KR102498343B1 - Electrolyte for lithium secondary battery and lithium secondary battery including the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리튬 이차 전지용 전해액 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것으로, 본 발명의 일 측면은, 리튬 염; 유기 용매; 및 하기 화학식 1 내지 화학식 4로 표시되는 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 기능성 첨가제;를 포함하는, 리튬 이차 전지용 전해액을 제공한다.
[화학식 1]

Figure 112020125877118-pat00022

[화학식 2]
Figure 112020125877118-pat00023

[화학식 3]
Figure 112020125877118-pat00024

[화학식 4]
Figure 112020125877118-pat00025

상기 화학식 1 내지 화학식 4에서, R1 내지 R35는, 각각, 수소, 할로겐, 알킬기, 페닐기, 카르복실기 또는 에스터기이다.The present invention relates to an electrolyte solution for a lithium secondary battery and a lithium secondary battery including the same, and one aspect of the present invention is a lithium salt; organic solvents; And a functional additive including at least one selected from the group consisting of compounds represented by Formulas 1 to 4 below; provides an electrolyte solution for a lithium secondary battery comprising:
[Formula 1]
Figure 112020125877118-pat00022

[Formula 2]
Figure 112020125877118-pat00023

[Formula 3]
Figure 112020125877118-pat00024

[Formula 4]
Figure 112020125877118-pat00025

In Formulas 1 to 4, R 1 to R 35 are hydrogen, halogen, an alkyl group, a phenyl group, a carboxyl group or an ester group, respectively.

Description

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

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

리튬 이차 전지의 구성 요소 중 양극 소재는 전지의 용량 및 작동 전압을 결정하는 요소로, 리튬 이차 전지의 에너지 밀도를 향상시키기 위해서는 양극 소재의 고용량화 및 고전압화가 필수적이다. Among the components of a lithium secondary battery, a cathode material is a factor that determines the capacity and operating voltage of the battery, and in order to improve the energy density of a lithium secondary battery, it is essential to increase the capacity and voltage of the cathode material.

이에 따라, 고용량 및 고전압을 발현하는 양극 소재에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, Ni 함량이 높은 Ni-rich 양극 소재는 널리 상용화된 LiCoO2와 비교하여 높은 에너지 밀도를 갖는 것으로 알려져 있다.Accordingly, studies on cathode materials exhibiting high capacity and high voltage are being actively conducted, and Ni-rich cathode materials having a high Ni content are known to have high energy densities compared to widely commercialized LiCoO 2 .

그러나 Ni-rich 양극 소재는 4.3V(vs Li/Li+) 이상의 고전압 조건에서 전이금속이 용출되어 전해액을 분해하는 문제점이 있다. 이러한 반응은 고온 조건 또는 LiPF6 염과 배터리 내 불가피하게 존재하는 미량의 수분이 반응하여 형성되는 HF에 의해 가속화된다. 즉, HF와 양극의 반응에 의해 비가역적으로 전이금속이 용출됨에 따라 양극 표면의 활성화된 Ni4+ 이온이 전해액의 추가적인 분해 반응을 유도하고, 이는 음극의 SEI layer까지 파괴시켜 성능 열화를 초래한다. 또한, Ni4+의 환원에 의해 생성되는 Ni2+가 양극의 Li 층으로 이동하여 양이온 혼합(cation mixing)을 유발하여 양극이 구조적으로 불안정해진다.However, the Ni-rich anode material has a problem in that the electrolyte is decomposed due to the elution of the transition metal under a high voltage condition of 4.3V (vs Li/Li + ) or higher. This reaction is accelerated by high-temperature conditions or HF formed by the reaction of LiPF 6 salt with trace amounts of moisture unavoidably present in the battery. In other words, as the transition metal is irreversibly eluted by the reaction between HF and the anode, the activated Ni 4+ ions on the surface of the anode induce an additional decomposition reaction of the electrolyte, which destroys the SEI layer of the cathode, resulting in performance degradation. . In addition, Ni 2+ produced by the reduction of Ni 4+ migrates to the Li layer of the anode and causes cation mixing, thereby making the anode structurally unstable.

이를 해결하기 위해 Ni-rich 양극의 전이금속 용출을 억제하고자 하는 연구가 많이 진행되었다. 구체적인 예로는, 양극을 Al, Zr 등의 금속으로 도핑하거나, SiOx, ZrO2 등의 무기물 성분을 코팅하거나, 보호막 형성 전해액 첨가제를 통해 전극 표면에 안정한 피막을 형성시키거나, 전해액 내의 HF를 제거하는 전해액 첨가제를 사용하는 등의 방법이 있다.To solve this problem, many studies have been conducted to suppress the elution of transition metals from the Ni-rich anode. Specific examples include doping the anode with metals such as Al and Zr, coating inorganic components such as SiO x and ZrO 2 , forming a stable film on the surface of the electrode through a protective film forming electrolyte additive, or removing HF in the electrolyte There is a method such as using an electrolyte solution additive that does.

그러나, 이러한 방법들은 전이금속 이온이 전해액 상으로 용출되었을 때 전기장에 의해 전자가 풍부한 음극으로 이동하여 전착됨에 따라 음극으로의 리튬 출입이 저해되고, 전착된 전이금속이 전해액 분해를 촉진시키는 전기화학적 촉매 역할을 하는 등의 이유로 성능 열화가 진행되는 것을 억제할 수 없다.However, in these methods, when transition metal ions are eluted onto an electrolyte, they are transferred to an electron-rich negative electrode by an electric field and deposited thereon, thereby preventing lithium from entering and leaving the negative electrode, and the electrodeposited transition metal is an electrochemical catalyst that promotes electrolyte decomposition. It is not possible to suppress the progression of performance deterioration for reasons such as playing a role.

따라서, 전해액 상에 이미 용출된 전이금속 이온이 음극으로 전착되기 전에 전해액 상에서 전이금속 이온을 킬레이팅할 수 있는 기능성 첨가제의 개발이 필요하다.Therefore, it is necessary to develop a functional additive capable of chelating the transition metal ions in the electrolyte solution before the transition metal ions already eluted in the electrolyte solution are electrodeposited to the cathode.

전술한 배경기술은 발명자가 본원의 개시 내용을 도출하는 과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.The above background art is possessed or acquired by the inventor in the process of deriving the disclosure of the present application, and cannot necessarily be said to be known art disclosed to the general public prior to the present application.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 전이금속의 용출을 억제할 뿐만 아니라, 용출된 전이금속 이온을 킬레이팅하고, HF 발생을 감소시킬 수 있는 기능성 첨가제 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지용 전해액을 제공하는 것이다.The present invention is to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to suppress the elution of transition metals, as well as to chelate the eluted transition metal ions and to reduce HF generation, and functional additives including the same It is to provide an electrolyte solution for a lithium secondary battery.

그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 분야 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problem to be solved by the present invention is not limited to those mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

본 발명의 일 측면은, 리튬 염; 유기 용매; 및 하기 화학식 1 내지 화학식 4로 표시되는 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 기능성 첨가제;를 포함하는, 리튬 이차 전지용 전해액을 제공한다.One aspect of the present invention, a lithium salt; organic solvents; And a functional additive including at least one selected from the group consisting of compounds represented by Formulas 1 to 4 below; provides an electrolyte solution for a lithium secondary battery comprising:

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112020125877118-pat00001
Figure 112020125877118-pat00001

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112020125877118-pat00002
Figure 112020125877118-pat00002

[화학식 3][Formula 3]

Figure 112020125877118-pat00003
Figure 112020125877118-pat00003

[화학식 4][Formula 4]

Figure 112020125877118-pat00004
Figure 112020125877118-pat00004

상기 화학식 1 내지 화학식 4에서, R1 내지 R35는, 각각, 수소, 할로겐, 알킬기, 페닐기, 카르복실기 또는 에스터기이다.In Formulas 1 to 4, R 1 to R 35 are hydrogen, halogen, an alkyl group, a phenyl group, a carboxyl group or an ester group, respectively.

일 실시형태에 따르면, 상기 R1 내지 R35는, 각각, 수소, 할로겐, 비치환 또는 할로겐 치환기로 치환된 C1-20의 알킬기, 비치환 또는 할로겐 치환기로 치환된 C6-20의 페닐기, 비치환 또는 할로겐 치환기로 치환된 C1-20의 카르복실기, 또는 비치환 또는 할로겐 치환기로 치환된 C1-20의 에스터기인 것일 수 있다.According to one embodiment, R 1 to R 35 are each selected from hydrogen, halogen, a C 1-20 alkyl group substituted with an unsubstituted or halogen substituent, a C 6-20 phenyl group substituted with an unsubstituted or halogen substituent, It may be an unsubstituted or C 1-20 carboxyl group substituted with a halogen substituent, or a C 1-20 ester group unsubstituted or substituted with a halogen substituent.

일 실시형태에 따르면, 상기 리튬 염은, LiPF6, LiClO4, LiBF4, LiFSI, LiTFSI, LiSO3CF3, LiBOB, LiFOB, LiDFBP, LiTFOP, LiPO2F2, LiCl, LiBr, LiI, LiB10Cl10, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, LiSCN 및 LiC(CF3SO2)3으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment, the lithium salt is LiPF 6 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiFSI, LiTFSI, LiSO 3 CF 3 , LiBOB, LiFOB, LiDFBP, LiTFOP, LiPO 2 F 2 , LiCl, LiBr, LiI, LiB 10 Cl 10 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiAlCl 4 , CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, LiSCN, and LiC(CF 3 SO 2 ) 3 selected from the group consisting of It may contain one or more.

일 실시형태에 따르면, 상기 리튬 염의 농도는, 0.1 M 내지 3 M인 것일 수 있다.According to one embodiment, the concentration of the lithium salt may be 0.1 M to 3 M.

일 실시형태에 따르면, 상기 유기 용매는, 카보네이트계 용매, 에스테르계 용매 및 에테르계 용매로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment, the organic solvent may include one or more selected from the group consisting of carbonate-based solvents, ester-based solvents, and ether-based solvents.

일 실시형태에 따르면, 상기 카보네이트게 용매는, 에틸렌 카보네이트(Ethylene carbonate), 프로필렌 카보네이트(Propylenecarbonate), 비닐렌 카보네이트(Vinylene carbonate), 비닐 에틸렌 카보네이트(vinyl ethylene carbonate), 디메틸 카보네이트(Dimethyl carbonate), 에틸메틸카보네이트(Ethylmethyl carbonate) 및 디에틸 카보네이트(Diethyl carbonate)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것이고, 상기 에스테르계 용매는, 메틸 프로피오네이트(Methyl propionate), 프로필 프로피오네이트(Propylpropionate), 부틸 프로피오네이트(Butyl propionate), 메틸 부티레이트(Methyl butyrate), 에틸 부티레이트(Methyl butyrate), 프로필부티레이트(Propylbutyrate), 부틸 부티레이트(butylbutyrate), 메틸 아세테이트(Methyl acetate), 에틸 아세테이트(Ethyl acetate), 프로필 아세테이트(Propyl acetate), 부틸 아세테이트(Butyl acetate), 부티로락톤(Butyrolactone), 데카놀라이드(Decanolide), 발레로락톤(Valerolactone), 메발로노락톤(Mevalonolactone) 및 카프로락톤(Caprolactone)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것이고, 상기 에테르계 용매는, 디메틸에테르(Dimethyl ether), 디에틸에테르(diethyl ether), 디이소프로필 에테르(diisopropyl ether), 1,2-디메톡시에탄(1,2-dimethoxyethane), 디에틸렌 글리콜 디메틸 에테르(diethylene glycol dimethyl ether), 트리에틸렌 글리콜 디메틸 에테르(triethylene glycol dimethyl ether) 및 테트라에틸렌 글리콜 디메틸 에테르(tetraethylene glycol dimethyl ether)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment, the carbonate crab solvent is ethylene carbonate, propylene carbonate, vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, dimethyl carbonate, ethyl It includes at least one selected from the group consisting of methyl carbonate and diethyl carbonate, and the ester solvent includes methyl propionate, propyl propionate, Butyl propionate, Methyl butyrate, Ethyl butyrate, Propylbutyrate, Butylbutyrate, Methyl acetate, Ethyl acetate, Propyl Group consisting of Propyl acetate, Butyl acetate, Butyrolactone, Decanolide, Valerolactone, Mevalonolactone and Caprolactone It includes one or more selected from, and the ether solvent is dimethyl ether (Dimethyl ether), diethyl ether (diethyl ether), diisopropyl ether (diisopropyl ether), 1,2-dimethoxyethane (1, 2-dimethoxyethane), diethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether and tetraethylene glycol dimethyl ether (tetr ethylene glycol dimethyl ether) may include one or more selected from the group consisting of

일 실시형태에 따르면, 상기 기능성 첨가제의 함량은, 0.01 중량% 내지 10 중량%인 것일 수 있다.According to one embodiment, the content of the functional additive may be 0.01% by weight to 10% by weight.

일 실시형태에 따르면, 상기 기능성 첨가제는, 상기 전해액 내 용출된 전이금속을 킬레이팅(chelating)하거나, 상기 전해액 내 포함된 PF5와 복합체를 형성하거나, 리튬 이차 전지 전극 표면에 피막을 형성하는 것일 수 있다.According to one embodiment, the functional additive is to chelate the transition metal eluted in the electrolyte solution, form a complex with PF 5 contained in the electrolyte solution, or form a film on the surface of a lithium secondary battery electrode can

본 발명의 다른 측면은, 양극; 음극; 상기 양극 및 상기 음극 사이의 이온 투과성 분리막; 및 상기 리튬 이차 전지용 전해액;을 포함하는, 리튬 이차 전지를 제공한다.Another aspect of the present invention is a positive electrode; cathode; an ion permeable separator between the anode and the cathode; It provides a lithium secondary battery containing; and the electrolyte solution for the lithium secondary battery.

일 실시형태에 따르면, 상기 양극은, Ni-rich 복합 금속산화물을 포함하고, 층상형인 것일 수 있다.According to one embodiment, the anode may include a Ni-rich composite metal oxide and be layered.

일 실시형태에 따르면, 상기 복합 금속산화물은, LiNiwCoxMnyO2(w+x+y+z=1) 또는 LiNiwCoxMnyMzO2(w+x+y+z=1)을 포함하고, 상기 M은, Ti, Zr, Nb, W, P, Al, Mg, V, Ca 또는 Sr인 것일 수 있다.According to one embodiment, the composite metal oxide is LiNi w Co x Mn y O 2 (w+x+y+z=1) or LiNi w Co x Mn y M z O 2 (w+x+y+z = 1), wherein M may be Ti, Zr, Nb, W, P, Al, Mg, V, Ca or Sr.

일 실시형태에 따르면, 상기 음극은, 흑연, 실리콘 또는 이 둘을 모두 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment, the negative electrode may include graphite, silicon, or both.

일 실시형태에 따르면, 구동 전압이, 3.0 V 내지 4.3 V이고, 구동 온도가, 25 ℃ 내지 45 ℃인 것일 수 있다.According to one embodiment, the driving voltage may be 3.0 V to 4.3 V, and the driving temperature may be 25 °C to 45 °C.

본 발명에 따른 리튬 이차 전지용 전해액은, 기능성 첨가제를 포함함으로써, 양극에서 용출된 전이금속 이온을 전해액 상에서 킬레이팅(chelating)할 뿐만 아니라, 전극에 안정적인 피막을 형성하여 전이금속이 노출되는 것을 억제할 수 있다. The electrolyte solution for a lithium secondary battery according to the present invention, by including a functional additive, not only chelates the transition metal ions eluted from the cathode on the electrolyte solution, but also forms a stable film on the electrode to suppress exposure of the transition metal. can

또한, 기능성 첨가제의 질소(N) 원소가 HF 발생의 원인 물질인 PF5와 복합체를 형성함으로써 HF의 발생을 감소시키며, 상온 또는 고온에서의 연속 충방전 과정에서 일어날 수 있는 염과 용매의 분해를 효과적으로 감소시킬 수 있다.In addition, the nitrogen (N) element of the functional additive forms a complex with PF 5 , which is the causative agent of HF generation, thereby reducing the generation of HF, and decomposition of salts and solvents that may occur during continuous charging and discharging at room temperature or high temperature. can be effectively reduced.

본 발명에 따른 리튬 이차 전지는, 기능성 첨가제가 포함된 전해액을 사용하여 고전압 및 고온 조건에서 전이금속의 용출을 억제하고 용출된 전이금속을 잡아줌으로써, 고용량, 고에너지밀도 및 우수한 수명 성능을 확보할 수 있는 효과가 있다.The lithium secondary battery according to the present invention can secure high capacity, high energy density, and excellent lifespan performance by suppressing the elution of transition metals under high voltage and high temperature conditions and catching the eluted transition metals by using an electrolyte solution containing functional additives. There are possible effects.

도 1은, 실시예 1 및 비교예의 전해액을 사용한 전지에서 구동 온도가 45 ℃일 때 수명 성능과 쿨롱 효율을 나타낸 그래프이다.
도 2는, 실시예 1 및 비교예의 전해액을 사용한 전지에서 구동 온도가 25 ℃일 때 수명 성능과 쿨롱 효율을 나타낸 그래프이다.
도 3은, 실시예 2 및 비교예의 전해액을 사용한 전지에서 구동 온도가 45 ℃일 때 수명 성능과 쿨롱 효율을 나타낸 그래프이다.
도 4는, 실시예 3 및 비교예의 전해액을 사용한 전지에서 구동 온도가 25 ℃일 때 수명 성능과 쿨롱 효율을 나타낸 그래프이다.
도 5는, 실시예 4, 실시예 5 및 비교예의 전해액을 사용한 전지에서 구동 온도가 45 ℃일 때 수명 성능과 쿨롱 효율을 나타낸 그래프이다.
도 6은, 실시예 1 및 비교예의 전해액을 사용한 각 전지의 화성 사이클 후 니켈 용출량을 비교한 것이다.
도 7은, 실시예 2 및 비교예의 전해액을 사용한 각 전지의 화성 사이클 후 니켈 용출량을 비교한 것이다.
도 8은, 실시예 3 및 비교예의 전해액을 사용한 각 전지의 화성 사이클 후 니켈 용출량을 비교한 것이다.
도 9는, 실시예 4, 실시예 5 및 비교예의 전해액을 사용한 각 전지의 화성 사이클 후 니켈 용출량을 비교한 것이다.
1 is a graph showing life performance and coulombic efficiency at a driving temperature of 45° C. in batteries using the electrolytes of Example 1 and Comparative Example.
2 is a graph showing life performance and coulombic efficiency at a driving temperature of 25° C. in batteries using the electrolytes of Example 1 and Comparative Example.
3 is a graph showing life performance and coulombic efficiency when the driving temperature is 45 ° C. in the batteries using the electrolyte solutions of Example 2 and Comparative Example.
4 is a graph showing life performance and coulombic efficiency at a driving temperature of 25° C. in batteries using the electrolyte solutions of Example 3 and Comparative Example.
5 is a graph showing life performance and coulombic efficiency at a driving temperature of 45° C. in batteries using the electrolytes of Examples 4, 5, and Comparative Examples.
6 is a comparison of nickel elution amounts after chemical conversion cycles of each battery using the electrolyte solutions of Example 1 and Comparative Example.
Fig. 7 compares nickel elution amounts after chemical conversion cycles of batteries using the electrolyte solutions of Example 2 and Comparative Example.
Fig. 8 compares nickel elution amounts after chemical conversion cycles of batteries using the electrolytic solutions of Example 3 and Comparative Example.
Fig. 9 compares nickel elution amounts after chemical conversion cycles of batteries using the electrolyte solutions of Examples 4, 5, and Comparative Example.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, since various changes can be made to the embodiments, the scope of the patent application is not limited or limited by these embodiments. It should be understood that all changes, equivalents or substitutes to the embodiments are included within the scope of rights.

실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms used in the examples are used only for descriptive purposes and should not be construed as limiting. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as "include" or "have" are intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the art to which the embodiment belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and unless explicitly defined in the present application, they should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning. don't

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In addition, in the description with reference to the accompanying drawings, the same reference numerals are given to the same components regardless of reference numerals, and overlapping descriptions thereof will be omitted. In describing the embodiment, if it is determined that a detailed description of a related known technology may unnecessarily obscure the gist of the embodiment, the detailed description will be omitted.

또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In addition, in describing the components of the embodiment, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are only used to distinguish the component from other components, and the nature, order, or order of the corresponding component is not limited by the term. When an element is described as being “connected,” “coupled to,” or “connected” to another element, that element may be directly connected or connected to the other element, but there may be another element between the elements. It should be understood that may be "connected", "coupled" or "connected".

어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.Components included in one embodiment and components having common functions will be described using the same names in other embodiments. Unless stated to the contrary, descriptions described in one embodiment may be applied to other embodiments, and detailed descriptions will be omitted to the extent of overlap.

본 발명은, 한국산업기술평가관리원의 지원에 따른 소재부품기술개발사업(하이니켈 (85%이상) 양극이 채택된 전기자동차용 배터리의 고성능화를 위한 이온성 및 비이온성 화합물 기반 전해액 첨가제 기술 개발, 20007127, 2020.03.01 ~ 2020.12.31)에 관련된 것이다.The present invention is a material parts technology development project supported by the Korea Evaluation Institute of Industrial Technology (development of ionic and nonionic compound-based electrolyte additive technology for high performance of electric vehicle batteries equipped with high-nickel (85% or more) anodes, 20007127, 2020.03.01 ~ 2020.12.31).

본 발명의 일 측면은, 리튬 염; 유기 용매; 및 하기 화학식 1 내지 화학식 4로 표시되는 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 기능성 첨가제;를 포함하는, 리튬 이차 전지용 전해액을 제공한다.One aspect of the present invention, a lithium salt; organic solvents; And a functional additive including at least one selected from the group consisting of compounds represented by Formulas 1 to 4 below; provides an electrolyte solution for a lithium secondary battery comprising:

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112020125877118-pat00005
Figure 112020125877118-pat00005

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112020125877118-pat00006
Figure 112020125877118-pat00006

[화학식 3][Formula 3]

Figure 112020125877118-pat00007
Figure 112020125877118-pat00007

[화학식 4][Formula 4]

Figure 112020125877118-pat00008
Figure 112020125877118-pat00008

상기 화학식 1 내지 화학식 4에서, R1 내지 R35는, 각각, 수소, 할로겐, 알킬기, 페닐기, 카르복실기 또는 에스터기이다.In Formulas 1 to 4, R 1 to R 35 are hydrogen, halogen, an alkyl group, a phenyl group, a carboxyl group or an ester group, respectively.

구체적으로, 상기 화학식 1에서, R1 내지 R8은, 각각, 수소, 할로겐, 알킬기, 페닐기, 카르복실기 또는 에스터기이고, 상기 화학식 2에서, R9 내지 R16은, 각각, 수소, 할로겐, 알킬기, 페닐기, 카르복실기 또는 에스터기이다.Specifically, in Formula 1, R 1 to R 8 are each hydrogen, a halogen, an alkyl group, a phenyl group, a carboxyl group, or an ester group, and in Formula 2, R 9 to R 16 are, respectively, hydrogen, a halogen, an alkyl group, , a phenyl group, a carboxyl group or an ester group.

또한, 상기 화학식 3에서, R17 내지 R27은, 각각, 수소, 할로겐, 알킬기, 페닐기, 카르복실기 또는 에스터기이고, 상기 화학식 4에서, R28 내지 R35는, 각각, 수소, 할로겐, 알킬기, 페닐기, 카르복실기 또는 에스터기이다.Further, in Formula 3, R 17 to R 27 are each hydrogen, halogen, an alkyl group, a phenyl group, a carboxyl group, or an ester group, and in Formula 4, R 28 to R 35 are each hydrogen, a halogen, an alkyl group, It is a phenyl group, a carboxyl group, or an ester group.

일 실시형태에 따르면, 상기 R1 내지 R35는, 각각, 수소, 할로겐, 비치환 또는 할로겐 치환기로 치환된 C1-20의 알킬기, 비치환 또는 할로겐 치환기로 치환된 C6-20의 페닐기, 비치환 또는 할로겐 치환기로 치환된 C1-20의 카르복실기, 또는 비치환 또는 할로겐 치환기로 치환된 C1-20의 에스터기인 것일 수 있다.According to one embodiment, R 1 to R 35 are each selected from hydrogen, halogen, a C 1-20 alkyl group substituted with an unsubstituted or halogen substituent, a C 6-20 phenyl group substituted with an unsubstituted or halogen substituent, It may be an unsubstituted or C 1-20 carboxyl group substituted with a halogen substituent, or a C 1-20 ester group unsubstituted or substituted with a halogen substituent.

구체적으로, 상기 화학식 1에서, 상기 R1 내지 R8은, 각각, 수소, 할로겐, 비치환 또는 할로겐 치환기로 치환된 C1-20의 알킬기, 비치환 또는 할로겐 치환기로 치환된 C6-20의 페닐기, 비치환 또는 할로겐 치환기로 치환된 C1-20의 카르복실기, 또는 비치환 또는 할로겐 치환기로 치환된 C1-20의 에스터기인 것일 수 있다.Specifically, in Formula 1, R 1 to R 8 are each hydrogen, halogen, unsubstituted or halogen substituent-substituted C 1-20 alkyl group, unsubstituted or halogen substituent-substituted C 6-20 It may be a phenyl group, a C 1-20 carboxyl group unsubstituted or substituted with a halogen substituent, or a C 1-20 ester group substituted with an unsubstituted or halogen substituent.

상기 화학식 2에서, 상기 R9 내지 R16은, 각각, 수소, 할로겐, 비치환 또는 할로겐 치환기로 치환된 C1-20의 알킬기, 비치환 또는 할로겐 치환기로 치환된 C6-20의 페닐기, 비치환 또는 할로겐 치환기로 치환된 C1-20의 카르복실기, 또는 비치환 또는 할로겐 치환기로 치환된 C1-20의 에스터기인 것일 수 있다.In Formula 2, R 9 to R 16 are hydrogen, halogen, a C 1-20 alkyl group substituted with an unsubstituted or halogen substituent, a C 6-20 phenyl group substituted with an unsubstituted or halogen substituent, It may be a C 1-20 carboxyl group substituted with a ring or a halogen substituent, or a C 1-20 ester group substituted with an unsubstituted or halogen substituent.

상기 화학식 3에서, 상기 R17 내지 R27은, 각각, 수소, 할로겐, 비치환 또는 할로겐 치환기로 치환된 C1-20의 알킬기, 비치환 또는 할로겐 치환기로 치환된 C6-20의 페닐기, 비치환 또는 할로겐 치환기로 치환된 C1-20의 카르복실기, 또는 비치환 또는 할로겐 치환기로 치환된 C1-20의 에스터기인 것일 수 있다.In Formula 3, R 17 to R 27 are hydrogen, halogen, a C 1-20 alkyl group substituted with an unsubstituted or halogen substituent, a C 6-20 phenyl group substituted with an unsubstituted or halogen substituent, It may be a C 1-20 carboxyl group substituted with a ring or a halogen substituent, or a C 1-20 ester group substituted with an unsubstituted or halogen substituent.

상기 화학식 4에서, 상기 R28 내지 R35는, 각각, 수소, 할로겐, 비치환 또는 할로겐 치환기로 치환된 C1-20의 알킬기, 비치환 또는 할로겐 치환기로 치환된 C6-20의 페닐기, 비치환 또는 할로겐 치환기로 치환된 C1-20의 카르복실기, 또는 비치환 또는 할로겐 치환기로 치환된 C1-20의 에스터기인 것일 수 있다.In Formula 4, R 28 to R 35 are hydrogen, halogen, a C 1-20 alkyl group substituted with an unsubstituted or halogen substituent, a C 6-20 phenyl group substituted with an unsubstituted or halogen substituent, It may be a C 1-20 carboxyl group substituted with a ring or a halogen substituent, or a C 1-20 ester group substituted with an unsubstituted or halogen substituent.

일 실시형태에 따르면, 상기 R1 내지 R35는, 각각, 수소, 비치환 또는 할로겐 치환기로 치환된 C1-10의 알킬기, 비치환 또는 할로겐 치환기로 치환된 C6-20의 페닐기, 비치환 또는 할로겐 치환기로 치환된 C1-10의 카르복실기, 또는 비치환 또는 할로겐 치환기로 치환된 C1-10의 에스터기인 것일 수 있다.According to one embodiment, each of R 1 to R 35 is hydrogen, an unsubstituted or halogen substituent-substituted C 1-10 alkyl group, an unsubstituted or halogen-substituted C 6-20 phenyl group, an unsubstituted Alternatively, it may be a C 1-10 carboxyl group substituted with a halogen substituent, or a C 1-10 ester group substituted with an unsubstituted or halogen substituent.

일 실시형태에 따르면, 상기 할로겐 치환기는, 불소 치환기일 수 있다.According to one embodiment, the halogen substituent may be a fluorine substituent.

본 발명에 따른 기능성 첨가제는, 리튬 이차 전지의 양극으로부터 용출되는 전이금속을 전해액 상에서 킬레이팅할 수 있고, 양극에 안정적이 피막을 형성하여 전이금속이 노출되는 것을 억제할 수 있으며, 첨가제의 질소(N)원소가 HF 발생의 원인 물질인 PF5와 복합체를 형성하여 HF 발생을 감소시킨다.The functional additive according to the present invention can chelate the transition metal eluted from the positive electrode of a lithium secondary battery in an electrolyte, form a stable film on the positive electrode to suppress exposure of the transition metal, and nitrogen ( N) element reduces HF generation by forming a complex with PF 5 , which is a causative agent of HF generation.

또한, 상온 및 고온에서 일어날 수 있는 염과 용매의 분해를 효과적으로 감소시켜 리튬 이차 전지의 전기화학적 성능을 향상시킬 수 있다.In addition, the electrochemical performance of the lithium secondary battery can be improved by effectively reducing the decomposition of salts and solvents that can occur at room temperature and high temperature.

일례로, 상기 기능성 첨가제는, 하기 화학식 5 내지 화학식 8로 표시되는 화합물일 수 있다.For example, the functional additive may be a compound represented by Chemical Formulas 5 to 8 below.

[화학식 5][Formula 5]

Figure 112020125877118-pat00009
Figure 112020125877118-pat00009

[화학식 6][Formula 6]

Figure 112020125877118-pat00010
Figure 112020125877118-pat00010

[화학식 7][Formula 7]

Figure 112020125877118-pat00011
Figure 112020125877118-pat00011

[화학식 8][Formula 8]

Figure 112020125877118-pat00012
Figure 112020125877118-pat00012

일 실시형태에 따르면, 상기 리튬 염은, LiPF6, LiClO4, LiBF4, LiFSI, LiTFSI, LiSO3CF3, LiBOB, LiFOB, LiDFBP, LiTFOP, LiPO2F2, LiCl, LiBr, LiI, LiB10Cl10, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, LiSCN 및 LiC(CF3SO2)3으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment, the lithium salt is LiPF 6 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiFSI, LiTFSI, LiSO 3 CF 3 , LiBOB, LiFOB, LiDFBP, LiTFOP, LiPO 2 F 2 , LiCl, LiBr, LiI, LiB 10 Cl 10 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiAlCl 4 , CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, LiSCN, and LiC(CF 3 SO 2 ) 3 selected from the group consisting of It may contain one or more.

상기 리튬염은, 양극 집전체 또는 음극 집전체로 사용될 수 있는 알루미늄, 구리 등의 물질과 높은 적합성을 가질 수 있으며, 이 때, 특정 리튬 염은 음극에서 산화에 대한 내성이 낮고 양극을 부식시킬 위험이 있는 문제가 생길 수도 있는데 이를 상기의 리튬 염의 물질 군에서 둘 이상의 물질을 적절하게 혼합할 경우 이러한 문제를 해결할 수 있다The lithium salt may have high compatibility with materials such as aluminum and copper that can be used as a positive electrode current collector or a negative electrode current collector. At this time, certain lithium salts have low resistance to oxidation in the negative electrode and the risk of corroding the positive electrode. There may be a problem with this, but this problem can be solved by properly mixing two or more materials in the above lithium salt material group.

일 실시형태에 따르면, 상기 리튬 염의 농도는, 0.1 M 내지 3 M인 것일 수 있다.According to one embodiment, the concentration of the lithium salt may be 0.1 M to 3 M.

바람직하게는, 상기 리튬 염의 농도는, 0.5 M 내지 3 M인 것일 수 있고, 더욱 바람직하게는, 1 M 내지 3 M인 것일 수 있고, 더욱 더 바람직하게는, 1 M 내지 2 M인 것일 수 있다.Preferably, the concentration of the lithium salt may be 0.5 M to 3 M, more preferably, 1 M to 3 M, and even more preferably, 1 M to 2 M. .

상기 리튬염의 농도가 상기 범위 미만일 경우 전해액의 전도도가 낮아져 전해액 성능이 떨어질 수 있고, 상기 범위를 초과할 경우에는 전해액의 점도가 증가하여 리튬 이온의 이동성이 감소되고 사이클 초기부터 과전압이 걸리는 문제가 발생할 수 있다.If the concentration of the lithium salt is less than the above range, the conductivity of the electrolyte solution may be lowered and the performance of the electrolyte solution may be deteriorated. If the concentration exceeds the above range, the viscosity of the electrolyte solution increases and the mobility of lithium ions is reduced, and overvoltage occurs from the beginning of the cycle. can

즉, 상기 리튬 염의 농도 범위에서 가장 높은 이온 전도도를 가지며, 전해액 내의 리튬 이온의 이동도가 높아 우수한 출력 성능을 가질 수 있다.That is, it has the highest ionic conductivity in the concentration range of the lithium salt and excellent output performance due to high mobility of lithium ions in the electrolyte.

일 실시형태에 따르면, 상기 유기 용매는, 카보네이트계 용매, 에스테르계 용매 및 에테르계 용매로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment, the organic solvent may include one or more selected from the group consisting of carbonate-based solvents, ester-based solvents, and ether-based solvents.

상기 카보네이트계 용매, 상기 에스테르계 용매 및 상기 에테르계 용매는, 전기화학적 안정성 즉, 내산화성과 내환원성이 우수하여, 전지의 충방전 과정에서 분해가 최소화될 수 있는 장점이 있다.The carbonate-based solvent, the ester-based solvent, and the ether-based solvent have excellent electrochemical stability, that is, oxidation resistance and reduction resistance, so that decomposition can be minimized during charging and discharging of the battery.

일 실시형태에 따르면, 상기 카보네이트게 용매는, 에틸렌 카보네이트(Ethylene carbonate), 프로필렌 카보네이트(Propylenecarbonate), 비닐렌 카보네이트(Vinylene carbonate), 비닐 에틸렌 카보네이트(vinyl ethylene carbonate), 디메틸 카보네이트(Dimethyl carbonate), 에틸메틸카보네이트(Ethylmethyl carbonate) 및 디에틸 카보네이트(Diethyl carbonate)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것이고, 상기 에스테르계 용매는, 메틸 프로피오네이트(Methyl propionate), 프로필 프로피오네이트(Propylpropionate), 부틸 프로피오네이트(Butyl propionate), 메틸 부티레이트(Methyl butyrate), 에틸 부티레이트(Methyl butyrate), 프로필부티레이트(Propylbutyrate), 부틸 부티레이트(butylbutyrate), 메틸 아세테이트(Methyl acetate), 에틸 아세테이트(Ethyl acetate), 프로필 아세테이트(Propyl acetate), 부틸 아세테이트(Butyl acetate), 부티로락톤(Butyrolactone), 데카놀라이드(Decanolide), 발레로락톤(Valerolactone), 메발로노락톤(Mevalonolactone) 및 카프로락톤(Caprolactone)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것이고, 상기 에테르계 용매는, 디메틸에테르(Dimethyl ether), 디에틸에테르(diethyl ether), 디이소프로필 에테르(diisopropyl ether), 1,2-디메톡시에탄(1,2-dimethoxyethane), 디에틸렌 글리콜 디메틸 에테르(diethylene glycol dimethyl ether), 트리에틸렌 글리콜 디메틸 에테르(triethylene glycol dimethyl ether) 및 테트라에틸렌 글리콜 디메틸 에테르(tetraethylene glycol dimethyl ether)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment, the carbonate crab solvent is ethylene carbonate, propylene carbonate, vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, dimethyl carbonate, ethyl It includes at least one selected from the group consisting of methyl carbonate and diethyl carbonate, and the ester solvent includes methyl propionate, propyl propionate, Butyl propionate, Methyl butyrate, Ethyl butyrate, Propylbutyrate, Butylbutyrate, Methyl acetate, Ethyl acetate, Propyl Group consisting of Propyl acetate, Butyl acetate, Butyrolactone, Decanolide, Valerolactone, Mevalonolactone and Caprolactone It includes one or more selected from, and the ether solvent is dimethyl ether (Dimethyl ether), diethyl ether (diethyl ether), diisopropyl ether (diisopropyl ether), 1,2-dimethoxyethane (1, 2-dimethoxyethane), diethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether and tetraethylene glycol dimethyl ether (tetr ethylene glycol dimethyl ether) may include one or more selected from the group consisting of

일 실시형태에 따르면, 상기 유기 용매는, 에틸렌 카보네이트(Ethylene carbonate), 에틸메틸카보네이트(Ethylmethyl carbonate) 및 디메틸 카보네이트(Dimethyl carbonate)를 포함할 수 있다.According to one embodiment, the organic solvent may include ethylene carbonate, ethylmethyl carbonate, and dimethyl carbonate.

일 실시형태에 따르면, 상기 기능성 첨가제의 함량은, 0.01 중량% 내지 10 중량%인 것일 수 있다.According to one embodiment, the content of the functional additive may be 0.01% by weight to 10% by weight.

일 실시형태에 따르면, 상기 기능성 첨가제의 함량은, 0.05 중량% 내지 5 중량%일 수 있고, 바람직하게는, 0.1 중량% 내지 5 중량%일 수 있으며, 더욱 바람직하게는, 0.1 중량% 내지 3 중량%일 수 있다.According to one embodiment, the content of the functional additive may be 0.05 wt% to 5 wt%, preferably, 0.1 wt% to 5 wt%, and more preferably, 0.1 wt% to 3 wt%. may be %.

만일, 상기 기능성 첨가제의 함량이 상기 범위 미만으로 포함될 경우, 전해액 내에서 용출된 전이금속을 킬레이팅(chelating)하지 못할 수 있고, 전해액 내 포함된 PF5와 복합체를 형성하거나, 리튬 이차 전지 전극 표면에 피막을 형성하는 것과 같은 기능을 충분히 수행하지 못하여 전지의 수명 성능이 저하될 수 있다.If the content of the functional additive is less than the above range, the transition metal eluted in the electrolyte may not be chelated, and a complex with PF 5 contained in the electrolyte may be formed, or the surface of the lithium secondary battery electrode The lifespan performance of the battery may be deteriorated because the function such as forming a film may not be sufficiently performed.

반면, 상기 기능성 첨가제의 함량이 상기 범위를 초과하여 포함될 경우, 상기 기능성 첨가제가 양극 및 음극을 분해하여 저항성 피막을 형성할 수 있으며, 이로 인해 전지의 성능이 저하될 수 있다.On the other hand, when the content of the functional additive is included in excess of the above range, the functional additive may decompose the positive electrode and the negative electrode to form a resistive film, thereby deteriorating battery performance.

일 실시형태에 따르면, 상기 기능성 첨가제는, 상기 전해액 내 용출된 전이금속을 킬레이팅(chelating)하거나, 상기 전해액 내 포함된 PF5와 복합체를 형성하거나, 리튬 이차 전지 전극 표면에 피막을 형성하는 것일 수 있다.According to one embodiment, the functional additive is to chelate the transition metal eluted in the electrolyte solution, form a complex with PF 5 contained in the electrolyte solution, or form a film on the surface of a lithium secondary battery electrode can

여기서, 상기 피막은 리튬 이차 전지의 양극 및 음극에 형성될 수 있다.Here, the film may be formed on the positive and negative electrodes of the lithium secondary battery.

상기 피막은 양극의 보호막으로 작용하여 양극으로부터의 전이금속의 용출을 억제할 수 있다.The film acts as a protective film of the anode and can suppress elution of the transition metal from the anode.

또한, 용출된 전이금속은, 기능성 첨가제에 의해 킬레이팅됨으로써 음극 피막에 전이금속의 전착을 방지할 수 있다.In addition, the eluted transition metal is chelated with a functional additive, thereby preventing electrodeposition of the transition metal on the cathode film.

나아가, 기능성 첨가제가 전해액 내 포함된 PF5와 복합체를 형성함으로써, 전해액의 분해를 가속화하시키는 HF의 발생을 억제할 수 있다.Furthermore, by forming a complex with PF 5 included in the electrolyte solution, the functional additive can suppress the generation of HF that accelerates the decomposition of the electrolyte solution.

상기 HF는 양극과 반응하여 비가역적으로 전이금속을 용출시키며, 이를 통해 활성화된 전이금속 이온은 전해액의 추가적인 분해반응을 유도할 뿐만 아니라, 음극의 SEI layer까지 파괴시켜 성능 열화를 초래한다. 또한, 용출된 전이금속 이온이 환원되어 생성된 이온이 양극으로 이동하여 양이온 혼합을 유발시킴으로써 양극이 구조적으로 불안정해질 수 있다.The HF reacts with the anode to irreversibly elute the transition metal, and the transition metal ion activated through this not only induces an additional decomposition reaction of the electrolyte solution, but also destroys the SEI layer of the cathode, resulting in performance degradation. In addition, ions produced by reduction of eluted transition metal ions migrate to the anode and cause cation mixing, which may cause the anode to become structurally unstable.

본 발명에 따른 기능성 첨가제는, 전해액 내 용출된 전이금속을 킬레이팅(chelating)하고, 전해액 내 포함된 PF5와 복합체를 형성하며, 리튬 이차 전지 전극 표면에 피막을 형성하는 기능을 동시 수행함으로써, 리튬 이차 전지, 특히, 고밀도에너지 양극 기반의 리튬 이차 전지의 전기화학적 성능을 효과적으로 향상시킬 수 있는 특징이 있다.The functional additive according to the present invention simultaneously performs the functions of chelating the transition metal eluted in the electrolyte, forming a complex with PF 5 contained in the electrolyte, and forming a film on the surface of the electrode of a lithium secondary battery, Lithium secondary batteries, in particular, have characteristics that can effectively improve the electrochemical performance of lithium secondary batteries based on high-density energy cathodes.

본 발명의 다른 측면은, 양극; 음극; 상기 양극 및 상기 음극 사이의 이온 투과성 분리막; 및 상기 리튬 이차 전지용 전해액;을 포함하는, 리튬 이차 전지를 제공한다.Another aspect of the present invention is a positive electrode; cathode; an ion permeable separator between the anode and the cathode; It provides a lithium secondary battery containing; and the electrolyte solution for the lithium secondary battery.

일 실시형태에 따르면, 상기 양극은, Ni-rich 복합 금속산화물을 포함하고, 층상형인 것일 수 있다.According to one embodiment, the anode may include a Ni-rich composite metal oxide and be layered.

본 발명에 따른 리튬 이차 전지는, 특히, Ni-rich 복합 금속산화물을 포함하는 양극을 기반으로 고에너지밀도를 가지면서, 고전압 및 고온 조건에서 우수한 수명 성능을 확보할 수 있는 특징이 있다.The lithium secondary battery according to the present invention, in particular, is characterized in that it can secure excellent lifespan performance under high voltage and high temperature conditions while having high energy density based on a positive electrode including a Ni-rich composite metal oxide.

즉, 고에너지밀도의 Ni-rich 복합 금속산화물 기반의 양극이 고전압 및 고온 조건에서 작동할 때 전이금속이 용출되는 문제점을 기능성 첨가제가 도입된 전해액을 통해 해결함으로써, 고용량, 고에너지밀도 및 우수한 수명성능을 확보할 수 있다. In other words, by solving the problem of elution of transition metals when a high-energy-density Ni-rich composite metal oxide-based anode operates under high-voltage and high-temperature conditions, functional additives are introduced into the electrolyte, resulting in high capacity, high energy density, and excellent lifespan. performance can be obtained.

일 실시형태에 따르면, 상기 복합 금속산화물은, LiNiwCoxMnyO2(w+x+y+z=1) 또는 LiNiwCoxMnyMzO2(w+x+y+z=1)을 포함하고, 상기 M은, Ti, Zr, Nb, W, P, Al, Mg, V, Ca 또는 Sr인 것일 수 있다.According to one embodiment, the composite metal oxide is LiNi w Co x Mn y O 2 (w+x+y+z=1) or LiNi w Co x Mn y M z O 2 (w+x+y+z = 1), wherein M may be Ti, Zr, Nb, W, P, Al, Mg, V, Ca or Sr.

일 실시형태에 따르면, 상기 복합 금속산화물은, LiNiwCoxMnyO2(w+x+y+z=1) 또는 LiNiwCoxMnyAlzO2(w+x+y+z=1)을 포함할 수 있다.According to one embodiment, the composite metal oxide is LiNi w Co x Mn y O 2 (w+x+y+z=1) or LiNi w Co x Mn y Al z O 2 (w+x+y+z = 1) can be included.

여기서, 상기 w는 0.5 이상인 것일 수 있다.Here, w may be greater than or equal to 0.5.

상기 복합 금속 산화물은, 상용화된 LiCoO2와 비교하여 높은 에너지밀도를 갖는 특징이 있으며, 이를 통해 리튬 이차 전지의 고전압 및 고용량을 구현할 수 있다.The composite metal oxide is characterized by having a higher energy density than commercially available LiCoO 2 , and through this, high voltage and high capacity of a lithium secondary battery can be implemented.

일 실시형태에 따르면, 상기 음극은, 흑연, 실리콘 또는 이 둘을 모두 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment, the negative electrode may include graphite, silicon, or both.

일 실시형태에 따르면, 상기 음극은, 충방전시 표면에 고체 전해질 중간상(SEI; Solid electrolyte interphase) 층이 형성되는 것일 수 있다.According to one embodiment, a solid electrolyte interphase (SEI) layer may be formed on the surface of the negative electrode during charging and discharging.

상기 고체 전해질 중간상은, 상기 음극과 전해액의 계면에 형성되어 음극을 열화반응으로부터 보호하고 안정적인 음극 거동을 가능하게 한다.The solid electrolyte mesophase is formed at the interface between the anode and the electrolyte to protect the anode from degradation and enable stable cathode behavior.

상기 이온투과성 분리막은, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 갖는 절연성의 얇은 박막이 사용될 수 있다.The ion permeable separator may be an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength.

일 실시형태에 따르면, 구동 전압이, 3.0 V 내지 4.3 V이고, 구동 온도가, 25 ℃ 내지 45 ℃인 것일 수 있다.According to one embodiment, the driving voltage may be 3.0 V to 4.3 V, and the driving temperature may be 25 °C to 45 °C.

본 발명에 따른 리튬 이차 전지는, 고전압 조건 및 고온 조건에서도 우수한 수명 성능을 확보할 수 있는 효과가 있다.The lithium secondary battery according to the present invention has an effect of securing excellent lifespan performance even under high voltage conditions and high temperature conditions.

이하, 실시예 및 비교예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by examples and comparative examples.

단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.However, the following examples are only for illustrating the present invention, and the content of the present invention is not limited to the following examples.

<실시예> 리튬 이차 전지용 기능성 전해액의 제조<Example> Preparation of functional electrolyte solution for lithium secondary battery

에틸렌 카보네이트(EC), 에틸메틸 카보네이트(EMC), 디메틸 카보네이트(DMC)가 2 : 4 : 4 부피비로 포함된 유기 용매에 리튬염(LiPF6)을 1.15 M 농도로 첨가하고, 비닐렌 카보네이트(VC)를 1부피%로 첨가하여 기준 전해액을 제조하였다.Lithium salt (LiPF 6 ) was added at a concentration of 1.15 M to an organic solvent containing ethylene carbonate (EC), ethyl methyl carbonate (EMC), and dimethyl carbonate (DMC) in a volume ratio of 2: 4: 4, and vinylene carbonate (VC ) was added at 1% by volume to prepare a standard electrolyte solution.

제조된 기준 전해액에 기능성 첨가제를 0.01 중량 % 내지 10 중량% 범위 내로 첨가하여 리튬 전지용 전해액을 제조하였다.An electrolyte solution for a lithium battery was prepared by adding a functional additive to the standard electrolyte solution in an amount of 0.01 wt % to 10 wt %.

사용된 기능성 첨가제의 화학 구조를 하기 표 1에 나타내었다.The chemical structures of the functional additives used are shown in Table 1 below.

기능성 첨가제functional additives 함량content 실시예 1Example 1

Figure 112020125877118-pat00013
Figure 112020125877118-pat00013
0.5 중량%0.5% by weight 실시예 2Example 2
Figure 112020125877118-pat00014
Figure 112020125877118-pat00014
0.1 중량%0.1% by weight
실시예 3Example 3
Figure 112020125877118-pat00015
Figure 112020125877118-pat00015
0.1 중량%0.1% by weight
실시예 4Example 4
Figure 112020125877118-pat00016
Figure 112020125877118-pat00016
0.1 중량%0.1% by weight
실시예 5Example 5
Figure 112020125877118-pat00017
Figure 112020125877118-pat00017
0.5 중량%0.5% by weight

<비교예> 기준 전해액의 제조<Comparative Example> Preparation of standard electrolyte solution

비교예로 기능성 첨가제를 사용하지 않은 실시예의 기준 전해액과 동일한 조성의 전해액을 준비하였다. As a comparative example, an electrolyte solution having the same composition as the reference electrolyte solution of Example without using a functional additive was prepared.

<실험예 1> 리튬 이차 전지 성능 평가<Experimental Example 1> Lithium secondary battery performance evaluation

LiNi0.84Co0.11Mn0.05O2/16 ㎛ 분리막/Graphite으로 구성된 코인 타입의 풀 셀(양|음극 로딩 : 14.0 mg/cm2 |10.4 mg/cm2)에 실시예 1 내지 3 및 비교예의 전해액을 각각 사용한 전지의 수명 성능 및 쿨롱 효율을 측정하였다.LiNi 0.84 Co 0.11 Mn 0.05 O 2 /16 ㎛ separator/Graphite coin-type full cells (positive | cathode loading: 14.0 mg/cm 2 | 10.4 mg/cm 2 ) were prepared with the electrolytes of Examples 1 to 3 and Comparative Example The lifetime performance and coulombic efficiency of each used battery were measured.

이 때, 구동 전압 범위 4.3 - 3.0 V, 충방전 율속 0.5C/0.5C, 구동 온도를 25 ℃ 또는 45 ℃로 하여 전지의 성능을 비교하였다.At this time, the performance of the batteries was compared under a driving voltage range of 4.3 - 3.0 V, a charge/discharge rate of 0.5C/0.5C, and a driving temperature of 25 °C or 45 °C.

각각의 전지에서의 수명 성능 및 쿨롱 효율 측정 결과를 도 1 내지 도 4에 나타내었다.The life performance and coulombic efficiency measurement results of each battery are shown in FIGS. 1 to 4 .

도 1은, 실시예 1 및 비교예의 전해액을 사용한 전지에서 구동 온도가 45 ℃일 때 수명 성능과 쿨롱 효율을 나타낸 그래프이다.1 is a graph showing life performance and coulombic efficiency at a driving temperature of 45° C. in batteries using the electrolytes of Example 1 and Comparative Example.

도 2는, 실시예 1 및 비교예의 전해액을 사용한 전지에서 구동 온도가 25 ℃일 때 수명 성능과 쿨롱 효율을 나타낸 그래프이다.2 is a graph showing life performance and coulombic efficiency at a driving temperature of 25° C. in batteries using the electrolytes of Example 1 and Comparative Example.

도 1 및 도 2를 참조하면, 비교예의 기준 전해액을 사용한 것과 비교하여, 실시예 1(기능성 첨가제 0.5 중량%)의 전해액을 사용한 경우, 고온(45 ℃) 및 상온(25 ℃)에서의 수명 특성이 향상되는 것을 확인할 수 있다.1 and 2, life characteristics at high temperature (45 ° C.) and room temperature (25 ° C.) in the case of using the electrolyte solution of Example 1 (functional additive 0.5% by weight) compared to the reference electrolyte solution of Comparative Example. You can see that this improves.

도 3은, 실시예 2 및 비교예의 전해액을 사용한 전지에서 구동 온도가 45 ℃일 때 수명 성능과 쿨롱 효율을 나타낸 그래프이다.3 is a graph showing life performance and coulombic efficiency when the driving temperature is 45 ° C. in the batteries using the electrolyte solutions of Example 2 and Comparative Example.

도 3을 참조하면, 비교예의 기준 전해액을 사용한 것과 비교하여, 실시예 2(기능성 첨가제 0.1 중량%)의 전해액을 사용한 경우, 고온(45 ℃)에서의 수명 특성이 향상되는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 3, it can be confirmed that the lifespan characteristics at high temperature (45 ° C.) are improved when the electrolyte solution of Example 2 (functional additive 0.1% by weight) is used compared to the standard electrolyte solution of Comparative Example.

도 4는, 실시예 3 및 비교예의 전해액을 사용한 전지에서 구동 온도가 25 ℃일 때 수명 성능과 쿨롱 효율을 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing life performance and coulombic efficiency at a driving temperature of 25° C. in batteries using the electrolyte solutions of Example 3 and Comparative Example.

도 4를 참조하면, 비교예의 기준 전해액을 사용한 것과 비교하여, 실시예 3(기능성 첨가제 0.1 중량%)의 전해액을 사용한 경우, 상온(25 ℃)에서의 수명 특성이 향상되는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 4, it can be confirmed that the lifespan characteristics at room temperature (25 ° C.) are improved when the electrolyte solution of Example 3 (functional additive 0.1% by weight) is used compared to the standard electrolyte solution of the comparative example.

<실험예 2> 리튬 이차 전지 성능 평가<Experimental Example 2> Lithium secondary battery performance evaluation

LiNi0.85Co0.10Mn0.05O2/16 ㎛ 분리막/Graphite으로 구성된 코인 타입의 풀 셀(양|음극 로딩 : 14.0 mg/cm2 |10.4 mg/cm2)에 실시예 4 , 실시예 5및 비교예의 전해액을 각각 사용한 전지의 수명 성능 및 쿨롱 효율을 측정하였다.LiNi 0.85 Co 0.10 Mn 0.05 O 2 /16 ㎛ separator/Graphite coin-type full cell (positive | cathode loading: 14.0 mg/cm 2 | 10.4 mg/cm 2 ) of Example 4, Example 5 and Comparative Example The life performance and coulombic efficiency of the batteries each using the electrolyte were measured.

이 때, 구동 전압 범위 4.2 - 3.0 V, 충방전 율속 0.5C/0.5C, 구동 온도를 45 ℃로 하여 전지의 성능을 비교하였다.At this time, the performance of the batteries was compared under a driving voltage range of 4.2 - 3.0 V, a charge/discharge rate of 0.5C/0.5C, and a driving temperature of 45 °C.

도 5는, 실시예 4, 실시예 5 및 비교예의 전해액을 사용한 전지에서 구동 온도가 45 ℃일 때 수명 성능과 쿨롱 효율을 나타낸 그래프이다.5 is a graph showing life performance and coulombic efficiency at a driving temperature of 45° C. in batteries using the electrolytes of Examples 4, 5, and Comparative Examples.

도 5를 참조하면, 비교예의 기준 전해액을 사용한 것과 비교하여, 실시예 4 및 실시예 5의 전해액을 사용한 경우, 고온(45 ℃)에서의 수명 특성이 향상되는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5 , it can be confirmed that the lifespan characteristics at high temperature (45 ° C.) are improved when the electrolyte solutions of Examples 4 and 5 are used compared to those using the standard electrolyte solution of Comparative Example.

또한, 기능성 첨가제의 함량을 0.1 중량%로 포함한 경우 및 기능성 첨가제의 함량을 0.5 중량%로 포함한 경우 모두에서 고온 수명 특성이 향상된 것을 확인할 수 있다.In addition, it can be seen that the high-temperature lifespan characteristics are improved both when the content of the functional additive is included at 0.1% by weight and when the content of the functional additive is included at 0.5% by weight.

<실험예 3> 전이금속 용출 전착 억제 여부 확인<Experimental Example 3> Confirmation of inhibition of transition metal elution electrodeposition

LiNi0.85Co0.10Mn0.05O2/16㎛ 분리막/Graphite으로 구성된 코인 타입의 풀 셀(양|음극 로딩 : 14.0 mg/cm2 |10.4 mg/cm2)에 실시예 1 내지 5 및 비교예의 전해액을 각각 사용한 전지를 준비하였다. 각 전지를 화성 사이클 후 해체하여 60 ℃의 온도로 1일 동안 저장한 다음, 니켈 용출량을 분석하였다.LiNi 0.85 Co 0.10 Mn 0.05 O 2 /16 μm separator/Graphite coin-type full cell (positive | cathode loading: 14.0 mg/cm 2 | 10.4 mg/cm 2 ) was prepared with the electrolytes of Examples 1 to 5 and Comparative Example. Each used battery was prepared. Each battery was disassembled after the conversion cycle and stored at 60 °C for 1 day, and then the nickel elution amount was analyzed.

도 6은, 실시예 1 및 비교예의 전해액을 사용한 각 전지의 화성 사이클 후 니켈 용출량을 비교한 것이다.6 is a comparison of nickel elution amounts after chemical conversion cycles of each battery using the electrolyte solutions of Example 1 and Comparative Example.

도 7은, 실시예 2 및 비교예의 전해액을 사용한 각 전지의 화성 사이클 후 니켈 용출량을 비교한 것이다.Fig. 7 compares nickel elution amounts after chemical conversion cycles of batteries using the electrolyte solutions of Example 2 and Comparative Example.

도 8은, 실시예 3 및 비교예의 전해액을 사용한 각 전지의 화성 사이클 후 니켈 용출량을 비교한 것이다.Fig. 8 compares nickel elution amounts after chemical conversion cycles of batteries using the electrolytic solutions of Example 3 and Comparative Example.

도 9는, 실시예 4, 실시예 5 및 비교예의 전해액을 사용한 각 전지의 화성 사이클 후 니켈 용출량을 비교한 것이다.Fig. 9 compares nickel elution amounts after chemical conversion cycles of batteries using the electrolyte solutions of Examples 4, 5, and Comparative Example.

도 6 내지 9를 참조하면, 비교예의 전해액을 사용하였을 때와 비교하여, 실시예 1 내지 5의 전해액을 사용하였을 때, 니켈 용출량이 모두 감소되었음을 확인할 수 있다.Referring to FIGS. 6 to 9 , it can be seen that the nickel elution amount was all reduced when the electrolyte solutions of Examples 1 to 5 were used compared to when the electrolyte solutions of Comparative Examples were used.

이를 통해, 실시예 전해액을 사용한 경우 양극에 안정한 피막이 형성됨으로써, 니켈의 용출량이 감소하였음을 알 수 있다.Through this, it can be seen that the amount of elution of nickel was reduced by forming a stable film on the anode when the example electrolyte was used.

즉, 기능성 첨가제를 통한 양극에 안정한 피막 형성 및 전해액 내 용출된 전이금속 트랩 현상에 의해 전착되는 니켈 이온의 양이 현저히 감소되는 것을 확인할 수 있다.That is, it can be seen that the amount of nickel ions electrodeposited is significantly reduced by the formation of a stable film on the anode through the functional additive and the trapping phenomenon of the transition metal eluted in the electrolyte.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described with limited drawings, those skilled in the art can apply various technical modifications and variations based on the above. For example, the described techniques may be performed in an order different from the method described, and/or components of the described system, structure, device, circuit, etc. may be combined or combined in a different form than the method described, or other components may be used. Or even if it is replaced or substituted by equivalents, appropriate results can be achieved.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents of the claims are within the scope of the following claims.

Claims (13)

리튬 염;
유기 용매; 및
하기 화학식 3 내지 화학식 4로 표시되는 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 기능성 첨가제;를 포함하는,
리튬 이차 전지용 전해액:
[화학식 3]
Figure 112022104133224-pat00020

[화학식 4]
Figure 112022104133224-pat00021

상기 화학식 3 내지 화학식 4에서,
상기 R17 내지 R35는, 각각, 수소, 할로겐, 비치환 또는 할로겐 치환기로 치환된 C1-20의 알킬기, 비치환 또는 할로겐 치환기로 치환된 C6-20의 페닐기, 비치환 또는 할로겐 치환기로 치환된 C1-20의 카르복실기, 또는 비치환 또는 할로겐 치환기로 치환된 C1-20의 에스터기이다.
lithium salt;
organic solvents; and
A functional additive comprising at least one selected from the group consisting of compounds represented by Formulas 3 to 4 below;
Electrolyte for lithium secondary battery:
[Formula 3]
Figure 112022104133224-pat00020

[Formula 4]
Figure 112022104133224-pat00021

In Formulas 3 to 4,
R 17 to R 35 are, respectively, hydrogen, halogen, a C 1-20 alkyl group substituted with an unsubstituted or halogen substituent, a C 6-20 phenyl group substituted with an unsubstituted or halogen substituent, an unsubstituted or halogen substituent, and A substituted C 1-20 carboxyl group , or an unsubstituted or C 1-20 ester group substituted with a halogen substituent.
제1항에 있어서,
상기 R17 내지 R35는, 각각, 수소, 비치환 또는 할로겐 치환기로 치환된 C1-20의 알킬기, 비치환 또는 할로겐 치환기로 치환된 C6-20의 페닐기, 비치환 또는 할로겐 치환기로 치환된 C1-20의 카르복실기, 또는 비치환 또는 할로겐 치환기로 치환된 C1-20의 에스터기인 것인,
리튬 이차 전지용 전해액.
According to claim 1,
R 17 to R 35 are, respectively, hydrogen, an unsubstituted or halogen substituent-substituted C 1-20 alkyl group, an unsubstituted or halogen substituent-substituted C 6-20 phenyl group, unsubstituted or halogen substituent substituted A C 1-20 carboxyl group, or an unsubstituted or C 1-20 ester group substituted with a halogen substituent,
Electrolyte for lithium secondary batteries.
제1항에 있어서,
상기 리튬 염은,
LiPF6, LiClO4, LiBF4, LiFSI, LiTFSI, LiSO3CF3, LiBOB, LiFOB, LiDFBP, LiTFOP, LiPO2F2, LiCl, LiBr, LiI, LiB10Cl10, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, LiSCN 및 LiC(CF3SO2)3으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것인,
리튬 이차 전지용 전해액.
According to claim 1,
The lithium salt,
LiPF 6 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiFSI, LiTFSI, LiSO 3 CF 3 , LiBOB, LiFOB, LiDFBP, LiTFOP, LiPO 2 F 2 , LiCl, LiBr, LiI, LiB 10 Cl 10 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiAlCl 4 , CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, LiSCN, and LiC(CF 3 SO 2 ) 3 Which includes one or more selected from the group consisting of,
Electrolyte for lithium secondary batteries.
제1항에 있어서,
상기 리튬 염의 농도는,
0.1 M 내지 3 M인 것인,
리튬 이차 전지용 전해액.
According to claim 1,
The concentration of the lithium salt is,
0.1 M to 3 M,
Electrolyte for lithium secondary batteries.
제1항에 있어서,
상기 유기 용매는,
카보네이트계 용매, 에스테르계 용매 및 에테르계 용매로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것인,
리튬 이차 전지용 전해액.
According to claim 1,
The organic solvent,
To include at least one selected from the group consisting of carbonate-based solvents, ester-based solvents and ether-based solvents,
Electrolyte for lithium secondary batteries.
제5항에 있어서,
상기 카보네이트게 용매는, 에틸렌 카보네이트(Ethylene carbonate), 프로필렌 카보네이트(Propylenecarbonate), 비닐렌 카보네이트(Vinylene carbonate), 비닐 에틸렌 카보네이트(vinyl ethylene carbonate), 디메틸 카보네이트(Dimethyl carbonate), 에틸메틸카보네이트(Ethylmethyl carbonate) 및 디에틸 카보네이트(Diethyl carbonate)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것이고,
상기 에스테르계 용매는, 메틸 프로피오네이트(Methyl propionate), 프로필 프로피오네이트(Propylpropionate), 부틸 프로피오네이트(Butyl propionate), 메틸 부티레이트(Methyl butyrate), 에틸 부티레이트(Methyl butyrate), 프로필부티레이트(Propylbutyrate), 부틸 부티레이트(butylbutyrate), 메틸 아세테이트(Methyl acetate), 에틸 아세테이트(Ethyl acetate), 프로필 아세테이트(Propyl acetate), 부틸 아세테이트(Butyl acetate), 부티로락톤(Butyrolactone), 데카놀라이드(Decanolide), 발레로락톤(Valerolactone), 메발로노락톤(Mevalonolactone) 및 카프로락톤(Caprolactone)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것이고,
상기 에테르계 용매는, 디메틸에테르(Dimethyl ether), 디에틸에테르(diethyl ether), 디이소프로필 에테르(diisopropyl ether), 1,2-디메톡시에탄(1,2-dimethoxyethane), 디에틸렌 글리콜 디메틸 에테르(diethylene glycol dimethyl ether), 트리에틸렌 글리콜 디메틸 에테르(triethylene glycol dimethyl ether) 및 테트라에틸렌 글리콜 디메틸 에테르(tetraethylene glycol dimethyl ether)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것인,
리튬 이차 전지용 전해액.
According to claim 5,
The carbonate solvent is ethylene carbonate, propylene carbonate, vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, dimethyl carbonate, ethylmethyl carbonate And it includes one or more selected from the group consisting of diethyl carbonate (Diethyl carbonate),
The ester-based solvent is methyl propionate, propyl propionate, butyl propionate, methyl butyrate, ethyl butyrate, propyl butyrate ), Butyl Butyrate, Methyl Acetate, Ethyl Acetate, Propyl Acetate, Butyl Acetate, Butyrolactone, Decanolide, It contains at least one selected from the group consisting of valerolactone, mevalonolactone and caprolactone,
The ether-based solvent is dimethyl ether, diethyl ether, diisopropyl ether, 1,2-dimethoxyethane, diethylene glycol dimethyl ether (diethylene glycol dimethyl ether), triethylene glycol dimethyl ether (triethylene glycol dimethyl ether) and tetraethylene glycol dimethyl ether (tetraethylene glycol dimethyl ether) containing at least one selected from the group consisting of,
Electrolyte for lithium secondary batteries.
제1항에 있어서,
상기 기능성 첨가제의 함량은,
0.01 중량% 내지 10 중량%인 것인,
리튬 이차 전지용 전해액.
According to claim 1,
The content of the functional additive,
0.01% by weight to 10% by weight,
Electrolyte for lithium secondary batteries.
제1항에 있어서,
상기 기능성 첨가제는,
상기 전해액 내 용출된 전이금속을 킬레이팅(chelating)하거나,
상기 전해액 내 포함된 PF5와 복합체를 형성하거나,
리튬 이차 전지 전극 표면에 피막을 형성하는 것인,
리튬 이차 전지용 전해액.
According to claim 1,
The functional additive,
chelating the transition metal eluted in the electrolyte,
Forming a complex with PF 5 contained in the electrolyte, or
Forming a film on the surface of a lithium secondary battery electrode,
Electrolyte for lithium secondary batteries.
양극;
음극;
상기 양극 및 상기 음극 사이의 이온 투과성 분리막; 및
리튬 이차 전지용 전해액;을 포함하고,
상기 전해액은,
리튬 염;
유기 용매; 및
하기 화학식 3 내지 화학식 4로 표시되는 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 기능성 첨가제;를 포함하고,
구동 전압이, 3.0 V 내지 4.3 V이고,
구동 온도가, 25 ℃ 내지 45 ℃인 것인, 리튬 이차 전지:
[화학식 3]
Figure 112022104133224-pat00035

[화학식 4]
Figure 112022104133224-pat00036

상기 화학식 3 내지 화학식 4에서,
상기 R17 내지 R35는, 각각, 수소, 할로겐, 비치환 또는 할로겐 치환기로 치환된 C1-20의 알킬기, 비치환 또는 할로겐 치환기로 치환된 C6-20의 페닐기, 비치환 또는 할로겐 치환기로 치환된 C1-20의 카르복실기, 또는 비치환 또는 할로겐 치환기로 치환된 C1-20의 에스터기이다.
anode;
cathode;
an ion permeable separator between the anode and the cathode; and
Including; electrolyte solution for a lithium secondary battery,
The electrolyte is
lithium salt;
organic solvents; and
A functional additive comprising at least one selected from the group consisting of compounds represented by Formulas 3 to 4 below;
The drive voltage is 3.0 V to 4.3 V,
A lithium secondary battery having a driving temperature of 25 ° C to 45 ° C:
[Formula 3]
Figure 112022104133224-pat00035

[Formula 4]
Figure 112022104133224-pat00036

In Formulas 3 to 4,
R 17 to R 35 are, respectively, hydrogen, halogen, a C 1-20 alkyl group substituted with an unsubstituted or halogen substituent, a C 6-20 phenyl group substituted with an unsubstituted or halogen substituent, an unsubstituted or halogen substituent, and A substituted C 1-20 carboxyl group , or an unsubstituted or C 1-20 ester group substituted with a halogen substituent.
제9항에 있어서,
상기 양극은,
Ni-rich 복합 금속산화물을 포함하고, 층상형인 것인,
리튬 이차 전지.
According to claim 9,
The anode is
It contains a Ni-rich composite metal oxide and is layered,
lithium secondary battery.
제10항에 있어서,
상기 복합 금속산화물은,
LiNiwCoxMnyO2(w+x+y+z=1) 또는 LiNiwCoxMnyMzO2(w+x+y+z=1)을 포함하고,
상기 M은, Ti, Zr, Nb, W, P, Al, Mg, V, Ca 또는 Sr인 것인,
리튬 이차 전지.
According to claim 10,
The composite metal oxide,
LiNi w Co x Mn y O 2 (w+x+y+z=1) or LiNi w Co x Mn y M z O 2 (w+x+y+z=1);
Wherein M is Ti, Zr, Nb, W, P, Al, Mg, V, Ca or Sr,
lithium secondary battery.
제9항에 있어서,
상기 음극은,
흑연, 실리콘 또는 이 둘을 모두 포함하는 것인,
리튬 이차 전지.
According to claim 9,
The cathode is
containing graphite, silicon or both,
lithium secondary battery.
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