KR102537722B1 - Electrolyte Solution And Secondary Battery Comprising The Same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전해액 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유기용매, 리튬염, 제1 첨가제 및 제2 첨가제;를 포함하며 상기 제1 첨가제는 오산화인을 포함하는 것을 특징으로 하는 전해액 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 충전 저항이 낮아 충전 효율 및 출력이 향상될 수 있고, 장기 수명 및 고온 용량 유지율이 우수한 이차전지를 제공하는 효과가 있다.
The present invention relates to an electrolyte solution and a secondary battery including the same, and more particularly, to an electrolyte solution comprising an organic solvent, a lithium salt, a first additive and a second additive, wherein the first additive includes phosphorus pentoxide. And it relates to a secondary battery including the same.
According to the present invention, there is an effect of providing a secondary battery capable of improving charging efficiency and output due to low charging resistance, and having a long lifespan and high-temperature capacity retention rate.

Description

전해액 및 이를 포함하는 이차전지{Electrolyte Solution And Secondary Battery Comprising The Same}Electrolyte Solution And Secondary Battery Comprising The Same}

본 발명은 전해액 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전지의 충전 효율 및 출력을 향상시킬 수 있고, 장기 보관이 가능하며, 고온에서의 용량 유지율을 증가시킬 수 있는 전지용 전해액에 관한 것이다.The present invention relates to an electrolyte and a secondary battery including the same, and more particularly, to an electrolyte for a battery capable of improving the charging efficiency and output of the battery, enabling long-term storage, and increasing the capacity retention rate at high temperatures. will be.

리튬 이차 전지는 양극 및 음극 사이에 전해액을 넣어 리튬이온의 원활한 이동을 가능하게 하며, 양극 및 음극에서 삽입 및 탈리에 따른 산화 환원반응에 의해 전기가 생성 또는 소비되는 방식에 의하여 전기 에너지의 이용을 용이하게 한다.A lithium secondary battery enables smooth movement of lithium ions by putting an electrolyte solution between the positive and negative electrodes, and uses electric energy by generating or consuming electricity by oxidation-reduction reactions caused by intercalation and desorption at the positive and negative electrodes. facilitate

한편, 최근 전 세계적으로 환경 규제가 강화되는 등 환경에 대한 관심이 커지면서 대기 오염의 주 원인 중 하나인 화석 연료 차량을 대체할 수 있는 친환경 자동차에 대한 관심 역시 증가됨에 따라 국내/외 전지 업계에서는 자동차용 전지 개발이 활발히 진행되고 있다.On the other hand, as interest in the environment has grown, such as the recent strengthening of environmental regulations worldwide, interest in eco-friendly vehicles that can replace fossil fuel vehicles, one of the main causes of air pollution, has also increased. Battery development is actively progressing.

전지를 자동차에 사용하기 위해서는, 전지의 출력 및 용량이 대폭 증가되어야 할 뿐만 아니라 날씨 변화 등의 사용 환경에 맞춰 고온 및 저온에서의 출력 개선 및 저항 증가 문제를 해결해야 하며, 자동차가 계절을 가리지 않고 야외에서 사용되는 것을 감안하여, 다양한 환경에서 장기간 충전 및 용량 유지율이 개선된 전지를 개발할 필요가 있다.In order to use a battery in a vehicle, not only the output and capacity of the battery must be greatly increased, but also the problem of improving output and increasing resistance at high and low temperatures must be solved in accordance with the use environment such as weather change, Considering that it is used outdoors, it is necessary to develop a battery with improved long-term charge and capacity retention rate in various environments.

일본 공개특허 2008-300126 AJapanese Patent Publication 2008-300126 A 한국 등록특허 10-1586199 B1Korean Registered Patent No. 10-1586199 B1

상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 신규 조성의 전해액 및 이를 포함하는 이차전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the problems of the prior art as described above, an object of the present invention is to provide an electrolyte solution of a novel composition and a secondary battery including the same.

또한 본 발명은 충전 저항이 감소되어 전지의 출력이 향상되고, 고온에서의 회복 용량이 향상되어 장기 보관이 가능하며, 고온에서의 수명 유지율이 우수한 이차전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a secondary battery having improved battery output due to reduced charging resistance, improved recovery capacity at high temperature, enabling long-term storage, and excellent life retention rate at high temperature.

본 발명의 상기 목적 및 기타 목적들은 하기 설명된 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.The above and other objects of the present invention can all be achieved by the present invention described below.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 유기용매, 리튬염, 제1 첨가제 및 제2 첨가제를 포함하며, 상기 제1 첨가제는 오산화인을 포함하고. 상기 제2 첨가제는 비닐렌 카보네이트, 플루오로에틸렌 카보네이트, 리튬 디플루오로포스페이트, 리튬 디플루오로비스(옥살라토)포스페이트, 1,3-프로판설톤, 에틸렌설페이트, 석시노나이트릴 및 비닐에틸렌카보네이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전해액을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention includes an organic solvent, a lithium salt, a first additive and a second additive, wherein the first additive includes phosphorus pentoxide. The second additive is vinylene carbonate, fluoroethylene carbonate, lithium difluorophosphate, lithium difluorobis (oxalato) phosphate, 1,3-propanesultone, ethylene sulfate, succinonitrile and vinyl ethylene carbonate It provides an electrolyte solution characterized in that it comprises at least one selected from the group consisting of.

또한 본 발명은 상기 전해액을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지를 제공한다.In addition, the present invention provides a secondary battery comprising the electrolyte solution.

본 발명에 따른 전해액은 이차전지의 전해액으로 적용하는 경우, 충전 저항이 낮아 충전 효율 및 출력이 향상될 수 있고, 고온에 방치되어도 장기 수명 및 용량 유지율이 우수한 이차전지를 제공하는 효과가 있다.When the electrolyte solution according to the present invention is applied as an electrolyte solution of a secondary battery, charging efficiency and output can be improved due to low charging resistance, and a secondary battery having a long lifespan and excellent capacity retention rate even when left at a high temperature has an effect of providing.

이하 본 발명에 대하여 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in detail, but the present invention is not limited thereto.

본 발명의 전해액은 유기용매, 리튬염, 제1 첨가제 및 제2 첨가제를 포함하며, 상기 제1 첨가제는 오산화인을 포함하고. 상기 제2 첨가제는 비닐렌 카보네이트, 플루오로에틸렌 카보네이트, 리튬 디플루오로포스페이트, 리튬 디플루오로비스(옥살라토)포스페이트, 1,3-프로판설톤, 에틸렌설페이트, 석시노나이트릴 및 비닐에틸렌카보네이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하며, 이 경우 충전 저항이 감소되어 전지의 출력이 향상되고, 고온에서의 회복 용량이 향상되어 장기 보관이 가능하며, 고온에서의 수명 유지율이 우수한 효과가 있다.The electrolyte solution of the present invention includes an organic solvent, a lithium salt, a first additive and a second additive, wherein the first additive includes phosphorus pentoxide. The second additive is vinylene carbonate, fluoroethylene carbonate, lithium difluorophosphate, lithium difluorobis (oxalato) phosphate, 1,3-propanesultone, ethylene sulfate, succinonitrile and vinyl ethylene carbonate It is characterized in that it includes one or more selected from the group consisting of, in this case, the charging resistance is reduced to improve the output of the battery, the recovery capacity at high temperature is improved to enable long-term storage, and the life retention rate at high temperature is improved. It has an excellent effect.

본 발명의 전해액은 다른 일례로 유기용매, 리튬염, 제1 첨가제를 포함하며, 상기 제1 첨가제는 오산화인을 포함하되, 상기 오산화인은 상기 전해액 총 100 중량%를 기준으로 0.01 내지 5 중량%로 포함하는 것을 특징으로 하며, 이 경우 충전 저항이 감소되어 전지의 출력이 향상되고, 고온에서의 회복 용량이 향상되어 장기 보관이 가능하며, 고온에서의 수명 유지율이 우수한 효과가 있다.In another example, the electrolyte solution of the present invention includes an organic solvent, a lithium salt, and a first additive, wherein the first additive includes phosphorus pentoxide, and the amount of phosphorus pentoxide is 0.01 to 5% by weight based on 100% by weight of the electrolyte solution. It is characterized by including, in this case, the charging resistance is reduced to improve the output of the battery, the recovery capacity at high temperature is improved to enable long-term storage, and the life retention rate at high temperature is excellent.

본 발명의 전해액은 일례로 2종 이상의 전해액 첨가제를 포함하며, 구체적으로는 오산화인을 포함하는 제1 첨가제, 및 비닐렌 카보네이트, 플루오로에틸렌 카보네이트, 리튬 디플루오로포스페이트, 리튬 디플루오로비스(옥살라토)포스페이트, 1,3-프로판설톤, 에틸렌설페이트, 석시노나이트릴 및 비닐에틸렌카보네이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 제2 첨가제를 포함하고, 이 경우 상술한 전지 출력 향상 효과, 고온 회복 용량 향상 효과 및 고온 수명 유지율 향상 효과가 우수한 이점이 있다.The electrolyte solution of the present invention includes, for example, two or more types of electrolyte solution additives, specifically, a first additive containing phosphorus pentoxide, and vinylene carbonate, fluoroethylene carbonate, lithium difluorophosphate, lithium difluorobis ( A second additive containing at least one selected from the group consisting of oxalato) phosphate, 1,3-propanesultone, ethylene sulfate, succinonitrile, and vinylethylene carbonate, in which case the battery output improvement effect described above , there is an advantage in that the effect of improving the high temperature recovery capacity and the effect of improving the high temperature life retention rate is excellent.

상기 제1 첨가제는 일례로 상기 전해액 총 100 중량%를 기준으로 0.01 내지 10 중량%, 바람직하게는 0.01 내지 5 중량%, 보다 바람직하게는 0.02 내지 2 중량%, 보다 더욱 바람직하게는 0.03 내지 1 중량%, 보다 더더욱 바람직하게는 0.05 내지 0.5 중량%로 포함될 수 있으며 이 범위 내에서 전지 특성의 저하 없이 원하는 효과를 충분히 얻을 수 있다.The first additive is, for example, 0.01 to 10% by weight, preferably 0.01 to 5% by weight, more preferably 0.02 to 2% by weight, and even more preferably 0.03 to 2% by weight based on 100% by weight of the total electrolyte solution. It may be included in 1% by weight, more preferably 0.05 to 0.5% by weight, and within this range, desired effects can be sufficiently obtained without deterioration of battery characteristics.

상기 제1 첨가제는 일례로 메탄설폰산, 황산 및 인산으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있으며, 이 경우 오산화인과 메탄설폰산, 황산 또는 인산의 상호 작용으로 인해 상승 효과를 얻을 수 있어 전지 성능 개선 효과가 보다 뛰어난 이점이 있다.The first additive may further include, for example, at least one selected from the group consisting of methanesulfonic acid, sulfuric acid, and phosphoric acid. In this case, a synergistic effect is obtained due to the interaction of phosphorus pentoxide with methanesulfonic acid, sulfuric acid, or phosphoric acid. There is an advantage that the battery performance improvement effect is more outstanding.

상기 제1 첨가제는 바람직한 일례로 오산화인이 메탄설폰산에 용해된 용액 형태일 수 있으며, 구체적인 일례로 상기 제1 첨가제 총 100 중량%를 기준으로 오산화인 1 내지 20 중량% 및 메탄설폰산 80 내지 99 중량%, 바람직하게는 오산화인 2 내지 15 중량% 및 메탄설폰산 85 내지 98 중량%, 보다 바람직하게는 오산화인 5 내지 13 중량% 및 메탄설폰산 87 내지 95 중량%, 보다 더욱 바람직하게는 오산화인 8 내지 12 중량% 및 메탄설폰산 88 내지 92 중량%를 포함할 수 있고, 이 경우 전해액에 대한 상용성이 우수하여 제조 효율이 보다 향상될 수 있고 전지 출력 향상 효과가 보다 우수한 이점이 있다.As a preferred example, the first additive may be in the form of a solution in which phosphorus pentoxide is dissolved in methanesulfonic acid, and as a specific example, 1 to 20% by weight of phosphorus pentoxide and 80 to 80 to 20% by weight of methanesulfonic acid based on 100% by weight of the total amount of the first additive 99% by weight, preferably 2 to 15% by weight of phosphorus pentoxide and 85 to 98% by weight of methanesulfonic acid; More preferably, it may contain 5 to 13% by weight of phosphorus pentoxide and 87 to 95% by weight of methanesulfonic acid, and even more preferably 8 to 12% by weight of phosphorus pentoxide and 88 to 92% by weight of methanesulfonic acid, in this case It has excellent compatibility with the electrolyte solution, so that the manufacturing efficiency can be further improved and the battery output improvement effect is more excellent.

상기 제1 첨가제는 다른 일례로 상기 제1 첨가제 총 100 중량% 중에 오산화인 1 내지 20 중량% 및 메탄설포네이트 80 내지 99 중량%, 보다 바람직하게는 오산화인 2 내지 15 중량% 및 메탄설포네이트 85 내지 98 중량%, 보다 바람직하게는 오산화인 5 내지 13 중량% 및 메탄설포네이트 87 내지 95 중량%, 보다 더욱 바람직하게는 오산화인 8 내지 12 중량% 및 메탄설포네이트 88 내지 92 중량%를 포함할 수 있고, 이 경우 오산화인 및 메탄설포네이트의 상호 작용으로 인해 상승 효과를 얻을 수 있어 전지 성능 개선 효과가 보다 뛰어난 이점이 있다.In another example, the first additive includes 1 to 20% by weight of phosphorus pentoxide and 80 to 99% by weight of phosphorus pentoxide and 80 to 99% by weight of phosphorus pentoxide, more preferably 2 to 15% by weight of phosphorus pentoxide and 85% by weight of methanesulfonate in the total 100% by weight of the first additive to 98% by weight, more preferably 5 to 13% by weight of phosphorus pentoxide and 87 to 95% by weight of methanesulfonate, even more preferably 8 to 12% by weight of phosphorus pentoxide and 88 to 92% by weight of methanesulfonate. In this case, a synergistic effect can be obtained due to the interaction of phosphorus pentoxide and methanesulfonate, so that the battery performance improvement effect is more excellent.

상기 메탄설포네이트는 일례로 메탄설폰산의 알칼리 금속염일 수 있고, 상기 알칼리 금속은 바람직하게는 리튬, 나트륨, 또는 칼륨일 수 있고, 보다 바람직하게는 리튬일 수 있으며, 이 경우 다른 물성의 저하 없이 전지 성능 개선 효과가 보다 뛰어난 이점이 있다.The methanesulfonate may be, for example, an alkali metal salt of methanesulfonic acid, and the alkali metal may preferably be lithium, sodium, or potassium, and more preferably lithium, in which case, without deteriorating other physical properties. There is an advantage that the battery performance improvement effect is more excellent.

상기 전해액 중에 포함되는 상기 오산화인의 함량은 일례로 상기 전해액 총 100 중량%를 기준으로 0.01 내지 5 중량%, 바람직하게는 0.02 내지 3 중량%, 보다 바람직하게는 0.03 내지 1 중량%, 보다 더욱 바람직하게는 0.05 내지 0.5 중량%, 바람직한 일 실시예로 0.05 내지 0.1 중량%일 수 있으며, 이 범위 내에서 다른 물성의 저하 없이 원하는 효과를 충분히 얻을 수 있다.The content of the phosphorus pentoxide contained in the electrolyte is, for example, 0.01 to 5% by weight, preferably 0.02 to 3% by weight, more preferably 0.03 to 1% by weight, and even more preferably, based on 100% by weight of the total electrolyte solution. It may be 0.05 to 0.5% by weight, preferably 0.05 to 0.1% by weight in one embodiment, and within this range, desired effects can be sufficiently obtained without deterioration of other physical properties.

상기 제1 첨가제는, 이차전지의 전해액에 첨가되어 전극에 안정한 피막을 형성할 수 있다. 이때, 상기 피막의 안정성으로 인해 전해액의 분해를 방지할 수 있으며, 이로 인하여 사이클 특성이 개선될 수 있고, 특히 고온에서의 분해가 억제되어 종래 전극 피막이 고온에서 분해됨에 따라 고온 저장성이 떨어지는 것에 비하여 고온 저장성이 크게 개선되는 우수한 효과가 있다. 또한, 저항 증가가 방지되어 충전 효율 및 출력이 개선되는 효과가 있고, 전지 내부의 화학 반응으로 인한 가스 발생 역시 억제되므로 전지의 안전성이 향상될 수 있다. 또한, 고온에서 양극 및 음극의 전극 활물질 구조 붕괴를 방지하여 용량 유지율이 개선되고, 이를 통해 전지의 수명이 연장되는 효과가 있다.The first additive may be added to the electrolyte solution of the secondary battery to form a stable film on the electrode. At this time, due to the stability of the film, it is possible to prevent the decomposition of the electrolyte solution, thereby improving the cycle characteristics, and in particular, the decomposition at high temperatures is suppressed, compared to the conventional electrode film decomposition at high temperatures, resulting in poor storage performance at high temperatures. There is an excellent effect of greatly improving storage stability. In addition, an increase in resistance is prevented to improve charging efficiency and output, and gas generation due to a chemical reaction inside the battery is also suppressed, thereby improving battery safety. In addition, the structure of the electrode active materials of the positive electrode and the negative electrode is prevented from collapsing at high temperatures, thereby improving the capacity retention rate, thereby prolonging the life of the battery.

상기 제2 첨가제는 일례로 상기 전해액 총 100 중량%를 기준으로 0.01 내지 5 중량%로 포함될 수 있고, 바람직하게는 0.1 내지 4 중량%, 보다 바람직하게는 0.2 내지 3.5 중량%, 보다 더욱 바람직하게는 0.3 내지 2.5 중량%, 보다 더더욱 바람직하게는 0.5 내지 2.0 중량%로 포함될 수 있으며, 이 범위 내에서 전지 특성의 저하 없이 전지 출력 향상 효과 및 전지 수명 향상 효과를 충분히 얻을 수 있다.For example, the second additive may be included in an amount of 0.01 to 5% by weight, preferably 0.1 to 4% by weight, more preferably 0.2 to 3.5% by weight , and even more preferably 0.01 to 5% by weight based on 100% by weight of the total electrolyte solution. 0.3 to 2.5% by weight, and more preferably 0.5 to 2.0% by weight, and within this range, the effect of improving battery output and improving battery life can be sufficiently obtained without deterioration of battery characteristics.

상기 제2 첨가제는 다른 일례로 상기 전해액 총 100 중량%를 기준으로 0.01 내지 5 중량%, 바람직하게는 0.1 내지 4.5 중량%, 보다 바람직하게는 0.5 내지 4 중량%로 포함될 수 있고, 이 범위 내에서 전지 특성의 저하 없이 전지 출력 향상 효과 및 전지 수명 향상 효과를 충분히 얻을 수 있다.As another example, the second additive may be included in an amount of 0.01 to 5% by weight, preferably 0.1 to 4.5% by weight, and more preferably 0.5 to 4% by weight based on 100% by weight of the total electrolyte solution, within this range. The effect of improving battery output and improving battery life can be sufficiently obtained without deterioration of battery characteristics.

상기 제2 첨가제는 비닐렌 카보네이트, 플루오로에틸렌 카보네이트, 리튬 디플루오로포스페이트, 리튬 디플루오로비스(옥살라토)포스페이트, 1,3-프로판설톤, 에틸렌설페이트, 석시노나이트릴 및 비닐에틸렌카보네이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하고, 바람직한 일례로는 2 종 이상을 포함할 수 있으며, 이 경우 첨가제들 사이의 상승 작용으로 전지 성능 개선 효과가 보다 우수한 이점이 있다.The second additive is vinylene carbonate, fluoroethylene carbonate, lithium difluorophosphate, lithium difluorobis (oxalato) phosphate, 1,3-propanesultone, ethylene sulfate, succinonitrile and vinyl ethylene carbonate It includes one or more selected from the group consisting of, and a preferred example may include two or more, and in this case, there is an advantage in that the battery performance improvement effect is more excellent due to the synergistic action between the additives.

상기 제2 첨가제는 바람직한 일례로 비닐렌 카보네이트, 플루오로에틸렌 카보네이트, 리튬 디플루오로포스페이트, 및 1,3-프로판설톤으로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2 종을 포함할 수 있으며, 이 경우 첨가제들 사이의 상승 작용으로 전지 성능 개선 효과가 보다 뛰어난 이점이 있다.As a preferred example, the second additive may include one or two selected from the group consisting of vinylene carbonate, fluoroethylene carbonate, lithium difluorophosphate, and 1,3-propanesultone. In this case, the additives There is an advantage that the battery performance improvement effect is more excellent due to the synergistic effect between the two.

상기 제2 첨가제는 일례로 리튬 테트라플루오로 옥살라토 포스페이트 및 리튬 트리옥살라토 포스페이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있고, 이 경우 더욱 뛰어난 전지의 저온 특성 및 사이클 특성의 개선 효과를 제공할 수 있다.The second additive may further include, for example, at least one selected from the group consisting of lithium tetrafluoro oxalato phosphate and lithium trioxalato phosphate, and in this case, improved low-temperature characteristics and cycle characteristics of the battery are more excellent. effect can be provided.

상기 유기용매는 일례로 에틸렌 카보네이트(EC), 디에틸 카보네이트(DEC), 에틸메틸 카보네이트(EMC), 디메틸 카보네이트(DMC), 프로필렌 카보네이트(PC), 디프로필 카보네이트(DPC), 부틸렌 카보네이트, 메틸프로필 카보네이트, 에틸프로필 카보네이트, 메틸 프로피오네이트(MP), 에틸 프로피오네이트(EP) 및 프로필 프로피오네이트(PP)로 이루어진 군에서 선택된 2종 이상을 포함할 수 있고, 이 경우 전해액의 이온전도도, 점도 등을 제어하기 용이하여 전지 성능을 개선하는 효과가 보다 우수한 이점이 있다.The organic solvent is, for example, ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), ethylmethyl carbonate (EMC), dimethyl carbonate (DMC), propylene carbonate (PC), dipropyl carbonate (DPC), butylene carbonate, methyl It may contain two or more selected from the group consisting of propyl carbonate, ethylpropyl carbonate, methyl propionate (MP), ethyl propionate (EP) and propyl propionate (PP), in which case the ionic conductivity of the electrolyte , viscosity, and the like are easy to control, so that the effect of improving battery performance is more excellent.

상기 유기용매는 구체적인 일례로 전지의 충방전 성능을 높일 수 있도록 높은 이온전도도를 갖는 고유전율의 유기용매 및 용매의 점도가 전지에 적용하기에 적절한 점도를 갖도록 조절할 수 있는 저점도 유기용매를 혼합하여 혼합 용매로 사용할 수 있으며, 보다 구체적으로는 상기 고유전율의 유기용매로는 일례로 EC 및/또는 PC 등을 사용할 수 있고, 상기 저점도 유기용매로는 일례로 EMC, DMC 및 DEC로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 상기 고유전율 및 저점도 유기용매는 2:8 내지 8:2의 부피비로 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로는, EC 및/또는 PC와, EMC 및 DEC의 3원 혼합 용매일 수 있으며, EC 및/또는 PC : EMC : DEC의 비율은 3 : 3 내지 5 : 2 내지 4일 수 있다.As a specific example, the organic solvent is a mixture of a high permittivity organic solvent having high ionic conductivity so as to increase the charge/discharge performance of a battery and a low viscosity organic solvent that can adjust the viscosity of the solvent to have a viscosity suitable for application to a battery. It can be used as a mixed solvent, and more specifically, EC and / or PC can be used as an example of the organic solvent of high dielectric constant, and the low viscosity organic solvent can be used as an example of EMC, DMC and DEC. One or more selected species may be used. It is preferable to mix the high dielectric constant and low viscosity organic solvent in a volume ratio of 2:8 to 8:2. More specifically, it may be a ternary mixed solvent of EC and/or PC, EMC and DEC, and the ratio of EC and/or PC:EMC:DEC may be 3:3 to 5:2 to 4.

상기 유기용매는 수분을 포함하는 경우, 전해액 중 리튬 이온이 가수분해될 수 있으므로, 유기용매 중 수분은 150 ppm 이하, 바람직하게는 100 ppm 이하로 통제되는 것이 바람직하다.When the organic solvent contains moisture, since lithium ions in the electrolyte may be hydrolyzed, the moisture content in the organic solvent is preferably controlled to 150 ppm or less, preferably 100 ppm or less.

상기 전해액은 리튬염으로 일례로 LiPF6 및 LiFSI로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 이 경우 전지의 리튬 이온 공급이 원활이 이루어져 전지 성능이 우수한 이점이 있다.The electrolyte solution may include, for example, at least one selected from the group consisting of LiPF 6 and LiFSI as a lithium salt, and in this case, lithium ions are smoothly supplied to the battery, resulting in excellent battery performance.

상기 전해액은 일례로 리튬염으로 LiF4, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiB10Cl10, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li 및 (CF3SO2)2NLi로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있으며, 이 경우 리튬 이온의 공급이 보다 원활할 수 있다.The electrolyte is, for example, a lithium salt, LiF 4 , LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4 , LiB 10 Cl 10 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiAlCl 4 , CH 3 SO 3 Li, At least one selected from the group consisting of CF 3 SO 3 Li and (CF 3 SO 2 ) 2 NLi may be further included, and in this case, the supply of lithium ions may be more smooth.

상기 리튬염을 전해액에 용해시키면, 상기 리튬염은 리튬 이차 전지 내에서 리튬 이온의 공급원으로 기능하고, 양극과 음극 간의 리튬 이온의 이동을 촉진할 수 있다. 이에 따라, 상기 리튬염은 상기 전해액 중 대략 0.6 mol% 내지 2 mol%의 농도로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 리튬염의 농도가 0.6 mol% 미만인 경우 전해질의 전도도가 낮아져 전해질 성능이 떨어질 수 있고, 2 mol%를 초과하는 경우 전해질의 점도가 증가하여 리튬 이온의 이동성이 낮아질 수 있다. 이와 같은 전해질의 전도도 및 리튬 이온의 이동성을 고려하면, 상기 리튬염은 상기 전해액 내에서 바람직하게는 0.7 mol% 내지 1.6 mol%, 더욱 바람직하게는 0.8 mol% 내지 1.5 mol%로 포함될 수 있다.When the lithium salt is dissolved in the electrolyte solution, the lithium salt functions as a source of lithium ions in the lithium secondary battery and can promote the movement of lithium ions between the positive electrode and the negative electrode. Accordingly, the lithium salt is preferably included in a concentration of about 0.6 mol% to 2 mol% in the electrolyte solution. When the concentration of the lithium salt is less than 0.6 mol%, the conductivity of the electrolyte may be lowered, resulting in deterioration in electrolyte performance, and when the concentration exceeds 2 mol%, the viscosity of the electrolyte may increase and mobility of lithium ions may be reduced. Considering the conductivity of the electrolyte and the mobility of lithium ions, the lithium salt may be included in the electrolyte in an amount of preferably 0.7 mol% to 1.6 mol%, more preferably 0.8 mol% to 1.5 mol%.

본 발명의 전해액은 일례로 상기 제1 및 제2 첨가제 외에도, 전지의 수명특성 향상, 전지 용량 감소 억제, 전지의 방전 용량 향상 등을 목적으로 일반적으로 전해액에 사용될 수 있는 첨가제(이하, 기타 첨가제라 함)를 더 포함할 수 있다.In addition to the first and second additives, the electrolyte solution of the present invention is an additive (hereinafter referred to as other additives) that can be generally used in the electrolyte solution for the purpose of improving lifespan characteristics of a battery, suppressing battery capacity decrease, and improving discharge capacity of a battery. ) may be further included.

상기 기타 첨가제 성분으로서 바람직한 구체예로는 Succinic anhydride, Tetravinyl silane, Hexamethylenetetramine, 1,1,2,2-tetrafluoroethyl 2,2,2-trifluoroethyl ether, 1,2-bis((difluorophosphaneyl)oxy)ethane, 1,3,6-Hexanetricarbonitrile, 1-Ethyl-3-methylimidazolium dicyanamide, Trimethoxyboroxine, Lithium Bis(oxaleto)borate, Lithium DiFluro(Oxalato) Borate, Tris(trimethylsilyl) borate, Lithium Tetrafluoroborate, Triisopropyl borate, Diethyl (difluoromethyl)phosphonate, Tris(trimethylsilyl) Phosphite, Tripropagyl phosphate, 2,4,8,10-Tetraoxa-3,9-dithiaspiro[5.5]undecane 3,3,9,9-tetraoxide, Dimethyl sulfate, Ethylene dimethanesulfonate, methylene methyl disulfonate, Lithium bis(fluorosulfonyl)imide, 3-Fluoro-1,3-propansulton, 1-propene-1,3-sultone, 1,3-propylene sulfate, 1,4-Butane sultone, Sulfolene, Biphenyl, Cyclo Hexyl Benzene, 4-Fluorotoluene, Triphenyl phosphate, Fluoro benzene 및 2-fluoro-biphenyl로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. Preferable specific examples of the other additive components include Succinic anhydride, Tetravinyl silane, Hexamethylenetetramine, 1,1,2,2-tetrafluoroethyl 2,2,2-trifluoroethyl ether, 1,2-bis((difluorophosphaneyl)oxy)ethane, 1 ,3,6-Hexanetricarbonitrile, 1-Ethyl-3-methylimidazolium dicyanamide, Trimethoxyboroxine, Lithium Bis(oxaleto)borate, Lithium DiFluro(Oxalato) Borate, Tris(trimethylsilyl) borate, Lithium Tetrafluoroborate, Triisopropyl borate, Diethyl (difluoromethyl)phosphonate, Tris(trimethylsilyl) Phosphite, Tripropagyl phosphate, 2,4,8,10-Tetraoxa-3,9-dithiaspiro[5.5]undecane 3,3,9,9-tetraoxide, Dimethyl sulfate, Ethylene dimethanesulfonate, methylene methyl disulfonate, Lithium bis (fluorosulfonyl)imide, 3-Fluoro-1,3-propansulton, 1-propene-1,3-sultone, 1,3-propylene sulfate, 1,4-Butane sultone, Sulfolene, Biphenyl, Cyclo Hexyl Benzene, 4-Fluorotoluene , triphenyl phosphate, fluoro benzene, and 2-fluoro-biphenyl may be one or more selected from the group consisting of.

상기 기타 첨가제는 바람직하게는 전해액 총 중량에 0.3 내지 1.5 중량%, 바람직하게는 0.5 내지 1.2 중량%로 포함될 수 있고, 이 경우 전지의 저온 특성 및 사이클 특성의 개선 효과 측면에서 바람직하다.The other additives may be preferably included in an amount of 0.3 to 1.5% by weight, preferably 0.5 to 1.2% by weight, based on the total weight of the electrolyte, and in this case, it is preferable in terms of improving low-temperature characteristics and cycle characteristics of the battery.

본 발명의 이차전지는 음극, 양극. 상기 음극과 양극 사이에 개재된 분리막, 및 상기 전해액을 포함하는 것을 특징으로 한다.The secondary battery of the present invention includes a negative electrode and a positive electrode. It is characterized in that it comprises a separator interposed between the negative electrode and the positive electrode, and the electrolyte solution.

상기 양극은 일례로 양극 활물질, 바인더 및 선택적으로 도전제를 혼합하여 양극 활물질층 형성용 조성물을 제조한 후, 이를 알루미늄 호일 등의 양극 전류 집전체에 도포하여 제조할 수 있다.For example, the cathode may be prepared by preparing a composition for forming a cathode active material layer by mixing a cathode active material, a binder, and optionally a conductive agent, and then applying the composition to a cathode current collector such as aluminum foil.

상기 양극 활물질은 일례로 리튬 이차전지에 사용되는 통상의 NCM(리튬 니켈 망간 코발트 산화물) 양극 활물질을 사용할 수 있고, 바람직하게는 화학식 Li[NixCo1-x-yMny]O2(여기서 0<x<0.5, 0<y<0.5) 형태의 리튬 복합금속 산화물일 수 있으며, 구체적인 예로 LiNiMnCoO2일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.For example, the cathode active material may be a conventional NCM (lithium nickel manganese cobalt oxide) cathode active material used in a lithium secondary battery, and preferably has the chemical formula Li[NixCo 1-xy Mn y ]O 2 (where 0<x< It may be a lithium composite metal oxide in the form of 0.5, 0<y<0.5), and as a specific example, it may be LiNiMnCoO 2 , but is not limited thereto.

상기 리튬 복합금속 산화물의 화학식 Li[NixCo1-x-yMny]O2의 변수 x, y는 일례로 0.0001<x<0.5, 0.0001<y<0.5, 또는 0.001<x<0.3, 0.001<y<0.3일 수 있다.The variables x and y of the formula Li[NixCo 1-xy Mn y ]O 2 of the lithium composite metal oxide are, for example, 0.0001<x<0.5, 0.0001<y<0.5, or 0.001<x<0.3, 0.001<y<0.3 can be

상기 양극 활물질은 다른 예로 리튬의 가역적인 인터칼레이션(intercalation) 및 디인터칼레이션(de intercalation)이 가능한 화합물(리티에이티드 인터칼레이션 화합물)을 사용할 수 있다.As another example, a compound capable of reversible intercalation and deintercalation of lithium (lithiated intercalation compound) may be used as the cathode active material.

상기 화합물 중에서도 전지의 용량 특성 및 안정성을 높일 수 있다는 점에서 LiCoO2, LiMnO2, LiMn2O4, LiNiO2,LiNixMn(1-x)O2(단, 0<x<1), 및 LiM1xM2yO2(단, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1, M1 및 M2는 각각 독립적으로 Al, Sr, Mg 및 La로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이다)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이 바람직하다.Among the above compounds, LiCoO 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNiO 2 , LiNi x Mn (1-x) O 2 (where 0<x<1), and LiM1 x M2 y O 2 (where, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1, M1 and M2 are each independently selected from the group consisting of Al, Sr, Mg and La ) At least one selected from the group consisting of is preferred.

상기 음극은 일례로 음극 활물질, 바인더 및 선택적으로 도전제를 혼합하여 음극 활물질층 형성용 조성물을 제조한 후, 이를 구리 포일 등의 음극 전류 집전체에 도포하여 제조할 수 있다.For example, the negative electrode may be prepared by preparing a composition for forming a negative electrode active material layer by mixing a negative electrode active material, a binder, and optionally a conductive agent, and then applying the composition to a negative electrode current collector such as copper foil.

상기 음극 활물질로는 일례로 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물을 사용할 수 있다.As the negative electrode active material, for example, a compound capable of reversible intercalation and deintercalation of lithium may be used.

상기 음극 활물질의 구체적인 예로는 인조흑연, 천연흑연, 흑연화 탄소섬유, 비정질탄소 등의 탄소질 재료일 수 있다. 또한, 상기 탄소질 재료 이외에, 리튬과 합금화가 가능한 금속질 화합물, 또는 금속질 화합물과 탄소질 재료를 포함하는 복합물도 음극 활물질로 사용할 수 있고, 일례로 그라파이트(graphite)일 수 있다.Specific examples of the negative electrode active material may be a carbonaceous material such as artificial graphite, natural graphite, graphitized carbon fiber, or amorphous carbon. In addition to the carbonaceous material, a metallic compound capable of alloying with lithium or a composite including a metallic compound and a carbonaceous material may also be used as an anode active material, and for example, graphite may be used.

상기 리튬과 합금화가 가능한 금속으로는, 일례로 Si, Al, Sn, Pb, Zn, Bi, In, Mg, Ga, Cd, Si합금, Sn합금 또는 Al합금 중 적어도 어느 하나가 사용될 수 있다.As the metal capable of alloying with lithium, for example, at least one of Si, Al, Sn, Pb, Zn, Bi, In, Mg, Ga, Cd, Si alloy, Sn alloy, or Al alloy may be used.

또한, 상기 음극 활물질로서 금속 리튬 박막을 사용할 수도 있다. 상기 음극 활물질로는 안정성이 높다는 면에서 결정질 탄소, 비결정질 탄소, 탄소 복합체, 리튬 금속 및 리튬을 포함하는 합금으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.In addition, a metal lithium thin film may be used as the anode active material. As the negative electrode active material, one or more selected from the group consisting of crystalline carbon, amorphous carbon, carbon composites, lithium metal, and lithium-containing alloys may be used in view of high stability.

본 발명의 이차전지는, 상기 제1 및 제2 첨가제를 첨가함으로써, 종래의 전해액 첨가제만을 첨가하였을 때에 비하여 HPPC(Hybrid Pulse Power Characterization)법에 의해 측정되는 전지 충전 저항, 출력 특성, 45℃ 이상의 고온에서 용량 회복 특성 및 수명 특성 등 전지 특성 개선 효과가 더욱 향상되는 효과가 있다.In the secondary battery of the present invention, by adding the first and second additives, the battery charging resistance, output characteristics, and high temperature of 45 ° C. or higher measured by HPPC (Hybrid Pulse Power Characterization) method are higher than when only the conventional electrolyte solution additive is added. There is an effect of further improving the effect of improving battery characteristics such as capacity recovery characteristics and life characteristics.

구체적인 일례로, 본 발명의 이차전지는, 60℃에서 측정된 HPPC 충전 저항 값이 50 mΩ 이하일 수 있고, 바람직하게는 48 mΩ 이하, 더욱 바람직하게는 45 mΩ 이하, 가장 바람직하게는 43 mΩ 이하일 수 있다. 또한, 상기 이차전지는 60℃에서 회복 용량이 805 mAh 이상, 바람직하게는 810 mAh 이상, 더욱 바람직하게는 815 mAh 이상일 수 있다. 상기 이차전지의 45℃에서 수명 유지 효율은 80% 이상일 수 있고, 바람직하게는 85% 이상, 더욱 바람직하게는 87% 이상일 수 있다.As a specific example, the secondary battery of the present invention may have an HPPC charging resistance value measured at 60 ° C. of 50 mΩ or less, preferably 48 mΩ or less, more preferably 45 mΩ or less, and most preferably 43 mΩ or less. there is. In addition, the secondary battery may have a recovery capacity of 805 mAh or more, preferably 810 mAh or more, and more preferably 815 mAh or more at 60 °C. The life maintenance efficiency of the secondary battery at 45° C. may be 80% or more, preferably 85% or more, and more preferably 87% or more.

상기 60℃에서 측정된 HPPC 충전 저항 값은 구체적인 일례로 상기 이차전지를 완충된 상태로 60℃에서 5시간 동안 방치한 후 측정된 전지의 저항값으로 나타낼 수 있다.As a specific example, the HPPC charging resistance value measured at 60° C. may be expressed as a resistance value of the battery measured after the secondary battery is left at 60° C. for 5 hours in a fully charged state.

상기 60℃에서의 회복 용량은 구체적인 일례로 상기 이차전지를 상온(25℃)에서 충방전시켜 초기 방전용량을 측정하고 다시 동일한 조건으로 충전시킨 다음, 60℃에서 4주간 보관한 후, 다시 상온에서 방전시켰을 때 측정된 잔존 용량으로 나타낼 수 있다.As a specific example, the recovery capacity at 60 ° C. is measured by charging and discharging the secondary battery at room temperature (25 ° C.) to measure the initial discharge capacity, charging it again under the same conditions, storing it at 60 ° C. for 4 weeks, and then at room temperature again. It can be expressed as the measured residual capacity when discharged.

상기 45℃에서 수명 유지 효율 구체적인 일례로 상기 이차전지를 45℃에서 충전 및 방전을 300 사이클 반복하여, 초기 방전용량에 대한 300 사이클 반복 후의 방전용량을 퍼센티지(%) 값으로 나타낼 수 있다.As a specific example of the life maintenance efficiency at 45 ° C., the secondary battery is charged and discharged 300 cycles at 45 ° C., and the discharge capacity after 300 cycles of the initial discharge capacity is expressed as a percentage (%) value.

본 기재에서, HPPC 충전 저항 값은, “Battery test manual for plug-in hybrid electric vehicles,” (2010, Idaho National Laboratory for the U.S. Department of Energy.) 문헌에서 규정된 방식에 의해 측정될 수 있는 것으로, 전지 출력 등 전지의 특성을 나타내는 중요한 지표이다. 또한 충전 저항이란, 전지의 충전 시 측정되는 저항 값으로, 충전 저항이 낮을수록 에너지 손실이 적어, 충전 속도가 빨라질 수 있고, 전지의 출력이 향상될 수 있다. 본 발명의 이차전지는 HPPC 충전 저항 값이 상기와 같이 낮게 나타나 충전 속도 및 출력이 우수하여, 예를 들어 자동차용 전지로 사용하기에 적합하다.In this disclosure, the HPPC charging resistance value can be measured by the method prescribed in the document “Battery test manual for plug-in hybrid electric vehicles,” (2010, Idaho National Laboratory for the U.S. Department of Energy.), It is an important indicator of battery characteristics such as battery output. In addition, charging resistance is a resistance value measured during charging of the battery, and the lower the charging resistance, the smaller the energy loss, so that the charging speed can be increased and the output of the battery can be improved. The secondary battery of the present invention has a low HPPC charging resistance value as described above, and is excellent in charging speed and output, so it is suitable for use as, for example, an automobile battery.

본 기재에서, 회복 용량은 장시간 방치된 전지의 용량 보존 특성을 나타내는 것으로, 장 시간 방치된 전지를 방전종지전압까지 방전시켰을 때의 방전된 전기 용량과, 상기 방전된 전지를 재충전시키고 다시 방전종지전압까지 방전시켰을 때의 방전된 전기 용량을 각각 측정하여, 상기 두 용량 값을 비교한 것이다. 회복 용량이 높을수록 전지 보존(저장)에 의한 자연 방전량이 적어, 전지의 장기간 보존이 가능함을 의미하며, 특히 전지의 보존 온도가 높을수록 자연 방전 속도가 빨라지므로, 고온에서의 회복 용량이 자동차용 전지에서 매우 중요한 특성이다. 본 발명의 전해액 첨가제를 전해액에 첨가하는 경우, 종래의 첨가제만을 사용했을 때 보다 회복 용량이 5 내지 20% 향상되어, 한 번의 충전으로 더욱 장기간 보관이 가능한 효과가 있다.In the present description, the recovery capacity represents the capacity conservation characteristics of a battery left for a long time, and the discharged electric capacity when the battery left for a long time is discharged to the discharge end voltage, and the discharge end voltage after recharging the discharged battery. The discharged capacitance when discharged to , respectively, is measured, and the two capacitance values are compared. The higher the recovery capacity, the smaller the amount of natural discharge due to battery preservation (storage), which means that the battery can be stored for a long time. In particular, the higher the storage temperature of the battery, the faster the natural discharge rate. This is a very important characteristic in batteries. When the electrolyte solution additive of the present invention is added to the electrolyte solution, the recovery capacity is improved by 5 to 20% compared to the case of using only the conventional additives, and there is an effect that can be stored for a longer period of time with one charge.

따라서, 본 발명의 전지가 전기 자동차용 전지로 사용되는 경우, 자동차의 크기에 따라 중요해지는 출력 개선과, 기후 변화, 운전 중 또는 주차 시에 대부분 일광에 그대로 노출되는 자동차의 특성 상 문제되는 저온 및 고온에서의 성능 개선이 이루어져, 자동차 전지로서 우수한 성능을 나타낼 수 있다.Therefore, when the battery of the present invention is used as a battery for an electric vehicle, improvement in output, which is important depending on the size of the vehicle, climate change, low temperature and Performance improvement at high temperatures is achieved, and thus excellent performance can be exhibited as an automobile battery.

따라서, 본 발명의 실시예들에 따른 전해액 첨가제, 이를 포함하는 전해액을 이차전지에 적용하는 경우, 충전 저항, 출력, 회복 용량 및 수명 효율이 개선되어, 자동차용 이차전지로 사용하기에 적합한 것을 알 수 있다.Therefore, when the electrolyte solution additive according to the embodiments of the present invention and the electrolyte solution containing the same are applied to a secondary battery, it can be seen that the charging resistance, output, recovery capacity and lifetime efficiency are improved, making it suitable for use as a secondary battery for automobiles. can

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.Hereinafter, preferred embodiments are presented to aid understanding of the present invention, but the following examples are merely illustrative of the present invention, and various changes and modifications are possible within the scope and spirit of the present invention. It is obvious to those skilled in the art, It goes without saying that these variations and modifications fall within the scope of the appended claims.

[실시예 : 전지용 전해액의 제조][Example: Preparation of Electrolyte for Battery]

실시예 1Example 1

유기용매로는 EC : EMC : DEC = 3:4:3의 부피비를 갖는 카보네이트계 혼합용매를 사용하고, 리튬염으로는 LiPF6을 1.15 M의 농도로 포함하는 용액에, 전해액 첨가제로 오산화인(P2O5 화합물) 0.05 중량%, 메탄설폰산(Methane sulfonic acid) 0.5 중량% 및 리튬 디플루오로포스페이트(lithium difluorophosphate) 1.0 중량%를 첨가하여 전해액을 제조하였다.As the organic solvent, a carbonate-based mixed solvent having a volume ratio of EC: EMC: DEC = 3:4:3 was used, and as the lithium salt, a solution containing LiPF 6 at a concentration of 1.15 M, phosphorus pentoxide as an electrolyte additive ( An electrolyte solution was prepared by adding 0.05 wt% of P 2 O 5 compound), 0.5 wt% of methane sulfonic acid, and 1.0 wt% of lithium difluorophosphate.

실시예 2Example 2

상기 실시예 1에서, 전해액 첨가제로 P2O5 화합물 0.05 중량%, 메탄설폰산 0.5 중량% 및 비닐렌 카보네이트(Vinylene carbonate) 1.0 중량%를 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.Example 1 was carried out in the same manner as in Example 1, except that 0.05% by weight of the P 2 O 5 compound, 0.5% by weight of methanesulfonic acid, and 1.0% by weight of vinylene carbonate were added as electrolyte additives. .

실시예 3Example 3

상기 실시예 1에서, 전해액 첨가제로 P2O5 화합물 0.05 중량%, 메탄설폰산 0.5 중량% 및 플루오로에틸렌 카보네이트(Fluoroethylene carbonate) 1.0 중량%를 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.In Example 1, the same procedure as in Example 1 was performed except that 0.05% by weight of the P 2 O 5 compound, 0.5% by weight of methanesulfonic acid, and 1.0% by weight of fluoroethylene carbonate were added as electrolyte additives. did

실시예 4Example 4

상기 실시예 1에서, 전해액 첨가제로 P2O5 화합물 0.05 중량%, 메탄설폰산 0.5 중량% 및 1,3-프로판설톤(1,3-propane sultone) 1.0 중량%를 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.In Example 1, except that 0.05 wt% of the P 2 O 5 compound, 0.5 wt% of methanesulfonic acid, and 1.0 wt% of 1,3-propane sultone were added as electrolyte additives. It was carried out in the same way as in Example 1.

실시예 5Example 5

상기 실시예 1에서, 전해액 첨가제로 P2O5 화합물 0.1 중량%, 메탄설폰산 1.0 중량% 및 비닐렌 카보네이트 1.0 중량%를 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.Example 1 was carried out in the same manner as in Example 1, except that 0.1% by weight of the P 2 O 5 compound, 1.0% by weight of methanesulfonic acid, and 1.0% by weight of vinylene carbonate were added as electrolyte additives.

실시예 6Example 6

상기 실시예 1에서, 전해액 첨가제로 P2O5 화합물 0.1 중량%, 메탄설폰산 1.0 중량% 및 리튬 디플루오로포스페이트 1.0 중량%를 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.In Example 1, the P 2 O 5 compound as an electrolyte solution additive 0.1% by weight, 1.0% by weight of methanesulfonic acid and 1.0% by weight of lithium difluorophosphate were added, but the same procedure as in Example 1 was performed.

비교예 1Comparative Example 1

상기 실시예 1에서, 전해액 첨가제로 P2O5 화합물 0.05 중량%, 메탄설폰산 0.5 중량%를 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.Example 1 was carried out in the same manner as in Example 1, except that 0.05% by weight of the P 2 O 5 compound and 0.5% by weight of methanesulfonic acid were added as electrolyte additives.

비교예 2Comparative Example 2

상기 실시예 1에서, 전해액 첨가제로 P2O5 화합물을 0.1 중량% 및 메탄설폰산 1.0 중량%를 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.Example 1 was carried out in the same manner as in Example 1, except that 0.1% by weight of the P 2 O 5 compound and 1.0% by weight of methanesulfonic acid were added as electrolyte additives.

비교예 3Comparative Example 3

상기 실시예 1에서, 전해액 첨가제로 리튬 디플루오로포스페이트 1.0 중량%를 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.Example 1 was carried out in the same manner as in Example 1, except that 1.0% by weight of lithium difluorophosphate was added as an electrolyte solution additive.

비교예 4Comparative Example 4

상기 실시예 1에서, 전해액 첨가제로 리튬 디플루오로포스페이트 1.0 중량% 및 비닐렌 카보네이트 1.0 중량%를 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.Example 1 was carried out in the same manner as in Example 1, except that 1.0% by weight of lithium difluorophosphate and 1.0% by weight of vinylene carbonate were added as electrolyte additives.

비교예 5Comparative Example 5

상기 실시예 1에서, 전해액 첨가제로 리튬 디플루오로포스페이트 1.0 중량%, 비닐렌 카보네이트 1.0 중량% 및 메탄설폰산 1.0 중량%를 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.Example 1 was carried out in the same manner as in Example 1, except that 1.0% by weight of lithium difluorophosphate, 1.0% by weight of vinylene carbonate, and 1.0% by weight of methanesulfonic acid were added as electrolyte additives.

전지의 제조manufacture of batteries

양극 활물질로서 Li(Ni0.5Co0.2Mn0.3)O2 92 중량%, 도전제로 카본 블랙(carbon black) 4 중량%, 바인더로 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVdF) 4 중량%를 용매인 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)에 첨가하여 양극 혼합물 슬러리를 제조하였다. 상기 양극 혼합물 슬러리를 두께가 20㎛ 정도의 양극 집전체인 알루미늄(Al) 박막에 도포하고, 건조하여 양극을 제조한 후, 롤 프레스(roll press)를 실시하여 양극을 제조하였다.92% by weight of Li(Ni 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 )O 2 as a cathode active material, 4% by weight of carbon black as a conductive agent, and 4% by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder were mixed with N-methyl- as a solvent. A positive electrode mixture slurry was prepared by adding 2-pyrrolidone (NMP). The positive electrode mixture slurry was coated on an aluminum (Al) thin film, which is a positive electrode current collector, and dried to have a thickness of about 20 μm, and then a roll press was performed to prepare a positive electrode.

음극 활물질로는 탄소 분말, 바인더로 PVdF, 도전제로 카본 블랙(carbon black)을 각각 96 중량%, 3 중량% 및 1 중량%로 하여 용매인 NMP에 첨가하여 음극 혼합물 슬러리를 제조하였다. 상기 음극 혼합물 슬러리를 두께가 10㎛의 음극 집전체인 구리(Cu) 박막에 도포하고, 건조하여 음극을 제조한 후, 롤 프레스(roll press)를 실시하여 음극을 제조하였다.An anode mixture slurry was prepared by adding 96% by weight, 3% by weight, and 1% by weight of carbon powder as an anode active material, PVdF as a binder, and carbon black as a conductive agent to NMP as a solvent. The negative electrode mixture slurry was coated on a copper (Cu) thin film as a negative electrode current collector having a thickness of 10 μm, dried to prepare a negative electrode, and then rolled pressed to prepare a negative electrode.

상기와 같이 제조된 양극과 음극을 폴리프로필렌/폴리에틸렌/폴리프로필렌 (PP/PE/PP) 3층으로 이루어진 분리막과 함께 통상적인 방법으로 파우치형 전지를 제작 후, 상기 실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 5에서 제조된 전해액을 주액하여 리튬 이차 전지의 제조를 완성하였다.After preparing the positive electrode and the negative electrode prepared as described above with a separator composed of three layers of polypropylene / polyethylene / polypropylene (PP / PE / PP) in a conventional method, a pouch-type battery was prepared, and the Examples 1 to 6 and Comparative Examples The preparation of the lithium secondary battery was completed by injecting the electrolyte solution prepared in 1 to 5.

시험예test example

상기에서 제조된 각 이차전지의 성능을 평가하기 위해 하기의 방법으로 성능을 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 정리하여 나타내었다In order to evaluate the performance of each secondary battery prepared above, the performance was evaluated by the following method, and the results are summarized in Table 1 below.

[HPPC 충전 저항 평가][HPPC charging resistance evaluation]

"Battery test manual for plug-in hybrid electric vehicles," (2010, Idaho National Laboratory for the U.S. Department of Energy.) 문헌에서 규정된 방식에 의해 측정하였다.It was measured by the method prescribed in the literature "Battery test manual for plug-in hybrid electric vehicles," (2010, Idaho National Laboratory for the U.S. Department of Energy.).

SOC 100%로 완충시킨 상태의 이차전지를 60℃에서 5시간 동안 방치한 후, 측정 전압값, C-rate에 해당하는 충방전 전류값, 전류 변화량(△I), 방전 전압 변화량(△V), 충전 전압 변화량(△V), 방전 저항, 충전 저항을 측정하여, C-rate별로 충방전 전류를 일정 시간동안 짧게 흘려주어 전류 및 전압 변화량으로 얻은 기울기값으로 저항값을 계산하였다.After the secondary battery fully charged with 100% SOC was left at 60°C for 5 hours, the measured voltage value, the charge/discharge current value corresponding to the C-rate, the current change (ΔI), and the discharge voltage change (ΔV) , charge voltage change (ΔV), discharge resistance, and charge resistance were measured, and the charge/discharge current was briefly flowed for a certain period of time for each C-rate, and the resistance value was calculated with the slope obtained from the current and voltage change.

[고온 회복 용량 평가][Evaluation of high temperature recovery capacity]

충전 조건은 정전류 1.0C 및 전압 4.2V에서 충전전류가 1/10C가 될 때까지 충전하였다. 방전 조건은 1.0C의 정전류로 3.0V까지 방전에 의해 충방전을 시행한 후, 방전용량을 측정하였다.The charging conditions were charged until the charging current became 1/10C at a constant current of 1.0C and a voltage of 4.2V. Discharge conditions were performed by charging and discharging by discharging up to 3.0V at a constant current of 1.0C, and then the discharge capacity was measured.

동일한 충방전 조건으로 충전 후 60℃의 항온조에서 4주간 보관 후, 25℃의 실온 조건에서 방전 전압 3V까지 방전시킨 후 잔존 용량을 측정하였다. 이후 동일한 충방전 조건으로 100회 실시 후 회복 용량을 측정하여 이의 평균 값을 계산하였다.After charging under the same charging/discharging conditions, storing in a thermostat at 60° C. for 4 weeks, discharging to a discharge voltage of 3V at room temperature at 25° C., the remaining capacity was measured. Thereafter, the recovery capacity was measured after 100 cycles under the same charging and discharging conditions, and the average value thereof was calculated.

[고온 수명 평가] [High temperature life evaluation]

상기 이차전지를 45℃에서 1C rate의 전류로 전압이 4.20V(vs. Li)에 이를 때까지 정전류 충전하고, 이어서 정전압 모드에서 4.20V를 유지하면서 0.05C rate의 전류에서 컷오프(cut-off)하였다. 이어서, 방전시에 전압이 3.0V(vs. Li)에 이를 때까지 1C rate의 정전류로 방전하였다(1st 사이클). 상기와 같은 사이클을 300회 반복하여 이의 평균 값을 계산하였다The secondary battery is charged with a constant current at 45° C. at a current of 1C rate until the voltage reaches 4.20V (vs. Li), and then cut-off at a current of 0.05C rate while maintaining 4.20V in constant voltage mode. did Subsequently, the discharge was performed at a constant current at a rate of 1C until the voltage reached 3.0V (vs. Li) during discharge (1st cycle). The above cycle was repeated 300 times and the average value thereof was calculated.

구분division 첨가제(중량%)Additives (% by weight) HPPC 충전저항HPPC charging resistance
(mΩ)(mΩ)
회복 용량recovery capacity
(mAh)(mAh)
수명 효율lifetime efficiency
(%)(%)
제1 첨가제1st additive 제2 첨가제2nd additive 실시예 1Example 1 P2O5
(0.05)
P 2 O 5
(0.05)
Methane sulfonic acid
(0.5)
Methane sulfonic acid
(0.5)
lithium difluorophosphate
(1.0)
lithium difluorophosphate
(1.0)
41.141.1 816.3816.3 88.188.1
실시예 2Example 2 P2O5
(0.05)
P 2 O 5
(0.05)
Methane sulfonic acid
(0.5)
Methane sulfonic acid
(0.5)
Vinylene carbonate
(1.0)
Vinylene carbonate
(1.0)
42.842.8 825.6825.6 88.588.5
실시예 3Example 3 P2O5
(0.05)
P 2 O 5
(0.05)
Methane sulfonic acid
(0.5)
Methane sulfonic acid
(0.5)
Fluoroethylene carbonate
(1.0)
Fluoroethylene carbonate
(1.0)
40.340.3 826.4826.4 88.888.8
실시예 4Example 4 P2O5
(0.05)
P 2 O 5
(0.05)
Methane sulfonic acid
(0.5)
Methane sulfonic acid
(0.5)
1,3-propane sultone
(1.0)
1,3-propane sultone
(1.0)
42.842.8 836.5836.5 87.987.9
실시예 5Example 5 P2O5
(0.1)
P 2 O 5
(0.1)
Methane sulfonic acid
(1.0)
Methane sulfonic acid
(1.0)
Vinylene carbonate
(1.0)
Vinylene carbonate
(1.0)
39.339.3 832.5832.5 89.189.1
실시예 6Example 6 P2O5
(0.1)
P 2 O 5
(0.1)
Methane sulfonic acid
(1.0)
Methane sulfonic acid
(1.0)
lithium difluorophosphate
(1.0)
lithium difluorophosphate
(1.0)
41.041.0 830.6830.6 86.386.3
비교예 1Comparative Example 1 P2O5
(0.05)
P 2 O 5
(0.05)
Methane sulfonic acid
(0.5)
Methane sulfonic acid
(0.5)
-- 52.652.6 749.3749.3 81.381.3
비교예 2Comparative Example 2 P2O5
(0.1)
P 2 O 5
(0.1)
Methane sulfonic acid
(1.0)
Methane sulfonic acid
(1.0)
-- 58.458.4 723.8723.8 80.680.6
비교예 3Comparative Example 3 -- -- lithium difluorophosphate
(1.0)
lithium difluorophosphate
(1.0)
65.765.7 780.5780.5 84.284.2
비교예 4Comparative Example 4 -- -- lithium difluorophosphate (1.0)
Vinylene carbonate (1.0)
lithium difluorophosphate (1.0)
Vinylene carbonate (1.0)
53.353.3 805.1805.1 82.482.4
비교예 5Comparative Example 5 -- Methane sulfonic acid
(1.0)
Methane sulfonic acid
(1.0)
lithium difluorophosphate (1.0)
Vinylene carbonate (1.0)
lithium difluorophosphate (1.0)
Vinylene carbonate (1.0)
70.570.5 764.2764.2 80.580.5

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 6의 전해액을 포함하는 이차전지의 경우, 충전저항은 39.3 내지 42.8 mΩ이고, 고온 회복 용량은 816.3 내지 830.6 mAh이며, 고온 수명 효율은 86.3 내지 89.1%로 나타난 반면, 본 발명을 벗어나는 비교예 1 내지 5의 경우에는 상기 실시예 1 내지 6에 비하여 충전저항은 최소 약 10 mΩ 이상 높고, 고온 회복 용량은 최소 약 11 mAh 이상 낮으며, 고온 수명 효율은 최소 약 2% 이상 낮게 나타났다.As shown in Table 1, in the case of the secondary battery including the electrolytes of Examples 1 to 6 according to the present invention, the charging resistance is 39.3 to 42.8 mΩ, the high-temperature recovery capacity is 816.3 to 830.6 mAh, and the high-temperature life efficiency is While 86.3 to 89.1%, in the case of Comparative Examples 1 to 5 outside the present invention, the charging resistance is at least about 10 mΩ higher than that of Examples 1 to 6, and the high-temperature recovery capacity is at least about 11 mAh or lower, The high-temperature lifetime efficiency was lowered by at least about 2%.

따라서, 본 발명의 전해액은 이차전지의 충전 효율 및 출력을 향상시키고, 고온에서 장기 보관 효율 및 용량 유지율을 개선시키는 효과가 있음을 확인할 수 있었다.Therefore, it was confirmed that the electrolyte solution of the present invention has an effect of improving the charging efficiency and output of the secondary battery, and improving the long-term storage efficiency and capacity retention rate at high temperatures.

Claims (13)

유기용매;
리튬염;
제1 첨가제; 및
제2 첨가제;를 포함하며,
상기 제1 첨가제는, 제1 첨가제 총 100 중량%를 기준으로 오산화인 1 내지 20 중량% 및 메탄설폰산 80 내지 99 중량%를 포함하는 오산화인 메탄설폰산 용액이고,
상기 제2 첨가제는 비닐렌 카보네이트, 플루오로에틸렌 카보네이트, 리튬 디플루오로포스페이트, 리튬 디플루오로비스(옥살라토)포스페이트, 1,3-프로판설톤, 에틸렌설페이트, 석시노나이트릴 및 비닐에틸렌카보네이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전해액.
organic solvent;
lithium salt;
a first additive; and
A second additive; including,
The first additive is a phosphorus pentoxide methanesulfonic acid solution containing 1 to 20% by weight of phosphorus pentoxide and 80 to 99% by weight of methanesulfonic acid based on 100% by weight of the total first additive,
The second additive is vinylene carbonate, fluoroethylene carbonate, lithium difluorophosphate, lithium difluorobis (oxalato) phosphate, 1,3-propanesultone, ethylene sulfate, succinonitrile and vinyl ethylene carbonate An electrolyte solution characterized in that it comprises at least one selected from the group consisting of.
제 1항에 있어서,
상기 제1 첨가제는 상기 전해액 총 100 중량%를 기준으로 0.01 내지 10 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 전지용 전해액.
According to claim 1,
The electrolyte solution for a battery, characterized in that the first additive is included in 0.01 to 10% by weight based on 100% by weight of the total electrolyte solution.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제2 첨가제는 상기 전해액 총 100 중량%를 기준으로 0.01 내지 5 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 전지용 전해액.
According to claim 1,
The second additive is an electrolyte solution for a battery, characterized in that contained in 0.01 to 5% by weight based on 100% by weight of the total electrolyte solution.
제1항에 있어서,
상기 유기용매는 에틸렌 카보네이트(EC), 디에틸 카보네이트(DEC), 에틸메틸 카보네이트(EMC), 디메틸 카보네이트(DMC), 프로필렌 카보네이트(PC), 디프로필 카보네이트(DPC), 부틸렌 카보네이트, 메틸프로필 카보네이트, 에틸프로필 카보네이트, 메틸 프로피오네이트(MP), 에틸 프로피오네이트(EP) 및 프로필 프로피오네이트(PP)로 이루어진 군에서 선택된 2종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전해액.
According to claim 1,
The organic solvent is ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), ethylmethyl carbonate (EMC), dimethyl carbonate (DMC), propylene carbonate (PC), dipropyl carbonate (DPC), butylene carbonate, methylpropyl carbonate , Ethylpropyl carbonate, methyl propionate (MP), ethyl propionate (EP) and propyl propionate (PP) characterized in that it comprises two or more selected from the group consisting of electrolyte solution.
제1항에 있어서,
상기 리튬염은 LiPF6 및 LiFSI [Lithium bis(FluoroSulfonyl)Imide]로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전해액.
According to claim 1,
The lithium salt is an electrolyte solution, characterized in that it comprises at least one selected from the group consisting of LiPF 6 and LiFSI [Lithium bis (FluoroSulfonyl) Imide].
제1항에 있어서,
상기 전해액은 리튬염으로 LiF4, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiB10Cl10, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li 및 (CF3SO2)2NLi로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전해액.
According to claim 1,
The electrolyte is a lithium salt, LiF 4 , LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4 , 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 An electrolyte solution comprising at least one selected from the group consisting of SO 3 Li and (CF 3 SO 2 ) 2 NLi.
제1항에 있어서,
상기 제2 첨가제는 리튬 테트라플루오로 옥살라토 포스페이트 및 리튬 트리옥살라토 포스페이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전해액.
According to claim 1,
The electrolyte solution, characterized in that the second additive further comprises at least one selected from the group consisting of lithium tetrafluoro oxalato phosphate and lithium trioxalato phosphate.
음극, 양극, 상기 음극과 양극 사이에 개재된 분리막 및 전해액을 포함하는 이차전지로서,
상기 전해액은 제1항, 제2항 및 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항의 전해액인 것을 특징으로 하는 이차전지.
A secondary battery comprising a negative electrode, a positive electrode, a separator interposed between the negative electrode and the positive electrode, and an electrolyte solution,
The electrolyte solution is a secondary battery, characterized in that the electrolyte solution of any one of claims 1, 2 and 4 to 8.
제9항에 있어서,
상기 이차전지는, 60℃에서 HPPC (Hybrid Pulse Power Characterization) 충전 저항 값이 50 mΩ 이하인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
According to claim 9,
The secondary battery is a lithium secondary battery, characterized in that HPPC (Hybrid Pulse Power Characterization) charging resistance value is 50 mΩ or less at 60 ℃.
제9항에 있어서,
상기 이차전지는, 60℃에서 회복용량이 805 mAh 이상인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
According to claim 9,
The secondary battery, a lithium secondary battery, characterized in that the recovery capacity at 60 ℃ 805 mAh or more.
제9항에 있어서,
상기 이차전지는, 45℃에서 수명 유지 효율이 80% 이상인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
According to claim 9,
The secondary battery, the lithium secondary battery, characterized in that the life maintenance efficiency at 45 ℃ 80% or more.
제9항에 있어서,
상기 이차전지는 자동차용 전지인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
According to claim 9,
The secondary battery is a lithium secondary battery, characterized in that the vehicle battery.
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