전하여60℃에서 5주 동안 방치한 후 다시 충방전기를 이용하여 주차 별로 925mAh로 CC(0.5C, 2.7V-4.2V) 조건에서 방전하고, CC/CV(0.5C-0.05C) 조건에서 충전하여 회복용량 변화를 측정하였다. 그 결과를 표 5 및 도 4에 나타내었다.The batteries prepared in Comparative Examples 1 to 4 and Examples 1 to 4 were charged at 925 mAh under CC/CV (0.5C-0.05C) conditions, left at 60°C for 5 weeks, and then again using a charger/discharger for each week. The 925 mAh was discharged under CC (0.5C, 2.7V-4.2V) conditions, and was charged under CC/CV (0.5C-0.05C) conditions to measure the change in recovery capacity. The results are shown in Table 5 and FIG. 4 .

비교예1Comparative Example 1 비교예2Comparative Example 2 비교예3Comparative Example 3 비교예4Comparative Example 4 실시예1Example 1 실시예2Example 2 실시예3Example 3 실시예4Example 4 0주차0 parking 859.6859.6 874.5874.5 867.1867.1 873.5873.5 882.2882.2 876.5876.5 872.2872.2 872.8872.8 1주차1 week 635.1635.1 744.2744.2 678.4678.4 668.8668.8 718.0718.0 764.1764.1 656.4656.4 626.5626.5 2주차2nd week 604.5604.5 635.2635.2 641.2641.2 587.4587.4 643.6643.6 675.7675.7 576.2576.2 579.1579.1 3주차3 weeks 648.8648.8 662.4662.4 650.8650.8 580.9580.9 700.9700.9 702.5702.5 573.0573.0 638.5638.5 4주차4 weeks 663.8663.8 671.2671.2 670.1670.1 665.8665.8 736.1736.1 713.5713.5 653.4653.4 704.1704.1 5주차5 weeks 679.0679.0 690.1690.1 686.8686.8 712.5712.5 756.4756.4 736.6736.6 712.0712.0 726.1726.1

(단위: mAh)(Unit: mAh)

그 결과, 실시예 1 내지 4의 전지는 비교예 1 내지 4의 전지보다 고온 저장 평가에서도 개선된 특성을 보였다.
As a result, the batteries of Examples 1 to 4 showed improved characteristics even in high-temperature storage evaluation compared to the batteries of Comparative Examples 1 to 4.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
Although preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements by those skilled in the art using the basic concept of the present invention as defined in the following claims are also provided. is within the scope of the

1 : 리튬 이차 전지
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 (6)

유기 용매, 리튬염, 및 하기 화학식 1로 표시되는 포스포네이트(phosphonate)계 화합물로 이루어지되,
상기 화학식 1로 표시되는 포스포네이트계 화합물은 디에틸 시아노메틸 포스포네이트(diethylcyanomethyl phosphonate)이며, 전해질 총 중량을 기준으로 0.1 내지 0.5 중량%로 포함되는 것인, 전해질:
[화학식 1]
Figure 112021134366101-pat00011

상기 화학식 1에서,
R1 및 R2는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬기이고,
X는 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기이다.
It consists of an organic solvent, a lithium salt, and a phosphonate-based compound represented by the following formula (1),
The phosphonate-based compound represented by Formula 1 is diethylcyanomethyl phosphonate, and the electrolyte is included in an amount of 0.1 to 0.5% by weight based on the total weight of the electrolyte:
[Formula 1]
Figure 112021134366101-pat00011

In Formula 1,
R 1 and R 2 are each independently an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms,
X is an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 양극 활물질을 포함하는 양극,
상기 양극과 대향 배치되며, 음극 활물질을 포함하는 음극, 그리고
상기 양극과 음극 사이에 개재되는 전해질을 포함하며,
상기 전해질은 유기 용매, 리튬염, 및 하기 화학식 1로 표시되는 포스포네이트(phosphonate)계 화합물로 이루어지되, 상기 화학식 1로 표시되는 포스포네이트계 화합물은 디에틸 시아노메틸 포스포네이트(diethylcyanomethyl phosphonate)이며, 상기 전해질 총 중량을 기준으로 0.1 내지 0.5 중량%로 포함되는 것인, 리튬 이차 전지:
[화학식 1]
Figure 112021134366101-pat00012

상기 화학식 1에서,
R1 및 R2는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬기이고,
X는 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기이다.
A positive electrode comprising a positive electrode active material;
a negative electrode disposed opposite to the positive electrode and including an anode active material; and
It includes an electrolyte interposed between the positive electrode and the negative electrode,
The electrolyte is composed of an organic solvent, a lithium salt, and a phosphonate-based compound represented by the following Chemical Formula 1, wherein the phosphonate-based compound represented by Chemical Formula 1 is diethylcyanomethyl phosphonate (diethylcyanomethyl phosphonate). phosphonate), which is included in 0.1 to 0.5% by weight based on the total weight of the electrolyte, a lithium secondary battery:
[Formula 1]
Figure 112021134366101-pat00012

In Formula 1,
R 1 and R 2 are each independently an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms,
X is an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms.
삭제delete
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