KR102390432B1 - Electrolyte for rechargeable lithium battery and rechargeable lithium battery including the same - Google Patents

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Abstract

리튬염, 유기용매 및 첨가제를 포함하고, 상기 첨가제는 하기 화학식 1로 표시되는 포스포네이트계 화합물, 하기 화학식 3으로 표시되는 포스포노아세테이트계 화합물 및 하기 화학식 5로 표시되는 포스파이트계 화합물을 포함하는 리튬 이차 전지용 전해액 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지가 제공된다.
[화학식 1]

Figure 112015042609270-pat00025

[화학식 3]
Figure 112015042609270-pat00026

[화학식 5]
Figure 112015042609270-pat00027

(상기 화학식 1, 3 및 5에서, 각 치환기는 명세서에 정의된 바와 같다.)A lithium salt, an organic solvent, and an additive are included, and the additive includes a phosphonate-based compound represented by the following Chemical Formula 1, a phosphonoacetate-based compound represented by the following Chemical Formula 3, and a phosphite-based compound represented by the following Chemical Formula 5 An electrolyte solution for a lithium secondary battery and a lithium secondary battery including the same are provided.
[Formula 1]
Figure 112015042609270-pat00025

[Formula 3]
Figure 112015042609270-pat00026

[Formula 5]
Figure 112015042609270-pat00027

(In Formulas 1, 3 and 5, each substituent is as defined in the specification.)

Description

리튬 이차 전지용 전해액 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지{ELECTROLYTE FOR RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY AND RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY INCLUDING THE SAME}Electrolyte for lithium secondary battery and lithium secondary battery including same

리튬 이차 전지용 전해액 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것이다.It relates to an electrolyte solution for a lithium secondary battery and a lithium secondary battery including the same.

최근 휴대용 전자 기기의 전원으로 높은 에너지 밀도를 가진 전지의 필요성이 증대되어 리튬 이차 전지의 연구가 활발하게 진행되고 있다. 또한 환경문제에 대한 관심이 커지면서 전기자동차의 동력원으로서 리튬 이차 전지를 사용하는 연구도 진행되고 있다. 이러한 전기자동차에 사용하기 위한 리튬 이차 전지는 고용량 및 고출력 특성이 요구된다.Recently, as the need for a battery having a high energy density as a power source for portable electronic devices has increased, research on lithium secondary batteries has been actively conducted. In addition, as interest in environmental issues grows, research using lithium secondary batteries as a power source for electric vehicles is being conducted. A lithium secondary battery for use in such an electric vehicle is required to have high capacity and high output characteristics.

한편, 리튬 이차 전지는 리튬을 인터칼레이션(intercalation) 및 디인터칼레이션(deintercalation) 할 수 있는 양극 활물질을 포함하는 양극과 리튬을 인터칼레이션 및 디인터칼레이션할 수 있는 음극 활물질을 포함하는 음극을 포함하는 전지 셀에 전해액을 주입하여 사용된다. 상기 전해액으로는 주로 유기 용매에 리튬염이 용해된 것을 사용하고 있다. On the other hand, a lithium secondary battery comprising a positive electrode including a positive electrode active material capable of intercalation and deintercalation of lithium and a negative electrode active material capable of intercalating and deintercalating lithium It is used by injecting an electrolyte into a battery cell including an anode. As the electrolyte, a lithium salt dissolved in an organic solvent is mainly used.

이러한 리튬 이차 전지는 전지 성능의 한계가 있어 이에 대한 연구가 진행 중이다.These lithium secondary batteries have limitations in battery performance, so research on this is ongoing.

일 구현예는 고전압 하에서 고온 수명 성능이 향상된 리튬 이차 전지용 전해액을 제공하기 위한 것이다.One embodiment is to provide an electrolyte solution for a lithium secondary battery having improved high-temperature lifespan performance under high voltage.

다른 일 구현예는 상기 전해액을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공하기 위한 것이다.Another embodiment is to provide a lithium secondary battery including the electrolyte.

일 구현예는 리튬염, 유기용매 및 첨가제를 포함하고, 상기 첨가제는 하기 화학식 1로 표시되는 포스포네이트계 화합물, 하기 화학식 3으로 표시되는 포스포노아세테이트계 화합물 및 하기 화학식 5로 표시되는 포스파이트계 화합물을 포함하는 리튬 이차 전지용 전해액을 제공한다.One embodiment includes a lithium salt, an organic solvent and an additive, wherein the additive is a phosphonate-based compound represented by the following Chemical Formula 1, a phosphonoacetate-based compound represented by the following Chemical Formula 3, and a phosphite represented by the following Chemical Formula 5 Provided is an electrolyte for a lithium secondary battery comprising a compound based on the present invention.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112015042609270-pat00001
Figure 112015042609270-pat00001

(상기 화학식 1에서,(In Formula 1,

R1 및 R2는 각각 독립적으로 적어도 하나의 플루오린으로 치환된 C1 내지 C10 알킬기이고,R 1 and R 2 are each independently a C1 to C10 alkyl group substituted with at least one fluorine,

R3은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기이다.)R 3 is a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkyl group.)

[화학식 3][Formula 3]

Figure 112015042609270-pat00002
Figure 112015042609270-pat00002

(상기 화학식 3에서,(In Formula 3,

R4 및 R5는 각각 독립적으로 적어도 하나의 플루오린으로 치환된 C1 내지 C10 알킬기이고,R 4 and R 5 are each independently a C1 to C10 alkyl group substituted with at least one fluorine,

R6은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C10 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C10 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 사이클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 사이클로알키닐기, 또는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기이다.)R 6 is a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C10 alkenyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C10 alkynyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C20 cycloalkyl group, a substituted or unsubstituted a C3 to C20 cycloalkenyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C20 cycloalkynyl group, or a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group.)

[화학식 5][Formula 5]

Figure 112015042609270-pat00003
Figure 112015042609270-pat00003

(상기 화학식 5에서,(In Formula 5,

R7 내지 R9는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C10 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C10 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 사이클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 사이클로알키닐기, 또는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기이고, R7 내지 R9 중 적어도 하나는 상기 치환 또는 비치환된 실릴기이다.)R 7 to R 9 are each independently a substituted or unsubstituted silyl group, a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C10 alkenyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C10 alkynyl group, substituted or an unsubstituted C3 to C20 cycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C20 cycloalkenyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C20 cycloalkynyl group, or a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, and R 7 to At least one of R 9 is the substituted or unsubstituted silyl group.)

상기 포스포네이트계 화합물은 상기 화학식 1에서 R1 및 R2가 각각 독립적으로 1 내지 5 개의 플루오린으로 치환된 C1 내지 C5 알킬기이고, R3은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C5 알킬기인 화합물을 포함할 수 있고, 구체적으로 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.The phosphonate compound is a compound in which R 1 and R 2 in Formula 1 are each independently a C1 to C5 alkyl group substituted with 1 to 5 fluorine, and R 3 is a substituted or unsubstituted C1 to C5 alkyl group. may include, and specifically may include a compound represented by the following formula (2).

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112015042609270-pat00004
Figure 112015042609270-pat00004

상기 포스포네이트계 화합물은 상기 유기용매 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 내지 10 중량부로 포함될 수 있다. The phosphonate-based compound may be included in an amount of 0.1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the organic solvent.

상기 포스포노아세테이트계 화합물은 상기 화학식 3에서 R4 및 R5가 각각 독립적으로 1 내지 5 개의 플루오린으로 치환된 C1 내지 C5 알킬기이고, R6은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C5 알킬기인 화합물을 포함할 수 있고, 구체적으로 하기 화학식 4로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.In the phosphonoacetate-based compound, in Formula 3, R 4 and R 5 are each independently a C1 to C5 alkyl group substituted with 1 to 5 fluorine, and R 6 is a substituted or unsubstituted C1 to C5 alkyl group. It may include, and specifically may include a compound represented by the following formula (4).

[화학식 4][Formula 4]

Figure 112015042609270-pat00005
Figure 112015042609270-pat00005

상기 포스포노아세테이트계 화합물은 상기 유기용매 100 중량부에 대하여 0.01 중량부 내지 10 중량부로 포함될 수 있다. The phosphonoacetate-based compound may be included in an amount of 0.01 parts by weight to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the organic solvent.

상기 포스파이트계 화합물은 상기 화학식 5에서 R7 내지 R9 중 적어도 하나가 C1 내지 C10 알킬기로 치환된 실릴기인 화합물을 포함할 수 있고, 구체적으로 하기 화학식 6 및 하기 화학식 7로 표시되는 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The phosphite-based compound may include a compound in which at least one of R 7 to R 9 in Formula 5 is a silyl group substituted with a C1 to C10 alkyl group, and specifically, at least one of the compounds represented by Formula 6 and Formula 7 below. may contain one.

[화학식 6][Formula 6]

Figure 112015042609270-pat00006
Figure 112015042609270-pat00006

[화학식 7][Formula 7]

Figure 112015042609270-pat00007
Figure 112015042609270-pat00007

상기 포스파이트계 화합물은 상기 유기용매 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 내지 20 중량부로 포함될 수 있다. The phosphite-based compound may be included in an amount of 0.1 parts by weight to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the organic solvent.

상기 첨가제는 상기 포스포네이트계 화합물 10 중량% 내지 50 중량%, 상기 포스포노아세테이트계 화합물 5 중량% 내지 50 중량% 및 상기 포스파이트계 화합물 10 중량% 내지 50 중량%를 포함할 수 있다. The additive may include 10% to 50% by weight of the phosphonate-based compound, 5% to 50% by weight of the phosphonoacetate-based compound, and 10% to 50% by weight of the phosphite-based compound.

다른 일 구현예는 상기 전해액을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다.Another embodiment provides a lithium secondary battery including the electrolyte.

상기 리튬 이차 전지는 4.3V 이상의 전압에서 구동될 수 있다.The lithium secondary battery may be driven at a voltage of 4.3V or higher.

기타 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.The details of other implementations are included in the detailed description below.

일 구현예에 따른 전해액을 사용함으로써 고전압 하에서 고온 수명 성능이 향상된 리튬 이차 전지를 구현할 수 있다.By using the electrolyte solution according to an embodiment, it is possible to implement a lithium secondary battery having improved high-temperature lifespan performance under high voltage.

도 1은 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지의 단면도이다.
도 2는 실시예 1과 비교예 1 및 2에 따른 리튬 이차 전지에 대한 고온에서의 수명 특성을 보여주는 그래프이다.
1 is a cross-sectional view of a lithium secondary battery according to an embodiment.
2 is a graph showing lifespan characteristics at high temperature for lithium secondary batteries according to Example 1 and Comparative Examples 1 and 2;

이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다.  다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, this is provided as an example, and the present invention is not limited thereto, and the present invention is only defined by the scope of the claims to be described later.

본 명세서에서 별도의 정의가 없는 한, '치환된'이란, 화합물 중의 수소 원자가 할로겐 원자(F, Br, Cl, I), 히드록시기, 알콕시기, 니트로기, 시아노기, 아미노기, 아지도기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, 카르보닐기, 카르바밀기, 티올기, 에스테르기, 카르복실기 또는 그의 염, 술폰산기 또는 그의 염, 인산기 또는 그의 염, C1 내지 C20 알킬기, C2 내지 C20 알케닐기, C2 내지 C20 알키닐기, C6 내지 C30 아릴기, C7 내지 C30 아릴알킬기, C1 내지 C20 알콕시기, C1 내지 C20 헤테로알킬기, C3 내지 C20 헤테로아릴알킬기, C3 내지 C20 사이클로알킬기, C3 내지 C20 사이클로알케닐기, C4 내지 C20 사이클로알키닐기, C2 내지 C20 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합에서 선택된 치환기로 치환된 것을 의미한다.Unless otherwise defined herein, 'substituted' means that a hydrogen atom in a compound is a halogen atom (F, Br, Cl, I), a hydroxyl group, an alkoxy group, a nitro group, a cyano group, an amino group, an azido group, an amidino group group, hydrazino group, hydrazono group, carbonyl group, carbamyl group, thiol group, ester group, carboxyl group or a salt thereof, a sulfonic acid group or a salt thereof, a phosphoric acid group or a salt thereof, C1 to C20 alkyl group, C2 to C20 alkenyl group, C2 to C20 alkynyl group, C6 to C30 aryl group, C7 to C30 arylalkyl group, C1 to C20 alkoxy group, C1 to C20 heteroalkyl group, C3 to C20 heteroarylalkyl group, C3 to C20 cycloalkyl group, C3 to C20 cycloalkenyl group, C4 to C20 cycloalkynyl group, C2 to C20 heterocycloalkyl group, and a combination thereof means substituted with a substituent selected from the group consisting of.

또한, 본 명세서에서 별도의 정의가 없는 한, '헤테로'란, N, O, S 및 P에서 선택된 헤테로 원자를 1 내지 3개 함유한 것을 의미한다.In addition, unless otherwise defined in the present specification, 'hetero' means containing 1 to 3 heteroatoms selected from N, O, S and P.

이하, 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지용 전해액에 대해 설명한다.Hereinafter, an electrolyte for a lithium secondary battery according to an embodiment will be described.

일 구현에에 따른 전해액은 리튬염, 유기용매 및 첨가제를 포함할 수 있다. The electrolyte solution according to an embodiment may include a lithium salt, an organic solvent, and an additive.

상기 첨가제는 포스포네이트계 화합물, 포스포노아세테이트계 화합물 및 포스파이트계 화합물을 포함할 수 있다. 적어도 상기 3종의 화합물을 리튬 이차 전지용 전해액의 첨가제로 사용하는 경우 고전압 하에서 고온 수명 성능이 향상된 리튬 이차 전지를 구현할 수 있다.The additive may include a phosphonate-based compound, a phosphonoacetate-based compound, and a phosphite-based compound. When at least the three kinds of compounds are used as additives for an electrolyte solution for a lithium secondary battery, a lithium secondary battery having improved high-temperature lifespan performance under high voltage can be realized.

이하에서는 상기 3종의 첨가제 각각에 대해 설명한다.Hereinafter, each of the three types of additives will be described.

포스포네이트계phosphonate 화합물 compound

상기 포스포네이트계 화합물은 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.The phosphonate-based compound may be represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112015042609270-pat00008
Figure 112015042609270-pat00008

(상기 화학식 1에서,(In Formula 1,

R1 및 R2는 각각 독립적으로 적어도 하나의 플루오린으로 치환된 C1 내지 C10 알킬기이고, R3은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기이다.)R 1 and R 2 are each independently a C1 to C10 alkyl group substituted with at least one fluorine, and R 3 is a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkyl group.)

상기 화학식 1로 표시되는 포스포네이트계 화합물은 음극에서 환원 분해하여 음극 표면에 SEI(solid electrolyte interphase) 막을 형성할 수 있으며, 형성된 SEI 막으로 인하여 음극과 전해액 간의 부반응을 억제함으로써 고전압 하에서 상온 수명 성능뿐 아니라 고온 수명 성능이 우수한 리튬 이차 전지를 구현할 수 있다. 또한 인계 화합물 중에서도 포스포네이트 골격을 가진 상기 포스포네이트계 화합물을 첨가제로 사용할 경우, 포스페이트 골격을 가진 화합물 대비 고온 수명 성능의 열화가 적다. 또한 일 구현예에 따른 포스포네이트계 화합물은 플루오린으로 치환된 알킬기를 가짐에 따라 음극 표면에 형성되는 SEI 막을 더욱 안정하게 형성할 수 있고, 이에 따라 전지의 고전압 하에서 고온 수명 성능이 향상될 수 있다.The phosphonate-based compound represented by Formula 1 can form a solid electrolyte interphase (SEI) film on the surface of the anode by reducing decomposition at the cathode, and by suppressing side reactions between the cathode and the electrolyte due to the formed SEI film, room temperature life performance under high voltage In addition, it is possible to implement a lithium secondary battery with excellent high-temperature life performance. In addition, when the phosphonate-based compound having a phosphonate skeleton among phosphorus-based compounds is used as an additive, deterioration of high-temperature life performance is less than that of a compound having a phosphate skeleton. In addition, since the phosphonate-based compound according to an embodiment has an alkyl group substituted with fluorine, the SEI film formed on the surface of the negative electrode can be more stably formed, and thus the high-temperature lifespan performance under high voltage of the battery can be improved. there is.

구체적으로, 상기 화학식 1에서 R1 및 R2는 각각 독립적으로 적어도 하나의 플루오린으로 치환된 C1 내지 C5 알킬기일 수 있고, 예를 들면, 1 내지 5 개의 플루오린으로 치환된 C1 내지 C5 알킬기일 수 있다. 또한 상기 화학식 1에서 R3은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C5 알킬기일 수 있고, 예를 들면, C1 내지 C3 알킬기일 수 있다. Specifically, in Formula 1, R 1 and R 2 may each independently be a C1 to C5 alkyl group substituted with at least one fluorine, for example, a C1 to C5 alkyl group substituted with 1 to 5 fluorine can In addition, in Formula 1, R 3 may be a substituted or unsubstituted C1 to C5 alkyl group, for example, a C1 to C3 alkyl group.

상기 포스포네이트계 화합물의 구체적인 예로는, 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 들 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.Specific examples of the phosphonate-based compound include, but are not limited to, a compound represented by Formula 2 below.

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112015042609270-pat00009
Figure 112015042609270-pat00009

상기 포스포네이트계 화합물은 상기 유기용매 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 내지 10 중량부로 포함될 수 있고, 예를 들면, 0.1 중량부 내지 3 중량부로 포함될 수 있다. 포스포네이트계 화합물이 상기 함량 범위 내로 포함되는 경우 음극 표면에 최적의 SEI 막을 형성할 수 있고, 이에 따라 리튬 이차 전지의 고온 수명 특성과 고온 방치 특성을 향상시킬 수 있다. The phosphonate-based compound may be included in an amount of 0.1 to 10 parts by weight, for example, 0.1 to 3 parts by weight based on 100 parts by weight of the organic solvent. When the phosphonate-based compound is included within the above content range, an optimal SEI film can be formed on the surface of the negative electrode, and thus, high-temperature lifespan characteristics and high-temperature storage characteristics of the lithium secondary battery can be improved.

또한 상기 포스포네이트계 화합물은 상기 첨가제의 총량, 즉, 상기 포스포네이트계 화합물, 상기 포스포노아세테이트계 화합물 및 상기 포스파이트계 화합물의 총량에 대하여 10 중량% 내지 50 중량%로 포함될 수 있고, 예를 들면, 20 중량% 내지 40 중량%로 포함될 수 있다. 포스포네이트계 화합물이 첨가제 내 상기 비율 범위 내로 포함되는 경우 리튬 이차 전지의 고온 수명 특성을 향상시킬 수 있다. In addition, the phosphonate-based compound may be included in an amount of 10% to 50% by weight based on the total amount of the additive, that is, the total amount of the phosphonate-based compound, the phosphonoacetate-based compound, and the phosphite-based compound, For example, it may be included in an amount of 20 wt% to 40 wt%. When the phosphonate-based compound is included within the above ratio range in the additive, high-temperature lifespan characteristics of the lithium secondary battery may be improved.

포스포노아세테이트계phosphonoacetate 화합물 compound

상기 포스포노아세테이트계 화합물은 하기 화학식 3으로 표시될 수 있다.The phosphonoacetate-based compound may be represented by the following formula (3).

[화학식 3][Formula 3]

Figure 112015042609270-pat00010
Figure 112015042609270-pat00010

(상기 화학식 3에서,(In Formula 3,

R4 및 R5는 각각 독립적으로 적어도 하나의 플루오린으로 치환된 C1 내지 C10 알킬기이고,R 4 and R 5 are each independently a C1 to C10 alkyl group substituted with at least one fluorine,

R6은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C10 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C10 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 사이클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 사이클로알키닐기, 또는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기이다.)R 6 is a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C10 alkenyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C10 alkynyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C20 cycloalkyl group, a substituted or unsubstituted a C3 to C20 cycloalkenyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C20 cycloalkynyl group, or a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group.)

상기 화학식 3으로 표시되는 포스포노아세테이트계 화합물을 상기 포스포네이트계 화합물 및 상기 포스파이트계 화합물과 함께 첨가제로 사용할 경우, 음극 표면에 안정한 SEI 막을 형성할 수 있고 이에 따라 고전압 하에서 리튬 이차 전지의 고온 수명 성능을 향상시킬 수 있다. When the phosphonoacetate-based compound represented by Formula 3 is used as an additive together with the phosphonate-based compound and the phosphite-based compound, a stable SEI film can be formed on the surface of the negative electrode, and thus a high temperature of the lithium secondary battery under high voltage Lifetime performance can be improved.

구체적으로, 상기 포스포노아세테이트계 화합물은 상기 화학식 3에서 R4 및 R5는 각각 독립적으로 적어도 하나의 플루오린으로 치환된 C1 내지 C5 알킬기일 수 있고, 예를 들면, 1 내지 5 개의 플루오린으로 치환된 C1 내지 C5 알킬기일 수 있다. 또한 상기 화학식 3에서 R6은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C5 알킬기일 수 있고, 예를 들면, C1 내지 C3 알킬기일 수 있다. Specifically, in the phosphonoacetate-based compound, in Formula 3, R 4 and R 5 may each independently be a C1 to C5 alkyl group substituted with at least one fluorine, for example, 1 to 5 fluorines It may be a substituted C1 to C5 alkyl group. In addition, in Formula 3, R 6 may be a substituted or unsubstituted C1 to C5 alkyl group, for example, a C1 to C3 alkyl group.

상기 포스포노아세테이트계 화합물의 구체적인 예로는, 하기 화학식 4로 표시되는 화합물을 들 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.Specific examples of the phosphonoacetate-based compound include, but are not limited to, a compound represented by the following formula (4).

[화학식 4][Formula 4]

Figure 112015042609270-pat00011
Figure 112015042609270-pat00011

상기 포스포노아세테이트계 화합물은 상기 유기용매 100 중량부에 대하여 0.01 중량부 내지 10 중량부로 포함될 수 있고, 예를 들면, 0.05 중량부 내지 5 중량부로 포함될 수 있다. 포스포노아세테이트계 화합물이 상기 함량 범위 내로 포함되는 경우 음극 표면에 최적의 SEI 막을 형성할 수 있고, 이에 따라 리튬 이차 전지의 고온 수명 특성과 고온 방치 특성을 향상시킬 수 있다. The phosphonoacetate-based compound may be included in an amount of 0.01 to 10 parts by weight, for example, 0.05 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the organic solvent. When the phosphonoacetate-based compound is included within the above content range, an optimal SEI film can be formed on the surface of the anode, and thus, high-temperature lifespan characteristics and high-temperature storage characteristics of the lithium secondary battery can be improved.

또한 상기 포스포노아세테이트계 화합물은 상기 첨가제의 총량, 즉, 상기 포스포네이트계 화합물, 상기 포스포노아세테이트계 화합물 및 상기 포스파이트계 화합물의 총량에 대하여 5 중량% 내지 50 중량%로 포함될 수 있고, 예를 들면, 10 중량% 내지 40 중량%로 포함될 수 있다. 포스포노아세테이트계 화합물이 첨가제 내 상기 비율 범위 내로 포함되는 경우 리튬 이차 전지의 고온 수명 특성을 향상시킬 수 있다. In addition, the phosphonoacetate-based compound may be included in an amount of 5% to 50% by weight based on the total amount of the additive, that is, the total amount of the phosphonate-based compound, the phosphonoacetate-based compound, and the phosphite-based compound, For example, it may be included in an amount of 10 wt% to 40 wt%. When the phosphonoacetate-based compound is included in the above ratio range in the additive, high-temperature lifespan characteristics of the lithium secondary battery may be improved.

포스파이트계phosphite 화합물 compound

포스파이트계 화합물은 하기 화학식 5로 표시될 수 있다.The phosphite-based compound may be represented by the following Chemical Formula 5.

[화학식 5][Formula 5]

Figure 112015042609270-pat00012
Figure 112015042609270-pat00012

(상기 화학식 5에서,(In Formula 5,

R7 내지 R9는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C10 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C10 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 사이클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 사이클로알키닐기, 또는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기이고, R7 내지 R9 중 적어도 하나는 상기 치환 또는 비치환된 실릴기이다.)R 7 to R 9 are each independently a substituted or unsubstituted silyl group, a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C10 alkenyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C10 alkynyl group, substituted or an unsubstituted C3 to C20 cycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C20 cycloalkenyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C20 cycloalkynyl group, or a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, and R 7 to At least one of R 9 is the substituted or unsubstituted silyl group.)

상기 화학식 5로 표시되는 포스파이트계 화합물을 상기 포스포네이트계 화합물 및 상기 포스포노아세테이트계 화합물과 같이 첨가제로 사용할 경우, 음극 표면에 안정한 SEI 막을 형성할 수 있고, 이에 따라 고전압 하에서 리튬 이차 전지의 고온 수명 성능을 향상시킬 수 있다. When the phosphite-based compound represented by Formula 5 is used as an additive like the phosphonate-based compound and the phosphonoacetate-based compound, it is possible to form a stable SEI film on the surface of the negative electrode, and thus, the lithium secondary battery under high voltage. High temperature life performance can be improved.

구체적으로, 상기 포스파이트계 화합물은 상기 화학식 5에서 R7 내지 R9 중 적어도 하나는 치환된 실릴기일 수 있고, 예를 들면, C1 내지 C10 알킬기로 치환된 실릴기일 수 있다. 또한 예를 들면, R7 내지 R9는 각각 독립적으로 치환된 실릴기일 수 있고, 예를 들면, C1 내지 C10 알킬기로 치환된 실릴기일 수 있다.Specifically, in the phosphite-based compound, at least one of R 7 to R 9 in Formula 5 may be a substituted silyl group, for example, a silyl group substituted with a C1 to C10 alkyl group. Also, for example, R 7 to R 9 may each independently be a substituted silyl group, for example, a silyl group substituted with a C1 to C10 alkyl group.

상기 포스파이트계 화합물의 구체적인 예로는, 하기 화학식 6 및 하기 화학식 7로 표시되는 화합물 중 적어도 하나를 들 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.Specific examples of the phosphite-based compound include, but are not limited to, at least one of compounds represented by Chemical Formula 6 and Chemical Formula 7 below.

[화학식 6][Formula 6]

Figure 112015042609270-pat00013
Figure 112015042609270-pat00013

[화학식 7][Formula 7]

Figure 112015042609270-pat00014
Figure 112015042609270-pat00014

상기 포스파이트계 화합물은 상기 유기용매 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 내지 20 중량부로 포함될 수 있고, 예를 들면, 0.1 중량부 내지 5 중량부로 포함될 수 있다. 포스파이트계 화합물이 상기 함량 범위 내로 포함되는 경우 음극 표면에 최적의 SEI 막을 형성할 수 있고, 이에 따라 리튬 이차 전지의 고온 수명 성능을 향상시킬 수 있다. The phosphite-based compound may be included in an amount of 0.1 to 20 parts by weight, for example, 0.1 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the organic solvent. When the phosphite-based compound is included within the above content range, an optimal SEI film may be formed on the surface of the negative electrode, and thus, the high-temperature lifespan performance of the lithium secondary battery may be improved.

또한 상기 포스파이트계 화합물은 상기 첨가제의 총량, 즉, 상기 포스포네이트계 화합물, 상기 포스포노아세테이트계 화합물 및 상기 포스파이트계 화합물의 총량에 대하여 10 중량% 내지 50 중량%로 포함될 수 있고, 예를 들면, 20 중량% 내지 50 중량%로 포함될 수 있다. 포스파이트계 화합물이 첨가제 내 상기 비율 범위 내로 포함되는 경우 리튬 이차 전지의 고온 수명 특성을 향상시킬 수 있다. In addition, the phosphite-based compound may be included in an amount of 10% to 50% by weight based on the total amount of the additive, that is, the phosphonate-based compound, the phosphonoacetate-based compound, and the total amount of the phosphite-based compound, e.g. For example, it may be included in an amount of 20% by weight to 50% by weight. When the phosphite-based compound is included within the above ratio range in the additive, high-temperature lifespan characteristics of the lithium secondary battery may be improved.

상기 전해액을 구성하는 상기 유기용매는 전지의 전기화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 한다. The organic solvent constituting the electrolyte serves as a medium through which ions involved in the electrochemical reaction of the battery can move.

상기 유기용매는 카보네이트계 화합물, 에스테르계 화합물, 에테르계 화합물, 케톤계 화합물, 알코올계 화합물 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다. The organic solvent may be a carbonate-based compound, an ester-based compound, an ether-based compound, a ketone-based compound, an alcohol-based compound, or a combination thereof.

상기 카보네이트계 화합물로는 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트(DPC), 메틸프로필 카보네이트(MPC), 에틸프로필 카보네이트(EPC), 에틸메틸 카보네이트(EMC) 등의 사슬형 카보네이트 화합물; 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 부틸렌 카보네이트(BC) 등의 환형 카보네이트 화합물; 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다. 상기 사슬형 카보네이트 화합물 및 상기 환형 카보네이트 화합물을 혼합하여 사용하는 경우, 유전율을 높이는 동시에 점성이 작은 용매로 제조할 수 있다. 이 경우 환형 카보네이트 화합물 및 사슬형 카보네이트 화합물은 약 1:1 내지 1:9의 부피비로 혼합하여 사용할 수 있다.Examples of the carbonate-based compound include dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate (DPC), methylpropyl carbonate (MPC), ethylpropyl carbonate (EPC), ethylmethyl carbonate (EMC), etc. carbonate compounds; cyclic carbonate compounds such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), and butylene carbonate (BC); Or a combination thereof may be used. When the chain carbonate compound and the cyclic carbonate compound are mixed and used, the dielectric constant may be increased and a solvent having low viscosity may be used. In this case, the cyclic carbonate compound and the chain carbonate compound may be mixed and used in a volume ratio of about 1:1 to 1:9.

상기 에스테르계 화합물로는 메틸아세테이트, 에틸아세테이트, n-프로필아세테이트, 메틸프로피오네이트, 에틸프로피오네이트, γ-부티로락톤, 데카놀라이드(decanolide), 발레로락톤, 메발로노락톤(mevalonolactone), 카프로락톤(caprolactone) 등이 사용될 수 있다. Examples of the ester-based compound include methyl acetate, ethyl acetate, n-propyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, γ-butyrolactone, decanolide, valerolactone, and mevalonolactone. ), caprolactone, etc. may be used.

상기 에테르계 화합물로는 디부틸에테르, 테트라글라임, 디글라임, 디메톡시에탄, 2-메틸테트라히드로퓨란, 테트라히드로퓨란 등이 사용될 수 있다. 상기 케톤계 화합물로는 시클로헥사논 등이 사용될 수 있다. 상기 알코올계 화합물로는 에틸알코올, 이소프로필 알코올 등이 사용될 수 있다.As the ether-based compound, dibutyl ether, tetraglyme, diglyme, dimethoxyethane, 2-methyltetrahydrofuran, tetrahydrofuran, etc. may be used. Cyclohexanone and the like may be used as the ketone-based compound. As the alcohol-based compound, ethyl alcohol, isopropyl alcohol, or the like may be used.

상기 전해액을 구성하는 상기 리튬염은 상기 유기용매에 용해되어, 전지 내에서 리튬 이온의 공급원으로 작용하여 기본적인 리튬 이차 전지의 작동을 가능하게 하고, 양극과 음극 사이의 리튬 이온의 이동을 촉진하는 역할을 할 수 있다.The lithium salt constituting the electrolyte is dissolved in the organic solvent, serves as a source of lithium ions in the battery, enables basic lithium secondary battery operation, and promotes movement of lithium ions between the positive electrode and the negative electrode can do.

상기 리튬염은 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiN(SO3C2F5)2, LiC4F9SO3, LiClO4, LiAlO2, LiAlCl4, LiN(CxF2x +1SO2)(CyF2y +1SO2)(여기서, x 및 y는 자연수임), LiCl, LiI, LiB(C2O4)2(리튬비스옥살레이토보레이트, LiBOB), 리튬비스(플루오로술포닐)이미드(LiFSI), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. The lithium salt is LiPF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAsF 6 , LiN(SO 3 C 2 F 5 ) 2 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiClO 4 , LiAlO 2 , LiAlCl 4 , LiN(C x F 2x + 1 SO 2 )(C y F 2y +1 SO 2 ), where x and y are natural numbers, LiCl, LiI, LiB(C 2 O 4 ) 2 (lithium bisoxalatoborate, LiBOB), lithium bis( fluorosulfonyl)imide (LiFSI), or a combination thereof.

상기 리튬염의 농도는 0.1 M 내지 2.0 M 일 수 있다. 상기 리튬염의 농도가 상기 범위 내일 경우 전해액이 적절한 전도도 및 점도를 가짐에 따라 우수한 전해액 성능을 나타낼 수 있고, 리튬 이온이 효과적으로 이동할 수 있다.The concentration of the lithium salt may be 0.1 M to 2.0 M. When the concentration of the lithium salt is within the above range, as the electrolyte has appropriate conductivity and viscosity, excellent electrolyte performance may be exhibited, and lithium ions may move effectively.

전술한 전해액을 포함하는 리튬 이차 전지는 고전압 하에서 고온 수명 성능이 우수하다.The lithium secondary battery including the above-described electrolyte has excellent high-temperature lifespan performance under high voltage.

이하, 다른 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지에 대하여 도 1을 참고하여 설명한다.Hereinafter, a lithium secondary battery according to another embodiment will be described with reference to FIG. 1 .

도 1은 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a lithium secondary battery according to an embodiment.

일 구현예 따른 리튬 이차 전지는 도 1을 통해 코인형인 것을 예로 설명하지만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 원통형, 각형, 파우치형 등 다양한 형태의 전지에 적용될 수 있다.The lithium secondary battery according to an embodiment is described as an example of a coin-type battery through FIG. 1 , but the present invention is not limited thereto, and may be applied to various types of batteries such as cylindrical, prismatic, and pouch-type batteries.

도 1을 참고하면, 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지는 양극(10), 음극(12), 그리고 양극(10)과 음극(12) 사이에 배치된 세퍼레이터(16)를 포함하는 전극 조립체와, 외장재로서 상기 전극 조립체를 담고 있는 케이스(20), 바닥 플레이트(18), 뚜껑(22) 및 절연 개스킷(24)을 포함할 수 있다. 또한 상기 전극 조립체를 담고 있는 케이스(20) 내부로 전해액이 주입되며, 상기 전해액은 전술한 바와 같다.Referring to FIG. 1, a lithium secondary battery according to an embodiment includes an electrode assembly including a positive electrode 10, a negative electrode 12, and a separator 16 disposed between the positive electrode 10 and the negative electrode 12, As an exterior material, the case 20 containing the electrode assembly, the bottom plate 18 , the lid 22 , and the insulating gasket 24 may be included. In addition, the electrolyte is injected into the case 20 containing the electrode assembly, and the electrolyte is the same as described above.

상기 양극(10)은 양극 집전체 및 상기 양극 집전체 위에 형성되는 양극 활물질층을 포함할 수 있다. 상기 양극 활물질층은 양극 활물질, 바인더 및 선택적으로 도전재를 포함할 수 있다.The positive electrode 10 may include a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer formed on the positive electrode current collector. The positive active material layer may include a positive active material, a binder, and optionally a conductive material.

상기 양극 집전체로는 알루미늄(Al), 니켈(Ni) 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.Aluminum (Al), nickel (Ni), etc. may be used as the positive electrode current collector, but the present invention is not limited thereto.

상기 양극 활물질로는 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물을 사용할 수 있다. 구체적으로 코발트, 망간, 니켈, 알루미늄, 철 또는 이들의 조합의 금속과 리튬과의 복합 산화물 또는 복합 인산화물 중에서 1종 이상을 사용할 수 있다. 더욱 구체적으로, 리튬 코발트계 산화물, 리튬 니켈계 산화물, 리튬 망간계 산화물, 리튬 니켈망간계 산화물, 리튬 니켈코발트망간계 산화물, 리튬 니켈코발트알루미늄계 산화물, 리튬 철 인산화물 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다. As the cathode active material, a compound capable of reversible intercalation and deintercalation of lithium may be used. Specifically, at least one of cobalt, manganese, nickel, aluminum, iron, or a composite oxide of lithium and a metal of a combination thereof or a composite phosphorous oxide may be used. More specifically, lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, lithium manganese oxide, lithium nickel manganese oxide, lithium nickel cobalt manganese oxide, lithium nickel cobalt aluminum oxide, lithium iron phosphate, or a combination thereof may be used. there is.

상기 바인더는 양극 활물질 입자들을 서로 잘 부착시킬 뿐 아니라 양극 활물질을 양극 집전체에 잘 부착시키는 역할을 하며, 구체적인 예로는 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로오스, 히드록시프로필셀룰로오스, 디아세틸셀룰로오스, 폴리비닐클로라이드, 카르복실화된 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 에틸렌 옥사이드 함유 폴리머, 폴리비닐피롤리돈, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이티드 스티렌-부타디엔 러버, 에폭시 수지, 나일론 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다. 이들은 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.The binder not only adheres the positive active material particles well to each other, but also serves to adhere the positive active material to the positive electrode current collector, and specific examples include polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, diacetyl cellulose, polyvinyl chloride. , carboxylated polyvinyl chloride, polyvinyl fluoride, ethylene oxide-containing polymer, polyvinylpyrrolidone, polyurethane, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyethylene, polypropylene, styrene-butadiene rubber, acrylated styrene-butadiene rubber, epoxy resin, nylon, and the like, but is not limited thereto. These can be used individually or in mixture of 2 or more types.

상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하는 것으로, 그 예로 천연흑연, 인조흑연, 카본블랙, 탄소섬유, 금속 분말, 금속 섬유 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다. 이들은 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 금속 분말과 상기 금속 섬유는 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속을 사용할 수 있다.The conductive material imparts conductivity to the electrode, and examples thereof include natural graphite, artificial graphite, carbon black, carbon fiber, metal powder, metal fiber, and the like, but is not limited thereto. These can be used individually or in mixture of 2 or more types. The metal powder and the metal fiber may use a metal such as copper, nickel, aluminum, silver.

상기 음극(12)은 음극 집전체 및 상기 음극 집전체 위에 형성되는 음극 활물질층을 포함할 수 있다.The negative electrode 12 may include a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer formed on the negative electrode current collector.

상기 음극 집전체는 구리(Cu), 금(Au), 니켈(Ni), 구리 합금 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. The negative electrode current collector may be made of copper (Cu), gold (Au), nickel (Ni), a copper alloy, or the like, but is not limited thereto.

상기 음극 활물질층은 음극 활물질, 바인더 및 선택적으로 도전재를 포함할 수 있다.The anode active material layer may include an anode active material, a binder, and optionally a conductive material.

상기 음극 활물질로는 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션 및 디인터칼레이션할 수 있는 물질, 리튬 금속, 리튬 금속의 합금, 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질, 전이금속 산화물 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다.As the negative active material, a material capable of reversibly intercalating and deintercalating lithium ions, lithium metal, an alloy of lithium metal, a material capable of doping and dedoping lithium, a transition metal oxide, or a combination thereof can be used

상기 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션 및 디인터칼레이션할 수 있는 물질로는 탄소계 물질을 들 수 있으며, 그 예로는 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 이들의 조합을 들 수 있다. 상기 결정질 탄소의 예로는 무정형, 판상, 인편상(flake), 구형 또는 섬유형의 천연흑연 또는 인조흑연을 들 수 있다. 상기 비정질 탄소의 예로는 소프트 카본(soft carbon) 또는 하드 카본(hard carbon), 메조페이스 피치 탄화물, 소성된 코크스 등을 들 수 있다. 상기 리튬 금속의 합금으로는 리튬과 Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Si, Sb, Pb, In, Zn, Ba, Ra, Ge, Al 및 Sn으로 이루어진 군에서 선택되는 금속의 합금이 사용될 수 있다. 상기 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질로는 Si, SiOx(0<x<2), Si-C 복합체, Si-Y 합금, Sn, SnO2, Sn-C 복합체, Sn-Y 등을 들 수 있고, 또한 이들 중 적어도 하나와 SiO2를 혼합하여 사용할 수도 있다. 상기 원소 Y로는 Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Tl, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Po 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 상기 전이금속 산화물로는 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물 등을 들 수 있다. A material capable of reversibly intercalating and deintercalating lithium ions may include a carbon-based material, and examples thereof include crystalline carbon, amorphous carbon, or a combination thereof. Examples of the crystalline carbon include amorphous, plate-like, flake-like, spherical or fibrous natural graphite or artificial graphite. Examples of the amorphous carbon include soft carbon or hard carbon, mesophase pitch carbide, calcined coke, and the like. The lithium metal alloy includes lithium and Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Si, Sb, Pb, In, Zn, Ba, Ra, Ge, Al and Sn from the group consisting of Alloys of metals of choice may be used. As a material capable of doping and dedoping lithium, Si, SiO x (0<x<2), Si-C composite, Si-Y alloy, Sn, SnO 2 , Sn-C composite, Sn-Y, etc. In addition, at least one of these and SiO 2 may be mixed and used. The element Y includes Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Tl, Ge, P, As, Sb, Bi, S, It may be selected from the group consisting of Se, Te, Po, and combinations thereof. Examples of the transition metal oxide include vanadium oxide and lithium vanadium oxide.

상기 음극에 사용되는 바인더 및 도전재에 대한 종류는 전술한 양극에서 사용되는 바인더 및 도전재와 동일하므로, 여기에서는 그 설명을 생략한다.The types of the binder and the conductive material used in the negative electrode are the same as the binder and the conductive material used in the above-described positive electrode, and thus a description thereof will be omitted herein.

상기 양극과 음극은 각각의 활물질 및 바인더와 선택적으로 도전재를 용매 중에 혼합하여 각 활물질 조성물을 제조하고, 상기 활물질 조성물을 각각의 집전체에 도포하여 제조할 수 있다. 이때 상기 용매는 N-메틸피롤리돈 등의 유기용매를 사용할 수도 있고, 바인더의 종류에 따라 물 등의 수계 용매를 사용할 수도 있으나, 이에 한정되지 않는다. 이와 같은 전극 제조 방법은 당해 분야에 널리 알려진 내용이므로 본 명세서에서 상세한 설명은 생략하기로 한다. The positive electrode and the negative electrode may be prepared by preparing each active material composition by mixing each active material and a binder and optionally a conductive material in a solvent, and applying the active material composition to each current collector. In this case, an organic solvent such as N-methylpyrrolidone may be used as the solvent, and an aqueous solvent such as water may be used depending on the type of binder, but is not limited thereto. Since such an electrode manufacturing method is widely known in the art, a detailed description thereof will be omitted herein.

상기 세퍼레이터(16)는 음극과 양극을 분리하고 리튬 이온의 이동 통로를 제공하는 것으로, 리튬 이차 전지에서 통상적으로 사용되는 것이라면 모두 사용 가능하다.  예를 들면, 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리아세탈, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리카보네이트, 폴리에테르에테르케톤, 폴리아릴에테르케톤, 폴리에테르이미드, 폴리아미드이미드, 폴리벤즈이미다졸, 폴리에테르설폰, 폴리페닐렌옥사이드, 사이클릭 올레핀 코폴리머, 폴리페닐렌설파이드, 폴리에틸렌나프탈렌, 유리섬유 또는 이들의 조합을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 폴리올레핀의 예로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등을 들 수 있고, 상기 폴리에스테르의 예로는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 등을 들 수 있다. 또한 부직포 또는 직포 형태일 수 있다. The separator 16 separates the negative electrode and the positive electrode and provides a passage for lithium ions to move, and any one commonly used in lithium secondary batteries may be used. For example, polyolefin, polyester, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyacetal, polyamide, polyimide, polycarbonate, polyetheretherketone, polyaryletherketone, polyetherimide, polyamideimide, polybenz imidazole, polyether sulfone, polyphenylene oxide, cyclic olefin copolymer, polyphenylene sulfide, polyethylene naphthalene, glass fiber, or a combination thereof, but is not limited thereto. Examples of the polyolefin include polyethylene and polypropylene, and examples of the polyester include polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate. It may also be in the form of a non-woven fabric or a woven fabric.

또한 상기 세퍼레이터는 단일막 또는 다층막 구조일 수 있다. 예를 들면, 폴리에틸렌 단일막, 폴리프로필렌 단일막, 폴리에틸렌/폴리프로필렌 이중막, 폴리프로필렌/폴리에틸렌/폴리프로필렌 삼중막, 폴리에틸렌/폴리프로필렌/폴리에틸렌 삼중막 등을 들 수 있다. In addition, the separator may have a single-layer or multi-layer structure. For example, polyethylene single film, polypropylene single film, polyethylene/polypropylene double film, polypropylene/polyethylene/polypropylene triple film, polyethylene/polypropylene/polyethylene triple film, etc. are mentioned.

또한 내열성 또는 기계적 강도 확보를 위해 세라믹 성분 또는 고분자 물질이 코팅된 세퍼레이터가 사용될 수도 있다.In addition, a separator coated with a ceramic component or a polymer material may be used to secure heat resistance or mechanical strength.

일 구현예에 따라 전술한 전해액을 포함하는 리튬 이차 전지는 고전압에서 구동될 수 있다. 구체적으로, 상기 리튬 이차 전지는 4.3V 이상, 예를 들면, 4.3V 내지 5.0V, 4.6V 내지 5.0V의 전압에서 구동될 수 있다. 이에 따라 우수한 고온 수명 성능을 가지면서 고용량의 리튬 이차 전지를 구현할 수 있다.
According to an embodiment, the lithium secondary battery including the above-described electrolyte may be driven at a high voltage. Specifically, the lithium secondary battery may be driven at a voltage of 4.3V or more, for example, 4.3V to 5.0V, or 4.6V to 5.0V. Accordingly, a high-capacity lithium secondary battery can be realized while having excellent high-temperature lifespan performance.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다.  다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 아니된다. 또한, 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략한다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention are presented. However, the examples described below are only for specifically illustrating or explaining the present invention, and the present invention is not limited thereto. In addition, since the contents not described herein can be technically inferred sufficiently by those skilled in the art, the description thereof will be omitted.

(리튬 이차 전지 제작) (Lithium secondary battery production)

실시예Example 1 및 1 and 비교예comparative example 1 및 2 1 and 2

LiNi0 .5Mn1 .5O4, 폴리비닐리덴플루오라이드 및 슈퍼-P 카본을 86:4:10의 중량비로 N-메틸피롤리돈(NMP) 용매에 첨가하여 슬러리를 제조하였다. 상기 슬러리를 알루미늄 호일 위에 도포 및 건조하고 압연하여 양극을 제조하였다.LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 , polyvinylidene fluoride and super-P carbon were added to an N-methylpyrrolidone (NMP) solvent in a weight ratio of 86: 4 :10 to prepare a slurry. The slurry was coated on an aluminum foil, dried, and rolled to prepare a positive electrode.

흑연, 폴리비닐리덴플루오라이드 및 카본블랙을 98:1:1의 중량비로 N-메틸피롤리돈(NMP) 용매에 첨가하여 슬러리를 제조하였다. 상기 슬러리를 구리 호일에 도포 및 건조하고 압연하여 음극을 제조하였다. Graphite, polyvinylidene fluoride, and carbon black were added to an N-methylpyrrolidone (NMP) solvent in a weight ratio of 98:1:1 to prepare a slurry. The slurry was coated on a copper foil, dried and rolled to prepare a negative electrode.

전해액은 에틸렌 카보네이트(EC), 에틸메틸 카보네이트(EMC) 및 디에틸 카보네이트(DEC)를 3:5:2의 부피비로 혼합한 유기용매에, 1.2M의 LiPF6를 용해시키고, 첨가제를 투입하여 전해액을 제조하였다. 이때 사용된 첨가제 종류 및 함량은 하기 표 1에 나타내었으며, 첨가제의 함량(중량부)은 상기 유기용매 100 중량부를 기준으로 나타낸 것이다.The electrolyte is an organic solvent in which ethylene carbonate (EC), ethylmethyl carbonate (EMC) and diethyl carbonate (DEC) are mixed in a volume ratio of 3:5:2, 1.2M LiPF 6 is dissolved, and an additive is added to the electrolyte solution was prepared. In this case, the types and contents of the additives used are shown in Table 1 below, and the contents (parts by weight) of the additives are shown based on 100 parts by weight of the organic solvent.

위에서 제조된 양극, 음극 및 전해액과 폴리에틸렌 재질의 세퍼레이터를 사용하여 코인형의 리튬 이차 전지를 제작하였다.A coin-type lithium secondary battery was manufactured using the above-prepared positive electrode, negative electrode, electrolyte, and a separator made of polyethylene.

첨가제 종류 및 함량Additive type and content 실시예 1Example 1 FEMP 0.4 중량부,
FEPA 0.2 중량부 및
TMSPi 0.5 중량부
0.4 parts by weight of FEMP,
0.2 parts by weight of FEPA and
0.5 parts by weight of TMSPi
비교예 1Comparative Example 1 FEMP 0.4 중량부 및
FEPA 0.2 중량부
0.4 parts by weight of FEMP and
FEPA 0.2 parts by weight
비교예 2Comparative Example 2 TMSPi 0.5 중량부0.5 parts by weight of TMSPi

- FEMP: 비스(2,2,2-트리플루오로에틸)메틸 포스포네이트로서, 하기 화학식 2로 표시되는 화합물임- FEMP: bis(2,2,2-trifluoroethyl)methyl phosphonate, which is a compound represented by the following formula (2)

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112015042609270-pat00015
Figure 112015042609270-pat00015

- FEPA: 에틸[비스(2,2,2-트리플루오로에톡시)포스피닐] 아세테이트로서, 하기 화학식 4로 표시되는 화합물임- FEPA: ethyl [bis (2,2,2-trifluoroethoxy) phosphinyl] acetate, which is a compound represented by the following formula (4)

[화학식 4][Formula 4]

Figure 112015042609270-pat00016
Figure 112015042609270-pat00016

- TMSPi: 트리스(트리메틸실릴)포스파이트로서, 하기 화학식 6으로 표시되는 화합물임- TMSPi: tris(trimethylsilyl)phosphite, which is a compound represented by the following formula (6)

[화학식 6][Formula 6]

Figure 112015042609270-pat00017

Figure 112015042609270-pat00017

평가 1: 고온 수명 성능Evaluation 1: High Temperature Life Performance

실시예 1과 비교예 1 및 2에 따라 제작된 리튬 이차 전지에 대해 45℃에서 정전류/정전압(CC/CV) 조건으로 4.9V까지 1.0 C-rate로 충전한 후 0.1 C-rate에서 컷오프(cut-off)한 다음, 3.5V까지 1.0 C-rate로 방전하였다. 상기 충방전을 1 사이클로 하여 100 사이클을 실시하였다. 100 사이클 실시 후 용량유지율을 평가하여, 그 결과를 도 2에 나타내었다.For the lithium secondary batteries prepared according to Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, after charging at a constant current/constant voltage (CC/CV) condition at 45° C. at a C-rate of 1.0 C-rate to 4.9 V, a cut-off at a C-rate of 0.1 -off), and then discharged at a C-rate of 1.0 to 3.5V. 100 cycles were performed by making 1 cycle of the said charge/discharge. After 100 cycles, the capacity retention rate was evaluated, and the results are shown in FIG. 2 .

도 2는 실시예 1과 비교예 1 및 2에 따른 리튬 이차 전지에 대한 고온에서의 수명 특성을 보여주는 그래프이다.2 is a graph showing lifespan characteristics at high temperature for lithium secondary batteries according to Example 1 and Comparative Examples 1 and 2;

도 2를 참고하면, 전해액 첨가제로 포스포네이트계 화합물, 포스포노아세테이트계 화합물 및 포스파이트계 화합물을 혼합하여 사용한 실시예 1의 경우, 비교예 1 및 2와 비교하여 고전압 하에서 고온 수명 성능이 우수함을 알 수 있다. Referring to FIG. 2 , in the case of Example 1 using a mixture of a phosphonate-based compound, a phosphonoacetate-based compound, and a phosphite-based compound as an electrolyte additive, the high-temperature life performance under high voltage is excellent compared to Comparative Examples 1 and 2 can be known

이를 통하여, 일 구현예에 따른 3종의 첨가제를 전해액에 첨가할 경우 고전압 하에서 고온 수명 성능이 향상된 리튬 이차 전지를 구현할 수 있음을 알 수 있다.Through this, it can be seen that, when three kinds of additives according to an embodiment are added to the electrolyte, a lithium secondary battery having improved high-temperature lifespan performance under high voltage can be realized.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 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 presented. It belongs to the scope of the right of the invention.

10: 양극
12: 음극
16: 세퍼레이터
18: 바닥 플레이트
20: 케이스
22: 뚜껑
24: 절연 개스킷
10: positive
12: cathode
16: separator
18: bottom plate
20: case
22: lid
24: insulation gasket

Claims (13)

리튬염, 유기용매 및 첨가제를 포함하고,
상기 첨가제는
하기 화학식 1로 표시되는 포스포네이트계 화합물,
하기 화학식 3으로 표시되는 포스포노아세테이트계 화합물 및
하기 화학식 5로 표시되는 포스파이트계 화합물
을 포함하는 리튬 이차 전지용 전해액.
[화학식 1]
Figure 112015042609270-pat00018

(상기 화학식 1에서,
R1 및 R2는 각각 독립적으로 적어도 하나의 플루오린으로 치환된 C1 내지 C10 알킬기이고,
R3은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기이다.)
[화학식 3]
Figure 112015042609270-pat00019

(상기 화학식 3에서,
R4 및 R5는 각각 독립적으로 적어도 하나의 플루오린으로 치환된 C1 내지 C10 알킬기이고,
R6은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C10 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C10 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 사이클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 사이클로알키닐기, 또는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기이다.)
[화학식 5]
Figure 112015042609270-pat00020

(상기 화학식 5에서,
R7 내지 R9는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C10 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C10 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 사이클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 사이클로알키닐기, 또는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기이고, R7 내지 R9 중 적어도 하나는 상기 치환 또는 비치환된 실릴기이다.)
Lithium salts, organic solvents and additives,
The additive is
A phosphonate-based compound represented by the following formula (1),
A phosphonoacetate-based compound represented by the following formula (3) and
A phosphite-based compound represented by the following formula (5)
An electrolyte for a lithium secondary battery comprising a.
[Formula 1]
Figure 112015042609270-pat00018

(In Formula 1,
R 1 and R 2 are each independently a C1 to C10 alkyl group substituted with at least one fluorine,
R 3 is a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkyl group.)
[Formula 3]
Figure 112015042609270-pat00019

(In Formula 3,
R 4 and R 5 are each independently a C1 to C10 alkyl group substituted with at least one fluorine,
R 6 is a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C10 alkenyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C10 alkynyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C20 cycloalkyl group, a substituted or unsubstituted a C3 to C20 cycloalkenyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C20 cycloalkynyl group, or a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group.)
[Formula 5]
Figure 112015042609270-pat00020

(In Formula 5,
R 7 to R 9 are each independently a substituted or unsubstituted silyl group, a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C10 alkenyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C10 alkynyl group, substituted or an unsubstituted C3 to C20 cycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C20 cycloalkenyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C20 cycloalkynyl group, or a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, and R 7 to At least one of R 9 is the substituted or unsubstituted silyl group.)
제1항에서,
상기 포스포네이트계 화합물은
상기 화학식 1에서 R1 및 R2가 각각 독립적으로 1 내지 5 개의 플루오린으로 치환된 C1 내지 C5 알킬기이고, R3은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C5 알킬기인 화합물을 포함하는 리튬 이차 전지용 전해액.
In claim 1,
The phosphonate-based compound is
In Chemical Formula 1, R 1 and R 2 are each independently a C1 to C5 alkyl group substituted with 1 to 5 fluorine, and R 3 is a substituted or unsubstituted C1 to C5 alkyl group.
제1항에서,
상기 포스포네이트계 화합물은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하는 리튬 이차 전지용 전해액.
[화학식 2]
Figure 112015042609270-pat00021
In claim 1,
The phosphonate-based compound is an electrolyte for a lithium secondary battery comprising a compound represented by the following formula (2).
[Formula 2]
Figure 112015042609270-pat00021
제1항에서,
상기 포스포네이트계 화합물은 상기 유기용매 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 내지 10 중량부로 포함되는 리튬 이차 전지용 전해액.
In claim 1,
The phosphonate-based compound is an electrolyte for a lithium secondary battery contained in an amount of 0.1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the organic solvent.
제1항에서,
상기 포스포노아세테이트계 화합물은
상기 화학식 3에서 R4 및 R5가 각각 독립적으로 1 내지 5 개의 플루오린으로 치환된 C1 내지 C5 알킬기이고, R6은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C5 알킬기인 화합물을 포함하는 리튬 이차 전지용 전해액.
In claim 1,
The phosphonoacetate-based compound is
In Chemical Formula 3, R 4 and R 5 are each independently a C1 to C5 alkyl group substituted with 1 to 5 fluorine, and R 6 is a substituted or unsubstituted C1 to C5 alkyl group.
제1항에서,
상기 포스포노아세테이트계 화합물은 하기 화학식 4로 표시되는 화합물을 포함하는 리튬 이차 전지용 전해액.
[화학식 4]
Figure 112015042609270-pat00022
In claim 1,
The phosphonoacetate-based compound is an electrolyte for a lithium secondary battery comprising a compound represented by the following formula (4).
[Formula 4]
Figure 112015042609270-pat00022
제1항에서,
상기 포스포노아세테이트계 화합물은 상기 유기용매 100 중량부에 대하여 0.01 중량부 내지 10 중량부로 포함되는 리튬 이차 전지용 전해액.
In claim 1,
The phosphonoacetate-based compound is an electrolyte for a lithium secondary battery contained in an amount of 0.01 parts by weight to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the organic solvent.
제1항에서,
상기 포스파이트계 화합물은
상기 화학식 5에서 R7 내지 R9 중 적어도 하나가 C1 내지 C10 알킬기로 치환된 실릴기인 화합물을 포함하는 리튬 이차 전지용 전해액.
In claim 1,
The phosphite-based compound is
An electrolyte for a lithium secondary battery comprising a compound in which at least one of R 7 to R 9 in Formula 5 is a silyl group substituted with a C1 to C10 alkyl group.
제1항에서,
상기 포스파이트계 화합물은 하기 화학식 6 및 하기 화학식 7로 표시되는 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 리튬 이차 전지용 전해액.
[화학식 6]
Figure 112015042609270-pat00023

[화학식 7]
Figure 112015042609270-pat00024
In claim 1,
The phosphite-based compound is an electrolyte for a lithium secondary battery comprising at least one of the compounds represented by the following Chemical Formula 6 and Chemical Formula 7.
[Formula 6]
Figure 112015042609270-pat00023

[Formula 7]
Figure 112015042609270-pat00024
제1항에서,
상기 포스파이트계 화합물은 상기 유기용매 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 내지 20 중량부로 포함되는 리튬 이차 전지용 전해액.
In claim 1,
The phosphite-based compound is contained in an amount of 0.1 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the organic solvent.
제1항에서,
상기 첨가제는
상기 포스포네이트계 화합물 10 중량% 내지 50 중량%,
상기 포스포노아세테이트계 화합물 5 중량% 내지 50 중량% 및
상기 포스파이트계 화합물 10 중량% 내지 50 중량%
를 포함하는 리튬 이차 전지용 전해액.
In claim 1,
The additive is
10% to 50% by weight of the phosphonate-based compound,
5 wt% to 50 wt% of the phosphonoacetate-based compound, and
10 wt% to 50 wt% of the phosphite-based compound
An electrolyte for a lithium secondary battery comprising a.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 전해액을 포함하는 리튬 이차 전지.A lithium secondary battery comprising the electrolyte of any one of claims 1 to 11. 제12항에서,
상기 리튬 이차 전지는 4.3V 이상의 전압에서 구동되는 리튬 이차 전지.
In claim 12,
The lithium secondary battery is a lithium secondary battery driven at a voltage of 4.3V or more.
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