KR102525619B1 - Rechargeable lithium battery - Google Patents

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Abstract

규소계 물질 및 탄소계 물질을 포함하는 음극 활물질을 포함하는 음극, 그리고 전해액을 포함하고, 상기 음극은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 상기 음극 활물질 100 중량부에 대하여 0.01 중량부 이상 1 중량부 이하로 더 포함하고, 상기 전해액 및 상기 음극 중 적어도 하나는 플루오로술폰산 리튬 또는 리튬 비스(플루오로술포닐)이미드를 상기 전해액 총 중량에 대하여 0.1 중량% 이상 2 중량% 이하로 포함하는 리튬 이차 전지가 제공된다.
[화학식 1]

Figure 112015103271183-pat00005

(상기 화학식 1에서, R은 명세서에 정의된 바와 같다.)A negative electrode including a negative electrode active material including a silicon-based material and a carbon-based material, and an electrolyte solution, wherein the negative electrode includes a compound represented by the following Chemical Formula 1 in an amount of 0.01 part by weight or more and 1 part by weight or less based on 100 parts by weight of the negative electrode active material. A lithium secondary battery further comprising, wherein at least one of the electrolyte and the negative electrode contains lithium fluorosulfonate or lithium bis(fluorosulfonyl)imide in an amount of 0.1% by weight or more and 2% by weight or less based on the total weight of the electrolyte. is provided.
[Formula 1]
Figure 112015103271183-pat00005

(In Formula 1, R is as defined in the specification.)

Description

리튬 이차 전지{RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY}Lithium secondary battery {RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY}

리튬 이차 전지에 관한 것이다. It relates to a lithium secondary battery.

최근 각종 휴대 기기의 전원으로서 고전압이면서 고용량인 리튬 이온(lithium ion) 이차 전지가 광범위하게 채용되고 있다. 또한 이러한 리튬 이온 이차 전지를 전동공구, 전동식 자전거, 전기 자동차 등의 대형기기에도 채용하는 움직임이 강해지고 있다. 따라서, 이러한 대형기기에서도 충분한 연속 가동 시간을 확보할 수 있도록 하기 위해서, 리튬 이차 전지는 점점 더 고용량화가 요구되고 있다. Recently, as a power source for various portable devices, high-voltage and high-capacity lithium ion secondary batteries have been widely adopted. In addition, there is a strong movement to adopt such lithium ion secondary batteries for large-sized devices such as power tools, electric bicycles, and electric vehicles. Therefore, in order to ensure sufficient continuous operating time even in such large-sized devices, lithium secondary batteries are increasingly required to have higher capacity.

예를 들면, 음극 활물질에 규소(Si), 주석(Sn) 등의 보다 많은 리튬 이온을 흡장 및 방출 가능한 재료를 이용함으로써 리튬 이차 전지의 용량을 증가시키는 것이 제안되고 있다. 그러나 이러한 재료는 리튬 이온의 흡장 및 방출에 수반하는 부피 변화가 크기 때문에, 충방전을 반복했을 때의 사이클(cycle) 특성이 양호하지 않았다.For example, it is proposed to increase the capacity of a lithium secondary battery by using a material capable of intercalating and releasing more lithium ions, such as silicon (Si) or tin (Sn), as an anode active material. However, since these materials have a large volume change accompanying lithium ion occlusion and release, cycle characteristics when charging and discharging are repeated are not good.

따라서, 예를 들면, 일본공개특허 제2008-210618호 및 제2014-32802호에서 전해액에 특정한 첨가제를 첨가함으로써 리튬 이차 전지의 사이클 특성을 향상시키는 기술이 공개되어 있다. 그러나, 상기 특허문헌에 공개된 첨가제로는 리튬 이차 전지의 사이클 특성의 향상은 불충분하다는 문제가 있다.Therefore, for example, Japanese Patent Laid-Open Nos. 2008-210618 and 2014-32802 disclose techniques for improving cycle characteristics of lithium secondary batteries by adding specific additives to an electrolyte solution. However, there is a problem in that the improvement of cycle characteristics of lithium secondary batteries is insufficient with the additives disclosed in the patent documents.

일 구현예는 사이클 수명 특성이 향상된 리튬 이차 전지를 제공하기 위한 것이다.One embodiment is to provide a lithium secondary battery with improved cycle life characteristics.

일 구현예는 규소계 물질 및 탄소계 물질을 포함하는 음극 활물질을 포함하는 음극; 및 전해액을 포함하고, 상기 음극은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 상기 음극 활물질 100 중량부에 대하여 0.01 중량부 이상 1 중량부 이하로 더 포함하고, 상기 전해액 및 상기 음극 중 적어도 하나는 플루오로술폰산 리튬 또는 리튬 비스(플루오로술포닐)이미드를 상기 전해액 총 중량에 대하여 0.1 중량% 이상 2 중량% 이하로 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다.One embodiment is a negative electrode including a negative electrode active material including a silicon-based material and a carbon-based material; and an electrolyte, wherein the negative electrode further includes 0.01 part by weight or more and 1 part by weight or less, based on 100 parts by weight of the negative electrode active material, of a compound represented by Formula 1 below, and at least one of the electrolyte and the negative electrode is fluorosulfonic acid A lithium secondary battery comprising lithium or lithium bis(fluorosulfonyl)imide in an amount of 0.1% by weight or more and 2% by weight or less based on the total weight of the electrolyte solution is provided.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112015103271183-pat00001
Figure 112015103271183-pat00001

(상기 화학식 1에서,(In Formula 1 above,

R은 단일결합, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C4 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C4 할로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C4 알케닐렌기, 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C4 알키닐렌기이다.)R is a single bond, a substituted or unsubstituted C1 to C4 alkylene group, a substituted or unsubstituted C1 to C4 haloalkylene group, a substituted or unsubstituted C2 to C4 alkenylene group, or a substituted or unsubstituted C2 to C4 alkyne group. It is a Nylene group.)

상기 화학식 1에서 R은 단일결합, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C4 알킬렌기일 수 있다.In Formula 1, R may be a single bond or a substituted or unsubstituted C1 to C4 alkylene group.

상기 전해액은 할로겐 치환된 환형 카보네이트를 포함할 수 있다.The electrolyte solution may include a halogen-substituted cyclic carbonate.

상기 할로겐 치환된 환형 카보네이트는 4-플루오로-1,3-디옥솔란-2-온을 포함할 수 있다.The halogen-substituted cyclic carbonate may include 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one.

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

사이클 수명 특성이 향상된 리튬 이차 전지를 구현할 수 있다.A lithium secondary battery with improved cycle life characteristics may be implemented.

도 1은 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지의 구성을 나타내는 모식도이다.1 is a schematic diagram showing the configuration of a lithium secondary battery according to an embodiment.

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

본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.Unless otherwise specified herein, when a part such as a layer, film, region, plate, etc. is said to be “on” another part, this is not only the case where it is “directly on” the other part, but also the case where there is another part in the middle. include

이하에서는, 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지에 대해 개략적으로 설명한다.Hereinafter, a lithium secondary battery according to an embodiment will be schematically described.

일 구현예에 따른 리튬 이차 전지는 제1 첨가제로서 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 음극 내에 포함하고, 또한 제2 첨가제로서 플루오로술폰산 리튬(LiSO3F) 또는 리튬 비스(플루오로술포닐)이미드("LiFSI"로도 불림)를 음극 내 또는 전해액 내에 포함할 수 있다.A lithium secondary battery according to an embodiment includes a compound represented by Formula 1 as a first additive in a negative electrode, and also includes lithium fluorosulfonate (LiSO 3 F) or lithium bis(fluorosulfonyl) as a second additive. LiFSI (also called "LiFSI") can be included in the cathode or in the electrolyte.

상기 제1 첨가제인 화학식 1로 표시되는 화합물의 함유량은 음극 내에서 음극 활물질 100 중량부에 대하여 0.01 중량부 이상 1 중량부 이하일 수 있으며, 상기 제2 첨가제인 LiSO3F 또는 LiFSI의 함유량은 음극 내에서 또는 전해액 내에서 전해액의 총 중량에 대하여 0.1 중량% 이상 2 중량% 이하일 수 있다.The content of the compound represented by Formula 1 as the first additive may be 0.01 part by weight or more and 1 part by weight or less based on 100 parts by weight of the negative electrode active material in the negative electrode, and the content of the second additive LiSO 3 F or LiFSI may be in the negative electrode. 0.1% by weight or more and 2% by weight or less based on the total weight of the electrolyte in or in the electrolyte.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112015103271183-pat00002
Figure 112015103271183-pat00002

상기 화학식 1에서, R은 단일결합, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C4 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C4 할로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C4 알케닐렌기, 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C4 알키닐렌기일 수 있다.In Formula 1, R is a single bond, a substituted or unsubstituted C1 to C4 alkylene group, a substituted or unsubstituted C1 to C4 haloalkylene group, a substituted or unsubstituted C2 to C4 alkenylene group, or a substituted or unsubstituted C1 to C4 alkenylene group. may be a C2 to C4 alkynylene group.

일 구현예에 따른 리튬 이차 전지는 음극, 구체적으로 음극 슬러리에 상기 화학식 1로 표시되는 화합물, 즉, 제1 첨가제를 함유함으로써, 선택적으로 음극 상에서 화학식 1로 표시되는 화합물을 분해시킬 수 있다. 또한 분해된 화학식 1로 표시되는 화합물은 음극 또는 전해액 내에 포함되는 LiSO3F 또는 LiFSI, 즉, 제2 첨가제와 혼합되어 이온 전도성을 갖는 양호한 피막을 음극 위에 형성할 수 있다. 이러한 메커니즘에 의해, 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지는 이온 전도성을 갖는 양호한 피막을 음극 위에 선택적으로 형성할 수 있다. 이에 따라, 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지는 사이클 수명 특성을 향상시킬 수 있다.The lithium secondary battery according to an embodiment may selectively decompose the compound represented by Formula 1 on the negative electrode by including the compound represented by Chemical Formula 1, that is, the first additive, in the negative electrode, specifically, the negative electrode slurry. In addition, the decomposed compound represented by Formula 1 may be mixed with LiSO 3 F or LiFSI, ie, the second additive, contained in the negative electrode or the electrolyte to form a good film having ion conductivity on the negative electrode. By this mechanism, a lithium secondary battery according to an embodiment may selectively form a good film having ion conductivity on the negative electrode. Accordingly, the lithium secondary battery according to an embodiment may improve cycle life characteristics.

이하에서는, 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지의 각 구성에 대해 구체적으로 도 1을 참고하여 설명한다.Hereinafter, each configuration of a lithium secondary battery according to an embodiment will be described in detail with reference to FIG. 1 .

도 1은 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지의 구성을 나타내는 모식도이다.1 is a schematic diagram showing the configuration of a lithium secondary battery according to an embodiment.

도 1을 참고하면, 리튬 이차 전지(10)는 양극(20), 음극(30) 및 세퍼레이터층(40)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , the rechargeable lithium battery 10 may include a positive electrode 20 , a negative electrode 30 and a separator layer 40 .

리튬 이차 전지(10)의 형태는 특별히 한정되지 않으며, 다시 말해, 원통형, 각형, 라미네이트(laminate)형, 버튼(button)형 등일 수 있다.The shape of the lithium secondary battery 10 is not particularly limited, that is, it may be cylindrical, prismatic, laminated, or button-shaped.

양극(20)은 집전체(21) 및 상기 집전체 위에 형성되는 양극 활물질층(22)을 포함할 수 있다.The cathode 20 may include a current collector 21 and a cathode active material layer 22 formed on the current collector.

상기 집전체(21)는 도전체라면 어떤 것이든 가능하며, 예를 들면, 알루미늄(aluminium), 스테인리스강(stainless), 니켈 도금(nickel coated) 강철 등으로 구성될 수 있다.The current collector 21 may be any conductor, and may be made of, for example, aluminum, stainless steel, nickel coated steel, or the like.

상기 양극 활물질층(22)은 양극 활물질을 포함하고, 도전재 및 바인더를 추가로 포함할 수 있다. 상기 양극 활물질, 상기 도전재 및 상기 바인더의 함유량은 특별히 제한되지 않는다.The cathode active material layer 22 may include a cathode active material, and may further include a conductive material and a binder. Contents of the positive electrode active material, the conductive material, and the binder are not particularly limited.

상기 양극 활물질은 예를 들면, 리튬을 포함하는 전이금속 산화물 또는 고용체 산화물이지만, 전기 화학적으로 리튬 이온을 흡장 및 방출할 수 있는 물질이라면 특별히 제한되지 않는다. The cathode active material is, for example, a transition metal oxide or a solid solution oxide containing lithium, but is not particularly limited as long as it can electrochemically occlude and release lithium ions.

상기 리튬을 포함하는 전이금속 산화물로는 LiCoO2 등의 리튬 코발트계 복합 산화물, LiNixCoyMnzO2 등의 리튬 니켈 코발트 망간계 복합 산화물, LiNiO2 등의 리튬 니켈계 복합 산화물, 또는 LiMn2O4 등의 리튬 망간계 복합 산화물 등을 들 수 있다. 상기 고용체 산화물은 예를 들면, LiaMnxCoyNizO2(1.150≤a≤1.430, 0.45≤x≤0.6, 0.10≤y≤0.15, 0.20≤z≤0.28), LiMnxCoyNizO2(0.3≤x≤0.85, 0.10≤y≤0.3, 0.10≤z≤0.3), LiMn1 .5Ni0 .5O4 등을 들 수 있다. 상기 양극 활물질은 이들을 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.As the transition metal oxide containing lithium, LiCoO 2 lithium cobalt-based composite oxides such as LiNi x Coy Mn z O 2 , lithium nickel-cobalt-manganese composite oxides such as LiNiO 2 , or lithium manganese-based composite oxides such as LiMn 2 O 4 , etc. can be heard The solid solution oxide is, for example, Li a Mn x Co y Ni z O 2 (1.150≤a≤1.430, 0.45≤x≤0.6, 0.10≤y≤0.15, 0.20≤z≤0.28), LiMn x Co y Ni z O 2 (0.3≤x≤0.85, 0.10≤y≤0.3, 0.10≤z≤0.3), LiMn 1.5 Ni 0.5 O 4 and the like. The positive electrode active material may be used alone or in combination of two or more.

상기 양극 활물질의 함유량은 특별히 제한되지 않고, 리튬 이차 전지의 양극 활물질층에 적용 가능한 함유량일 수 있다.The content of the cathode active material is not particularly limited, and may be an amount applicable to a cathode active material layer of a lithium secondary battery.

상기 도전재는 예를 들면, 케첸 블랙(Ketjen black), 아세틸렌 블랙(acetylene black) 등의 카본블랙, 천연흑연, 인조흑연, 카본 나노튜브, 그라펜, 카본 나노 섬유 등의 섬유형 탄소, 이들 섬유형 탄소와 카본블랙의 복합체 등을 들 수 있으나, 양극의 도전성을 높이기 위한 것이라면 특별히 제한되지 않는다. The conductive material is, for example, carbon black such as Ketjen black and acetylene black, fibrous carbon such as natural graphite, artificial graphite, carbon nanotube, graphene, and carbon nanofiber, and these fibrous A composite of carbon and carbon black may be used, but it is not particularly limited as long as it is for increasing the conductivity of the anode.

상기 도전재의 함유량은 특별히 제한되지 않고, 리튬 이차 전지의 양극 활물질층에 적용 가능한 함유량일 수 있다.The content of the conductive material is not particularly limited, and may be a content applicable to the cathode active material layer of a lithium secondary battery.

상기 바인더는 예를 들면, 폴리비닐리덴플루오라이드, 에틸렌-프로필렌-디엔 삼원 공중합체, 스티렌-부타디엔 고무(styrene-butadiene rubber, SBR), 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(acrylonitrile-butadiene rubber), 플루오르 고무(fluoroelastomer), 폴리비닐아세테이트(polyvinyl acetate), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate), 폴리에틸렌(polyethylene), 니트로셀룰로오스(nitrocellulose) 등을 들 수 있으나, 양극 활물질 및 도전재를 집전체(21) 위에 결착시킬 수 있고, 동시에 양극의 고전위를 견디는 내산화성 및 전해액 안정성을 갖는 것이라면 특별히 제한되지 않는다.The binder is, for example, polyvinylidene fluoride, ethylene-propylene-diene terpolymer, styrene-butadiene rubber (SBR), acrylonitrile-butadiene rubber, fluoro rubber (fluoroelastomer), polyvinyl acetate, polymethyl methacrylate, polyethylene, nitrocellulose, etc. may be mentioned, but the positive electrode active material and the conductive material are placed on the current collector 21 It is not particularly limited as long as it can be bound and at the same time has oxidation resistance and electrolyte stability that can withstand a high potential of the anode.

상기 바인더의 함유량은 특별히 제한되지 않고, 리튬 이차 전지의 양극 활물질층에 적용 가능한 함유량일 수 있다.The content of the binder is not particularly limited, and may be an amount applicable to the cathode active material layer of a lithium secondary battery.

양극 활물질층(22)은 예를 들면, 이하의 방법으로 제조될 수 있다. 먼저, 양극 활물질, 도전재 및 바인더를 N-메틸-2-피롤리돈 등과 같은 적당한 유기 용매에 분산시켜 양극 슬러리(slurry)를 제조하고, 상기 양극 슬러리를 집전체(21) 위에 도포하고, 건조 및 압연하여 양극 활물질층을 제조할 수 있다. 상기 압연 후의 양극 활물질층(22)의 밀도는 특별히 제한되지 않고, 리튬 이차 전지의 양극 활물질층에 적용 가능한 밀도일 수 있다.The positive electrode active material layer 22 can be manufactured, for example, by the following method. First, a positive electrode active material, a conductive material, and a binder are dispersed in an appropriate organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone to prepare a positive electrode slurry, and the positive electrode slurry is applied on a current collector 21 and dried And rolling may be performed to prepare a positive electrode active material layer. The density of the positive electrode active material layer 22 after the rolling is not particularly limited, and may be a density applicable to the positive electrode active material layer of a lithium secondary battery.

상기 음극(30)은 집전체(31) 및 상기 집전체(31) 위에 형성되는 음극 활물질층(32)을 포함할 수 있다.The negative electrode 30 may include a current collector 31 and an anode active material layer 32 formed on the current collector 31 .

상기 집전체(31)는 도전체라면 어떤 것이든 가능하며, 예를 들면, 구리(Cu), 동합금, 알루미늄, 스테인리스강, 니켈 도금 강철 등일 수 있다.The current collector 31 may be any conductive material, and may be, for example, copper (Cu), a copper alloy, aluminum, stainless steel, or nickel-plated steel.

상기 음극 활물질층(32)은 적어도 음극 활물질과 제1 첨가제인 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있고, 바인더와 제2 첨가제인 LiSO3F 또는 LiFSI을 추가로 포함할 수 있다.The negative active material layer 32 may include at least a negative active material and a compound represented by Formula 1 as a first additive, and may further include a binder and LiSO 3 F or LiFSI as a second additive.

상기 제1 첨가제인 화학식 1로 표시되는 화합물은 음극(30) 내에서 상기 음극 활물질 100 중량부에 대하여 0.01 중량부 이상 1 중량부 이하로 포함될 수 있다.The compound represented by Chemical Formula 1 as the first additive may be included in the negative electrode 30 in an amount of 0.01 part by weight or more and 1 part by weight or less based on 100 parts by weight of the negative electrode active material.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112015103271183-pat00003
Figure 112015103271183-pat00003

상기 화학식 1에서, R은 단일결합, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C4 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C4 할로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C4 알케닐렌기, 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C4 알키닐렌기일 수 있다. 여기서, 상기 할로알킬렌기는 알킬렌기의 수소 원자 중 적어도 하나 이상이 할로겐 원자로 치환된 치환기를 나타낸다.In Formula 1, R is a single bond, a substituted or unsubstituted C1 to C4 alkylene group, a substituted or unsubstituted C1 to C4 haloalkylene group, a substituted or unsubstituted C2 to C4 alkenylene group, or a substituted or unsubstituted C1 to C4 alkenylene group. may be a C2 to C4 alkynylene group. Here, the haloalkylene group represents a substituent in which at least one of the hydrogen atoms of the alkylene group is substituted with a halogen atom.

상기 화학식 1에서, R은 구체적으로, 단일결합, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C4 알킬렌기일 수 있다.In Formula 1, R may be a single bond or a substituted or unsubstituted C1 to C4 alkylene group.

더욱 구체적으로, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 옥살산 리튬(lithium oxalate), 숙신산 리튬(lithium succinate) 등을 예로 들 수 있다.More specifically, examples of the compound represented by Chemical Formula 1 include lithium oxalate, lithium succinate, and the like.

음극 활물질층(32)은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함함으로써, 선택적으로 음극(30) 위에서 화학식 1로 표시되는 화합물을 분해시키고, 상기 분해물에 의한 피막을 음극(30) 위에 선택적으로 형성할 수 있다.The negative electrode active material layer 32 includes a compound represented by Formula 1 below, so that the compound represented by Formula 1 is selectively decomposed on the negative electrode 30, and a film formed by the decomposition product is selectively formed on the negative electrode 30. can

상기 음극 활물질은 탄소계 물질, 규소계 물질, 주석계 물질, 리튬금속산화물, 금속 리튬 등을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 탄소계 물질은 예를 들면, 인조흑연, 천연흑연, 인조흑연과 천연흑연의 혼합물, 인조흑연으로 코팅된 천연흑연 등 흑연계 물질을 사용할 수 있다. 상기 규소계 물질은 예를 들면, 규소, 규소 산화물, 규소 함유 합금, 이들과 흑연계 물질의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 상기 규소 산화물은 SiOx(0<x≤2)으로 표시될 수 있다. 상기 주석계 물질은 예를 들면, 주석, 주석 산화물, 주석 함유 합금, 이들과 흑연계 물질의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 상기 리튬금속산화물은 예를 들면, Li4Ti5O12 등 산화티탄계 화합물 등을 들 수 있다. The negative electrode active material may be used alone or in combination of two or more of a carbon-based material, a silicon-based material, a tin-based material, a lithium metal oxide, and metal lithium. The carbon-based material may be, for example, a graphite-based material such as artificial graphite, natural graphite, a mixture of artificial graphite and natural graphite, or natural graphite coated with artificial graphite. The silicon-based material may be, for example, silicon, silicon oxide, a silicon-containing alloy, a mixture of these and a graphite-based material, or the like. The silicon oxide may be represented by SiOx (0<x≤2). The tin-based material may be, for example, tin, tin oxide, a tin-containing alloy, a mixture of these and a graphite-based material, or the like. Examples of the lithium metal oxide include titanium oxide-based compounds such as Li 4 Ti 5 O 12 .

구체적으로, 일 구현예에 따른 음극 활물질은 상기 규소계 물질 및 상기 탄소계 물질을 포함할 수 있다. Specifically, the negative active material according to one embodiment may include the silicon-based material and the carbon-based material.

상기 규소계 물질 및 상기 탄소계 물질을 포함하는 음극 활물질은 보다 많은 리튬 이온을 흡장 및 방출 가능하여 전지용량을 향상시킬 수 있으나, 리튬 이온의 흡장 및 방출 시 부피변화가 크기 때문에 사이클 특성이 저하될 수 있다. 일 구현예에 따르면, 리튬 이차 전지(10)는 제1 첨가제로서 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하고, 제2 첨가제로서 LiSO3F 또는 LiFSI를 포함함으로써 충방전을 반복했을 때 전지용량을 유지할 수 있다. 이로 인해, 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지(10)에서는 규소계 물질 및 탄소계 물질을 포함하는 음극 활물질을 적합하게 이용함으로써, 높은 전지용량을 구현할 수 있다.The negative electrode active material including the silicon-based material and the carbon-based material can occlude and release more lithium ions, thereby improving battery capacity. can According to one embodiment, the lithium secondary battery 10 includes the compound represented by Formula 1 as a first additive and LiSO 3 F or LiFSI as a second additive, thereby maintaining battery capacity when charging and discharging are repeated. there is. For this reason, in the lithium secondary battery 10 according to an embodiment, a high battery capacity can be implemented by appropriately using an anode active material including a silicon-based material and a carbon-based material.

상기 바인더는 상기 양극 활물질층(22)을 구성하는 바인더와 동일한 종류를 사용할 수 있다.The binder may be the same type as the binder constituting the positive electrode active material layer 22 .

상기 바인더의 함유량은 특별히 제한되지 않고, 리튬 이차 전지의 음극 활물질층에 적용되는 함유량이라면 어떠한 것이어도 된다. The content of the binder is not particularly limited, and may be any content as long as it is applied to the negative electrode active material layer of a lithium secondary battery.

상기 음극(30)은 다음과 같이 제조될 수 있다. 먼저, 음극 활물질, 화학식 1로 표시되는 화합물, 선택적으로 LiSO3F 또는 LiFSI, 그리고 바인더를 물 등의 적당한 용매에 분산시켜 슬러리를 제조하고, 상기 슬러리를 집전체(31) 위에 도포하고 건조 및 압연하여 형성할 수 있다. 압연 후의 음극 활물질층(32)의 밀도는 특별히 제한되지 않는다. The cathode 30 may be manufactured as follows. First, a slurry is prepared by dispersing a negative electrode active material, a compound represented by Formula 1, optionally LiSO 3 F or LiFSI, and a binder in an appropriate solvent such as water, and applying the slurry on a current collector 31, followed by drying and rolling can be formed by The density of the negative electrode active material layer 32 after rolling is not particularly limited.

상기 세퍼레이터층(40)은 세퍼레이터(41) 및 전해액(43)을 포함한다.The separator layer 40 includes a separator 41 and an electrolyte solution 43 .

상기 세퍼레이터(41)는 특별히 제한되지 않고, 리튬 이차 전지의 세퍼레이터로서 사용되는 것이라면 특별히 제한되지 않고 어떤 것도 사용 가능하다. The separator 41 is not particularly limited, and any one may be used as long as it is used as a separator for a lithium secondary battery.

상기 세퍼레이터(41)로는 우수한 고율방전 성능을 나타내는 다공막이나 부직포 등을 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다.As the separator 41, a porous film or non-woven fabric exhibiting excellent high-rate discharge performance may be used alone or in combination.

또한 상기 세퍼레이터(41)는 Al2O3, Mg(OH)2, SiO2 등의 무기물에 의해 코팅(coating)될 수도 있고, 상기 무기물을 필러(filler)로서 포함할 수도 있다.Also, the separator 41 may be coated with an inorganic material such as Al 2 O 3 , Mg(OH) 2 , or SiO 2 , and may include the inorganic material as a filler.

상기 세퍼레이터(41)를 구성하는 재료로는, 예를 들면, 폴리올레핀계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 공중합체, 비닐리덴플루오라이드-퍼플루오로비닐에테르 공중합체, 비닐리덴플루오라이드-테트라플루오로에틸렌 공중합체, 비닐리덴플루오라이드-트리플루오로에틸렌 공중합체, 비닐리덴플루오라이드-플루오로에틸렌 공중합체, 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로아세톤 공중합체, 비닐리덴플루오라이드-에틸렌 공중합체, 비닐리덴플루오라이드-프로필렌 공중합체, 비닐리덴플루오라이드-트리플루오로프로필렌 공중합체, 비닐리덴플루오라이드-테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체, 비닐리덴플루오라이드-에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체 등을 들 수 있다. 상기 폴리올레핀계 수지의 예로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등이 있으며, 상기 폴리에스테르계 수지의 예로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 등이 있다.Materials constituting the separator 41 include, for example, polyolefin-based resin, polyester-based resin, polyvinylidene fluoride (PVDF), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, and vinylidene fluoride. -Perfluorovinyl ether copolymer, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-trifluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-fluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-hexa Fluoroacetone copolymer, vinylidene fluoride-ethylene copolymer, vinylidene fluoride-propylene copolymer, vinylidene fluoride-trifluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymers, vinylidene fluoride-ethylene-tetrafluoroethylene copolymers, and the like. Examples of the polyolefin-based resin include polyethylene and polypropylene, and examples of the polyester-based resin include polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate.

상기 세퍼레이터의 기공율은 특별히 제한되지 않고, 종래의 리튬 이차 전지의 세퍼레이터가 갖는 기공율을 임의로 적용할 수 있다.The porosity of the separator is not particularly limited, and a porosity of a separator of a conventional lithium secondary battery may be arbitrarily applied.

상기 전해액(43)은 리튬염 및 용매를 포함할 수 있고, 또한 제2 첨가제인 LiSO3F 또는 LiFSI를 추가로 포함할 수도 있다.The electrolyte solution 43 may include a lithium salt and a solvent, and may further include LiSO 3 F or LiFSI as a second additive.

상기 LiSO3F 또는 LiFSI는 전해액(43) 내에서 상기 전해액의 총 중량에 대하여 0.1 중량% 이상 2 중량% 이하로 포함될 수 있다. 또한, 전해액(43) 내에 LiSO3F 또는 LiFSI가 포함되지 않을 경우, LiSO3F 또는 LiFSI는 음극 활물질층(32) 내에서 상기 전해액(43)의 총 중량에 대하여 0.1 중량% 이상 2 중량% 이하로 포함될 수 있다. 다시 말해, 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지(10)에 있어서, LiSO3F 또는 LiFSI는 전해액(43) 및 음극 활물질층(32) 중 적어도 하나에 전해액 총 중량에 대하여 0.1 중량% 이상 2 중량% 이하로 포함될 수 있다.The LiSO 3 F or LiFSI may be included in the electrolyte 43 in an amount of 0.1% by weight or more and 2% by weight or less based on the total weight of the electrolyte. In addition, when LiSO 3 F or LiFSI is not included in the electrolyte 43, LiSO 3 F or LiFSI is present in the negative electrode active material layer 32 in an amount of 0.1% by weight or more and 2% by weight or less based on the total weight of the electrolyte 43. can be included as In other words, in the lithium secondary battery 10 according to one embodiment, LiSO 3 F or LiFSI is added to at least one of the electrolyte 43 and the negative electrode active material layer 32 in an amount of 0.1% by weight or more and 2% by weight based on the total weight of the electrolyte. may be included below.

상기 LiSO3F 또는 LiFSI는 상기 제1 첨가제인 화학식 1로 표시되는 화합물의 분해물에 의해 음극(30) 위로 형성된 피막에 편입되어, 상기 피막에 우수한 이온 전도성을 부여할 수 있다. 따라서, 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지(10)는 선택적으로 음극(30) 위로 우수한 이온 전도성을 갖는 피막을 형성할 수 있으므로, 이온 전도성을 확보하면서 충방전 반복 시 음극 활물질의 부피변화의 영향을 억제할 수 있다. 이에 따라, 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지(10)는 사이클 수명 특성을 향상시킬 수 있다.The LiSO 3 F or LiFSI may be incorporated into the film formed on the negative electrode 30 by the decomposition product of the compound represented by Formula 1, which is the first additive, to impart excellent ion conductivity to the film. Therefore, since the lithium secondary battery 10 according to an embodiment can selectively form a film having excellent ion conductivity on the negative electrode 30, the effect of volume change of the negative electrode active material during repeated charging and discharging while securing ion conductivity is reduced. can be suppressed Accordingly, the lithium secondary battery 10 according to an embodiment may improve cycle life characteristics.

상기 리튬염은 전해액(43)의 전해질일 수 있다. 상기 리튬염은 예를 들면, LiPF6, LiClO4, LiBF4, LiAsF6, LiSbF6, LiSO3CF3, LiN(SO2CF3), LiN(SO2CF2CF3), LiC(SO2CF2CF3)3, LiC(SO2CF3)3, LiI, LiCl, LiF, LiPF5(SO2CF3), LiPF4(SO2CF3)2 등을 들 수 있다. 이들 리튬염 중 1종 또는 2종 이상이 용해될 수 있다.The lithium salt may be an electrolyte of the electrolyte solution 43 . The lithium salt may be, for example, LiPF 6 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiSO 3 CF 3 , LiN(SO 2 CF 3 ), LiN(SO 2 CF 2 CF 3 ), LiC(SO 2 CF 2 CF 3 ) 3 , LiC(SO 2 CF 3 ) 3 , LiI, LiCl, LiF, LiPF 5 (SO 2 CF 3 ), LiPF 4 (SO 2 CF 3 ) 2 and the like. One or two or more of these lithium salts may be dissolved.

상기 리튬염의 농도는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 0.5 내지 2.0 mol/L의 농도로 사용할 수 있다. The concentration of the lithium salt is not particularly limited, and may be used in a concentration of 0.5 to 2.0 mol/L, for example.

상기 용매는 상기 리튬염 및 상기 첨가제 각각을 용해하는 비수용매일 수 있다.The solvent may be a non-aqueous solvent that dissolves the lithium salt and each of the additives.

상기 용매는 예를 들면, 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 클로로에틸렌 카보네이트, 비닐렌 카보네이트 등의 환형 카보네이트류; 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트 등의 쇄상 카보네이트류; γ-부티로락톤, γ-발레로락톤 등의 환형 에스테르류; 포름산 메틸(methyl formate), 아세트산 메틸(methyl acetate), 부티르산 메틸(butyric acid methyl) 등의 쇄상 에스테르류; 테트라하이드로푸란 또는 그 유도체; 1,3-디옥산, 1,4-디옥산, 1,2-디메톡시 에탄, 1,4-디부톡시에탄, 메틸 디글라임 등의 에테르류; 아세토니트릴, 벤조니트릴 등의 니트릴류; 디옥솔란 또는 그 유도체; 에틸렌 술파이드, 술포란, 술톤 또는 그 유도체 등을 단독 또는 2종 이상의 혼합물로 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 상기 비수용매를 2종 이상 혼합하여 사용할 경우, 각 용매의 혼합비는 종래의 리튬 이차 전지에서 이용할 수 있는 혼합비로 적용 가능하다. Examples of the solvent include cyclic carbonates such as propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, chloroethylene carbonate, and vinylene carbonate; chain carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethylmethyl carbonate; cyclic esters such as γ-butyrolactone and γ-valerolactone; chain esters such as methyl formate, methyl acetate, and methyl butyric acid; tetrahydrofuran or its derivatives; ethers such as 1,3-dioxane, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxyethane, 1,4-dibutoxyethane, and methyl diglyme; nitriles such as acetonitrile and benzonitrile; dioxolane or a derivative thereof; Ethylene sulfide, sulfolane, sultone or a derivative thereof may be used alone or in a mixture of two or more, but is not limited thereto. When two or more non-aqueous solvents are mixed and used, the mixing ratio of each solvent can be applied as a mixing ratio usable in a conventional lithium secondary battery.

또한 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지(10)에서는 상기 용매로서 할로겐 치환된 환형 카보네이트를 포함할 수 있다. 상기 할로겐 치환된 환형 카보네이트는 구체적으로 4-플루오로-1,3-디옥솔란-2-온을 포함할 수 있다.In addition, in the lithium secondary battery 10 according to an embodiment, a halogen-substituted cyclic carbonate may be included as the solvent. The halogen-substituted cyclic carbonate may specifically include 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one.

상기 전해액(43)은 상기 제2 첨가제인 LiSO3F 또는 LiFSI 외에, 음극 SEI(solid electrolyte interface) 형성제, 계면활성제 등 다른 각종 첨가제를 첨가할 수도 있다.In addition to the second additive, LiSO 3 F or LiFSI, the electrolyte solution 43 may contain other additives such as a solid electrolyte interface (SEI) forming agent and a surfactant.

이러한 첨가제의 예로는, 숙신산 무수물(succinic anhydride), 리튬 비스 옥살레이트 보레이트(lithium bis(oxalate)borate), 테트라 플루오로 붕산 리튬(lithium tetrafluoroborate), 디니트릴(dinitrile) 화합물, 프로판 술톤(propane sultone), 부탄 술톤(butane sultone), 프로펜 술톤(propene sultone), 3-술포렌(3-sulfolene), 플루오르화 알릴에테르(fluorinated arylether), 플루오르화 아크릴레이트(fluorinated methacrylate) 등을 들 수 있다.Examples of such additives are succinic anhydride, lithium bis(oxalate)borate, lithium tetrafluoroborate, dinitrile compounds, propane sultone , butane sultone, propene sultone, 3-sulfone, fluorinated arylether, fluorinated methacrylate, and the like.

상기 첨가제의 함유량은 일반적인 리튬 이차 전지에 있어서의 첨가제의 함유량으로 사용 가능하다.The content of the additive can be used as the content of the additive in a general lithium secondary battery.

이하, 리튬 이차 전지의 제조 방법에 대해 설명한다. 다만, 리튬 이차 전지의 제조 방법은 이하 방법으로 제한되지 않고, 임의의 제조 방법을 적용하는 것이 가능하다.Hereinafter, a method for manufacturing a lithium secondary battery will be described. However, the manufacturing method of the lithium secondary battery is not limited to the following method, and any manufacturing method can be applied.

양극(20)은 다음과 같이 제조될 수 있다. 먼저, 양극 활물질, 도전재 및 바인더를 혼합한 혼합물을 용매, 예를 들면, N-메틸-2-피롤리돈에 분산시켜 슬러리를 제조한다. 이어서, 상기 슬러리를 집전체(21) 위에 도포하고 건조시켜 양극 활물질층(22)을 형성한다. 이때 도포의 방법은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 나이프 코터법(knife coater)법, 그라비아 코터(gravure coater)법 등을 들 수 있다. 이하의 도포 공정은 동일한 방법으로 수행될 수 있다. 이어서, 압축기에 의해 양극 활물질층(22)을 원하는 밀도가 되도록 압축하여 양극(20)을 제조할 수 있다. The anode 20 can be manufactured as follows. First, a slurry is prepared by dispersing a mixture of a cathode active material, a conductive material, and a binder in a solvent, for example, N-methyl-2-pyrrolidone. Then, the slurry is applied on the current collector 21 and dried to form the positive electrode active material layer 22 . At this time, the method of application is not particularly limited, and examples thereof include a knife coater method and a gravure coater method. The application process below can be performed in the same way. Subsequently, the cathode 20 may be manufactured by compressing the cathode active material layer 22 to a desired density by using a compressor.

음극(3)은 양극(20)과 동일하게 제조될 수 있다. 예를 들면, 먼저, 음극 활물질, 제1 첨가제인 화학식 1로 표시되는 화합물 및 바인더를 원하는 비율로 혼합한 것을 물 등의 용매에 분산시켜 슬러리를 제조한다. 이때 상기 슬러리 내에 제2 첨가제인 LiSO3F 또는 LiFSI를 첨가할 수도 있다. LiSO3F 또는 LiFSI가 상기 슬러리 내에 첨가되지 않을 경우 전해액(43) 내에 첨가될 수 있다. 이어서, 상기 슬러리를 집전체(31) 위에 도포하고 건조하여 음극 활물질층(32)을 형성한다. 이어서, 압축기에 의해 음극 활물질층(32)을 상기 범위 내의 밀도가 되도록 압축하여 음극(30)을 형성할 수 있다.The negative electrode 3 may be manufactured in the same way as the positive electrode 20 . For example, first, a slurry is prepared by dispersing a mixture of a negative electrode active material, a compound represented by Formula 1 as a first additive, and a binder in a desired ratio in a solvent such as water. At this time, a second additive, LiSO 3 F or LiFSI, may be added to the slurry. LiSO 3 F or LiFSI may be added into the electrolyte solution 43 if not added into the slurry. Next, the slurry is applied on the current collector 31 and dried to form the negative electrode active material layer 32 . Subsequently, the negative electrode 30 may be formed by compressing the negative electrode active material layer 32 to have a density within the above range by using a compressor.

또한 음극 활물질층(32)으로서 금속 리튬을 이용할 경우, 집전체(31)에 금속 리튬 박을 겹칠 수 있다.In addition, when metal lithium is used as the negative electrode active material layer 32 , a metal lithium foil may be overlapped on the current collector 31 .

계속해서, 세퍼레이터(41)를 양극(20) 및 음극(30) 사이에 끼워넣는 것으로, 전극구조체를 제조한다. 그 다음에, 제조한 전극구조체를 원하는 형태, 예를 들면, 원통형, 각형, 라미네이트형, 버튼형 등으로 가공하고, 상기 형태의 용기에 삽입한다. 또한, 상기 용기 내에 원하는 전해액(43)을 주입하는 것으로, 세퍼레이터(41) 내의 각 기공에 전해액(43)을 함침시킨다. 이에 따라, 리튬 이차 전지(10)가 제조된다.Then, by inserting the separator 41 between the positive electrode 20 and the negative electrode 30, an electrode structure is manufactured. Then, the fabricated electrode structure is processed into a desired shape, for example, a cylindrical shape, a prismatic shape, a laminated shape, a button shape, etc., and inserted into a container of the above shape. Further, by injecting a desired electrolyte solution 43 into the container, the pores in the separator 41 are impregnated with the electrolyte solution 43 . Thus, the lithium secondary battery 10 is manufactured.

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

실시예Example 1 One

LiCoO2를 97.5 중량%, 폴리비닐리덴플루오라이드 1 중량% 및 도전 카본 1.5 중량%를 N-메틸-2-피롤리돈에 분산시켜 슬러리를 제조한 다음, 상기 슬러리를 집전체인 알루미늄 집전박 위에 도포 및 건조하여, 양극 활물질층을 형성하였다. 이어서, 압축기에 의해 양극 활물질층을 압축함으로써 양극 활물질층의 밀도를 4.2 g/cm3로 하여, 양극을 제조하였다.97.5% by weight of LiCoO 2 , 1% by weight of polyvinylidene fluoride, and 1.5% by weight of conductive carbon were dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone to prepare a slurry, and then the slurry was coated on an aluminum current collector foil. By coating and drying, a positive electrode active material layer was formed. Then, by compressing the positive electrode active material layer with a compressor, the density of the positive electrode active material layer was set to 4.2 g/cm 3 , thereby manufacturing a positive electrode.

규소 합금(규소가 70 원자% 함유됨) 20 중량%, 흑연 75 중량%, 폴리아크릴산 리튬 5 중량%를 물에 분산시켜 슬러리를 제조하였다. 이때 상기 슬러리에 옥살산 리튬을 상기 규소 합금 및 흑연의 총량 100 중량부에 대하여 0.01 중량부 첨가하였다. 이어서, 상기 슬러리를 집전체인 구리박 위에 도포 및 건조하여, 음극 활물질층을 형성하였다. 이어서, 압축기에 의해 음극 활물질층을 압축함으로써 음극 활물질층의 밀도를 1.6 g/cm3로 하여, 음극을 제조하였다.A slurry was prepared by dispersing 20% by weight of a silicon alloy (containing 70% by atom of silicon), 75% by weight of graphite, and 5% by weight of lithium polyacrylate in water. At this time, 0.01 part by weight of lithium oxalate was added to the slurry based on 100 parts by weight of the total amount of the silicon alloy and graphite. Subsequently, the slurry was applied onto a copper foil as a current collector and dried to form a negative electrode active material layer. Then, by compressing the negative electrode active material layer with a compressor, the density of the negative electrode active material layer was set to 1.6 g/cm 3 , thereby manufacturing a negative electrode.

세퍼레이터로서 다공질 폴리에틸렌 필름(polyethylene film)(두께 12㎛)을 준비하고, 세퍼레이터를 양극 및 음극 사이에 배치하여 전극구조체를 제조하고, 전지 용기에 수납하였다.A porous polyethylene film (thickness of 12 μm) was prepared as a separator, and an electrode structure was prepared by placing the separator between the positive electrode and the negative electrode, and then stored in a battery container.

에틸렌 카보네이트(EC), 디에틸카보네이트(DEC) 및 에틸메틸 카보네이트(EMC)를 30:20:50의 부피비로 혼합한 용매에, 헥사플루오로 인산 리튬(LiPF6)을 1.0 mol/L의 농도로 용해하여 전해액을 제조하였다. 제조된 전해액에 제2 첨가제로서 LiFSI를 상기 전해액(EC+DMC+EMC+LiPF6)의 총 중량에 대하여 1 중량%로 첨가하였다.Lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was added to a solvent in which ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC) and ethylmethyl carbonate (EMC) were mixed in a volume ratio of 30:20:50 at a concentration of 1.0 mol/L. Dissolved to prepare an electrolyte solution. LiFSI as a second additive to the prepared electrolyte was added in an amount of 1% by weight based on the total weight of the electrolyte (EC+DMC+EMC+LiPF 6 ).

이어서, 전지 용기 내에 상기 조성의 전해액을 주입하여, 세퍼레이터 내의 각 기공에 전해액을 함침시킴으로써, 리튬 이차 전지를 제작하였다.Next, a lithium secondary battery was produced by injecting an electrolyte having the above composition into the battery container and impregnating each pore in the separator with the electrolyte.

실시예Example 2 내지 7 및 2 to 7 and 비교예comparative example 1 내지 5 1 to 5

실시예 1에서 첨가제의 함유량을 하기 표 1에서와 같이 변경한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차 전지를 제작하였다. 실시예 7은 옥살산 리튬 대신 숙신산 리튬을 음극 활물질, 즉, 규소 합금 및 흑연의 총량 100 중량부에 대하여 0.1 중량부로 첨가한 것만 상이하다.A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the content of the additive in Example 1 was changed as shown in Table 1 below. Example 7 is different only in that 0.1 part by weight of lithium succinate was added instead of lithium oxalate based on 100 parts by weight of the total amount of the negative electrode active material, that is, the silicon alloy and graphite.

실시예Example 8 내지 13 및 8 to 13 and 비교예comparative example 6 내지 9 6 to 9

실시예 8은 LiFSI 대신 LiSO3F를 첨가한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차 전지를 제작하였다.In Example 8, a lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that LiSO 3 F was added instead of LiFSI.

또한 실시예 9 내지 13 및 비교예 6 내지 9는 첨가제의 함유량을 하기 표 2에서와 같이 변경한 것을 제외하고는, 실시예 8과 동일한 방법으로 리튬 이차 전지를 제작하였다.In Examples 9 to 13 and Comparative Examples 6 to 9, lithium secondary batteries were manufactured in the same manner as in Example 8, except that the additive content was changed as shown in Table 2 below.

평가 1: 사이클 수명 시험Evaluation 1: Cycle life test

실시예 1 내지 13 및 비교예 1 내지 10에 따른 리튬 이차 전지에 대하여 방전 용량 유지율을 평가하였다.The discharge capacity retention rates of the lithium secondary batteries according to Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 to 10 were evaluated.

구체적으로, 25℃ 온도에서, 전류밀도 0.4 mA/cm2에서, 전지전압 4.4V 내지 3.0V 사이에서 충방전을 2회 실시하였다. 이후, 25℃ 온도에서, 전류밀도 4.0 mA/cm2에서, 전지전압 4.4V 내지 3.0V 사이에서 충방전을 반복하였다. 여기서, 충방전 100 사이클 후의 방전 용량을 1회 째의 충방전시의 방전 용량으로 나눈 값으로 방전 용량 유지율을 산출하였다. 그 결과를 하기 표 1 및 표 2에 나타내었다.Specifically, charging and discharging were performed twice at a temperature of 25° C. at a current density of 0.4 mA/cm 2 and a cell voltage of 4.4 V to 3.0 V. Thereafter, charging and discharging was repeated at a temperature of 25° C., at a current density of 4.0 mA/cm 2 , and at a cell voltage of 4.4 V to 3.0 V. Here, the discharge capacity retention rate was calculated by dividing the discharge capacity after 100 charge/discharge cycles by the discharge capacity at the first charge/discharge cycle. The results are shown in Table 1 and Table 2 below.

하기 표 1은 제2 첨가제로서 LiFSI를 전해액 내에 첨가한 실시예 1 내지 7 및 비교예 1 내지 6의 평가 결과이며, 하기 표 2는 제2 첨가제로서 LiSO3F를 첨가한 실시예 8 내지 13 및 비교예 6 내지 9의 평가 결과이다.Table 1 below shows the evaluation results of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 6 in which LiFSI was added as a second additive to the electrolyte solution, and Table 2 below shows Examples 8 to 13 in which LiSO 3 F was added as a second additive and These are the evaluation results of Comparative Examples 6 to 9.

첨가량(중량%)Amount added (% by weight) 방전용량 유지율(%)Discharge capacity retention rate (%) 옥살산 리튬lithium oxalate 숙신산 리튬lithium succinate LiFSILiFSI 실시예 1Example 1 0.010.01 -- 1One 7474 실시예 2Example 2 0.10.1 -- 7878 실시예 3Example 3 1One -- 7676 실시예 4Example 4 0.50.5 -- 0.10.1 7777 실시예 5Example 5 -- 1One 7979 실시예 6Example 6 -- 22 7878 실시예 7Example 7 -- 0.10.1 1One 7474 비교예 1Comparative Example 1 -- -- -- 6262 비교예 2Comparative Example 2 0.0010.001 -- 1One 6565 비교예 3Comparative Example 3 22 -- 6060 비교예 4Comparative Example 4 0.50.5 -- 0.050.05 6464 비교예 5Comparative Example 5 -- 33 6363 비교예 6Comparative Example 6 1One -- -- 6464

상기 표 1에서, 제1 첨가제인 옥살산 리튬 및 숙신산 리튬의 첨가량은 음극 활물질의 총량 100 중량부에 대한 중량비로 나타내었고, 제2 첨가제인 LiFSI 및 LiSO3F의 첨가량은 전해액의 총 중량(EC+DMC+EMC+LiPF6)에 대한 중량비로 나타내었다. 또한 "-"은 첨가제를 첨가하지 않음을 나타낸 것이다.In Table 1, the addition amounts of lithium oxalate and lithium succinate, which are the first additives, are expressed as a weight ratio with respect to 100 parts by weight of the total amount of the negative electrode active material, and the addition amounts of the second additives, LiFSI and LiSO 3 F, are the total weight of the electrolyte (EC+ DMC+EMC+LiPF 6 ) was expressed as a weight ratio. Also, "-" indicates that no additives are added.

상기 표 1을 참고하면, 실시예 1 내지 7은 비교예 1 내지 6와 비교하여 방전용량 유지율이 향상됨을 알 수 있다. 따라서, 제1 첨가제로서 화학식 1로 표시되는 화합물이 음극 내에 첨가되고 제2 첨가제로서 LiFSI가 전해액 내에 첨가된 실시예 1 내지 7에 따른 리튬 이차 전지에서는 사이클 수명 특성이 향상됨을 알 수 있다.Referring to Table 1, it can be seen that the discharge capacity retention rate of Examples 1 to 7 is improved compared to Comparative Examples 1 to 6. Accordingly, it can be seen that cycle life characteristics are improved in the lithium secondary batteries according to Examples 1 to 7 in which the compound represented by Chemical Formula 1 is added to the negative electrode as the first additive and LiFSI is added to the electrolyte as the second additive.

또한, 실시예 1 내지 3 및 7과 비교예 2 및 3을 참고하면, 실시예 1 내지 3 및 7은 제1 첨가제인 화학식 1로 표시되는 화합물의 첨가량이 일 구현예에 따른 범위 내이므로 방전용량 유지율이 향상되어 사이클 수명 특성이 향상됨을 알 수 있다. 반면, 비교예 2 및 3은 화학식 1로 표시되는 화합물의 첨가량이 일 구현예에 따른 범위를 벗어나므로 방전용량 유지율이 향상되지 않아 사이클 수명 특성이 양호하지 않음을 알 수 있다.In addition, referring to Examples 1 to 3 and 7 and Comparative Examples 2 and 3, Examples 1 to 3 and 7 have a discharge capacity because the addition amount of the compound represented by Formula 1 as the first additive is within the range according to one embodiment. It can be seen that the maintenance rate is improved and the cycle life characteristics are improved. On the other hand, in Comparative Examples 2 and 3, since the addition amount of the compound represented by Formula 1 was out of the range according to the embodiment, the discharge capacity retention rate was not improved, and thus the cycle life characteristics were not good.

또한 실시예 4 내지 6과 비교예 4 및 5를 참고하면, 실시예 4 내지 6은 제2 첨가제인 LiFSI의 첨가량이 일 구현예에 따른 범위 내이므로 방전용량 유지율이 향상되어 사이클 수명 특성이 향상됨을 알 수 있다. 반면, 비교예 4 및 5는 LiFSI의 첨가량이 일 구현예에 따른 범위를 벗어나므로 방전용량 유지율이 향상되지 않아 사이클 수명 특성이 양호하지 않음을 알 수 있다.In addition, referring to Examples 4 to 6 and Comparative Examples 4 and 5, Examples 4 to 6 show that the discharge capacity retention rate is improved and cycle life characteristics are improved because the addition amount of the second additive, LiFSI, is within the range according to one embodiment. Able to know. On the other hand, in Comparative Examples 4 and 5, since the amount of LiFSI added is out of the range according to the embodiment, the discharge capacity retention rate is not improved, so it can be seen that the cycle life characteristics are not good.

첨가량(중량%)Amount added (% by weight) 방전용량 유지율(%)Discharge capacity retention rate (%) 옥살산 리튬lithium oxalate LiSO3FLiSO 3 F 실시예 8Example 8 0.010.01 1One 7474 실시예 9Example 9 0.10.1 7878 실시예 10Example 10 1One 7676 실시예 11Example 11 0.50.5 0.10.1 7777 실시예 12Example 12 1One 7979 실시예 13Example 13 22 7878 비교예 7Comparative Example 7 0.0010.001 1One 6565 비교예 8Comparative Example 8 22 6060 비교예 9Comparative Example 9 0.50.5 0.050.05 6464 비교예 10Comparative Example 10 33 6363

상기 표 2를 참고하면, 실시예 8 내지 13은 비교예 7 내지 10와 비교하여 방전용량 유지율이 향상됨을 알 수 있다. 따라서, 제1 첨가제로서 화학식 1로 표시되는 화합물이 음극 내에 첨가되고 제2 첨가제로서 LiSO3F가 음극 내에 첨가된 실시예 8 내지 13에 따른 리튬 이차 전지에서는 사이클 수명 특성이 향상됨을 알 수 있다.Referring to Table 2, it can be seen that the discharge capacity retention rate of Examples 8 to 13 is improved compared to Comparative Examples 7 to 10. Accordingly, it can be seen that cycle life characteristics are improved in the lithium secondary batteries according to Examples 8 to 13 in which the compound represented by Formula 1 is added as the first additive to the negative electrode and LiSO 3 F is added to the negative electrode as the second additive.

또한, 실시예 8 내지 10과 비교예 7 및 8을 참고하면, 실시예 8 내지 10은 제1 첨가제인 화학식 1로 표시되는 화합물의 첨가량이 일 구현예에 따른 범위 내이므로 방전용량 유지율이 향상되어 사이클 수명 특성이 향상됨을 알 수 있다. 반면, 비교예 7 및 8은 화학식 1로 표시되는 화합물의 첨가량이 일 구현예에 따른 범위를 벗어나므로 방전용량 유지율이 향상되지 않아 사이클 수명 특성이 양호하지 않음을 알 수 있다.In addition, referring to Examples 8 to 10 and Comparative Examples 7 and 8, in Examples 8 to 10, since the addition amount of the compound represented by Formula 1 as the first additive is within the range according to one embodiment, the discharge capacity retention rate is improved. It can be seen that the cycle life characteristics are improved. On the other hand, in Comparative Examples 7 and 8, since the addition amount of the compound represented by Formula 1 was out of the range according to the embodiment, the discharge capacity retention rate was not improved, and thus the cycle life characteristics were not good.

또한 실시예 11 내지 13과 비교예 9 및 10을 참고하면, 실시예 11 내지 13은 제2 첨가제인 LiSO3F의 첨가량이 일 구현예에 따른 범위 내이므로 방전용량 유지율이 향상되어 사이클 수명 특성이 향상됨을 알 수 있다. 반면, 비교예 9 및 10은 LiSO3F의 첨가량이 일 구현예에 따른 범위를 벗어나므로 방전용량 유지율이 향상되지 않아 사이클 수명 특성이 양호하지 않음을 알 수 있다.In addition, referring to Examples 11 to 13 and Comparative Examples 9 and 10, Examples 11 to 13 are within the range according to one embodiment of the second additive, LiSO 3 F, so that the discharge capacity retention rate is improved and the cycle life characteristics are improved. improvement can be seen. On the other hand, in Comparative Examples 9 and 10, since the addition amount of LiSO 3 F was out of the range according to one embodiment, the discharge capacity retention rate was not improved, and thus the cycle life characteristics were not good.

이상의 평가 결과로부터, 일 구현예에 따르면, 제1 첨가제로서 화학식 1로 표시되는 화합물을 음극 내에 음극 활물질의 총량 100 중량부에 대하여 0.01 중량부 이상 1 중량부 이하로 포함하고, 제2 첨가제로서 LiFSI 또는 LiSO3F을 전해액 및 음극 중 적어도 하나에 전해액의 총 중량에 대하여 0.1 중량% 이상 2 중량% 이하로 포함함으로써, 리튬 이차 전지의 사이클 특성을 향상시킴을 알 수 있다. From the above evaluation results, according to one embodiment, the compound represented by Formula 1 as the first additive is included in an amount of 0.01 part by weight or more and 1 part by weight or less based on 100 parts by weight of the total amount of the negative electrode active material in the negative electrode, and LiFSI as the second additive. Alternatively, it can be seen that the cycle characteristics of the lithium secondary battery are improved by including LiSO 3 F in at least one of the electrolyte and the negative electrode in an amount of 0.1% by weight or more and 2% by weight or less based on the total weight of the electrolyte.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다. Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims are also present. It falls within the scope of the right of invention.

10 리튬 이차 전지
20 양극
21 집전체
22 양극 활물질층
30 음극
31 집전체
32 음극 활물질층
40 세퍼레이터층
41 세퍼레이터
43 전해액
10 Lithium secondary battery
20 anode
21 whole house
22 cathode active material layer
30 cathode
31 whole house
32 negative electrode active material layer
40 separator layer
41 separator
43 Electrolyte

Claims (4)

규소계 물질 및 탄소계 물질을 포함하는 음극 활물질을 포함하는 음극; 및
전해액을 포함하고,
상기 음극은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 상기 음극 활물질 100 중량부에 대하여 0.01 중량부 이상, 1 중량부 이하로 더 포함하고,
상기 전해액 및 상기 음극 중 적어도 하나는, 플루오로술폰산 리튬 또는 리튬 비스(플루오로술포닐)이미드를 상기 전해액 총 중량에 대하여 0.1 중량% 이상, 2 중량% 이하로 포함하는 리튬 이차 전지.
[화학식 1]
Figure 112023034422677-pat00004

(상기 화학식 1에서,
R은 단일결합, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C4 알킬렌기이다.)
a negative electrode including a negative electrode active material including a silicon-based material and a carbon-based material; and
contains an electrolyte,
The negative electrode further comprises 0.01 parts by weight or more and 1 part by weight or less based on 100 parts by weight of the negative electrode active material of the compound represented by Formula 1 below,
At least one of the electrolyte solution and the negative electrode includes lithium fluorosulfonate or lithium bis(fluorosulfonyl)imide in an amount of 0.1% by weight or more and 2% by weight or less based on the total weight of the electrolyte solution.
[Formula 1]
Figure 112023034422677-pat00004

(In Formula 1,
R is a single bond or a substituted or unsubstituted C1 to C4 alkylene group.)
삭제delete 제1항에서,
상기 전해액은 할로겐 치환된 환형 카보네이트를 포함하는 리튬 이차 전지.
In paragraph 1,
The electrolyte solution is a lithium secondary battery comprising a halogen-substituted cyclic carbonate.
제3항에서,
상기 할로겐 치환된 환형 카보네이트는 4-플루오로-1,3-디옥솔란-2-온을 포함하는 리튬 이차 전지.
In paragraph 3,
The halogen-substituted cyclic carbonate is a lithium secondary battery comprising 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one.
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