KR102449845B1 - Electrolyte for rechargeable lithium battery and rechargeable lithium battery - Google Patents

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Abstract

일 구현예는 비수성 유기 용매; 리튬염; 및 첨가제를 포함하고, 상기 첨가제는 (A) 화학식 1로 표현되는 화합물, 및 (B) 환형 카보네이트계 화합물 및 (C) 양쪽성 리튬염 화합물 중 적어도 하나를 포함하는, 리튬 이차 전지용 전해액 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다.One embodiment is a non-aqueous organic solvent; lithium salt; and an additive, wherein the additive includes at least one of (A) a compound represented by Formula 1, and (B) a cyclic carbonate-based compound and (C) an amphoteric lithium salt compound, an electrolyte solution for a lithium secondary battery and the same A lithium secondary battery is provided.

Description

리튬 이차 전지용 전해액 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지{ELECTROLYTE FOR RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY AND RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY}Electrolyte for a lithium secondary battery and a lithium secondary battery comprising the 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.

리튬 이차 전지는 재충전이 가능하며, 종래 납 축전지, 니켈-카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등과 비교하여 단위 중량당 에너지 밀도가 3배 이상 높고 고속 충전이 가능하기 때문에 노트북이나 핸드폰, 전동공구, 전기자전거용으로 상품화되고 있으며, 추가적인 에너지 밀도 향상을 위한 연구 개발이 활발하게 진행되고 있다.Lithium secondary batteries can be recharged, and compared to conventional lead-acid batteries, nickel-cadmium batteries, nickel-hydrogen batteries, nickel-zinc batteries, etc., the energy density per unit weight is three times higher and fast charging is possible. , are being commercialized for electric bicycles, and research and development for further energy density improvement is being actively conducted.

이러한 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.Such a lithium secondary battery includes a positive electrode including a positive active material capable of intercalation and deintercalation of lithium, and a negative electrode including a negative electrode active material capable of intercalating and deintercalating lithium. It is used by injecting an electrolyte into a battery cell containing

특히, 전해액은 리튬염이 용해된 유기 용매를 사용하고 있으며, 리튬 이차 전지의 안정성 및 성능을 결정하는데 중요하다.In particular, the electrolyte uses an organic solvent in which a lithium salt is dissolved, and is important in determining the stability and performance of a lithium secondary battery.

전해액의 리튬염으로 가장 많이 사용되고 있는 LiPF6는 전해액 용매와 반응하여 용매의 고갈을 촉진시키고 다량의 가스를 발생시키는 문제를 가지고 있다. LiPF6가 분해되면 LiF와 PF5를 생성하고, 이는 전지에서 전해액 고갈을 야기하며 고온 성능 열화 및 안전성에 취약한 결과를 초래한다.LiPF 6 , which is most often used as a lithium salt of an electrolyte, reacts with an electrolyte solvent to accelerate the depletion of the solvent and generate a large amount of gas. When LiPF 6 decomposes, LiF and PF 5 are generated, which causes electrolyte depletion in the battery and leads to deterioration of high-temperature performance and poor safety.

이러한 리튬염의 부반응을 억제하고 전지성능을 향상시키는 전해액이 요구된다.There is a need for an electrolyte that suppresses side reactions of lithium salts and improves battery performance.

일 구현예는 전지의 초기 저항과 저항 증가율 및 가스 발생량이 개선된 리튬 이차 전지용 전해액을 제공한다.One embodiment provides an electrolyte for a lithium secondary battery having improved initial resistance, resistance increase rate, and gas generation amount of the battery.

다른 일 구현예는 상기 전해액을 포함하는 사이클 수명 특성이 개선된 리튬 이차 전지를 제공한다.Another embodiment provides a lithium secondary battery having improved cycle life characteristics including the electrolyte.

일 구현예는 비수성 유기 용매; 리튬염; 및 첨가제;를 포함하고, 상기 첨가제는 (A) 하기 화학식 1로 표현되는 화합물, 및 (B) 환형 카보네이트계 화합물 및 (C) 양쪽성 리튬염 화합물 중 적어도 하나를 포함하는, 리튬 이차 전지용 전해액을 제공한다. One embodiment is a non-aqueous organic solvent; lithium salt; and an additive; wherein the additive comprises at least one of (A) a compound represented by the following Chemical Formula 1, and (B) a cyclic carbonate-based compound and (C) an amphoteric lithium salt compound. to provide.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112022054383595-pat00001
Figure 112022054383595-pat00001

상기 화학식 1에서,In Formula 1,

R1 내지 R5는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C10 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C10 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C10 헤테로사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C10 사이클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 헤테로아릴기이고,R 1 to R 5 are each independently a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkyl group, a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkoxy group, a substituted or unsubstituted C2 to C10 alkenyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C10 cyclo an alkyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C10 heterocycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C10 cycloalkenyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C20 aryl group, or a substituted or unsubstituted C2 to C20 heteroaryl group,

L은 단일결합, ―O―, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬렌기, 또는 주쇄에 ―O―, ―S―, ―S(=O)―, ―S(=O)2―, ―C(=O)―, ―OC(=O)― 및 ―C(=O)O―에서 선택되는 적어도 하나의 작용기를 포함하는 C1 내지 C10 알킬렌기이다.L is a single bond, —O—, a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkylene group, or —O—, —S—, —S(=O)—, —S(=O) 2 —, —C in the main chain (=O)—, —OC(=O)— and —C(=O)O—C1 to C10 alkylene group including at least one functional group selected from the group consisting of.

상기 화학식 1에서, 상기 R1 내지 R5는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C5 알케닐기일 수 있다.In Formula 1, R 1 to R 5 may each independently be a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkyl group, or a substituted or unsubstituted C1 to C5 alkenyl group.

상기 화학식 1에서, 상기 R1 내지 R5는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C5 알킬기일 수 있다.In Formula 1, R 1 to R 5 may each independently be a substituted or unsubstituted C1 to C5 alkyl group.

상기 L은 하기 화학식 2로 표현될 수 있다.L may be represented by the following formula (2).

[화학식 2][Formula 2]

―[CRaRb]n―X―[CRcRd]m—[CR a R b ] n —X—[CR c R d ] m

상기 화학식 2에서,In Formula 2,

Ra 내지 Rd는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C10 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C10 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C10 헤테로사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C10 사이클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 헤테로아릴기이고,R a to R d are each independently a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkyl group, a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkoxy group, a substituted or unsubstituted C2 to C10 alkenyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C10 cyclo an alkyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C10 heterocycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C10 cycloalkenyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C20 aryl group, or a substituted or unsubstituted C2 to C20 heteroaryl group,

n 및 m은 각각 독립적으로 0 내지 5이고,n and m are each independently 0 to 5,

X는 ―O―, ―S―, ―S(=O)―, ―S(=O)2―, ―C(=O)―, ―OC(=O)― 및 ―C(=O)O―에서 선택되는 적어도 하나이다.X is —O—, —S—, —S(=O)—, —S(=O) 2 —, —C(=O)—, —OC(=O)— and —C(=O)O - at least one selected from

상기 화합물(A)는 하기 화학식 3-1, 화학식 3-2 또는 이들의 조합으로 표현될 수 있다.The compound (A) may be represented by the following Chemical Formula 3-1, Chemical Formula 3-2, or a combination thereof.

[화학식 3-1] [화학식 3-2][Formula 3-1] [Formula 3-2]

Figure 112022054383595-pat00002
Figure 112022054383595-pat00003
Figure 112022054383595-pat00002
Figure 112022054383595-pat00003

상기 화학식 3-1 및 화학식 3-2에서,In Formulas 3-1 and 3-2,

R1 내지 R5는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C10 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C10 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C10 사이클로알케닐기, 또는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴기이다.R 1 to R 5 are each independently a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkyl group, a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkoxy group, a substituted or unsubstituted C2 to C10 alkenyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C10 cyclo an alkyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C10 cycloalkenyl group, or a substituted or unsubstituted C6 to C20 aryl group.

상기 화합물(A)는 상기 리튬 이차 전지용 전해액 총량에 대하여 0.1 중량% 내지 10 중량%의 함량으로 포함될 수 있다.The compound (A) may be included in an amount of 0.1 wt% to 10 wt% based on the total amount of the electrolyte for a lithium secondary battery.

상기 환형 카보네이트계 화합물(B)은 비닐렌 카보네이트(VC), 비닐렌 에틸렌 카보네이트(VEC), 플루오로에틸렌 카보네이트(FEC) 또는 이들의 조합일 수 있다.The cyclic carbonate-based compound (B) may be vinylene carbonate (VC), vinylene ethylene carbonate (VEC), fluoroethylene carbonate (FEC), or a combination thereof.

상기 환형 카보네이트계 화합물(B)은 상기 리튬 이차 전지용 전해액 총량에 대하여 0.1 중량% 내지 3 중량%로 포함될 수 있다.The cyclic carbonate-based compound (B) may be included in an amount of 0.1 wt% to 3 wt% based on the total amount of the electrolyte for a lithium secondary battery.

상기 양쪽성 리튬염 화합물(C)은 리튬 비스(옥살레이토)보레이트(LiBOB), 리튬 플루오로(옥살레이토)보레이트(LiFOB), 리튬 디플루오로(옥살레이토)포스페이트(LiDFOP), 리튬 디플루오로 포스페이트(LiPO2F2) 또는 이들의 조합일 수 있다.The amphoteric lithium salt compound (C) is lithium bis (oxalato) borate (LiBOB), lithium fluoro (oxalato) borate (LiFOB), lithium difluoro (oxalato) phosphate (LiDFOP), lithium difluoro phosphate (LiPO 2 F 2 ) or a combination thereof.

상기 양쪽성 리튬염 화합물(C)은 상기 리튬 이차 전지용 전해액 총량에 대하여 0.1 중량% 내지 3 중량%로 포함될 수 있다.The amphoteric lithium salt compound (C) may be included in an amount of 0.1 wt% to 3 wt% based on the total amount of the electrolyte for a lithium secondary battery.

다른 일 구현예는 양극; 음극; 및 상기 전해액을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다.Another embodiment is a positive electrode; cathode; And it provides a lithium secondary battery comprising the electrolyte.

상기 양극은 전류 집전체 및 이 전류 집전체에 위에 형성된 양극 활물질을 포함하는 양극 활물질 층을 포함하고, 상기 양극 활물질은 리튬 니켈코발트알루미늄 산화물 (NCA), 리튬 니켈코발트망간 산화물 (NCM), 리튬 코발트 산화물 (LiCoO2), 리튬 망간 산화물 (LiMnO2), 리튬 니켈 산화물 (LiNiO2) 및 리튬 철 인산화물 (LiFePO4)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 활물질을 포함할 수 있다.The positive electrode includes a current collector and a positive electrode active material layer including a positive electrode active material formed on the current collector, and the positive active material is lithium nickel cobalt aluminum oxide (NCA), lithium nickel cobalt manganese oxide (NCM), lithium cobalt It may include at least one active material selected from the group consisting of oxide (LiCoO 2 ), lithium manganese oxide (LiMnO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), and lithium iron phosphate (LiFePO 4 ).

본 발명의 첨가제 조성을 포함하는 전해액은 전지의 초기 저항과 저항증가율 및 가스 발생을 억제할 수 있으며, 사이클 수명 특성이 개선된 리튬 이차 전지를 얻을 수 있다.The electrolyte solution including the additive composition of the present invention can suppress the initial resistance and resistance increase rate and gas generation of the battery, and it is possible to obtain a lithium secondary battery with improved cycle life characteristics.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지를 도시한 개략도이다.1 is a schematic diagram illustrating a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며, 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, this is presented 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, '치환'이란, 화합물 중의 수소 원자가 할로겐 원자(F, Cl, Br 또는 I), 히드록시기, 알콕시기, 니트로기, 시아노기, 아미노기, 아지도기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, 카르보닐기, 카르바밀기, 티올기, 에스테르기, 카르복실기나 그의 염, 술폰산기나 그의 염, 인산이나 그의 염, C1 내지 C20 알킬기, C2 내지 C20 알케닐기, C2 내지 C20 알키닐기, C6 내지 C30 아릴기, C7 내지 C30 아릴알킬기, C1 내지 C4 알콕시기, C1 내지 C20 헤테로알킬기, C3 내지 C20 헤테로아릴알킬기, C3 내지 C30 사이클로알킬기, C3 내지 C15 사이클로알케닐기, C6 내지 C15 사이클로알키닐기, C2 내지 C20 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합에서 선택된 치환기로 치환된 것을 의미한다.Unless otherwise defined herein, 'substitution' means that a hydrogen atom in a compound is a halogen atom (F, Cl, Br or I), a hydroxy group, an alkoxy group, a nitro group, a cyano group, an amino group, an azido group, an amidino group , hydrazino group, hydrazono group, carbonyl group, carbamyl group, thiol group, ester group, carboxyl group or its salt, sulfonic acid group or its salt, phosphoric acid or its salt, 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 C4 alkoxy group, C1 to C20 heteroalkyl group, C3 to C20 heteroarylalkyl group, C3 to C30 cycloalkyl group, C3 to C15 cycloalkenyl group, C6 to C15 It means substituted with a substituent selected from a cycloalkynyl group, a C2 to C20 heterocycloalkyl group, and combinations thereof.

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 herein, 'hetero' means containing 1 to 3 heteroatoms selected from N, O, S and P.

일 구현예에 따른 리튬 이차 전지용 전해액은 비수성 유기 용매, 리튬염 및 첨가제를 포함한다.The electrolyte solution for a lithium secondary battery according to an embodiment includes a non-aqueous organic solvent, a lithium salt, and an additive.

상기 비수성 유기 용매는 이차 전지의 리튬 이온이 이동할 수 있는 통로를 마련하기 위해 도입되는 것으로, 예컨대 전해질의 용해 해리도를 조절하여 리튬 이온의 원활한 이동을 촉진시킬 수 있다.The non-aqueous organic solvent is introduced to provide a passage through which lithium ions of the secondary battery can move, for example, by controlling the dissociation degree of dissolution of an electrolyte to promote smooth movement of lithium ions.

일 구현예에 따른 상기 비수성 유기 용매로는 카보네이트계, 에스테르계, 에테르계, 케톤계, 알코올계, 또는 비양성자성 용매를 사용할 수 있다.As the non-aqueous organic solvent according to an embodiment, a carbonate-based, ester-based, ether-based, ketone-based, alcohol-based, or aprotic solvent may be used.

상기 카보네이트계 용매로는 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트(DPC), 메틸프로필 카보네이트(MPC), 에틸프로필 카보네이트(EPC), 메틸에틸 카보네이트(MEC), 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 부틸렌 카보네이트(BC) 등이 사용될 수 있다. 상기 에스테르계 용매로는 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, n-프로필 아세테이트, 디메틸아세테이트, 메틸프로피오네이트, 에틸프로피오네이트, 프로필프로피오네이트, 데카놀라이드(decanolide), 메발로노락톤(mevalonolactone), 카프로락톤(caprolactone) 등이 사용될 수 있다. 상기 에테르계 용매로는 디부틸 에테르, 테트라글라임, 디글라임, 디메톡시에탄, 2-메틸테트라히드로퓨란, 테트라히드로퓨란 등이 사용될 수 있다. 상기 케톤계 용매로는 시클로헥사논 등이 사용될 수 있다. 상기 알코올계 용매로는 에틸알코올, 이소프로필 알코올 등이 사용될 수 있으며, 상기 비양성자성 용매로는 R-CN(R은 탄소수 2 내지 20의 직쇄상, 분지상, 또는 환 구조의 탄화수소기이며, 이중결합, 방향 환 또는 에테르 결합을 포함할 수 있다) 등의 니트릴류, 디메틸포름아미드 등의 아미드류, 1,3-디옥솔란 등의 디옥솔란류, 설포란(sulfolane)류 등이 사용될 수 있다.Examples of the carbonate-based solvent include dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate (DPC), methylpropyl carbonate (MPC), ethylpropyl carbonate (EPC), methylethyl carbonate (MEC), ethylene carbonate ( EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), and the like may be used. Examples of the ester solvent include methyl acetate, ethyl acetate, n-propyl acetate, dimethyl acetate, methylpropionate, ethylpropionate, propylpropionate, decanolide, mevalonolactone, Caprolactone and the like may be used. As the ether-based solvent, dibutyl ether, tetraglyme, diglyme, dimethoxyethane, 2-methyltetrahydrofuran, tetrahydrofuran, etc. may be used. Cyclohexanone and the like may be used as the ketone-based solvent. As the alcohol-based solvent, ethyl alcohol, isopropyl alcohol, etc. may be used, and the aprotic solvent is R-CN (R is a hydrocarbon group having 2 to 20 carbon atoms, a linear, branched, or ring structure, Nitriles such as double bonds, aromatic rings, or ether bonds), amides such as dimethylformamide, dioxolanes such as 1,3-dioxolane, sulfolanes, etc. may be used. .

상기 비수성 유기 용매는 단독으로 또는 하나 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 하나 이상 혼합하여 사용하는 경우의 혼합 비율은 목적하는 전지 성능에 따라 적절하게 조절할 수 있고, 이는 당해 분야에 종사하는 사람들에게는 널리 이해될 수 있다.The non-aqueous organic solvent may be used alone or in a mixture of one or more, and when one or more are mixed and used, the mixing ratio can be appropriately adjusted according to the desired battery performance, which is widely understood by those in the art. can be

상기 리튬염은 실제로 리튬을 이동하는 운반 수단이 된다. The lithium salt is actually a means of transporting lithium.

일 구현예에 따른 상기 리튬염으로서 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiN(SO2C2F5)2, Li(CF3SO2)2N, LiN(SO3C2F5)2, LiC4F9SO3, LiClO4, LiAlO2, LiAlCl4, LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)(여기서, x 및 y는 자연수이며, 예를 들면 1 내지 20의 정수임), LiCl 및 LiI로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상을 들 수 있다.As the lithium salt according to an embodiment, LiPF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAsF 6 , LiN(SO 2 C 2 F 5 ) 2 , Li(CF 3 SO 2 ) 2 N, 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, For example, it is an integer of 1 to 20), one or two or more selected from the group consisting of LiCl and LiI.

리튬염의 농도는 0.1M 내지 2.0M 범위 내에서 사용하는 것이 좋다. 리튬염의 농도가 상기 범위에 포함되면, 전해질이 적절한 전도도 및 점도를 가지므로 우수한 전해질 성능을 나타낼 수 있고, 리튬 이온이 효과적으로 이동할 수 있다.The concentration of the lithium salt is preferably used within the range of 0.1M to 2.0M. When the concentration of the lithium salt is included in the above range, since the electrolyte has appropriate conductivity and viscosity, excellent electrolyte performance may be exhibited, and lithium ions may move effectively.

상기 첨가제는 전해액의 점도를 조절하고, 전극 활물질과 분리막의 계면에 SEI(Solid Electrolyte Interface) 막을 형성하여 전해액과의 부반응을 방지하고, 가스발생을 억제하는 역할을 하며, 점도를 조절해서 리튬 이온이 원활하게 이동할 수 있도록 도와주는 역할을 한다.The additive controls the viscosity of the electrolyte, forms a Solid Electrolyte Interface (SEI) film at the interface between the electrode active material and the separator, prevents side reactions with the electrolyte, and suppresses gas generation. It helps to move smoothly.

상기 첨가제로는 음극 표면에 SEI막을 형성하여 전해액 부산물과 음극의 부반응을 억제하는 음극 보호 첨가제, 양극 표면에 SEI막을 형성하여 전해액 부산물과 양극의 부반응을 억제하는 양극 보호 첨가제, 양극 및 음극에 리튬의 보충과 흡수를 도와, 양극 및 음극 활물질의 리튬 삽/탈입을 촉진시켜 전지의 충방전 특성을 개선시키는 양쪽성 리튬염 첨가제 등을 들 수 있다.The additive includes a cathodic protection additive that forms an SEI film on the surface of the anode to suppress the side reaction between the electrolyte by-product and the negative electrode, a positive electrode protection additive that forms an SEI film on the surface of the positive electrode to suppress the side reaction between the electrolyte by-product and the positive electrode, and lithium in the positive electrode and the negative electrode. and an amphoteric lithium salt additive that aids in replenishment and absorption, and promotes lithium insertion/removal of positive and negative active materials to improve charge/discharge characteristics of batteries.

일 구현예에 따른 상기 첨가제는 (A) 하기 화학식 1로 표현되는 화합물, 및 (B) 환형 카보네이트계 화합물 및 (C) 양쪽성 리튬염 화합물 중 적어도 하나를 포함한다.The additive according to an embodiment includes (A) a compound represented by the following Chemical Formula 1, and (B) at least one of a cyclic carbonate-based compound and (C) an amphoteric lithium salt compound.

[화학식 1] [Formula 1]

Figure 112022054383595-pat00004
Figure 112022054383595-pat00004

상기 화학식 1에서, R1 내지 R5는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C10 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C10 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C10 헤테로사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C10 사이클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 헤테로아릴기이고, In Formula 1, R 1 to R 5 are each independently a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkyl group, a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkoxy group, a substituted or unsubstituted C2 to C10 alkenyl group, a substituted or unsubstituted a C3 to C10 cycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C10 heterocycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C10 cycloalkenyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C20 aryl group, or a substituted or unsubstituted C2 to C20 group a heteroaryl group,

L은 단일결합, ―O―, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬렌기, 또는 주쇄에 ―O―, ―S―, ―S(=O)―, ―S(=O)2―, ―C(=O)―, ―OC(=O)― 및 ―C(=O)O―에서 선택되는 적어도 하나의 작용기를 포함하는 C1 내지 C10 알킬렌기이다.L is a single bond, —O—, a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkylene group, or —O—, —S—, —S(=O)—, —S(=O) 2 —, —C in the main chain (=O)—, —OC(=O)— and —C(=O)O—C1 to C10 alkylene group including at least one functional group selected from the group consisting of.

상기 (A) 하기 화학식 1로 표현되는 화합물은 음극보호 첨가제 및 양극보호 첨가제 중 적어도 하나일 수 있고, 상기 (B) 환형 카보네이트계 화합물은 음극 보호 첨가제일 수 있고, (C) 화합물은 양쪽성 리튬염 화합물이다. The (A) compound represented by the following Chemical Formula 1 may be at least one of a cathodic protection additive and a positive electrode protection additive, the (B) cyclic carbonate-based compound may be a cathodic protection additive, and (C) the compound is amphoteric lithium It is a salt compound.

상기 첨가제에 (A) 하기 화학식 1로 표현되는 화합물을 포함하고, (B) 환형 카보네이트계 화합물 및 (C) 양쪽성 리튬염 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 경우 초기 저항과 저항 증가율을 저감할 수 있으며, 이에 따라 가스 발생이 억제되고, 전지의 사이클 수명 특성이 향상될 수 있다.When the additive includes at least one of (A) a compound represented by the following formula (1), (B) a cyclic carbonate-based compound and (C) an amphoteric lithium salt compound, the initial resistance and resistance increase rate can be reduced, , thereby suppressing gas generation, and improving cycle life characteristics of the battery.

일 구현예에 따른 상기 화합물 (A)는 하기 화학식 1로 표현된다.The compound (A) according to an embodiment is represented by the following formula (1).

[화학식 1] [Formula 1]

Figure 112022054383595-pat00005
Figure 112022054383595-pat00005

상기 화학식 1에서, R1 내지 R5는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C10 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C10 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C10 헤테로사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C10 사이클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 헤테로아릴기이고,In Formula 1, R 1 to R 5 are each independently a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkyl group, a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkoxy group, a substituted or unsubstituted C2 to C10 alkenyl group, a substituted or unsubstituted a C3 to C10 cycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C10 heterocycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C10 cycloalkenyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C20 aryl group, or a substituted or unsubstituted C2 to C20 group a heteroaryl group,

L은 단일결합, ―O―, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬렌기, 또는 주쇄에 ―O―, ―S―, ―S(=O)―, ―S(=O)2―, ―C(=O)―, ―OC(=O)― 및 ―C(=O)O―에서 선택되는 적어도 하나의 작용기를 포함하는 C1 내지 C10 알킬렌이다.L is a single bond, —O—, a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkylene group, or —O—, —S—, —S(=O)—, —S(=O) 2 —, —C in the main chain (=O)—, —OC(=O)— and —C(=O)O—C1 to C10 alkylene comprising at least one functional group.

상기 첨가제에 (A) 화학식 1로 표현되는 화합물을 포함하는 경우, 상기 (A)화학식 1로 표현되는 화합물이 설탐(sultam)기를 포함함에 따라, 견고한 양/음극 피막 형성을 통한 저항 증가 억제 효과가 있고, 실릴(sillyl)기를 포함함에 따라, HF/H2O 캡쳐링을 통한 벌크 전해액 안정화 효과가 있으며, 동시에 저항 감소 기능이 있다. 아울러 상기 설탐기와 실릴기를 동시에 포함함에 따라 초기 저항 안정화뿐만 아니라 구조적 안정성을 통한 고온에서의 안정적인 피막형성 효과가 발현된다.When (A) the compound represented by Formula 1 is included in the additive, as the compound represented by Formula 1 (A) includes a sultam group, the effect of inhibiting resistance increase through formation of a strong positive/negative electrode film is And, as it contains a silyl group, there is a bulk electrolyte stabilization effect through HF/H 2 O capturing, and at the same time there is a resistance reduction function. In addition, by including the sulfamyl group and the silyl group at the same time, a stable film formation effect at high temperature is expressed through structural stability as well as initial resistance stabilization.

일 구현예에 따른 상기 화합물(A)에서, 상기 화학식 1의 R1 내지 R5는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C5 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C5 알케닐기일 수 있다.In the compound (A) according to an embodiment, R 1 to R 5 in Formula 1 are each independently a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkyl group, a substituted or unsubstituted C1 to C5 alkenyl group, a substituted or unsubstituted It may be a C2 to C5 alkenyl group.

일 구현예에 따른 상기 화합물(A)에서, 상기 화학식 1에서, R1 내지 R5는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C5 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C5 알킬기일 수 있다.In the compound (A) according to an embodiment, in Formula 1, R 1 to R 5 may each independently be a substituted or unsubstituted C1 to C5 alkyl group, or a substituted or unsubstituted C2 to C5 alkyl group.

일 구현예에 따른 상기 화합물(A)에서, 상기 화학식 1에 포함되는 상기 연결기 L은, 예컨대, 주쇄에 ―O―, ―S-―, ―S(=O)―, ―S(=O)2―, ―C(=O)―, ―OC(=O)― 및 ―C(=O)O―에서 선택되는 적어도 하나의 작용기를 포함하는 C2 내지 C5 알킬렌기일 수 있다.In the compound (A) according to an embodiment, the linking group L included in Formula 1 is, for example, -O-, -S--, -S(=O)-, -S(=O) in the main chain. 2 It may be a C2 to C5 alkylene group including at least one functional group selected from 2 —, —C(=O)—, —OC(=O)— and —C(=O)O—.

일 구현예에 따른 상기 화합물(A)에서, 상기 화학식 1에 포함되는 상기 연결기 L은, 예컨대 하기 화학식 2로 표현될 수 있다.In the compound (A) according to an embodiment, the linking group L included in Formula 1 may be, for example, represented by Formula 2 below.

[화학식 2][Formula 2]

―[CRaRb]n―X―[CRcRd]m—[CR a R b ] n —X—[CR c R d ] m

상기 화학식 2에서, Ra 내지 Rd는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C10 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C10 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C10 헤테로사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C10 사이클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 헤테로아릴기이고,In Formula 2, R a to R d are each independently a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkyl group, a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkoxy group, a substituted or unsubstituted C2 to C10 alkenyl group, a substituted or unsubstituted a C3 to C10 cycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C10 heterocycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C10 cycloalkenyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C20 aryl group, or a substituted or unsubstituted C2 to C20 group a heteroaryl group,

n 및 m은 각각 독립적으로 0 내지 5이고, n and m are each independently 0 to 5,

X는 ―O―, ―S―, ―S(=O)―, ―S(=O)2―, ―C(=O)―, ―OC(=O)― 및 ―C(=O)O―에서 선택되는 적어도 하나이다.X is —O—, —S—, —S(=O)—, —S(=O) 2 —, —C(=O)—, —OC(=O)— and —C(=O)O - at least one selected from

일 구현예에 따른 상기 화합물(A)는 예컨대, 하기 화학식 3-1, 화학식 3-2 또는 이들의 조합 중 어느 하나로 표현되는 화합물일 수 있다. The compound (A) according to an embodiment may be, for example, a compound represented by any one of the following Chemical Formulas 3-1, 3-2, or a combination thereof.

[화학식 3-1] [화학식 3-2][Formula 3-1] [Formula 3-2]

Figure 112022054383595-pat00006
Figure 112022054383595-pat00007
Figure 112022054383595-pat00006
Figure 112022054383595-pat00007

상기 화학식 3-1 및 화학식 3-2에서, R1 내지 R5는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C10 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C10 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C10 사이클로알케닐기, 또는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴기이다.In Formulas 3-1 and 3-2, R 1 to R 5 are each independently a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkyl group, a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkoxy group, or a substituted or unsubstituted C2 to C10 an alkenyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C10 cycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C10 cycloalkenyl group, or a substituted or unsubstituted C6 to C20 aryl group.

상기 화합물(A)는 상기 리튬 이차 전지용 전해액 총량에 대하여 0.1 중량% 내지 10 중량%의 함량으로 포함될 수 있고, 예컨대, 0.1 중량% 내지 5 중량%, 0.1 중량% 내지 2.5 중량%, 0.2 중량% 내지 2.5 중량%, 0.2 중량% 내지 2.0 중량%, 0.2 중량% 내지 1.0 중량%, 또는 0.2 중량% 내지 0.5 중량%의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 상기 화합물(A)이 상기 리튬 이차 전지용 전해액 총량에 대하여 10 중량% 이하로 포함되는 경우 과도한 피막 형성 및 분해 가스 발생으로 인한 가스 발생량 증가를 억제할 수 있고, 0.1 중량% 이상으로 포함되는 경우 초기 저항 및 저항 증가율이 개선되어 사이클 수명 특성을 개선할 수 있다.The compound (A) may be included in an amount of 0.1 wt% to 10 wt% based on the total amount of the electrolyte for a lithium secondary battery, for example, 0.1 wt% to 5 wt%, 0.1 wt% to 2.5 wt%, 0.2 wt% to It may be included in an amount of 2.5 wt%, 0.2 wt% to 2.0 wt%, 0.2 wt% to 1.0 wt%, or 0.2 wt% to 0.5 wt%. When the compound (A) is included in an amount of 10% by weight or less with respect to the total amount of the electrolyte for a lithium secondary battery, an increase in gas generation due to excessive film formation and generation of decomposition gas can be suppressed, and when included in an amount of 0.1% by weight or more, the initial The resistance and resistance increase rate may be improved to improve cycle life characteristics.

일 구현예에 따른 상기 환형 카보네이트계 화합물(B)은 비닐렌 카보네이트(VC), 비닐렌 에틸렌 카보네이트(VEC), 플루오로에틸렌 카보네이트(FEC) 또는 이들의 조합일 수 있다. 상기 구체적인 화합물로 표시된 환형 카보네이트계 화합물(B)를 포함함에 따라, 적절한 음극 피막 형성을 통해 초기 저항 및 장기 저항 증가율 개선 효과를 얻을 수 있다.The cyclic carbonate-based compound (B) according to an embodiment may be vinylene carbonate (VC), vinylene ethylene carbonate (VEC), fluoroethylene carbonate (FEC), or a combination thereof. By including the cyclic carbonate-based compound (B) represented by the specific compound, an effect of improving the initial resistance and the long-term resistance increase rate can be obtained through the formation of an appropriate anode film.

상기 환형 카보네이트계 화합물(B)은 상기 리튬 이차 전지용 전해액 총량에 대하여 0.1 내지 3 중량%로 포함될 수 있고, 예컨대, 0.5 내지 2.0 중량% 또는 0.5 내지 1.5 중량%로 포함될 수 있다. 상기 환형 카보네이트계 화합물(B)은 상기 리튬 이차 전지용 전해액 총량에 대하여 0.1 중량% 이상으로 포함되는 경우 초기 저항 및 저항 증가율이 개선되어, 사이클 수명 특성이 향상된 리튬 이차 전지를 제공할 수 있다. 또한, 상기 환형 카보네이트계 화합물(B)이 상기 리튬 이차 전지용 전해액 총량에 대하여 3 중량% 이하로 포함되는 경우 과도한 음극 피막 형성으로 인한 초기 저항 상승을 억제할 수 있다. 또한, 분해되지 않고 남아있는 환형 카보네이트계 화합물이 고온 방치시 산화 분해되어 양극 자가방전을 일으키거나, 전압을 저하시키는 문제를 방지할 수 있다.The cyclic carbonate-based compound (B) may be included in an amount of 0.1 to 3 wt%, for example, 0.5 to 2.0 wt% or 0.5 to 1.5 wt%, based on the total amount of the electrolyte for a lithium secondary battery. When the cyclic carbonate-based compound (B) is included in an amount of 0.1 wt % or more based on the total amount of the electrolyte for a lithium secondary battery, the initial resistance and resistance increase rate are improved, thereby providing a lithium secondary battery with improved cycle life characteristics. In addition, when the cyclic carbonate-based compound (B) is included in an amount of 3 wt % or less with respect to the total amount of the electrolyte for a lithium secondary battery, an increase in initial resistance due to excessive negative electrode film formation can be suppressed. In addition, it is possible to prevent the problem that the cyclic carbonate-based compound remaining undecomposed is oxidatively decomposed when left at a high temperature to cause positive electrode self-discharge or to lower the voltage.

일 구현예에 따른 상기 양쪽성 리튬염 화합물(C)은 리튬 비스(옥살레이토)보레이트(LiBOB), 리튬 플루오로(옥살레이토)보레이트(LiFOB), 리튬 디플루오로(옥살레이토)포스페이트(LiDFOP), 리튬 디플루오로 포스페이트(LiPO2F2) 또는 이들의 조합일 수 있다.The amphoteric lithium salt compound (C) according to an embodiment is lithium bis(oxalato)borate (LiBOB), lithium fluoro(oxalato)borate (LiFOB), lithium difluoro(oxalato)phosphate (LiDFOP) , lithium difluoro phosphate (LiPO 2 F 2 ), or a combination thereof.

상기 양쪽성 리튬염 화합물(C)은 상기 리튬 이차 전지용 전해액 총량에 대하여 0.1 내지 3 중량%로 포함될 수 있고, 예컨대, 0.5 내지 2.0 중량% 또는 0.5 내지 1.5 중량%로 포함될 수 있다. 상기 양쪽성 리튬염 화합물(C)은 상기 리튬 이차 전지용 전해액 총량에 대하여 0.1 중량% 이상으로 포함되는 경우 초기 저항 및 저항 증가율이 개선되어, 사이클 수명 특성이 향상된 리튬 이차 전지를 제공할 수 있다. 또한, 상기 양쪽성 리튬염 화합물(C)은 전해액에 포함된 화합물 중 가장 먼저 환원 분해되어 피막을 형성하므로, 상기 리튬 이차 전지용 전해액 총량에 대하여 3 중량% 이하로 포함되는 경우 상기 피막의 과도한 형성을 방지하고, 초기 저항의 급격한 상승을 억제할 수 있다.The amphoteric lithium salt compound (C) may be included in an amount of 0.1 to 3 wt%, for example, 0.5 to 2.0 wt% or 0.5 to 1.5 wt%, based on the total amount of the electrolyte for a lithium secondary battery. When the amphoteric lithium salt compound (C) is included in an amount of 0.1 wt % or more with respect to the total amount of the electrolyte for a lithium secondary battery, the initial resistance and resistance increase rate are improved, thereby providing a lithium secondary battery with improved cycle life characteristics. In addition, since the amphoteric lithium salt compound (C) is first reduced and decomposed among the compounds included in the electrolyte to form a film, excessive formation of the film is prevented when included in an amount of 3% by weight or less based on the total amount of the electrolyte for a lithium secondary battery It is possible to prevent a sudden increase in initial resistance.

본 발명의 다른 일 구현예는 양극; 음극; 및 전술한 전해액을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다.Another embodiment of the present invention is a positive electrode; cathode; And it provides a lithium secondary battery comprising the above-described electrolyte.

상기 양극은 전류 집전체 및 이 전류 집전체에 위에 형성된 양극 활물질을 포함하는 양극 활물질 층을 포함한다.The positive electrode includes a current collector and a positive electrode active material layer including a positive electrode active material formed on the current collector.

상기 양극 활물질로는 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물(리티에이티드 인터칼레이션 화합물)로서, 구체적으로 리튬 니켈코발트알루미늄 산화물 (NCA), 리튬 니켈코발트망간 산화물 (NCM), 리튬 코발트 산화물 (LiCoO2), 리튬 망간 산화물 (LiMnO2), 리튬 니켈 산화물 (LiNiO2) 및 리튬 철 인산화물 (LiFePO4)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 활물질을 들 수 있다.The positive active material is a compound capable of reversible intercalation and deintercalation of lithium (lithiated intercalation compound), specifically lithium nickel cobalt aluminum oxide (NCA), lithium nickel cobalt manganese oxide (NCM) , lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium manganese oxide (LiMnO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), and lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) at least one active material selected from the group consisting of.

상기 양극 활물질의 함량은 양극 활물질 층 전체 중량에 대하여 90 중량% 내지 98 중량%일 수 있다.The content of the cathode active material may be 90 wt% to 98 wt% based on the total weight of the cathode active material layer.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 양극 활물질층은 바인더 및 도전재를 포함할 수 있다. 이때, 상기 바인더 및 도전재의 함량은 양극 활물질 층 전체 중량에 대하여 각각 1 중량% 내지 5 중량%일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the positive electrode active material layer may include a binder and a conductive material. In this case, the content of the binder and the conductive material may be 1 wt% to 5 wt%, respectively, based on the total weight of the positive electrode active material layer.

상기 바인더는 양극 활물질 입자들을 서로 잘 부착시키고, 또한 양극 활물질을 전류 집전체에 잘 부착시키는 역할을 하며, 그 대표적인 예로는 폴리비닐알콜, 카르복시메틸셀룰로즈, 히드록시프로필셀룰로즈, 디아세틸셀룰로즈, 폴리비닐클로라이드, 카르복실화된 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 에틸렌 옥사이드를 포함하는 폴리머, 폴리비닐피롤리돈, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이티드 스티렌-부타디엔 러버, 에폭시 수지, 나일론 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The binder serves to adhere the positive active material particles well to each other and also to the positive active material to the current collector, and representative examples thereof include polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, diacetyl cellulose, polyvinyl. Chloride, carboxylated polyvinylchloride, polyvinylfluoride, polymers including ethylene oxide, polyvinylpyrrolidone, polyurethane, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyethylene, polypropylene, styrene- Butadiene rubber, acrylated styrene-butadiene rubber, epoxy resin, nylon, etc. may be used, but the present invention is not limited thereto.

상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성 재료이면 어떠한 것도 사용가능하며, 그 예로 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 탄소섬유 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유 등의 금속계 물질; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 폴리머; 또는 이들의 혼합물을 포함하는 도전성 재료를 사용할 수 있다.The conductive material is used to impart conductivity to the electrode, and in the battery configured, any electronic conductive material can be used as long as it does not cause chemical change, for example, natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, ketjen carbon-based materials such as black and carbon fiber; metal-based substances such as metal powders such as copper, nickel, aluminum, and silver, or metal fibers; conductive polymers such as polyphenylene derivatives; Alternatively, a conductive material including a mixture thereof may be used.

상기 전류 집전체로는 Al을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.Al may be used as the current collector, but is not limited thereto.

상기 음극은 전류 집전체 및 이 전류 집전체 위에 형성된 음극 활물질을 포함하는 음극 활물질 층을 포함한다.The negative electrode includes a current collector and an anode active material layer including a negative active material formed on the current collector.

상기 음극 활물질은 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션/디인터칼레이션할 수 있는 물질, 리튬 금속, 리튬 금속의 합금, 리튬에 도프 및 탈도프 가능한 물질 또는 전이 금속 산화물을 포함한다.The negative active material includes a material capable of reversibly intercalating/deintercalating lithium ions, lithium metal, an alloy of lithium metal, a material capable of doping and dedoping lithium, or a transition metal oxide.

상기 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션/디인터칼레이션할 수 있는 물질로는 탄소 물질로서, 리튬 이온 이차 전지에서 일반적으로 사용되는 탄소계 음극 활물질은 어떠한 것도 사용할 수 있으며, 그 대표적인 예로는 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 이들을 함께 사용할 수 있다. 상기 결정질 탄소의 예로는 무정형, 판상, 인편상(flake), 구형 또는 섬유형의 천연 흑연 또는 인조 흑연과 같은 흑연을 들 수 있고, 상기 비정질 탄소의 예로는 소프트 카본(soft carbon) 또는 하드 카본(hard carbon), 메조페이스 피치 탄화물, 소성된 코크스 등을 들 수 있다.The material capable of reversibly intercalating/deintercalating lithium ions is a carbon material, and any carbon-based negative active material generally used in lithium ion secondary batteries may be used, and a representative example thereof is crystalline carbon. , amorphous carbon or these may be used together. Examples of the crystalline carbon include graphite such as amorphous, plate-like, flake, spherical or fibrous natural graphite or artificial graphite, and examples of the amorphous carbon include soft carbon or hard carbon ( hard carbon), mesophase pitch carbide, and calcined coke.

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.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 selected metals may be used.

상기 리튬에 도프 및 탈도프 가능한 물질로는 Si, Si-C 복합체, SiOx(0 < x ≤ 2), Si-Q 합금(상기 Q는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 15족 원소, 16족 원소, 전이금속, 희토류 원소 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 원소이며, Si은 아님), Sn, SnO2, Sn-R 합금(상기 R은 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 15족 원소, 16족 원소, 전이금속, 희토류 원소 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 원소이며, Sn은 아님) 등을 들 수 있고, 또한 이들 중 적어도 하나와 SiO2를 혼합하여 사용할 수도 있다. 상기 원소 Q 및 R로는 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 선택되는 것을 사용할 수 있다. Examples of the material capable of doping and dedoping lithium include Si, Si-C composite, SiO x (0 < x ≤ 2), Si-Q alloy (wherein Q is alkali metal, alkaline earth metal, group 13 element, group 14 element, An element selected from the group consisting of a group 15 element, a group 16 element, a transition metal, a rare earth element, and a combination thereof, and not Si), Sn, SnO 2 , a Sn-R alloy (wherein R is an alkali metal, an alkaline earth metal, an element selected from the group consisting of a group 13 element, a group 14 element, a group 15 element, a group 16 element, a transition metal, a rare earth element, and a combination thereof (not Sn); You may mix and use SiO2 . The elements Q and R include 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, One selected from the group consisting of S, Se, Te, Po, and combinations thereof may be used.

상기 전이 금속 산화물로는 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물 또는 리튬 티타늄 산화물 등을 들 수 있다.Examples of the transition metal oxide include vanadium oxide, lithium vanadium oxide or lithium titanium oxide.

상기 음극 활물질 층에서 음극 활물질의 함량은 음극 활물질 층 전체 중량에 대하여 95 중량% 내지 99 중량%일 수 있다.The content of the anode active material in the anode active material layer may be 95 wt% to 99 wt% based on the total weight of the anode active material layer.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 음극 활물질 층은 바인더를 포함하며, 선택적으로 도전재를 더욱 포함할 수도 있다. 상기 음극 활물질 층에서 바인더의 함량은 음극 활물질 층 전체 중량에 대하여 1 중량% 내지 5 중량%일 수 있다. 또한 도전재를 더욱 포함하는 경우에는 음극 활물질을 90 중량% 내지 98 중량%, 바인더를 1 중량% 내지 5 중량%, 도전재를 1 중량% 내지 5 중량% 사용할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the negative active material layer includes a binder, and may optionally further include a conductive material. The content of the binder in the anode active material layer may be 1 wt% to 5 wt% based on the total weight of the anode active material layer. In addition, when the conductive material is further included, 90 wt% to 98 wt% of the negative active material, 1 wt% to 5 wt% of the binder, and 1 wt% to 5 wt% of the conductive material may be used.

상기 바인더는 음극 활물질 입자들을 서로 잘 부착시키고, 또한 음극 활물질을 전류 집전체에 잘 부착시키는 역할을 한다. 상기 바인더로는 비수용성 바인더, 수용성 바인더 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다.The binder serves to well adhere the negative active material particles to each other and also to adhere the negative active material well to the current collector. As the binder, a water-insoluble binder, a water-soluble binder, or a combination thereof may be used.

상기 비수용성 바인더로는 폴리비닐클로라이드, 카르복실화된 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 에틸렌 옥사이드를 포함하는 폴리머, 폴리비닐피롤리돈, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아미드이미드, 폴리이미드 또는 이들의 조합을 들 수 있다. Examples of the water-insoluble binder include polyvinyl chloride, carboxylated polyvinyl chloride, polyvinyl fluoride, ethylene oxide-containing polymer, polyvinylpyrrolidone, polyurethane, polytetrafluoroethylene, and polyvinylidene fluoride. , polyethylene, polypropylene, polyamideimide, polyimide, or a combination thereof.

상기 수용성 바인더로는 고무계 바인더 또는 고분자 수지 바인더를 들 수 있다. 상기 고무계 바인더는 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이티드 스티렌-부타디엔 러버(SBR), 아크릴로나이트릴-부타디엔 러버, 아크릴 고무, 부틸고무, 불소고무 및 이들의 조합에서 선택되는 것일 수 있다. 상기 고분자 수지 바인더는 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌프로필렌공중합체, 폴리에틸렌옥시드, 폴리비닐피롤리돈, 폴리에피크로로히드린, 폴리포스파젠, 폴리아크릴로니트릴, 폴리스틸렌, 에틸렌프로필렌디엔공중합체, 폴리비닐피리딘, 클로로설폰화폴리에틸렌, 라텍스, 폴리에스테르수지, 아크릴수지, 페놀수지, 에폭시 수지, 폴리비닐알콜으로 및 이들의 조합에서 선택되는 것일 수 있다. The water-soluble binder may include a rubber-based binder or a polymer resin binder. The rubber binder may be selected from styrene-butadiene rubber, acrylated styrene-butadiene rubber (SBR), acrylonitrile-butadiene rubber, acrylic rubber, butyl rubber, fluororubber, and combinations thereof. The polymer resin binder is polytetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene propylene copolymer, polyethylene oxide, polyvinylpyrrolidone, polyepicrohydrin, polyphosphazene, polyacrylonitrile, polystyrene, It may be selected from ethylene propylene diene copolymer, polyvinylpyridine, chlorosulfonated polyethylene, latex, polyester resin, acrylic resin, phenol resin, epoxy resin, polyvinyl alcohol, and combinations thereof.

상기 음극 바인더로 수용성 바인더를 사용하는 경우, 점성을 부여할 수 있는 셀룰로즈 계열 화합물을 더욱 포함할 수 있다. 이 셀룰로즈 계열 화합물로는 카르복시메틸 셀룰로즈, 하이드록시프로필메틸 셀룰로즈, 메틸 셀룰로즈, 또는 이들의 알칼리 금속염 등을 1종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 알칼리 금속으로는 Na, K 또는 Li를 사용할 수 있다. 이러한 증점제 사용 함량은 음극 활물질 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 내지 3 중량부일 수 있다. When a water-soluble binder is used as the negative electrode binder, a cellulose-based compound capable of imparting viscosity may be further included. As the cellulose-based compound, one or more of carboxymethyl cellulose, hydroxypropylmethyl cellulose, methyl cellulose, or alkali metal salts thereof may be mixed and used. As the alkali metal, Na, K or Li may be used. The amount of the thickener used may be 0.1 parts by weight to 3 parts by weight based on 100 parts by weight of the negative active material.

상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성 재료이면 어떠한 것도 사용가능하며, 그 예로 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 탄소섬유 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유 등의 금속계 물질; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 폴리머; 또는 이들의 혼합물을 포함하는 도전성 재료를 사용할 수 있다.The conductive material is used to impart conductivity to the electrode, and in the battery configured, any electronic conductive material can be used as long as it does not cause chemical change, for example, natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, ketjen carbon-based materials such as black and carbon fiber; metal-based substances such as metal powders such as copper, nickel, aluminum, and silver, or metal fibers; conductive polymers such as polyphenylene derivatives; Alternatively, a conductive material including a mixture thereof may be used.

상기 집전체로는 구리 박, 니켈 박, 스테인레스강 박, 티타늄 박, 니켈 발포체(foam), 구리 발포체, 전도성 금속이 코팅된 폴리머 기재, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다.The current collector may be selected from the group consisting of copper foil, nickel foil, stainless steel foil, titanium foil, nickel foam, copper foam, a polymer substrate coated with conductive metal, and combinations thereof.

리튬 이차 전지의 종류에 따라 양극과 음극 사이에 세퍼레이터가 존재할 수도 있다. 이러한 세퍼레이터로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드 또는 이들의 2층 이상의 다층막이 사용될 수 있으며, 폴리에틸렌/폴리프로필렌 2층 세퍼레이터, 폴리에틸렌/폴리프로필렌/폴리에틸렌 3층 세퍼레이터, 폴리프로필렌/폴리에틸렌/폴리프로필렌 3층 세퍼레이터 등과 같은 혼합 다층막이 사용될 수 있음은 물론이다.A separator may exist between the positive electrode and the negative electrode depending on the type of the lithium secondary battery. As such a separator, polyethylene, polypropylene, polyvinylidene fluoride, or a multilayer film of two or more layers thereof may be used. A polyethylene/polypropylene two-layer separator, a polyethylene/polypropylene/polyethylene three-layer separator, and polypropylene/polyethylene/poly It goes without saying that a mixed multilayer film such as a propylene three-layer separator or the like can be used.

도 1에 본 발명의 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지를 도시한 개략도를 나타내었다. 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지는 원통형인 것을 예로 설명하지만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 각형, 파우치형 등 다양한 형태의 전지에 적용될 수 있다.1 is a schematic diagram illustrating a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention. Although the lithium secondary battery according to an embodiment is described as having a cylindrical shape as an example, the present invention is not limited thereto, and may be applied to various types of batteries such as a prismatic shape and a pouch type.

도 1을 참고하면, 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지(100)는 음극(112), 음극(112)과 대향하여 위치하는 양극(114), 음극(112)과 양극(114) 사이에 배치되어 있는 세퍼레이터(113) 및 음극(112), 양극(114) 및 세퍼레이터(113)를 함침하는 전해액(미도시)을 포함하는 전지 셀과, 상기 전지 셀을 담고 있는 전지 용기(120) 및 상기 전지 용기(120)를 밀봉하는 봉입 부재(140)를 포함한다.Referring to FIG. 1 , a lithium secondary battery 100 according to an embodiment is disposed between a negative electrode 112 , a positive electrode 114 positioned to face the negative electrode 112 , and a negative electrode 112 and a positive electrode 114 , A battery cell including a separator 113 and a negative electrode 112, a positive electrode 114 and an electrolyte (not shown) impregnated with the separator 113, a battery container 120 containing the battery cell, and the battery container and a sealing member 140 sealing the 120 .

이하 본 발명의 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러한 하기한 실시예는 본 발명의 일 실시예일뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, Examples and Comparative Examples of the present invention will be described. The following examples are only examples of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.

리튬 이차 전지의 제작Production of lithium secondary batteries

제조예 1: 화학식 1a로 표현되는 화합물 (N-메틸-N-(트리메틸실릴)-메탄술폰아마이드)의 합성Preparation Example 1: Synthesis of the compound represented by Formula 1a (N-methyl-N-(trimethylsilyl)-methanesulfonamide)

질소분위기 하에 N-메틸메탄술폰아마이드 (N-methylmethanesulfonamide, 10.0 g, 91.6 mmol)와 비스(트리메틸실릴)아민 (bis(trimethylsilyl)amine, 29.0 g, 179.7 mmol)을 촉매 염화 암모늄(ammonium chloride, 0.2 g)과 함께 혼합하였다. 100 ℃에서 2시간 동안 교반한 뒤, 130 ℃에서 1시간 동안 추가 교반하였다. 감압 증류로 정제하여 무색 투명한 액체(7.5 g, 수율: 75%)를 얻었다.Under nitrogen atmosphere, N-methylmethanesulfonamide (N-methylmethanesulfonamide, 10.0 g, 91.6 mmol) and bis(trimethylsilyl)amine (bis(trimethylsilyl)amine, 29.0 g, 179.7 mmol) were catalyzed ammonium chloride, 0.2 g ) and mixed with After stirring at 100 °C for 2 hours, the mixture was further stirred at 130 °C for 1 hour. Purification by vacuum distillation gave a colorless and transparent liquid (7.5 g, yield: 75%).

[화학식 1a][Formula 1a]

Figure 112022054383595-pat00008
Figure 112022054383595-pat00008

제조예 2: 화학식 1b로 표현되는 화합물 (N-메틸-N-(트리메틸실릴)-프로판술폰아마이드)의 합성Preparation Example 2: Synthesis of the compound represented by Formula 1b (N-methyl-N-(trimethylsilyl)-propanesulfonamide)

N-메틸메탄술폰아마이드 (N-methylmethanesulfonamide, 10.0 g, 91.6 mmol) 대신에 N-메틸프로판술폰아마이드(N-methylpropanesulfonamide, 12.57 g, 91.6 mmol)를 사용한 것을 제외하고, 제조예 1과 동일하게 진행하여 무색 투명한 액체(7.5 g, 수율: 75%)를 얻었다. In the same manner as in Preparation Example 1, except that N-methylpropanesulfonamide (N-methylpropanesulfonamide, 12.57 g, 91.6 mmol) was used instead of N-methylmethanesulfonamide (N-methylmethanesulfonamide, 10.0 g, 91.6 mmol) A colorless and transparent liquid (7.5 g, yield: 75%) was obtained.

[화학식 1b][Formula 1b]

Figure 112022054383595-pat00009
Figure 112022054383595-pat00009

제조예 3: 화학식 1c로 표현되는 화합물 (N-메틸-N-트리메틸실릴옥시메탄술폰아마이드)의 합성Preparation Example 3: Synthesis of a compound represented by Formula 1c (N-methyl-N-trimethylsilyloxymethanesulfonamide)

1단계:Stage 1:

N-하이드록시-N-메틸메탄술폰아마이드(N-hydroxy-N-methylmethanesulfonamide)의 합성Synthesis of N-hydroxy-N-methylmethanesulfonamide (N-hydroxy-N-methylmethanesulfonamide)

N-메틸하이드록실아민 하이드로클로라이드(N-methylhydroxylamine hydrochloride, 10.0 g, 120 mmol)를 물 (12 mL)에 녹인 후 0℃로 감온하였다. 제조된 반응물에, 20 mL 물에 녹인 K2CO3 (16.5 g, 120 mmol) 수용액을 천천히 첨가하였다. 30분동안 0℃에서 교반한 후, 온도를 유지한 상태에서 테트라하이드로퓨란(THF, 60 mL)와 메탄올(15 mL)를 넣고 10분간 교반하였다. 0℃에서 메탄술포닐 클로라이드(methanesulfonyl chloride, 6.85 g, 59.8 mmol)를 천천히 첨가한 후 30분간 교반하였다. 그 후 반응물을 상온으로 올려 4시간 더 교반하였다. 흰색의 침천된 고체가 모두 용해될 때까지 물을 첨가한 후, 다이에틸 에터(diethyl ether)를 이용해 추출하였다. 추출된 유기층을 MgSO4로 건조하고 여과한 후, 얻어진 여과액을 감압 하에서 농축시켜 흰색 고체(4.96 g, 수율: 66%)를 얻었다. 얻은 고체는 더 정제하지 않고 다음 반응에서 사용하였다. After dissolving N-methylhydroxylamine hydrochloride (N-methylhydroxylamine hydrochloride, 10.0 g, 120 mmol) in water (12 mL), the temperature was reduced to 0°C. To the prepared reaction mixture, an aqueous solution of K 2 CO 3 (16.5 g, 120 mmol) dissolved in 20 mL water was slowly added. After stirring at 0° C. for 30 minutes, tetrahydrofuran (THF, 60 mL) and methanol (15 mL) were added while maintaining the temperature, and the mixture was stirred for 10 minutes. At 0° C., methanesulfonyl chloride (6.85 g, 59.8 mmol) was slowly added and stirred for 30 minutes. After that, the reaction was raised to room temperature and stirred for 4 hours more. Water was added until all of the white precipitated solid was dissolved, and then extracted using diethyl ether. The extracted organic layer was dried over MgSO 4 , filtered, and the resulting filtrate was concentrated under reduced pressure to obtain a white solid (4.96 g, yield: 66%). The obtained solid was used in the next reaction without further purification.

2단계:Step 2:

N-메틸-N-트리메틸실릴옥시메탄술폰아마이드(trimethylsilyloxymethanesulfonamide)의 합성Synthesis of N-methyl-N-trimethylsilyloxymethanesulfonamide

질소분위기 하에 1단계에서 합성된 N-하이드록시-N-메틸메탄술폰아마이드 (N-hydroxy-N-methylmethanesulfonamide)를 테트라하이드로퓨란(THF, 50 mL)에 녹였다. 0℃로 반응 온도를 낮춘 후, 트리에틸아민(triethylamine, TEA, 6.02 g, 59.5 mmol)을 첨가하였다. 그 후 트리메틸실릴 클로라이드(trimethylsilyl chloride, TMSCl, 8.89 g, 59.5 mmol)를 천천히 첨가하였다. 반응물을 0℃에서 2시간동안 교반한 후, 침전된 흰색 고체를 여과하고 농축시켰다. 얻어진 농축액을 감압 증류로 정제하여 무색 투명의 액체(5.4g, 수율: 69%)를 얻었다. N-hydroxy-N-methylmethanesulfonamide synthesized in step 1 under a nitrogen atmosphere was dissolved in tetrahydrofuran (THF, 50 mL). After lowering the reaction temperature to 0° C., triethylamine (TEA, 6.02 g, 59.5 mmol) was added. Then, trimethylsilyl chloride (TMSCl, 8.89 g, 59.5 mmol) was slowly added. After the reaction was stirred at 0° C. for 2 hours, the precipitated white solid was filtered and concentrated. The obtained concentrate was purified by distillation under reduced pressure to obtain a colorless and transparent liquid (5.4 g, yield: 69%).

[화학식 1c][Formula 1c]

Figure 112022054383595-pat00010
Figure 112022054383595-pat00010

제조예 4Preparation 4

N,N-디메틸메탄 설폰아마이드(DMS, 제조사: Aldrich)를 사용하였다.N,N-dimethylmethane sulfonamide (DMS, manufacturer: Aldrich) was used.

실시예Example

실시예 1 내지 5, 및 비교예 1 내지 6Examples 1 to 5, and Comparative Examples 1 to 6

양극 활물질로서 LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2, 바인더로서 폴리비닐리덴 플루오라이드 및 도전재로서 케첸블랙을 각각 97.3:1.4:1.3의 중량비로 혼합하여, N-메틸 피롤리돈에 분산시켜 양극 활물질 슬러리를 제조하였다. 상기 양극 활물질 슬러리를 15㎛ 두께의 Al 포일 위에 코팅하고, 100℃에서 건조한 후, 압연(press)하여 양극을 제조하였다.LiNi 0.6 Co 0.2 Mn 0.2 O 2 as a cathode active material, polyvinylidene fluoride as a binder, and Ketjen Black as a conductive material were mixed in a weight ratio of 97.3:1.4:1.3, respectively, and dispersed in N-methyl pyrrolidone to slurry the cathode active material was prepared. The cathode active material slurry was coated on Al foil having a thickness of 15 μm, dried at 100° C., and then pressed to prepare a cathode.

음극 활물질로서 그라파이트, 바인더로서 폴리비닐리덴 플루오라이드 및 도전재로서 케첸블랙을 각각 98:1:1의 중량비로 혼합하여, N-메틸 피롤리돈에 분산시켜 음극 활물질 슬러리를 제조하였다. 상기 음극 활물질 슬러리를 10㎛ 두께의 Cu 포일 위에 코팅하고, 100℃에서 건조한 후, 압연(press)하여 음극을 제조하였다. Graphite as an anode active material, polyvinylidene fluoride as a binder, and Ketjen Black as a conductive material were mixed in a weight ratio of 98:1:1, respectively, and dispersed in N-methyl pyrrolidone to prepare an anode active material slurry. The negative electrode active material slurry was coated on a Cu foil having a thickness of 10 μm, dried at 100° C., and then pressed to prepare a negative electrode.

상기 제조된 양극 및 음극과 두께 20㎛의 폴리에틸렌 재질의 세퍼레이터 그리고 전해액을 사용하여 리튬 이차 전지를 제조하였다. A lithium secondary battery was manufactured using the prepared positive electrode and negative electrode, a separator made of polyethylene having a thickness of 20 μm, and an electrolyte.

전해액은 비수성 유기 용매(EC:DMC=3:7의 부피비로 혼합)에 LiPF6을 1.0 M로 혼합하고, 하기 표 1에 기재된 첨가제의 종류와 함량을 적용하여 혼합하였다. 단, 첨가제의 함량(중량%)은 전해액 전체(비수성 유기용매 + 리튬염 + 첨가제) 함량을 기준으로 한 것이다.The electrolyte solution was mixed with LiPF 6 at 1.0 M in a non-aqueous organic solvent (mixed in a volume ratio of EC:DMC=3:7), and the types and contents of the additives described in Table 1 were applied and mixed. However, the content (wt%) of the additive is based on the total amount of the electrolyte (non-aqueous organic solvent + lithium salt + additive).

제조예 1
(중량%)
Preparation Example 1
(weight%)
제조예 2
(중량%)
Preparation 2
(weight%)
제조예 4
(중량%)
Preparation 4
(weight%)
VC
(중량%)
VC
(weight%)
LiDFOP
(중량%)
LiDFOP
(weight%)
비교예 1Comparative Example 1 -- -- -- -- -- 비교예 2Comparative Example 2 0.250.25 -- -- -- 비교예 3Comparative Example 3 -- 0.250.25 -- -- -- 비교예 4Comparative Example 4 -- -- -- -- 1.01.0 비교예 5Comparative Example 5 -- -- -- 1.01.0 -- 비교예 6Comparative Example 6 -- -- 0.250.25 -- -- 실시예 1Example 1 0.250.25 -- -- -- 1.01.0 실시예 2Example 2 0.250.25 -- -- 1.01.0 -- 실시예 3Example 3 0.250.25 -- -- 0.50.5 1.01.0 실시예 4Example 4 0.250.25 -- -- 1.01.0 1.01.0 실시예 5Example 5 0.250.25 -- -- 1.51.5 1.01.0

*평가 1: 초기 직류 저항, 30일 보존 후 직류 저항 및 저항 증가율*Evaluation 1: Initial DC resistance, DC resistance and resistance increase rate after storage for 30 days

실시예 1 내지 5, 비교예 1 및 6에서 제조된 리튬 이차 전지를 다음의 과정으로 초기 화성하였다. 첫 번째 사이클은 0.2C 전류로 3.6V까지 정전류 충전 후 2.6V까지 방전하였고, 두 번째 사이클은 0.2C 전류로 4.2V까지 CC 충전 후 2.5V까지 방전하였다. The lithium secondary batteries prepared in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 6 were initially formed by the following process. In the first cycle, a constant current was charged to 3.6V at 0.2C and then discharged to 2.6V, and in the second cycle, CC was charged to 4.2V at 0.2C and then discharged to 2.5V.

이어서, 60℃에서 1C로 4.2V 컷오프 정전류 충전, 0.05C 컷오프 정전압 충전 조건으로 SOC 100% (SOC, state of charge = 100%)까지 충전하여 30일 동안 보존하였다. 초기 직류 저항(DC-IR), 30일 보존 후 직류 저항 및 이들의 비율(저항 증가율)을 구하여, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. Then, it was charged to SOC 100% (SOC, state of charge = 100%) under the conditions of 4.2V cutoff constant current charging at 1C at 60°C, and 0.05C cutoff constant voltage charging conditions and stored for 30 days. Initial direct current resistance (DC-IR), direct current resistance after storage for 30 days and their ratio (resistance increase rate) were obtained, and the results are shown in Table 2 below.

직류 저항은 서로 다른 전류를 인가한 때의 전류 차 및 전압 차로부터 계산되는 것으로, 초기 만 충전상태에서 10초간 10A로 정전류 방전하고, 10초간 1A로 정전류 방전한 후, 4초간 10A로 정전류 방전하였고, 18초 및 23초의 데이터로부터 식 ΔR =ΔV/ΔI를 이용하여 직류 저항을 계산하였다.DC resistance is calculated from the difference in current and voltage when different currents are applied, and in the initial full charge state, constant current discharge at 10 A for 10 seconds, constant current discharge at 1 A for 10 seconds, and constant current discharge at 10 A for 4 seconds. , from the data of 18 s and 23 s, DC resistance was calculated using the equation ΔR =ΔV/ΔI.

저항 증가율(ΔDC-IR)은 초기 DC-IR에 대한 30일 보존 후의 DC-IR의 비율을 계산하였다.The resistance increase rate (ΔDC-IR) was calculated as the ratio of DC-IR after 30 days storage to initial DC-IR.

DC-IR (초기)
(mΩ)
DC-IR (initial)
(mΩ)
DC-IR (60℃, 30일)
(mΩ)
DC-IR (60℃, 30 days)
(mΩ)
ΔDC-IR
(%)
ΔDC-IR
(%)
비교예 1Comparative Example 1 14.114.1 28.928.9 205.0205.0 비교예 2Comparative Example 2 13.413.4 20.320.3 151.5151.5 비교예 3Comparative Example 3 1414 2424 171.4171.4 비교예 4Comparative Example 4 15.215.2 23.423.4 153.9153.9 비교예 5Comparative Example 5 14.314.3 26.526.5 185.3185.3 비교예 6Comparative Example 6 15.315.3 24.224.2 158.2158.2 실시예 1Example 1 13.613.6 19.319.3 141.9141.9 실시예 2Example 2 13.313.3 18.718.7 140.6140.6 실시예 3Example 3 13.113.1 17.617.6 134.4134.4 실시예 4Example 4 13.513.5 17.817.8 131.9131.9 실시예 5Example 5 13.713.7 17.517.5 127.7127.7

표 2를 참고하면, 일 구현예에 따른 첨가제를 사용한 실시예 1 내지 5의 경우, 비교예 1 내지 6에 비하여 초기 저항, 30일 방치 후 저항 및 고온(60℃) 방치시 저항 증가율이 개선됨을 확인할 수 있었다.Referring to Table 2, in the case of Examples 1 to 5 using the additive according to one embodiment, compared to Comparative Examples 1 to 6, the initial resistance, the resistance after 30 days of standing, and the resistance increase rate when left at a high temperature (60 ° C) are improved. could check

*평가 2: 60℃에서 용량 유지율 및 회복율*Evaluation 2: Capacity retention and recovery rate at 60°C

실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 6에서 제조된 리튬 이차 전지에 대하여 평가 1과 동일하게 초기 화성 및 SOC 100% 충전을 진행하였다.For the lithium secondary batteries prepared in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 6, initial formation and SOC 100% charging were performed in the same manner as in Evaluation 1.

이어서, 초기 화성 및 SOC 100% 충전된 리튬 이차 전지를 60℃에서 10일, 20일 및 30일 동안 보존 후 0.2C, 2.5V 컷오프 방전하여 1회 방전 용량(0일)에 대한 저장 후 방전 용량비를 하기 표 3에 용량 유지율로 나타내었다.Subsequently, the lithium secondary battery charged with initial chemical conversion and SOC 100% was stored at 60° C. for 10 days, 20 days, and 30 days, and then discharged at 0.2C, 2.5V cut-off, the discharge capacity ratio after storage to the one-time discharge capacity (0 days) is shown as the capacity retention rate in Table 3 below.

한편, 초기 화성 및 SOC 100% 충전된 리튬 이차 전지를 60℃에서 10일, 20일 및 30일 동안 보존 후, 0.2C로 4.2V 컷오프 정전류 충전, 0.05C 컷오프 정전압 충전한 후 0.2C, 2.5V 컷오프 방전하여 방전 용량을 측정하였고, 저장 전 초기 용량에 대한 방전 용량비를 하기 표 3에 용량 회복율로 나타내었다.On the other hand, after preserving the lithium secondary battery 100% charged with initial chemical conversion and SOC at 60°C for 10 days, 20 days, and 30 days, 4.2V cutoff constant current charging at 0.2C, 0.05C cutoff constant voltage charging after 0.2C, 2.5V charging The discharge capacity was measured by performing cut-off discharge, and the ratio of the discharge capacity to the initial capacity before storage is shown as the capacity recovery rate in Table 3 below.

용량 유지율(%)Capacity retention rate (%) 용량 회복율(%)Capacity recovery rate (%) (0 일)(0 days) (10 일)(10 days) (20 일)(20 days) (30 일)(30 days) (0 일)(0 days) (10 일)(10 days) (20 일)(20 days) (30 일)(30 days) 비교예 1Comparative Example 1 100100 90.190.1 87.587.5 86.586.5 100100 93.593.5 92.192.1 90.790.7 비교예 2Comparative Example 2 100100 91.391.3 90.290.2 89.589.5 100100 95.895.8 95.195.1 93.993.9 비교예 3Comparative Example 3 100100 90.590.5 88.488.4 86.586.5 100100 93.393.3 91.891.8 90.590.5 비교예 4Comparative Example 4 100100 90.690.6 90.390.3 88.688.6 100100 9494 93.293.2 92.892.8 비교예 5Comparative Example 5 100100 89.989.9 8989 87.387.3 100100 95.295.2 94.694.6 93.893.8 비교예 6Comparative Example 6 100100 89.389.3 88.788.7 86.486.4 100100 93.493.4 91.891.8 89.389.3 실시예 1Example 1 100100 90.890.8 90.690.6 90.390.3 100100 97.597.5 96.496.4 94.394.3 실시예 2Example 2 100100 91.291.2 90.590.5 90.290.2 100100 97.597.5 96.496.4 94.694.6 실시예 3Example 3 100100 91.591.5 9191 90.690.6 100100 98.198.1 96.396.3 95.195.1 실시예 4Example 4 100100 91.891.8 91.391.3 90.890.8 100100 98.198.1 96.796.7 94.994.9 실시예 5Example 5 100100 91.291.2 90.990.9 90.590.5 100100 98.198.1 96.196.1 94.894.8

표 3을 참고하면, 실시예 1 내지 5에서 제조된 리튬 이차 전지는 비교예 1 내지 6 대비 용량 유지율 및 용량 회복율이 모두 개선됨을 확인하였다.Referring to Table 3, it was confirmed that the lithium secondary batteries prepared in Examples 1 to 5 improved both the capacity retention rate and the capacity recovery rate compared to Comparative Examples 1 to 6.

*평가 3: 사이클 수명 특성 및 저항 증가율*Evaluation 3: Cycle life characteristics and resistance increase rate

실시예 1, 실시예 3 내지 5, 비교예 1, 2, 4 및 5에서 제조된 리튬 이차 전지에 대하여 평가 1과 동일하게 초기 화성 및 SOC 100% 충전을 진행하였다.For the lithium secondary batteries prepared in Example 1, Examples 3 to 5, and Comparative Examples 1, 2, 4 and 5, initial formation and SOC 100% charging were performed in the same manner as in Evaluation 1.

초기 화성 및 SOC 100% 충전된 리튬 이차 전지를, 25℃에서 0.2C, 4.2V 컷오프 정전류 충전하고, 4.2V, 0.05C 컷오프 정전압 충전한 후, 0.2C, 2.5V 컷오프 정전류 방전하는 것을 1 사이클로 하여, 총 200 사이클을 진행하였다. 1 사이클 방전 용량에 대한 200 사이클 방전 용량비를 하기 표 4에 사이클 수명 특성(0.2C)으로 나타내었다.A lithium secondary battery that was initially chemically charged and 100% SOC was charged at 25°C with 0.2C, 4.2V cutoff constant current, 4.2V, 0.05C cutoff constant voltage charge, and then 0.2C, 2.5V cutoff constant current discharge was performed as one cycle. , a total of 200 cycles were performed. The ratio of the 200-cycle discharge capacity to the 1-cycle discharge capacity is shown in Table 4 below as cycle life characteristics (0.2C).

초기 화성 및 SOC 100% 충전된 리튬 이차 전지를, 25℃에서 1C, 4.2V 컷오프 정전류 충전하고, 4.2V, 0.05C 컷오프 정전압 충전한 후, 1C, 2.5V 컷오프 정전류 방전하는 것을 1 사이클로 하여, 총 200 사이클을 진행하였다. 1 사이클 방전 용량에 대한 200 사이클 방전 용량비를 하기 표 4에 사이클 수명 특성(1C)으로 나타내었다.A lithium secondary battery that was initially chemically charged and 100% SOC was charged with 1C, 4.2V cutoff constant current at 25°C, charged with 4.2V, 0.05C cutoff constant voltage, and then discharged with 1C, 2.5V cutoff constant current as one cycle, total 200 cycles were performed. The ratio of the 200-cycle discharge capacity to the 1-cycle discharge capacity is shown in Table 4 below as cycle life characteristics (1C).

한편, 200 사이클 후, 10초 동안 1C 전류를 인가하고 전압 하강분을 측정하여 직류 저항(DC-IR)을 계산하였고, 초기 직류 저항에 대한 200 사이클 직류 저항 증가율(ΔDC-IR)을 구하여, 하기 표 4에 DC-IR(200 cy) 및 ΔDC-IR로 각각 나타내었다.On the other hand, after 200 cycles, DC resistance (DC-IR) was calculated by applying 1C current for 10 seconds and measuring the voltage drop, and obtaining the 200-cycle DC resistance increase rate (ΔDC-IR) for the initial DC resistance, Table 4 shows DC-IR (200 cy) and ΔDC-IR, respectively.

사이클 수명 특성(0.2C)
(%)
Cycle life characteristics (0.2C)
(%)
사이클 수명 특성(1C)
(%)
Cycle life characteristics (1C)
(%)
DC-IR (200 cy)
(mΩ)
DC-IR (200 cy)
(mΩ)
ΔDC-IR
(%)
ΔDC-IR
(%)
비교예 1Comparative Example 1 95.695.6 92.192.1 24.924.9 3535 비교예 2Comparative Example 2 97.097.0 93.593.5 21.221.2 1818 비교예 4Comparative Example 4 95.695.6 92.792.7 21.021.0 1919 비교예 5Comparative Example 5 96.296.2 92.892.8 22.922.9 2424 실시예 1Example 1 97.597.5 93.793.7 20.520.5 1212 실시예 3Example 3 97.897.8 96.396.3 19.519.5 77 실시예 4Example 4 98.198.1 94.994.9 19.319.3 88 실시예 5Example 5 98.098.0 95.495.4 18.918.9 44

표 4를 참고하면, 실시예 1, 실시예 3 내지 5에서 제조된 리튬 이차 전지는 비교예 1, 2, 4 및 5에 비하여 초기 방전용량, 사이클 수명특성, 직류 저항(DC-IR) 및 충방전 사이클 직류 저항 증가율(ΔDC-IR)이 개선됨을 확인할 수 있었다. Referring to Table 4, the lithium secondary batteries prepared in Examples 1 and 3 to 5 had initial discharge capacity, cycle life characteristics, direct current resistance (DC-IR) and charge compared to Comparative Examples 1, 2, 4 and 5. It was confirmed that the discharge cycle DC resistance increase rate (ΔDC-IR) was improved.

*평가 4: 고온 가스발생량*Evaluation 4: High-temperature gas generation

상기 실시예 3 내지 5, 비교예 1, 2, 4 및 5에서 제조된 리튬 이차 전지를 평가 1과 동일하게 초기 화성하였다. 이어서, 초기 화성한 리튬 이차 전지를 탈기(Degassing)한 후 파우치에 넣고, 60℃ 오븐에서 30일 동안 보관하였다. 이후, 파우치의 부피변화를 측정하고, 이를 아르키메데스 법을 이용하여 질량변화로 환산하여, 하기 표 5에 가스 발생량으로 나타내었다.The lithium secondary batteries prepared in Examples 3 to 5 and Comparative Examples 1, 2, 4 and 5 were initialized in the same manner as in Evaluation 1. Then, after degassing the initially chemically formed lithium secondary battery, it was placed in a pouch and stored in an oven at 60° C. for 30 days. Thereafter, the change in the volume of the pouch was measured, and this was converted into a change in mass using the Archimedes method, and is shown as the amount of gas generated in Table 5 below.

가스 발생량 (mg)Gas generation (mg) 비교예 1Comparative Example 1 8282 비교예 2Comparative Example 2 4242 비교예 4Comparative Example 4 6767 비교예 5Comparative Example 5 3838 실시예 3Example 3 2929 실시예 4Example 4 3131 실시예 5Example 5 3434

표 5를 참고하면, 실시예 3 내지 5에서 제조된 리튬 이차 전지에서는, 견고한 SEI 피막에 의한 열적 안정성 증가에 기인하여 가스 발생량이 감소되는 것으로 판단된다. 반면에 비교예 1, 2, 4 및 5는 실시예에 비하여 가스 발생량이 높음을 확인할 수 있었다.Referring to Table 5, in the lithium secondary batteries prepared in Examples 3 to 5, it is determined that the gas generation amount is reduced due to the increase in thermal stability by the strong SEI film. On the other hand, it was confirmed that Comparative Examples 1, 2, 4 and 5 had a higher amount of gas generation than in Examples.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.Although preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and it is possible to carry out various modifications within the scope of the claims, the detailed description of the invention, and the accompanying drawings. It goes without saying that it falls within the scope of the invention.

100: 리튬 이차 전지
112: 음극
113: 세퍼레이터
114: 양극
120: 전지 용기
140: 봉입 부재
100: lithium secondary battery
112: cathode
113: separator
114: positive electrode
120: battery container
140: sealing member

Claims (12)

비수성 유기 용매; 리튬염; 및 첨가제를 포함하고,
상기 첨가제는 (A) 하기 화학식 3-1, 화학식 3-2 또는 이들의 조합으로 표현되는 화합물, 및
(B) 환형 카보네이트계 화합물 및 (C) 양쪽성 리튬염 화합물 중 적어도 하나를 포함하는,
리튬 이차 전지용 전해액:
[화학식 3-1] [화학식 3-2]
Figure 112022054383595-pat00015
Figure 112022054383595-pat00016

상기 화학식 3-1 및 화학식 3-2에서,
R1 내지 R5는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C10 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C10 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C10 사이클로알케닐기, 또는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴기이다.
non-aqueous organic solvents; lithium salt; and additives,
The additive is (A) a compound represented by the following Chemical Formula 3-1, Chemical Formula 3-2, or a combination thereof, and
(B) comprising at least one of a cyclic carbonate-based compound and (C) an amphoteric lithium salt compound,
Electrolyte for lithium secondary batteries:
[Formula 3-1] [Formula 3-2]
Figure 112022054383595-pat00015
Figure 112022054383595-pat00016

In Formulas 3-1 and 3-2,
R 1 to R 5 are each independently a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkyl group, a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkoxy group, a substituted or unsubstituted C2 to C10 alkenyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C10 cyclo an alkyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C10 cycloalkenyl group, or a substituted or unsubstituted C6 to C20 aryl group.
제1항에서,
상기 R1 내지 R5는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C5 알케닐기인,
리튬 이차 전지용 전해액.
In claim 1,
Wherein R 1 To R 5 are each independently a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkyl group, or a substituted or unsubstituted C1 to C5 alkenyl group,
Electrolyte for lithium secondary batteries.
제1항에서,
상기 R1 내지 R5는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C5 알킬기인,
리튬 이차 전지용 전해액.
In claim 1,
Wherein R 1 To R 5 are each independently a substituted or unsubstituted C1 to C5 alkyl group,
Electrolyte for lithium secondary batteries.
삭제delete 삭제delete 제1항에서,
상기 화합물(A)는 상기 리튬 이차 전지용 전해액 총량에 대하여 0.1 중량% 내지 10 중량%의 함량으로 포함되는,
리튬 이차 전지용 전해액.
In claim 1,
The compound (A) is included in an amount of 0.1 wt% to 10 wt% with respect to the total amount of the electrolyte for a lithium secondary battery,
Electrolyte for lithium secondary batteries.
제1항에서,
상기 환형 카보네이트계 화합물(B)은 비닐렌 카보네이트(VC), 비닐렌 에틸렌 카보네이트(VEC), 플루오로에틸렌 카보네이트(FEC) 또는 이들의 조합인,
리튬 이차 전지용 전해액.
In claim 1,
The cyclic carbonate-based compound (B) is vinylene carbonate (VC), vinylene ethylene carbonate (VEC), fluoroethylene carbonate (FEC), or a combination thereof,
Electrolyte for lithium secondary batteries.
제1항에서,
상기 환형 카보네이트계 화합물(B)은 상기 리튬 이차 전지용 전해액 총량에 대하여 0.1 중량% 내지 3 중량%로 포함되는,
리튬 이차 전지용 전해액.
In claim 1,
The cyclic carbonate-based compound (B) is included in an amount of 0.1 wt% to 3 wt% with respect to the total amount of the electrolyte for a lithium secondary battery,
Electrolyte for lithium secondary batteries.
제1항에서,
상기 양쪽성 리튬염 화합물(C)은 리튬 비스(옥살레이토)보레이트(LiBOB), 리튬 플루오로(옥살레이토)보레이트(LiFOB), 리튬 디플루오로(옥살레이토)포스페이트(LiDFOP), 리튬 디플루오로 포스페이트(LiPO2F2) 또는 이들의 조합인,
리튬 이차 전지용 전해액.
In claim 1,
The amphoteric lithium salt compound (C) is lithium bis (oxalato) borate (LiBOB), lithium fluoro (oxalato) borate (LiFOB), lithium difluoro (oxalato) phosphate (LiDFOP), lithium difluoro phosphate (LiPO 2 F 2 ) or a combination thereof,
Electrolyte for lithium secondary batteries.
제1항에서,
상기 양쪽성 리튬염 화합물(C)은 상기 리튬 이차 전지용 전해액 총량에 대하여 0.1 중량% 내지 3 중량%로 포함되는,
리튬 이차 전지용 전해액.
In claim 1,
The amphoteric lithium salt compound (C) is included in an amount of 0.1% to 3% by weight based on the total amount of the electrolyte for a lithium secondary battery,
Electrolyte for lithium secondary batteries.
양극; 음극; 및 제1항 내지 제3항 및 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항의 전해액을 포함하는,
리튬 이차 전지.
anode; cathode; And any one of claims 1 to 3 and 6 to 10 comprising the electrolyte solution,
lithium secondary battery.
제11항에서,
상기 양극은 전류 집전체 및 이 전류 집전체에 위에 형성된 양극 활물질을 포함하는 양극 활물질 층을 포함하고,
상기 양극 활물질은 리튬 니켈코발트알루미늄 산화물 (NCA), 리튬 니켈코발트망간 산화물 (NCM), 리튬 코발트 산화물 (LiCoO2), 리튬 망간 산화물 (LiMnO2), 리튬 니켈 산화물 (LiNiO2) 및 리튬 철 인산화물 (LiFePO4)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 활물질을 포함하는,
리튬 이차 전지.
In claim 11,
The positive electrode includes a current collector and a positive electrode active material layer comprising a positive electrode active material formed on the current collector,
The positive active material includes lithium nickel cobalt aluminum oxide (NCA), lithium nickel cobalt manganese oxide (NCM), lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium manganese oxide (LiMnO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), and lithium iron phosphate. (LiFePO 4 ) Containing at least one active material selected from the group consisting of,
lithium secondary battery.
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