KR20040065152A - Non aqueous electrolyte and rechargeable lithium battery - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: Provided are a nonaqueous electrolyte having excellent thermal stability and lithium ion conductivity, and a lithium secondary battery having excellent stability at high temperature and high charge/discharge rates. CONSTITUTION: The nonaqueous electrolyte comprises a polyether-modified silicon oil having a structure represented by formula 1 or 2, a cyclic carbonate, and a solute, wherein the structure of the polyether-modified silicon oil has a polyether chain connected to end of linear polysiloxane chain. In the formulas, k is 0-10, m is a natural number of 2-4, n is a natural number of 1-4, each of R1 to R7 is hydrogen or C1-C5 alkyl group, Z is CH3 or C2H5. The polyether-modified silicon oil has a viscosity of less than 10 cSt at 25 deg.C.

Description

비수 전해액 및 리튬 이차 전지{NON AQUEOUS ELECTROLYTE AND RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY}Non-aqueous electrolyte and lithium secondary battery {NON AQUEOUS ELECTROLYTE AND RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY}

[산업상 이용 분야][Industrial use]

본 발명은 비수 전해액 및 리튬 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열적 안정성이 우수하고 리튬 이온 전도성이 우수한 비수 전해액 및 리튬 이차 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a nonaqueous electrolyte and a lithium secondary battery, and more particularly, to a nonaqueous electrolyte and a lithium secondary battery having excellent thermal stability and excellent lithium ion conductivity.

[종래 기술][Prior art]

종래 리튬 이차 전지용 비수 전해액으로는 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트 등의 환상 에스테르, 디메틸 카보네이트, 프로피온산 에테르 등의 직쇄상 에스테르와 테트라하이드로퓨란 등의 환상 에테르를 혼합한 혼합물이 사용되고 있다. 그러나 직쇄상 에스테르와 환상 에테르는 인화점이 낮아 이를 수십 부피%의 비율로 포함하는 종래 비수 전해액은 열적 안정성 면에서 문제가 있다. 따라서 최근에는 일본 특허 공개 평 8-78053 호, 평 11-213042 호 및 2000-581123 호에 기재된 것과 같이, 열적 안정성이 우수하면서도 환경 친화성이 우수한 전해액으로 실리콘 오일류를 용매로 사용한 전해액에 제안되고 있다.Conventionally, the mixture which mixed cyclic ether, such as cyclic ester, such as ethylene carbonate and propylene carbonate, dimethyl carbonate, and propionic acid, and cyclic ether, such as tetrahydrofuran, is used as a non-aqueous electrolyte solution for lithium secondary batteries. However, the linear non-aqueous electrolyte containing a linear ester and a cyclic ether having a low flash point at a ratio of several tens of volume% has a problem in terms of thermal stability. Therefore, recently, as described in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 8-78053, 11-213042 and 2000-581123, an electrolyte solution having excellent thermal stability and excellent environmental friendliness has been proposed for an electrolyte solution using silicone oils as a solvent. .

그러나 상기 문헌에 기재된 실리콘 오일류는 열적 안정성은 우수하나, 리튬 이차 전지의 전해액으로 사용하는 경우에 이온 전도성이 충분하지 않은 문제가 있다.However, the silicone oils described in the above document have excellent thermal stability, but there is a problem that the ion conductivity is insufficient when used as an electrolyte solution of a lithium secondary battery.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 열적 안정성이 우수하고, 또한 리튬 이온 전도성이 우수한 비수 전해액 및 리튬 이차 전지를 제공하는것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a nonaqueous electrolyte and a lithium secondary battery having excellent thermal stability and excellent lithium ion conductivity.

도 1은 음극에 폴리아크릴레이트 화합물 피막을 형성하는 기구의 설명도.1 is an explanatory diagram of a mechanism for forming a polyacrylate compound film on a negative electrode;

도 2는 음극에 아지리딘 화합물 피막을 형성하는 기구의 설명도.2 is an explanatory diagram of a mechanism for forming an aziridine compound film on a cathode;

도 3은 음극에 폴리아크릴레이트 화합물 및 아지리딘 화합물 피막을 형성하는 기구의 설명도.3 is an explanatory diagram of a mechanism for forming a polyacrylate compound and an aziridine compound film on a negative electrode;

도 4는 시험예 1 내지 5의 리튬 이차 전지의 방전 곡선을 나타내는 그래프.4 is a graph showing discharge curves of the lithium secondary batteries of Test Examples 1 to 5;

도 5는 시험예 2, 4, 및 6 내지 9의 리튬 이차 전지의 방전 곡선을 나타내는 그래프.5 is a graph showing discharge curves of the lithium secondary batteries of Test Examples 2, 4, and 6 to 9;

도 6은 실시예 1 내지 4 및 비교예 1의 리튬 이차 전지의 방전 전류와 방전 용량과의 관계를 나타낸 그래프.6 is a graph showing the relationship between discharge current and discharge capacity of the lithium secondary batteries of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1. FIG.

도 7은 비교예 1 내지 3의 리튬 이차 전지의 방전 전류와 방전 용량과의 관계를 나타낸 그래프.7 is a graph showing a relationship between discharge current and discharge capacity of the lithium secondary batteries of Comparative Examples 1 to 3. FIG.

도 8은 실시예 3 내지 4 및 비교예 1, 3의 리튬 이차 전지의 사이클 수와 방전 용량과의 관계를 나타낸 그래프.8 is a graph showing the relationship between the cycle number and discharge capacity of the lithium secondary batteries of Examples 3 to 4 and Comparative Examples 1 and 3. FIG.

도 9는 실시예 1, 4 및 비교예 1의 리튬 이차 전지의 방전 전류와 방전 용량과의 관계를 나타낸 그래프.9 is a graph showing the relationship between the discharge current and the discharge capacity of the lithium secondary batteries of Examples 1 and 4 and Comparative Example 1. FIG.

도 10은 실시예 1의 비수 전해액을 사용한 경우의 초기 충전시 반응 메커니즘을 설명하는 모식도.10 is a schematic diagram illustrating a reaction mechanism during initial charging when the nonaqueous electrolyte solution of Example 1 is used.

도 11은 실시예 5의 비수 전해액을 사용한 경우의 초기 충전시 반응 메커니즘을 설명하는 모식도.11 is a schematic diagram illustrating a reaction mechanism during initial charging when a nonaqueous electrolyte solution of Example 5 is used.

도 12는 본 발명의 실시예 6 내지 11의 리튬 이차 전지의 방전 전류와 방전 용량과의 관계를 나타낸 그래프.12 is a graph showing a relationship between discharge current and discharge capacity of the lithium secondary batteries of Examples 6 to 11 of the present invention.

도 13은 본 발명의 실시예 6 내지 11의 리튬 이차 전지의 사이클수와 방전 용량과의 관계를 나타낸 그래프.13 is a graph showing the relationship between the cycle number and discharge capacity of the lithium secondary batteries of Examples 6 to 11 of the present invention.

도 14는 본 발명의 실시예 6의 리튬 이차 전지의 초충전시에 충전 전압에 대한 쿨롱 효율의 프로파일을 표시한 그래프.14 is a graph showing a profile of the coulombic efficiency with respect to the charging voltage during supercharge of the lithium secondary battery of Example 6 of the present invention.

도 15는 본 발명의 실시예 7의 리튬 이차 전지의 초충전시에 충전 전압에 대한 쿨롱 효율의 프로파일을 표시한 그래프.FIG. 15 is a graph showing a profile of coulombic efficiency with respect to charging voltage during supercharging of the lithium secondary battery of Example 7 of the present invention; FIG.

도 16은 본 발명의 실시예 8의 리튬 이차 전지의 초충전시에 충전 전압에 대한 쿨롱 효율의 프로파일을 표시한 그래프.FIG. 16 is a graph showing a profile of coulombic efficiency with respect to charging voltage during supercharge of the lithium secondary battery of Example 8 of the present invention. FIG.

도 17은 본 발명의 실시예 9의 리튬 이차 전지의 초충전시에 충전 전압에 대한 쿨롱 효율의 프로파일을 표시한 그래프.FIG. 17 is a graph showing a profile of coulombic efficiency with respect to charging voltage during supercharging of the lithium secondary battery of Example 9 of the present invention; FIG.

도 18은 본 발명의 실시예 10 및 실시예 11의 리튬 이차 전지의 초충전시에 충전 전압에 대한 쿨롱 효율의 프로파일을 표시한 그래프.18 is a graph showing a profile of coulombic efficiency with respect to charging voltage during supercharge of the lithium secondary batteries of Examples 10 and 11 of the present invention.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 이하의 구성을 채용한다.In order to achieve the above object, the present invention adopts the following configuration.

본 발명의 비수 전해액은 직쇄 폴리실록산 사슬 말단에 폴리에테르 사슬이 결합되어 있는 하기 화학식 1(예를 들면 실시예에서 오일 1) 또는 하기 화학식 2(예를 들면 실시예에서 오일 2)로 표시되는 구조의 폴리에테르 변성 실리콘 유, 환상 카보네이트와 용질을 포함하는 것을 특징으로 한다(예를 들면, 실시예에서 시험예 1 내지 4 및 7 내지 9와 실시예 1 내지 4의 비수 전해액).The nonaqueous electrolyte of the present invention has a structure represented by the following Chemical Formula 1 (for example, Oil 1 in the Examples) or the following Chemical Formula 2 (for example, Oil 2 in the Examples) in which a polyether chain is bonded to a straight polysiloxane chain terminal. It is characterized by containing a polyether modified silicone oil, cyclic carbonate, and a solute (for example, the nonaqueous electrolyte solution of Test Examples 1-4, 7-9, and Examples 1-4 in an Example).

[화학식 1][Formula 1]

[화학식 2][Formula 2]

(상기 화학식 1 또는 화학식 2에서, k는 0 내지 10의 범위이고, m은 2 내지4 범위의 자연수이고, n은 1 내지 4 범위의 자연수이고, R1내지 R7은 각각 수소 또는 C1내지 C5의 알킬기이고, 바람직하게는 CH3또는 C2H5이고, Z는 CH3또는 C2H5임).(In Formula 1 or Formula 2, k is in the range of 0 to 10, m is a natural number in the range of 2 to 4, n is a natural number in the range of 1 to 4, R 1 to R 7 are each hydrogen or C 1 to Alkyl group of C 5 , preferably CH 3 or C 2 H 5 , and Z is CH 3 or C 2 H 5 .

상기 화학식 1 또는 화학식 2의 구조를 갖는 폴리에테르 변성 실리콘 유를 포함하면, 열적 안정성이 우수하고 또한 리튬 이온의 이온 전도성이 높은 비수 전해액을 제공할 수 있다.When the polyether modified silicone oil having the structure of Formula 1 or Formula 2 is included, a nonaqueous electrolyte having excellent thermal stability and high ion conductivity of lithium ions may be provided.

또한 본 발명의 비수 전해액에서, 상기 폴리에테르 변성 실리콘 유의 점도가 25℃에서 10cSt 미만으로(예를 들면 실시예에서 오일 1, 2)인 것을 특징으로 한다.In the nonaqueous electrolytic solution of the present invention, the polyether-modified silicone oil has a viscosity of less than 10 cSt (for example, oils 1 and 2 in Examples) at 25 ° C.

이와 같이 상기 폴리에테르 변성 실리콘 유의 점도가 10cSt 미만이므로, 리튬 이온 이동이 원활하게 일어나서 리튬 이온 전도성 저하가 일어나지 않는다.As described above, since the viscosity of the polyether-modified silicone oil is less than 10 cSt, lithium ion migration occurs smoothly, so that lithium ion conductivity does not decrease.

또한 본 발명의 비수 전해액은 상기 폴리에테르 변성 실리콘 유의 인화점이 120℃ 이상(예를 들면, 실시예에서 오일 5, 6, 7)이 바람직하고, 160℃ 이상(예를 들면, 실시예에서 오일 1, 2)인 것이 더욱 바람직하다.In the nonaqueous electrolyte of the present invention, the flash point of the polyether-modified silicone oil is preferably 120 ° C. or more (eg, oils 5, 6, and 7 in the examples), and 160 ° C. or more (eg, oil 1 in the examples). , 2) is more preferable.

상기 폴리에테르 변성 실리콘 유의 인화점이 120℃ 이상이므로 고온에서 인화될 가능성이 낮고, 비수 전해액의 열안정성을 증가시킬 수 있다.Since the flash point of the polyether-modified silicone oil is 120 ° C. or more, the possibility of ignition at high temperatures is low, and the thermal stability of the nonaqueous electrolyte may be increased.

또한 본 발명의 비수 전해액에 있어서는 환상 카보네이트가 첨가되어 있어도 양호하다(예를 들면 실시예에서 실시예 1 내지 4의 비수 전해액).Moreover, in the nonaqueous electrolyte solution of this invention, cyclic carbonate may be added (for example, the nonaqueous electrolyte solution of Examples 1-4 in an Example).

또한 본 발명의 비수 전해액에 있어서는, 불소화 환상 카보네이트가 첨가되어 있어도 좋다(예를 들면, 실시예에서 실시예 10 및 11의 비수 전해액).In the nonaqueous electrolyte of the present invention, fluorinated cyclic carbonate may be added (for example, the nonaqueous electrolyte of Examples 10 and 11 in Examples).

또한 본 발명의 리튬 이차 전지는 양극, 음극과 비수 전해액을 포함하며, 상기 비수 전해액이 직쇄 폴리실록산 사슬 말단에 폴리에테르 사슬이 결합되어 있는 하기 화학식 1(예를 들면 실시예에서 오일 1) 또는 하기 화학식 2(예를 들면, 실시예에서 오일 2)로 표시되는 폴리에테르 변성 실리콘 유, 환상 카보네이트와 용질을 포함하는 것을 특징으로 한다(예를 들면, 실시예에서 시험예 1 내지 4, 7 내지 9 및 실시예 1 내지 4의 리튬 이차 전지).In addition, the lithium secondary battery of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode and a nonaqueous electrolyte, wherein the non-aqueous electrolyte has a polyether chain bonded to a straight chain polysiloxane chain terminal of Formula 1 (for example, Oil 1 in Examples) or the following Formula Polyether modified silicone oil, cyclic carbonate and solute represented by 2 (for example, oil 2 in the examples) (for example, in Examples 1 to 4, 7 to 9 and Lithium secondary batteries of Examples 1 to 4).

[화학식 1][Formula 1]

[화학식 2][Formula 2]

(상기 화학식 1 또는 화학식 2에서, k는 0 내지 10의 범위이고, m은 2 내지 4 범위의 자연수이고, n은 1 내지 4 범위의 자연수이고, R1내지 R7은 각각 수소 또는 C1내지 C5의 알킬기이고, 바람직하게는 각각 CH3또는 C2H5이고, Z는 CH3또는C2H5임).(In Formula 1 or Formula 2, k is in the range of 0 to 10, m is a natural number in the range of 2 to 4, n is a natural number in the range of 1 to 4, R 1 to R 7 are each hydrogen or C 1 to Alkyl group of C 5 , preferably CH 3 or C 2 H 5 , respectively, and Z is CH 3 or C 2 H 5 .

상기 리튬 이차 전지에서 비수 전해액이 상기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 구조를 갖는 폴리에테르 변성 실리콘 유를 포함하므로 비수 전해액의 열안정성 및 이온 전도성이 향상되고 고온에서 안정성이 우수하면서도 고율 충방전이 가능한 리튬 이차 전지를 달성할 수 있다.Since the non-aqueous electrolyte in the lithium secondary battery includes a polyether modified silicone oil having a structure represented by Formula 1 or Formula 2, thermal stability and ion conductivity of the non-aqueous electrolyte are improved, and stability at high temperature and high rate charge / discharge are possible. A lithium secondary battery can be achieved.

또한 본 발명의 리튬 이차 전지는 상기 음극 표면에 폴리아크릴레이트 화합물, 아지리딘 화합물, 불소화 환상 카보네이트 등을 하나 또는 하나 이상 포함하는 피막이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다(예를 들면, 실시예에 있어서 시험예 7 내지 9 및 실시예 3, 4의 리튬 이차 전지).In addition, the lithium secondary battery of the present invention is characterized in that a film containing one or more polyacrylate compounds, aziridine compounds, fluorinated cyclic carbonates, or the like is formed on the surface of the negative electrode (for example, in the test example) Lithium secondary batteries of Examples 7 to 9 and Examples 3 and 4).

음극 표면에 상기 피막이 형성되어 있어 음극 표면에 있어서 폴리에테르 변성 실리콘 유를 포함하는 비수 전해액이 분해될 우려가 없고 리튬 이차 전지의 충방전 용량을 향상시킬 수 있다.Since the coating is formed on the negative electrode surface, there is no fear that the nonaqueous electrolyte containing polyether-modified silicone oil may be decomposed on the negative electrode surface and the charge and discharge capacity of the lithium secondary battery can be improved.

또한 본 발명의 리튬 이차 전지에 있어서, 상기 비수 전해액에 쇄상 카보네이트를 더욱 첨가하는 것도 양호하다(예를 들면, 실시예에 있어서 실시예 1 내지 4의 전해액).In the lithium secondary battery of the present invention, it is also preferable to further add a chain carbonate to the nonaqueous electrolyte (for example, the electrolyte solutions of Examples 1 to 4 in Examples).

또한 본 발명의 리튬 이차 전지에 있어서, 상기 비수 전해액에 불화 환상 카보네이트를 더욱 첨가하는 것도 양호하다(예를 들면, 실시예에 있어서, 실시예 10 및 11의 전해액).In the lithium secondary battery of the present invention, it is also preferable to further add fluorinated cyclic carbonate to the nonaqueous electrolyte (for example, electrolyte solutions of Examples 10 and 11 in Examples).

또한 상기 폴리아크릴레이트 화합물로는 다관능성 아크릴레이트가 바람직하다. 상기 다관능성 아크릴레이트란 세 개 이상의 수산기(-OH)를 갖는 (폴리에스테르)폴리올의 수산기 중, 일부 또는 전부가 (메타)아크릴산 에스테르로 치환되고, (메타)아크릴산 에스테르로 치환되지 않은 나머지 일부 미반응 수산기는 라디칼 반응성이 없는 그룹으로 치환된 폴리(에스테르)(메타)아크릴레이트를 말한다.Moreover, as said polyacrylate compound, polyfunctional acrylate is preferable. The polyfunctional acrylate is a hydroxyl group of the (polyester) polyol having three or more hydroxyl groups (-OH), some or all of which is substituted with a (meth) acrylic acid ester, and some remaining unsubstituted with a (meth) acrylic acid ester Reactive hydroxyl groups refer to poly (ester) (meth) acrylates substituted with groups that are not radically reactive.

상기 아지리딘 화합물로는 하기 화학식 3 내지 6으로 표시되는 구조를 갖는 것을 예시할 수 있다.As said aziridine compound, what has a structure represented by following formula (3-6) can be illustrated.

또한 아지리딘 화합물로 하기 화학식 4로 표시되는 구조식으로 표시되는 화합물, 또는 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물과 하기 화학식 4로 표시되는 화합물(예를 들면 실시예에 있어서 시험예 7 내지 9 및 실시예 3 내지 4의 리튬 이차 전지)의 혼합물도 좋다.In addition, the aziridine compound represented by the structural formula represented by the following formula (4), or the compound represented by the following formula (3) and the compound represented by the following formula (4) (for example, Examples 7 to 9 and Example 3 in Examples And a mixture of lithium secondary batteries of 4 to 4 may be used.

또한 아지리딘 화합물로 하기 화학식 5 내지 6으로 표시되는 것을 포함하는 것도 좋다. 이러한 화합물은 하기 화학식 3 및/또는 화학식 4로 표시되는 것과 동시에 사용하는 것이 바람직하다.In addition, the aziridine compound may include those represented by the following formulas (5) to (6). Such compounds are preferably used simultaneously with the formulas (3) and / or (4).

[화학식 3][Formula 3]

(상기 화학식 3에서, R1은 H, CH3또는 OH이고, R2는 H 또는 CH3이다)(In Formula 3, R 1 is H, CH 3 or OH, R 2 is H or CH 3 )

[화학식 4][Formula 4]

(상기 화학식 4에서, R2는 H 또는 CH3이다)(In Formula 4, R 2 is H or CH 3 )

[화학식 5][Formula 5]

(상기 화학식 5에서, n1은 0 내지 10의 범위가 바람직하다)(In Formula 5, n 1 is preferably in the range of 0 to 10.)

[화학식 6][Formula 6]

(상기 화학식 6에서, n1은 0 내지 10의 범위가 바람직하다)(In Formula 6, n 1 is preferably in the range of 0 to 10.)

이하 본 발명의 실시 형태를 도면을 참조하여 설명한다.Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

본 발명의 리튬 이차 전지는 양극, 음극 및 비수 전해액을 포함하며, 상기 비수 전해액이 직쇄 폴리실록산 사슬 말단에 폴리에테르 사슬이 결합되어 있는 상기 화학식 1 또는 상기 화학식 2로 표시되는 폴리에테르 변성 실리콘 유, 환상 카보네이트 및 용질을 포함하는 것이다. 상기 화학식 1 또는 화학식 2에서, k는 0 내지 10의 범위이고, m은 2 내지 4 범위의 자연수이고, n은 1 내지 4 범위의 자연수이고, R1내지 R7은 각각 수소 또는 C1내지 C5의 알킬기이고, 바람직하게는 각각 CH3또는 C2H5이고, Z는 CH3또는 C2H5이다.The lithium secondary battery of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, and a nonaqueous electrolyte, and the polyether modified silicone oil represented by the formula (1) or the formula (2) in which the polyether chain is bonded to a straight polysiloxane chain terminal is connected to the nonaqueous electrolyte. It includes carbonate and solute. In Chemical Formula 1 or Chemical Formula 2, k is in the range of 0 to 10, m is a natural number in the range of 2 to 4, n is a natural number in the range of 1 to 4, and R 1 to R 7 are each hydrogen or C 1 to C 5 is an alkyl group, preferably CH 3 or C 2 H 5 , and Z is CH 3 or C 2 H 5 .

본 발명에 있어서 비수 전해액은 폴리에테르 변성 실리콘 유와 환상 카보네이트의 혼합 용매에 리튬염(용질)이 용해되어 있는 비수 전해액이다. 또한 이 비수 전해액에 쇄상 카보네이트가 더욱 첨가되어도 양호하다.In the present invention, the nonaqueous electrolyte is a nonaqueous electrolyte in which a lithium salt (solute) is dissolved in a mixed solvent of polyether modified silicone oil and cyclic carbonate. Moreover, you may further add chain carbonate to this nonaqueous electrolyte.

또한 상기 비수 전해액을 폴리머에 함침시킨 겔 전해질을 사용하여도 양호하다. 폴리머로는 PEO, PPO, PAN, PVDF, PMA, PMMA 등의 폴리머 또는 이의 중합체를 사용할 수 있다.It is also possible to use a gel electrolyte in which the nonaqueous electrolyte solution is impregnated with a polymer. As the polymer, a polymer such as PEO, PPO, PAN, PVDF, PMA, PMMA, or a polymer thereof may be used.

폴리에테르 변셩 실리콘 유은 상기 화학식 1에 표시된 직쇄 폴리실록산 사슬(SiR2-O-(SiR2O-)k-SiR2)의 양 말단에 2개의 폴리에테르 사슬(-(CH2)m-O-(C2H4O)n-Z) 이 결합되어 있는 것 또는 상기 화학식 2에 표시된 직쇄 폴리실록산 사슬(SiR3-O-(SiR2O-)k-SiR2)의 한 말단에 1개의 폴리에테르 사슬(-(CH2)m-O-(C2H4O)n-Z) 이 결합되어 있는 것이다. 이들 폴리에테르 변성 실리콘 유는 폴리실록산 사슬을 자기므로 열안정성이 높고 또한 폴리에테르 사슬 중 에테르 결합을 구성하는 산소와 리튬 이온이 용매화되기 때문에 높은 이온 전도도를 나타낸다.The polyether-modified silicone oil contains two polyether chains (-(CH 2 ) m -O- () at both ends of the linear polysiloxane chain (SiR 2 -O- (SiR 2 O-) k -SiR 2 ) represented by Chemical Formula 1 above. C 2 H 4 O) n -Z) is bonded or one polyether chain at one end of the linear polysiloxane chain (SiR 3 -O- (SiR 2 O-) k -SiR 2 ) represented by the formula ( 2 ) (-(CH 2 ) m -O- (C 2 H 4 O) n -Z) is bonded. These polyether-modified silicone oils exhibit high ionic conductivity because they have polysiloxane chains, and thus have high thermal stability and solvate oxygen and lithium ions constituting ether bonds in the polyether chains.

또한 직쇄 폴리실록산 사슬 말단의 한쪽 또는 양쪽에 폴리에테르 사슬이 결합되어 있기 때문에 폴리에테르 변성 실록산 유의 전체 구조가 직쇄상으로 되어 폴리에테르 사슬의 유연성이 향상되어 점도를 저하시킬 수 있다. 이에 따라 비수 전해액의 이온 전도도를 향상시킬 수 있다. 또한 폴리에테르 사슬이 직쇄 폴리실록산 사슬의 어느 한쪽 또는 양쪽에 결합되어 있어 폴리에테르 변성 실록산 유의 점도를 보다 저하시킬 수 있고 비수 전해액의 이온 전도도를 더욱 향상시킬 수 있다.In addition, since the polyether chain is bonded to one or both of the ends of the linear polysiloxane chain, the entire structure of the polyether-modified siloxane oil is linear, thereby improving the flexibility of the polyether chain and lowering the viscosity. Thereby, the ion conductivity of a nonaqueous electrolyte solution can be improved. In addition, since the polyether chain is bonded to one or both of the linear polysiloxane chains, the viscosity of the polyether-modified siloxane oil can be further lowered and the ionic conductivity of the nonaqueous electrolyte can be further improved.

이러한 폴리에테르 변성 실록산 유를 비수 전해액에 첨가함에 따라 비수 전해액의 인화점을 높여 열안정성을 향상시킬 수 있으며 또한 리튬 이온의 이온 전도를 높게 할 수 있다. 또한 폴리에테르 변성 실록산 유를 포함하는 비수 전해액을 리튬 이차 전지의 전해질로서 사용하므로 고온에서 안전성이 우수하고 고율 충방전이 가능한 리튬 이차전지를 구성할 수 있다.By adding such polyether-modified siloxane oil to the nonaqueous electrolyte, the flash point of the nonaqueous electrolyte can be increased to improve thermal stability, and the ion conductivity of lithium ions can be increased. In addition, since the nonaqueous electrolyte containing polyether-modified siloxane oil is used as the electrolyte of the lithium secondary battery, it is possible to construct a lithium secondary battery having excellent safety at high temperature and capable of high rate charge / discharge.

또한 본 실시 형태의 폴리에테르 변성 실리콘 유는 25℃에서 점도가 10cSt 미만인 것이 바람직하다. 점도가 10cSt 미만이면, 비수 전해액의 점도 변화에 크게 영향을 주지 않기 때문에 리튬 이온의 이동에 대한 저항이 크지 않게 된다.Moreover, it is preferable that the polyether modified silicone oil of this embodiment has a viscosity of less than 10 cSt at 25 degreeC. If the viscosity is less than 10 cSt, the change in viscosity of the nonaqueous electrolyte solution is not greatly influenced, so that the resistance to movement of lithium ions is not large.

또한 본 실시 형태의 폴리에테르 변성 실리콘 유는 인화점이 120℃ 이상이 바람직하고, 160℃ 이상이 더욱 바람직하다. 인화점이 120℃ 이상이면 비수 전해액의 인화점을 높게 할 수 있어 비수 전해액의 열안정성을 향상시킬 수 있다.Moreover, as for the polyether modified silicone oil of this embodiment, a flash point of 120 degreeC or more is preferable and 160 degreeC or more is more preferable. If flash point is 120 degreeC or more, the flash point of a nonaqueous electrolyte can be made high, and the thermal stability of a nonaqueous electrolyte can be improved.

또한 상기 화학식 1 및 화학식 2에서, k는 0 내지 10의 범위이고, m은 2 내지 4 범위의 자연수이고, n은 1 내지 4 범위의 자연수이고, R1내지 R7은 각각 수소또는 C1내지 C5의 알킬기이고, 바람직하게는 각각 CH3또는 C2H5이고, Z는 CH3또는 C2H5이다.In addition, in Chemical Formulas 1 and 2, k is in the range of 0 to 10, m is a natural number in the range of 2 to 4, n is a natural number in the range of 1 to 4, and R 1 to R 7 are each hydrogen or C 1 to An alkyl group of C 5 , preferably CH 3 or C 2 H 5 , and Z is CH 3 or C 2 H 5 .

k가 10을 초과하면 열안정성은 향상되나 점도가 높아질 우려가 있고, 리튬 이온의 용매화되는 능력이 저하되어 이온 전도도가 저하되므로 바람직하지 않다.When k exceeds 10, the thermal stability is improved, but the viscosity may be increased, and the ability to solvate lithium ions is lowered, which is not preferable because the ionic conductivity is lowered.

또한 m이 2 미만이면 후술하는 폴리에테르 변성 실리콘 유의 합성이 어렵고, m이 4를 초과하면 점도가 높아져서 결과적으로 이온 전도도가 저하되어 바람직하지 않다.Moreover, when m is less than 2, the synthesis | combination of the polyether modified silicone oil mentioned later is difficult, and when m exceeds 4, a viscosity will become high and as a result, ion conductivity will fall and it is unpreferable.

또한 n이 1 미만(즉 n이 0)이면, 폴리실록산 사슬에 결합되는 폴리에테르 사슬이 거의 없고, 환상 카보네이트와의 상용성이 저하되기 때문에 바람직하지 않고, n이 4를 초과하면 폴리에테르 사슬이 길어져서 점도가 증가되어 이온 전도도가 저하되어 바람직하지 않다.If n is less than 1 (i.e., 0 is 0), there is almost no polyether chain bonded to the polysiloxane chain, and since the compatibility with cyclic carbonate is lowered, it is not preferable. If n exceeds 4, the polyether chain is long. It is unfavorable because it loses viscosity and the ion conductivity falls.

또한, R1내지 R7이 각각 수소 또는 C1내지 C5의 알킬기이고, 바람직하게는 각각 CH3또는 C2H5이고, Z는 CH3또는 C2H5이면, 폴리에테르 변성 실리콘 유의 합성이 용이해진다.Further, when R 1 to R 7 are each hydrogen or an alkyl group of C 1 to C 5 , preferably CH 3 or C 2 H 5 , respectively, and Z is CH 3 or C 2 H 5 , the synthesis of polyether-modified silicone oil This becomes easy.

이어서, 환상 카보네이트로는 예를 들면 에틸렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, γ-부티로락톤 중 1종 이상을 포함하는 것이 바람직하다. 이렇나 환상 카보네이트는 리튬 이온과 용매화되기 쉽기 때문에 비수 전해액 자체의 이온 전도도를 높게 할 수 있다.Subsequently, it is preferable that cyclic carbonate contains 1 or more types of ethylene carbonate, butylene carbonate, propylene carbonate, (gamma) -butyrolactone, for example. Since cyclic carbonates are easily solvated with lithium ions, the ionic conductivity of the nonaqueous electrolyte itself can be increased.

또한 쇄상 카보네이트로는 예를 들면 디메틸 카보네이트, 메틸에틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트 중 1종 이상을 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 쇄상 카보네이트는 저점도를 가지므로, 비수 전해액 자체의 점도를 저하시켜 이온 전도도를 증가시킬 수 있다. 단, 이러한 쇄상 카보네이트는 인화점이 낮으므로 과잉으로 첨가하면 비수 전해액의 인화점을 저하시킬 수 있으므로 과잉첨가되지 않도록 주의할 필요가 있다.Moreover, as chain carbonate, it is preferable to contain 1 or more types of dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, and diethyl carbonate, for example. Since the chain carbonate has a low viscosity, the ionic conductivity may be increased by lowering the viscosity of the nonaqueous electrolyte itself. However, since such a chain carbonate has a low flash point, excessive addition of the chain carbonate may lower the flash point of the nonaqueous electrolyte, so care should be taken not to overload it.

또한 불화 환상 카보네이트로는 에틸렌 플루오로 카보네이트를 예시할 수 있고, 특히 모노플루오로에틸렌 카보네이트가 바람직하다. 불화 환상카보네이트를 첨가함에 따라 비수 전해액의 불연성이 보다 향상되어 리튬 이차 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다. 또한 음극 표면에 불화 환상 카보네이트에 의한 피막이 형성되고, 이 피막에 의해 비수 전해액의 분해가 억제되어 리튬 이차 전지의 사이클 특성을 향상시킬 수 있다. 또한 비수 전해액의 분해가 억제되므로 분해 가스의 발생량도 감소된다.In addition, examples of the fluorinated cyclic carbonate include ethylene fluoro carbonate, and monofluoroethylene carbonate is particularly preferable. As the fluorinated cyclic carbonate is added, the nonflammability of the nonaqueous electrolyte is further improved, and thus the safety of the lithium secondary battery can be improved. Moreover, the film | membrane by fluorinated cyclic carbonate is formed in the surface of a negative electrode, and this film | membrane suppresses decomposition | disassembly of a nonaqueous electrolyte solution, and can improve cycling characteristics of a lithium secondary battery. In addition, since decomposition of the nonaqueous electrolyte is suppressed, the amount of decomposition gas generated is also reduced.

또한 리튬염(용질)으로는 LiPF6, LiBF4, Li[N(SO2C2F6)2], Li[B(OCOCF3)4], LiB(OCOC2F5)4]를 사용할 수 있으나 LiPF6또는 BETI염(Li[N(SO2C2F5)2)중 하나 또는 이들을 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 LiPF6의 분해와 함께 폴리에테르 변성 실리콘유의 Si-O 결합이 절단될 가능성이 있기 때문에 리튬염으로 BETI염(Li[N(SO2C2F5)2])를 사용하는 것이 보다 바람직하다. 비수 전해질에서 상기 리튬염의 농도는 0.5몰/L 이상 2.0몰/L 이하인 것이 바람직하다. 비수 전해액 중에 이러한 리튬염이 포함되어 있기 때문에 비수 전해액 자체의 이온 전도도가 증가될 수 있다.LiPF 6 , LiBF 4 , Li [N (SO 2 C 2 F 6 ) 2 ], Li [B (OCOCF 3 ) 4 ], LiB (OCOC 2 F 5 ) 4 ] can be used as the lithium salt (solute). However, it is preferable to use one or a mixture of LiPF 6 or BETI salt (Li [N (SO 2 C 2 F 5 ) 2 ). In the present invention, since the Si-O bond of polyether-modified silicone oil may be cleaved with the decomposition of LiPF 6 , it is more preferable to use BETI salt (Li [N (SO 2 C 2 F 5 ) 2 ]) as a lithium salt. desirable. The concentration of the lithium salt in the nonaqueous electrolyte is preferably 0.5 mol / L or more and 2.0 mol / L or less. Since the lithium salt is contained in the nonaqueous electrolyte, the ionic conductivity of the nonaqueous electrolyte itself may be increased.

비수 전해액에 있어서 폴리에테르 변성 실록산 유의 함유율은 5 부피% 이상, 70 부피% 이하의 범위가 바람직하고, 10 부피% 이상, 50 부피% 이하의 범위가 보다 바람직하다. 폴리에테르 변성 실록산 유의 함유율이 5 부피% 미만이면 비수 전해액의 인화점을 증가시킬 수 없어 바람직하지 않고, 함유율이 70 부피%를 초과하면 비수 전해액의 점도가 높아져 이온 전도도가 저하되기 때문에 바람직하지 않다.The content of polyether modified siloxane oil in the nonaqueous electrolyte is preferably in the range of 5% by volume or more and 70% by volume or less, and more preferably in the range of 10% by volume or more and 50% by volume or less. If the content of the polyether-modified siloxane oil is less than 5% by volume, the flash point of the nonaqueous electrolyte cannot be increased, which is not preferable. If the content is more than 70% by volume, the viscosity of the non-aqueous electrolyte is high and the ion conductivity is not preferable.

비수 전해액에 있어서 환상 카보네이트의 함유율은 30 부피% 이상, 95부피% 이하의 범위가 바람직하고, 50 부피% 이상, 90 부피% 이하가 보다 바람직하다. 환상 카보네이트의 함유율이 30 부피% 미만이면 이온 전도도가 저하되어 바람직하지 않고, 함유율이 95 부피%를 초과하면 비수 전해액의 점도가 증가되어 이온 전도도가 저하되어 바람직하지 않다.In the nonaqueous electrolyte, the content of the cyclic carbonate is preferably 30% by volume or more and 95% by volume or less, and more preferably 50% by volume or more and 90% by volume or less. If the content of the cyclic carbonate is less than 30% by volume, the ion conductivity is lowered, which is not preferable. If the content is more than 95% by volume, the viscosity of the nonaqueous electrolyte is increased and the ion conductivity is lowered, which is not preferable.

또한 비수 전해액에 쇄상 카보네이트를 첨가하는 경우에는 쇄상 카보네이트의 함유율을 5 부피% 이상, 70 부피% 이하의 범위로 하는 것이 바람직하고, 10 부피% 이상, 65 부피% 이하의 범위로 하는 것이 보다 바람직하다. 쇄상 카보네이트의 함유율이 5 부피% 미만이면 첨가 효율이 나타나지 않아 바람직하지 않고 함유율이 70 부피%를 초과하면 환상 카보네이트 및 폴리에테르 변성 실리콘 유의 함유량이 상대적으로 저하되어 비수 전해액의 인화점이 저하되어 바람직하지 않다.Moreover, when adding a linear carbonate to a nonaqueous electrolyte solution, it is preferable to make content rate of a linear carbonate into the range of 5 volume% or more and 70 volume% or less, and it is more preferable to set it as the range of 10 volume% or more and 65 volume% or less. . If the content of the linear carbonate is less than 5% by volume, the addition efficiency does not appear, and if the content is more than 70% by volume, the content of the cyclic carbonate and the polyether-modified silicone oil is relatively lowered and the flash point of the non-aqueous electrolyte is lowered, which is not preferable. .

폴리에테르 변성 실리콘 유는 예를 들면 R기의 일부를 수소로 치환한 폴리실록산에, 예를 들면 (CH2-CH-)의 이중 결합을 갖는 폴리에테르 화합물을 반응시켜 제조된다.The polyether modified silicone oil is produced by, for example, reacting a polysiloxane having a part of the R group replaced with hydrogen, for example, a polyether compound having a double bond of (CH 2 -CH-).

예를 들면 상기 화학식 1의 폴리에테르 변성 실리콘 유는, 예를 들면 염화 백금 촉매 존재 하에서, SiHR2O(SiR2O)kSiHR2(폴리실록산)에 CH2=CH(CH2)m-2O(C2H5O)nZ(폴리에테르 치환의 폴리올레핀)을 하이드레이션 반응시켜 얻어진다.For example, the polyether-modified silicone oil of Chemical Formula 1 may be, for example, CH 2 = CH (CH 2 ) m-2 O in SiHR 2 O (SiR 2 O) k SiHR 2 (polysiloxane) in the presence of a platinum chloride catalyst. (C 2 H 5 O) n Z can be obtained by the hydration reaction (polyether-polyolefin-substituted).

또한 상기 화학식 2의 폴리에테르 변성 실리콘 유는 예를 들면, 백금 촉매 존재 하에서, SiR3O(SiR2O)kSiHR2(폴리실록산)에 CH2=CH(CH2)m-2O(C2H5O)nZ(폴리에테르 치환의 폴리올레핀)을 하이드레이션 반응시켜 얻어진다.In addition, the polyether-modified silicone oil of Chemical Formula 2 is, for example, in the presence of a platinum catalyst, in a SiR 3 O (SiR 2 O) k SiHR 2 (polysiloxane) CH 2 = CH (CH 2 ) m-2 O (C 2 a H 5 O) n Z (polyolefin-polyether substituted) are obtained by reacting hydroxyl illustration.

상기 공정으로 얻어진 폴리에테르 변성 실리콘 유에는, 촉매 성분인 Pt(백금)과 중합 금지제인 BHT(dibutyl hydroxytoluene)가 수 내지 수십ppm 정도 함유되어 있다. 이러한 Pt와 BHT는 사이클 특성에 악영향을 미칠 수도 있기 때문에, 가능하다면, 제거하는 것이 좋다. 제거하는 방법으로는 진공 증류법 등의 수단을 사용할 수 있다. 증류의 횟수는 1회 이상이면 되나, 안전하게는 2회 이상 실시하는 것이 좋다. 증류를 실시함에 따라 Pt 및 BHT의 함유량이 검출 한계 이하로 저하된다.The polyether-modified silicone oil obtained by the above process contains Pt (platinum), which is a catalyst component, and BHT (dibutyl hydroxytoluene), which is a polymerization inhibitor, of several to several tens of ppm. These Pt and BHT may adversely affect the cycle characteristics, so it is better to remove them if possible. As a method of removing, means such as vacuum distillation can be used. Although the number of distillation may be one or more times, it is better to carry out two or more times safely. As distillation is carried out, the content of Pt and BHT falls below the detection limit.

진공 증류전 폴리에테르 변성 실리콘 유에는 Pt가 5ppm 정도, BHT가 60ppm 정도 함유되어 있으나, 본 발명에서는 폴리에테르 변성 실리콘유에 함유된 Pt가 적어도 5ppm 미만이고 또한 BHT가 60ppm 미만인 것이 바람직하고, Pt, BHT가 각각 검출 한계 이하인 것이 보다 바람직하다.The polyether-modified silicone oil before vacuum distillation contains about 5 ppm of Pt and about 60 ppm of BHT. However, in the present invention, it is preferable that the Pt contained in the polyether-modified silicone oil is at least less than 5 ppm and BHT is less than 60 ppm, and Pt and BHT It is more preferable that is each below the detection limit.

이어서 양극은 양극 활물질 분말에 폴리비닐리덴 플루오라이드 등의 결착재와 카본블랙 등의 도전 조재를 혼합하여 쉬트상, 편평원반상 등으로 형성된 것을 예시할 수 있고 또한 양극 활물질 분말 등을 쉬트상, 편평원반상 등으로 형성하여 금속 집전체에 적층된 것을 예시할 수 있다. 상기 양극 활물질로서는 코발트, 망간, 니켈로부터 선택되는 적어도 1종과 리튬과의 복합 산화물 중 1종 이상이 바람직하다. 구체적으로는 LiMn2O4, LiCoO2, LiNiO2, LiFeO2, V2O5등이 바람직하다. 또한 TiS, MoS, 유기디설파이드 화합물 또는 유기 폴리설파이드 화합물 등의 리튬을 흡장 및 방출이 가능한 것을 사용하는 것도 좋다.Subsequently, the positive electrode can be exemplified by mixing a binder such as polyvinylidene fluoride and a conductive additive such as carbon black in the positive electrode active material powder to form a sheet, a flat disc, or the like. The thing laminated | stacked on the metal electrical power collector by forming in disk shape etc. can be illustrated. As said positive electrode active material, 1 or more types of at least 1 sort (s) chosen from cobalt, manganese, and nickel, and a composite oxide of lithium are preferable. Specifically, LiMn 2 O 4 , LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiFeO 2 , V 2 O 5, and the like are preferable. Moreover, it is also possible to use what can occlude and discharge | release lithium, such as TiS, MoS, an organic disulfide compound, or an organic polysulfide compound.

또한 세퍼레이트로는 비수 전해액이 겔화되지 않는 경우에는 필수적이며, 다공질 폴리프로필렌 필름, 다공질 폴리에틸렌 필름 등 공지된 세퍼레이터를 적당하게 사용할 수 있다.Moreover, as a separator, it is essential when a nonaqueous electrolyte solution does not gelatinize, and well-known separators, such as a porous polypropylene film and a porous polyethylene film, can be used suitably.

음극은 리튬을 흡장 및 방출이 가능한 음극 활물질 분말에 폴리비닐리덴 플루오라이드 등의 결착재와 경우에 따라 카본블랙 등의 도전 조재를 혼합하여 쉬트상, 편평원판상 등으로 성형한 것을 예시할 수 있고, 또한 음극 활물질로서 인조 흑연, 천연 흑연, 흑연화 탄소 섬유, 흑연화 메조카본마이크로비드, 비정질 탄소 등의 탄소질 재료를 예시할 수 있다. 또한 리튬과 합금화가능한 금속물질을 단독으로 또는 상기 금속물질과 탄소질 재료를 포함하는 복합물질도 음극 활물질로서 예시할 수 있다. 리튬과 합금 가능한 금속으로서는 Al, Sl, Sn, Pb, Zn, Bi, In, Mg, Ga, Cd 등을 예시할 수 있다. 또한 음극 활물질로서 금속 리튬박을 사용할 수 있다.The negative electrode may be formed by mixing a binder such as polyvinylidene fluoride and a conductive additive such as carbon black in some cases with a negative active material powder capable of occluding and releasing lithium, and forming a sheet, a flat disc, or the like. Moreover, carbonaceous materials, such as artificial graphite, natural graphite, graphitized carbon fiber, graphitized mesocarbon microbead, and amorphous carbon, can be illustrated as a negative electrode active material. In addition, a metal material alloyable with lithium alone or a composite material including the metal material and the carbonaceous material may be exemplified as a negative electrode active material. Examples of metals alloyable with lithium include Al, Sl, Sn, Pb, Zn, Bi, In, Mg, Ga, Cd and the like. Moreover, metal lithium foil can be used as a negative electrode active material.

또한 음극 표면에는 폴리아크릴레이트 화합물, 아지리딘 환을 갖는 아지리딘화합물 중 하나 또는 하나 이상을 포함하는 피막이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 피막이 형성되어 있으면, 폴리에테르 변성 실리콘 유의 분해가 이 피막의 존재에 의하여 방지되므로 리튬 이차 전지의 방전 용량을 증가시킬 수 있다.Moreover, it is preferable that the film containing one or more of a polyacrylate compound and the aziridine compound which has an aziridine ring is formed in the negative electrode surface. If such a film is formed, the decomposition capacity of the polyether modified silicone oil is prevented by the presence of this film, so that the discharge capacity of the lithium secondary battery can be increased.

즉, 폴리아크릴레이트 화합물로는 다관능성 아크릴레이트가 바람직하다. 상기 다관능성 아크릴레이트란 세 개 이상의 수산기(-OH)를 갖는 (폴리에스테르)폴리올의 수산기 중, 일부 또는 전부가 (메타)아크릴산 에스테르로 치환되고, (메타)아크릴산 에스테르로 치환되지 않은 나머지 일부 미반응 수산기는 라디칼 반응성이 없는 그룹으로 치환된 폴리(에스테르)(메타)아크릴레이트를 말한다.That is, as a polyacrylate compound, polyfunctional acrylate is preferable. The polyfunctional acrylate is a hydroxyl group of the (polyester) polyol having three or more hydroxyl groups (-OH), some or all of which is substituted with a (meth) acrylic acid ester, and some remaining unsubstituted with a (meth) acrylic acid ester Reactive hydroxyl groups refer to poly (ester) (meth) acrylates substituted with groups that are not radically reactive.

아지리딘 화합물로는 하기 화학식 3 내지 6으로 표시되는 구조를 갖는 것을 예시할 수 있다.As an aziridine compound, what has a structure represented by following Chemical formulas 3-6 can be illustrated.

또한 아지리딘 화합물로 하기 화학식 4로 표시되는 구조식으로 표시되는 화합물, 또는 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물과 하기 화학식 4로 표시되는 화합물의 혼합물도 좋다.In addition, the aziridine compound may be a compound represented by the structural formula represented by the following formula (4), or a mixture of the compound represented by the following formula (3) and the compound represented by the following formula (4).

또한 아지리딘 화합물로 하기 화학식 5 내지 6으로 표시되는 것을 포함하는 것도 좋다. 이러한 화합물은 하기 화학식 3 및/또는 화학식 4로 표시되는 것과 동시에 사용하는 것이 바람직하다.In addition, the aziridine compound may include those represented by the following formulas (5) to (6). Such compounds are preferably used simultaneously with the formulas (3) and / or (4).

상기 화학식 3의 구조식 중, R1은 H, CH3또는 OH이고, R2는 H 또는 CH3이다. 또한 상기 화학식 4의 구조식 중, R2는 H 또는 CH3이고, 상기 화학식 5에서, n1은 0내지 10의 범위가 바람직하고 상기 화학식 6에서, n1은 0 내지 10의 범위가 바람직하다.In the structural formula of Formula 3, R 1 is H, CH 3 or OH, R 2 is H or CH 3 . In addition, in the structural formula of Formula 4, R 2 is H or CH 3 , in the formula 5, n 1 is preferably in the range of 0 to 10, and in the formula 6, n 1 is preferably in the range of 0 to 10.

이러한 폴리아크릴레이트 화합물과 아지리딘 화합물은 비수 전해액에 첨가된 상태에서 리튬 이차 전지로 조립되어 초기 충방전시에 음극 표면에서 중합되어 피막을 형성한다. 형성된 피막은 리튬 이온 전도성이 우수한 한편 폴리에테르 변성 실리콘 유보다 용해성이 낮아 안정된 피막 구조를 유지할 수 있다.The polyacrylate compound and the aziridine compound are assembled into a lithium secondary battery in the state of being added to the nonaqueous electrolyte, and polymerized on the surface of the negative electrode during initial charge and discharge to form a film. The formed film is excellent in lithium ion conductivity and lower in solubility than polyether modified silicone oil to maintain a stable film structure.

폴리아크릴레이트 화합물은 음이온 중합을 실시하는 음이온 부가 중합성 모노머이며, 충전시에 낮은 전위를 나타나낸 음극 표면상에 피막을 형성한다. 이 폴리아크릴레이트 화합물이 음이온 중합되면, 분자 내에 이중 결합이 열려 각각 다른 폴리아크릴레이트 화합물과 결합하는 반응이 연속적으로 야기되어 음극 표면상에 폴리아크릴레이트 화합물이 중합된 피막이 형성된다.A polyacrylate compound is an anion addition polymerizable monomer which performs anion polymerization, and forms a film on the negative electrode surface which showed low electric potential at the time of charge. When the polyacrylate compound is anionic polymerized, a double bond is opened in the molecule to cause a reaction to bond with each other polyacrylate compound continuously, thereby forming a film in which the polyacrylate compound is polymerized on the surface of the negative electrode.

즉, 폴리아크릴레이트 화합물에 의한 피막 형성은 도 1에 나타낸 것과 같이 진행되는 것으로 추정된다. 도 1(a)에 도시한 것과 같이, 초기 충전 개시 전에는 비수 전해액 중에 폴리아크릴레이트 화합물이 존재하고, 이어서 도 1(b)에 표시된 것과 같이 충전을 개시하면 폴리아크릴레이트 화합물이 음극 표면으로 유도되어 음극 표면상에 음이온 중합하여 최종적으로 도 1(c)에 도시한 것과 같이 피막이 형성된다.That is, the film formation by a polyacrylate compound is estimated to advance as shown in FIG. As shown in Fig. 1 (a), the polyacrylate compound is present in the nonaqueous electrolyte prior to the start of the initial charge, and then the charge is initiated as shown in Fig. 1 (b) to induce the polyacrylate compound to the negative electrode surface. Anionic polymerization is carried out on the surface of the negative electrode to finally form a film as shown in Fig. 1 (c).

또한 상기 화학식 3 내지 화학식 6에 표시된 아지리딘 화합물은 탄소 2개와 질소 1개를 골격으로 하는 아지리딘 환을 포함하며, 이 아지리딘 환이 리튬과 배위하거나 또는 열려서 다른 아지리딘 화합물과 함께 중합체를 형성하는 것에 따라 피막을 형성한다.In addition, the aziridine compound represented by Formula 3 to Formula 6 includes an aziridine ring having a skeleton of 2 carbons and 1 nitrogen, wherein the aziridine ring is coordinated with or opened with lithium to form a polymer with another aziridine compound. As a result, a film is formed.

즉, 아지리딘 화합물에 의한 피막 형성은 도 2에 나타낸 것과 같이 진행되는 것으로 추정된다. 즉, 도 e2(a)에 나타낸 것과 같이, 초기 충전 개시 전에는 비수 전해액 중에 리튬 이온과 아지리딘 화합물의 전부 또는 일부가 고차의 네트워크 구조가 되지 않는 정도의 이온 가교물(「Li-아지리딘 가교물」이라 한다)로 존재하는 것으로 고려된다. 이 Li-아지리딘 가교물은 아지리딘 화합물의 음 전하를 갖는 아지리딘 환이 양이온인 리튬 이온에 배위하여 형성된 것으로 생각된다.That is, the film formation by the aziridine compound is estimated to proceed as shown in FIG. That is, as shown in FIG. E2 (a), before the initial charge start, the ion crosslinked material ("Li-aziridine crosslinked product) is such that all or part of lithium ions and aziridine compounds do not become a higher network structure in the nonaqueous electrolyte. It is considered to exist ". This Li-aziridine crosslinked product is considered to be formed by coordinating aziridine rings having a negative charge of the aziridine compound to lithium ions which are cations.

이어서, 도 2(b)에 나타낸 것과 같이 충전을 개시하면, 양이온인 리튬 이온이 음극으로 이끌려져 Li-아지리딘 가교물이 음극 표면에 부착된다. 이에 따라 음극 표면에, 아지리딘 화합물의 밀도 증가가 발생한다.Subsequently, when charging is started as shown in Fig. 2 (b), lithium ions, which are cations, are attracted to the negative electrode so that the Li-aziridine crosslinked product adheres to the negative electrode surface. This causes an increase in the density of the aziridine compound on the surface of the negative electrode.

이어서, 리튬 이온이 아지리딘 환과 이온 가교로부터 분해 방출되어, 음극 내에 흡장된다. 즉, 잔존하는 아지리딘 환이 열리면, 중합 반응이 개시되어 그 결과 도 2(c)에 표시된 것과 같이 피막이 형성된다. 이 생성된 피막은 음 전하를 띠기 때문에 양이온만을 수송할 수 있다. 이러한 이유로 전해액이 직접 음극에 접촉하여 분해되는 것을 방지할 수 있다.Subsequently, lithium ions are decomposed and released from the aziridine ring and the ion crosslink, and stored in the negative electrode. That is, when the remaining aziridine ring is opened, the polymerization reaction is started, and as a result, a film is formed as shown in Fig. 2 (c). The resulting film is negatively charged and can only transport cations. For this reason, it is possible to prevent the electrolyte from directly decomposing by contacting the cathode.

또한 폴리아크릴레이트 화합물과 아지리딘 화합물이 혼합된 피막은 폴리에테르 변성 실리콘 유에 의한 용해성이 특히 낮아 보다 안정한 피막을 유지할 수 있다.In addition, the film in which the polyacrylate compound and the aziridine compound are mixed has a particularly low solubility due to polyether modified silicone oil, thereby maintaining a more stable film.

즉, 도 3에 나타낸 것과 같이 폴리아크릴레이트 화합물과 아지리딘 화합물이동시에 첨가되는 경우에는 도 1 및 도 2에 설명된 중합 반응과 동일하게 반응이 각각 진행되어(도 3(a) 및 (b)), 최종적으로 폴리아크릴레이트 화합물과 아지리딘 화합물이 혼합되어 있는 피막이 형성된다(도 3(c)). 이러한 피막은 매우 조밀하며 강고하고 폴리에테르 변성 실리콘 유에 대하여 내성이 매우 높다.That is, when the polyacrylate compound and the aziridine compound are added at the same time as shown in FIG. 3, the reaction proceeds in the same manner as in the polymerization reaction described in FIGS. 1 and 2 (FIGS. 3A and 3B). ), And finally, a film in which the polyacrylate compound and the aziridine compound are mixed is formed (FIG. 3 (c)). These coatings are very dense, rigid and very resistant to polyether modified silicone oils.

폴리아크릴레이트 화합물은 비수 전해액에 대하여 0.1 질량% 이상, 1.0 질량% 이하의 범위로 첨가하는 것이 바람직하다. 또한 아지리딘 화합물은 비수 전해액에 대하여 0.5 질량% 이상, 1.5 질량% 이하의 범위로 첨가하는 것이 바람직하다.It is preferable to add a polyacrylate compound in 0.1 mass% or more and 1.0 mass% or less with respect to a nonaqueous electrolyte solution. Moreover, it is preferable to add an aziridine compound in 0.5 mass% or more and 1.5 mass% or less with respect to a nonaqueous electrolyte solution.

폴리아크릴레이트 화합물과 아지리딘 화합물의 첨가량이 상기 범위보다 작으면 음극 표면에 충분한 피막을 형성할 수 없어 바람직하지 않고, 첨가량이 상기 범위보다 크면 피막이 두꺼워져 계면 저항이 증가되어 바람직하지 않다.If the addition amount of the polyacrylate compound and the aziridine compound is smaller than the above range, it is not preferable because a sufficient film cannot be formed on the surface of the negative electrode.

상기 리튬 이차 전지에 의하면 비수 전해액에 상기 폴리에테르 변성 실리콘 유가 포함되어 있으므로 비수 전해액의 열안정성이 향상되고 이에 따라 리튬 이차 전지의 고온 특성을 향상시킬 수 있고 또한 내열성을 증가시킬 수 있다. 또한 비수 전해액에 상기 폴리에테르 변성 실리콘 유가 포함되어 있어 이온 전도도가 저하되어 리튬 이차 전지의 고율 충전 특성을 향상시킬 수 있다.According to the lithium secondary battery, since the polyether-modified silicone oil is included in the nonaqueous electrolyte, thermal stability of the nonaqueous electrolyte may be improved, thereby improving the high temperature characteristics of the lithium secondary battery and increasing heat resistance. In addition, since the polyether-modified silicone oil is contained in the nonaqueous electrolyte, ionic conductivity is lowered, thereby improving high rate charging characteristics of the lithium secondary battery.

또한 음극 표면에 폴리아크릴레이트 화합물과 아지리딘 화합물로 이루어진 피막이 형성되어 있기 때문에 폴리에테르 변성 실리콘 유의 분해가 방지되어 리튬 이차 전지의 고율 충방전 특성을 향상시킬 수 있다.In addition, since a film made of a polyacrylate compound and an aziridine compound is formed on the surface of the negative electrode, decomposition of the polyether-modified silicone oil is prevented, thereby improving high rate charge / discharge characteristics of the lithium secondary battery.

본 실시 형태의 리튬 이차 전지에 있어서, 폴리아크릴레이트 화합물과 아지리딘 화합물로 이루어진 피막을 음극에 형성하는 것은 후술하는 「화성」과 같이 초충전을 실시하면 된다.In the lithium secondary battery of this embodiment, what forms the film | membrane which consists of a polyacrylate compound and an aziridine compound in a negative electrode may be supercharged like "chemical formation" mentioned later.

폴리아크릴레이트 화합물과 아지리딘 화합물은 비수 전해액에 대하여 함유량이 높은 경우, 이 자체가 다른 용매 및 리튬염을 흡수하여 겔화되어 고체 전해질을 형성하는 경우가 있다.When a polyacrylate compound and an aziridine compound have high content with respect to a nonaqueous electrolyte, it may absorb another solvent and lithium salt itself, and may gelatinize to form a solid electrolyte.

따라서, 본 실시 형태의 리튬 이차 전지를 비수 전해액 이차 전지로서 제조하는 경우에는 예를 들면 방전되어도 겔을 형성하지 않는 정도로 소량의 폴리아크릴레이트 화합물, 아지리딘 화합물을 하나 또는 하나 이상 비수 전해질에 첨가하여 음극 표면에만 피막을 형성하면 된다.Therefore, when the lithium secondary battery of the present embodiment is manufactured as a nonaqueous electrolyte secondary battery, for example, a small amount of polyacrylate compound and aziridine compound are added to one or more nonaqueous electrolytes to a degree that does not form a gel even when discharged. The film only needs to be formed on the surface of the cathode.

또한 본 실시 형태의 리튬 이차 전지를 겔 전해질 이차 전지로서 제조하는 경우에는 겔 형성에 충분한 비교적 다량의 폴리아크릴레이트와 아지리딘 화합물을 비수 전해질에 첨가하여 겔화가 완전하게 종료되기 전에 초충전을 실시하여 음극에 피막을 형성하면 된다.When the lithium secondary battery of the present embodiment is prepared as a gel electrolyte secondary battery, a relatively large amount of polyacrylate and aziridine compound sufficient for gel formation is added to the nonaqueous electrolyte and supercharged before gelation is completely completed. What is necessary is just to form a film in a cathode.

이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred examples and comparative examples of the present invention are described. However, the following examples are only preferred embodiments of the present invention and the present invention is not limited to the following examples.

(실험 1: 비수 전해액의 특성)(Experiment 1: Characteristics of nonaqueous electrolyte solution)

SiH(CH3)2OSiH(CH3)2와 CH2=CHCH2CH2O(C2H5O)3CH3를 염화 백금 촉매 존재 하에서 하이드레이션 반응시켜, 하기 화학식 7로 표시되는 구조의 폴리에테르 변성 실리콘유를 제조하였다. 이하 오일 1이라 한다. 이 오일 1은 상기 화학식 1에서, R1내지 R6은 CH3이고, Z는 CH3, k는 O, m은 4, n은 3인 것이다.SiH (CH 3 ) 2 OSiH (CH 3 ) 2 and CH 2 = CHCH 2 CH 2 O (C 2 H 5 O) 3 CH 3 by hydration reaction in the presence of a platinum chloride catalyst, Polyether modified silicone oil was prepared. Hereinafter referred to as oil 1. Oil 1 is in the formula 1, R 1 to R 6 is CH 3 , Z is CH 3 , k is O, m is 4, n is 3.

또한, Si(CH3)3OSiH(CH3)2와 CH2=CHCH2CH2O(C2H5O)3CH3를 염화 백금 촉매 존재 하에서 하이드레이션 반응시켜, 하기 화학식 8로 표시되는 구조의 폴리에테르 변성 실리콘 유를 제조하였다. 이하 오일 2이라 한다. 이 오일 2는 상기 화학식 2에서, R1내지 R7은 CH3이고, Z는 CH3, k는 O, m은 4, n은 3인 것이다.In addition, Si (CH 3 ) 3 OSiH (CH 3 ) 2 and CH 2 = CHCH 2 CH 2 O (C 2 H 5 O) 3 CH 3 are hydrated in the presence of a platinum chloride catalyst, and are represented by the following Chemical Formula 8 A polyether modified silicone oil of structure was prepared. Hereinafter referred to as oil 2. In Formula 2, R 1 to R 7 are CH 3 , Z is CH 3 , k is O, m is 4, and n is 3.

또한, Si(CH3)2OSiH(CH3)OSi(CH3)3와 CH2=CHCH2CH2O(C2H5O)3CH3를 염화 백금 촉매 존재 하에서 하이드레이션 반응시켜, 하기 화학식 9로 표시되는 구조의 폴리에테르 변성 실리콘 유를 제조하였다. 이하 오일 3이라 한다.Furthermore, Si (CH 3 ) 2 OSiH (CH 3 ) OSi (CH 3 ) 3 and CH 2 = CHCH 2 CH 2 O (C 2 H 5 O) 3 CH 3 were hydrated in the presence of a platinum chloride catalyst, A polyether modified silicone oil having a structure represented by Formula 9 was prepared. Hereinafter referred to as oil 3.

[화학식 7][Formula 7]

[화학식 8][Formula 8]

[화학식 9][Formula 9]

오일 1의 점도는 25℃에서 9.7cSt이고, 오일 2의 점도는 25℃에서 4.9cSt이고, 오일 3의 점도는 25℃에서 9.4cSt였다. 또한 오일 1 및 2는 -40℃에서 액체이고 오일 3은 -40℃에서 고체이었다.The viscosity of oil 1 was 9.7 cSt at 25 ° C., the viscosity of oil 2 was 4.9 cSt at 25 ° C., and the viscosity of oil 3 was 9.4 cSt at 25 ° C. Oils 1 and 2 were also liquid at -40 ° C and oil 3 was solid at -40 ° C.

또한 오일 1 및 오일 2에 대하여 JIS-K2265의 규정에 의한 개방식 인화점 측정 장치에 따라 실온 내지 160℃의 범위에서 인화점을 측정한 결과, 인화점이 검출되지 않았다. 따라서 오일 1 및 2의 인화점은 적어도 160℃를 초과하는 것이다.In addition, when the flash point was measured about the oil 1 and the oil 2 in the range of room temperature to 160 degreeC according to the open flash point measuring apparatus of JIS-K2265, the flash point was not detected. The flash points of oils 1 and 2 are therefore above at least 160 ° C.

얻어진 오일 1 내지 3과 에틸렌 카보네이트를 혼합하여 혼합 용매로 하고, 이 혼합 용매에 LiPF6를 1몰/l의 농도가 되도록 첨가하여 시험예 1 내지 9의 비수 전해액을 제조하였다. 표 1에 비수 전해액의 조성을 나타내었다. 표 1 중, 오일 1 내지 3 및 EC의 혼합비는 부피비이다.The obtained oils 1-3 and ethylene carbonate were mixed to make a mixed solvent, and LiPF 6 was added to this mixed solvent so as to have a concentration of 1 mol / l to prepare the nonaqueous electrolyte solutions of Test Examples 1-9. Table 1 shows the composition of the nonaqueous electrolyte. In Table 1, the mixing ratio of the oils 1-3 and EC is a volume ratio.

LiPF6(몰/L)LiPF 6 (mol / L) EC의 혼합비EC mixing ratio 오일 1의 혼합비Mixing ratio of oil 1 오일 2의 혼합비Mixing ratio of oil 2 오일 3의 혼합비Mixing ratio of oil 3 피막 형성 화합물Film forming compounds 이온 전도도(mS/cm:20℃)Ionic Conductivity (mS / cm: 20 ℃) 이온 전도도(mS/cm:0℃)Ionic Conductivity (mS / cm: 0 ℃) 점도(cSt)Viscosity (cSt) 시험예 1Test Example 1 1One 55 55 -- -- 없음none 4.24.2 1.731.73 19.019.0 시험예 2Test Example 2 1111 88 22 -- -- 없음none 6.56.5 동결freezing 10.010.0 시험예 3Test Example 3 1One 55 -- 55 -- 없음none 4.34.3 동결freezing 12.012.0 시험예 4Test Example 4 1One 88 -- 22 -- 없음none 6.86.8 3.73.7 9.09.0 시험예 5Test Example 5 1One 55 -- -- 55 없음none 3.83.8 동결freezing 22.522.5 시험예 6Test Example 6 1One 88 -- -- 22 없음none 6.06.0 동결freezing 14.014.0 시험예 7Test Example 7 1One 88 -- -- -- 없음none -- -- -- 시험예 8Test Example 8 1One 88 22 22 -- 없음none -- -- -- 시험예 9Test Example 9 1One 88 -- -- 22 없음none -- -- --

또한 표 1에 각 시험예의 비수 전해액 이온 전도도 및 점도를 표시하였다. 이온 전도도는 20℃와 0℃에서 측정하고 점도는 25℃에서 측정하였다. 시험예 1 내지 4의 비수 전해액은 폴리에테르기가 폴리실록산 사슬의 말단에 결합된 폴리에테르 변성 실리콘 유(오일 1, 2)를 포함하고 한편 시험예 5 내지 6의 비수 전해액은 폴리에테르기가 폴리실록산 사슬의 대략 중앙에 결합된 폴리에테르 변성 실리콘 유(오일 3)을 포함하고 있다.Table 1 also shows the nonaqueous electrolyte ion conductivity and viscosity of each test example. Ionic conductivity was measured at 20 ° C and 0 ° C and viscosity was measured at 25 ° C. The nonaqueous electrolyte solutions of Test Examples 1 to 4 contained polyether modified silicone oils (oils 1 and 2) in which polyether groups were bonded to the ends of the polysiloxane chains, while the nonaqueous electrolyte solutions of Test Examples 5 to 6 had approximately the polyether groups of the polysiloxane chains. It contains a polyether modified silicone oil (oil 3) bonded at the center.

먼저, EC와 오일 1 내지 3의 비가 5:5인 시험예 1, 3, 5의 비수 전해액의 점도를 비교하면, 표 1에 나타낸 것과 같이, 시험예 5의 비수 전해액의 점도가 시험예 1 또 3의 비수 전해액보다 높게 나타났다. 이 점도 경향에 따라 시험예 5의 20℃에서 이온 전도도가 시험예 1 또는 3보다 낮은 것으로 생각된다. 또한 시험예 1, 3, 5 중, 0℃에서 이온 전도도를 나타내는 것은 2개의 폴리에테르 사슬을 갖는오일 1을 포함한 시험예 1로서, 저온에서 이온 전도도가 우수한 것으로 나타났다.First, when comparing the viscosity of the non-aqueous electrolyte of Test Examples 1, 3, and 5 whose ratio of EC and the oils 1-3 are 5: 5, as shown in Table 1, the viscosity of the non-aqueous electrolyte of Test Example 5 was the same as that of Test Example 1 It appeared higher than the nonaqueous electrolyte of 3. It is thought that the ionic conductivity is lower than Test Example 1 or 3 at 20 ° C of Test Example 5 depending on the tendency of this viscosity. In Test Examples 1, 3, and 5, ionic conductivity at 0 ° C. was Test Example 1 including oil 1 having two polyether chains, and was found to have excellent ion conductivity at low temperature.

이어서, EC와 오일 1 내지 3의 비가 8 : 2인 시험예 2, 4, 6의 비수 전해액의 점도를 비교하면, 표 1에 나타낸 것과 같이, 시험예 6의 비수 전해액의 점도가 시험예 2 또는 4의 비수 전해액에 비하여 높게 나타났다. 이 점도 경향에 따라 시험예 6의 20℃에서 이온 점도도가 시험예 2 또는 4보다 낮은 것으로 생각된다. 또한 시험예 2, 4, 6 중 0℃에서 이온 전도도를 나타내는 것은 1개의 폴리에테르 사슬을 갖는 오일 2를 포함하는 시험예 4로서, 저온에서 이온 전도도가 우수한 것으로 나타났다.Subsequently, when comparing the viscosity of the nonaqueous electrolyte of Test Examples 2, 4, and 6 whose ratio of EC and the oils 1-3 are 8: 2, as shown in Table 1, the viscosity of the nonaqueous electrolyte of Test Example 6 was set to Test Example 2 or It was higher than the nonaqueous electrolyte solution of 4. It is thought that ionic viscosity is lower than Test example 2 or 4 at 20 degreeC of Test Example 6 according to this viscosity tendency. In addition, among Experiments 2, 4 and 6, the ionic conductivity at 0 ° C. was Experimental Example 4 including the oil 2 having one polyether chain, and it was found that the ionic conductivity was excellent at low temperatures.

이러한 결과로부터 직쇄 구조의 오일 1 또는 2를 포함하는 비수 전해액(시험예 1 내지 4)은 분지(branch) 구조의 오일 3을 포함하는 비수 전해액(시험예 5, 6)보다 이온 전도도가 높아 리튬 이차 전지의 전해액으로서 적당한 것으로 판단된다.From these results, the non-aqueous electrolyte (Test Examples 1 to 4) containing the oil 1 or 2 of the linear structure has a higher ion conductivity than the non-aqueous electrolyte (Test Examples 5 and 6) containing the oil 3 of the branch structure (test examples 5 and 6). It is judged to be suitable as an electrolyte solution of a battery.

(실험 2: 리튬 이차 전지의 성능)(Experiment 2: Performance of Lithium Secondary Battery)

실험 1에 따라 얻어진 시험예 1 내지 6의 비수 전해액을 사용하여 코인형 리튬 이차 전지를 제조하고, 방전 용량을 측정하였다.The coin-type lithium secondary battery was produced using the nonaqueous electrolyte solution of the test examples 1-6 obtained according to the experiment 1, and discharge capacity was measured.

전지 제조는 LiCoO2를 양극 활물질, 폴리비닐리덴 플루오라이드를 결착제, 카본 블랙을 도전 조재, Al 박을 집전체로 하는 쉬트상 양극, 흑연을 음극 활물질, 폴리비닐리덴 플루오라이드 결착제, Cu 을 집전체로 하는 쉬트상 음극과 폴리프로필렌 세퍼레이터를 중첩시킨 상태로 전지 용기에 투입하고 시험예 1 내지 6의 비수 전해액을 주입한 후에 전지 용기에 봉구하여 직경 20mm, 높이 1.6mm, 설계 충방전용량이 5mAh의 코인형 전지(시험예 1 내지 6)를 제조하였다.The battery preparation includes LiCoO 2 as a positive electrode active material, a polyvinylidene fluoride binder, carbon black as a conductive aid, a sheet positive electrode using Al foil as a current collector, graphite as a negative electrode active material, a polyvinylidene fluoride binder, and Cu. The sheet-like negative electrode used as the current collector and the polypropylene separator were placed in the battery container, and the nonaqueous electrolyte solutions of Test Examples 1 to 6 were injected, and then sealed in the battery container, having a diameter of 20 mm, a height of 1.6 mm, and a design charge / discharge capacity. A coin battery (Test Examples 1 to 6) of 5 mAh was manufactured.

이어서, 각 전지에 대하여 0.2C 전류로 전지 전압이 4.2V에 도달할 때까지 정전류 충전을 실시한 후에 9시간 동안 정전압 충전하는 조건에서 충전을 행하였다. 이어서, 0.2C 전류로 전지 전압이 2.75V에 도달할 때까지 방전하여 각 전지의 방전용량을 측정하였다. 그 결과를 도 4 및 도 5에 나타내었다.Subsequently, each battery was charged under the condition of constant voltage charging for 9 hours after constant current charging until the battery voltage reached 4.2V at 0.2C current. Subsequently, the battery was discharged at a current of 0.2 C until the battery voltage reached 2.75 V, and the discharge capacity of each battery was measured. The results are shown in FIGS. 4 and 5.

또한 시험예 2, 4, 6의 비수 전해액에 피막 형성 화합물을 첨가한 것을 사용하여 코인형 리튬 이차전지를 제조하고, 방전 용량을 측정하였다.Moreover, the coin type lithium secondary battery was produced using what added the film formation compound to the nonaqueous electrolyte solution of Test Examples 2, 4, and 6, and discharge capacity was measured.

첨가된 피막 형성 화합물로는 하기 화학식 10으로 표시되는 폴리아크릴레이트 화합물(이하 PAA로 기재)과 하기 화학식 11로 표시되는 구조의 테트라메티롤메탄-트리-β-아지리디닐프로피오네이트와 상기 화학식 4의 R2가 H인 화합물이 25:75의 비율로 혼합한 혼합물(이하, TAZO로 기재)을 사용하였다.As the added film forming compound, a polyacrylate compound represented by the following formula (10) (hereinafter referred to as PAA), tetramethyrolmethane-tri-β-aziridinylpropionate having the structure represented by the following formula (11) and the above formula A mixture (hereinafter described as TAZO) in which a compound in which R 2 of 4 is H in a ratio of 25:75 was used.

[화학식 10][Formula 10]

[화학식 11][Formula 11]

시험예 2, 4, 5의 비수 전해액에 PAA를 0.2 질량%, TAZO 1 질량% 비율로 첨가하여 시험예 7, 8, 9의 비수 전해액을 제조하였다. 이들의 구체적인 조성은 표 1에 함께 나타내었다.To the nonaqueous electrolyte of Test Examples 2, 4 and 5, PAA was added at a ratio of 0.2% by mass and 1% by mass of TAZO to prepare the nonaqueous electrolyte of Test Examples 7, 8 and 9. Their specific composition is shown together in Table 1.

이어서 시험예 7, 8, 9의 비수 전해액을 사용한 것 이외에는 상기와 동일하게 시험예 7a, 8a, 9a의 리튬 이차 전지를 제조하였다.Subsequently, the lithium secondary batteries of Test Examples 7a, 8a and 9a were prepared in the same manner as above except that the nonaqueous electrolyte solutions of Test Examples 7, 8 and 9 were used.

또한 시험예 7a, 8a, 9a의 각 전지에 대하여, 0.2C의 전류에서 전지 전압이 3V에 도달할 때까지 정전류 충전을 실시한 후에 4시간 동안 정전압 충전을 실시하고 다시 0.2C 전류로 전지 전압이 4.2V에 도달할 때까지 정전류 충전을 실시한 후에 9시간 동안 정전압 충전하는 2단계 충전을 실시하여 각 전지에 대한 초충전(화성)을 실시하고 음극 표면에 피막을 형성하였다.In addition, for each of the batteries of Test Examples 7a, 8a, and 9a, constant current charging was performed at 0.2C current until the battery voltage reached 3V, followed by constant voltage charging for 4 hours, and again at 0.2C current. After performing constant current charging until reaching V, two-stage charging with constant voltage charging for 9 hours was performed to perform supercharge (chemical conversion) for each battery and to form a film on the surface of the negative electrode.

이후, 전체 전지에 대하여 0.2C의 전류로 전지 전압이 2.75V에 도달할 때까지 방전을 실시하여 방전 용량을 측정하였다. 그 결과를 도 5에 나타내었다.Thereafter, discharge was performed at a current of 0.2C for all the batteries until the battery voltage reached 2.75V to measure the discharge capacity. The results are shown in FIG.

도 4에 나타낸 것과 같이, 시험예 2a, 4a, 6a 전지의 방전 용량이 시험예 1, 3, 5의 전지보다 높게 나타났다. 이는 시험예 2, 4, 6에 대한 비수 전해액 중 EC의 함유율이 비교적 높게 나타내고 점도가 낮아 이온 전도도가 높기 때문인 것으로 생각된다.As shown in FIG. 4, the discharge capacities of the test examples 2a, 4a, and 6a batteries were higher than those of the test examples 1, 3, and 5. This is considered to be because the content of EC in the nonaqueous electrolyte solution for Test Examples 2, 4, and 6 is relatively high, and the viscosity is low, so that the ionic conductivity is high.

한편, 도 5에 나타낸 것과 같이, 피막 조성 화합물을 첨가한 전지(시험예 7a, 8a)은 피박 형성 화합물이 첨가되지 않은 시험예 2a, 4a, 6a의 전지에 대하여 방전 용량이 큰 폭으로 향상되어 있음을 알 수 있다. 또한 시험예 7a, 8a의 전지는 직쇄 구조의 폴리에테르 변성 실리콘 유(오일 1, 2)를 포함하고, 시험예 9a의 전지(분지 구조의 폴리에테르 변성 실리콘(오일 3)을 포함하는 것)에 비하여 우수한 방전 용량을 나타냄을 알 수 있다.On the other hand, as shown in FIG. 5, the battery (Test Examples 7a, 8a) to which the film-forming compound was added has significantly improved the discharge capacity with respect to the batteries of Test Examples 2a, 4a and 6a to which the film forming compound was not added. It can be seen that. The batteries of Test Examples 7a and 8a contain a polyether modified silicone oil (oils 1 and 2) having a straight chain structure, and the batteries of Test Example 9a (including a polyether modified silicone (oil 3) having a branched structure). It can be seen that it shows an excellent discharge capacity in comparison.

또한 시험예 1 내지 9의 비수 전해액의 인화점 및 종래 비수 전해액의 인화점을 측정한 결과 종래 비수 전해액에 있어서는 인화점 58℃가 확인되었고, 시험예 1 내지 9에 있어서는 실온에서 160℃의 범위에서 인화점이 확인되었다. 이는 시험예 1 내지 9의 비수 전해액에는 160℃ 미만으로 인화하는 물질이 모두 포함되어 있어, 이 인화점 측정 장치로서도 인화되는 것으로 생각된다.In addition, as a result of measuring the flash point of the nonaqueous electrolytes of the test examples 1 to 9 and the flash point of the conventional nonaqueous electrolyte, the flash point of 58 ° C. was confirmed in the conventional nonaqueous electrolyte, and the flash point was confirmed in the range of 160 ° C. at room temperature in the test examples 1 to 9. It became. This includes all the substances which ignite below 160 degreeC in the nonaqueous electrolyte of Test Examples 1-9, and it is thought that it flashes also as this flash point measuring apparatus.

또한 종래 비수 전해액은 에틸렌 카보네이트(EC)와 디에틸카보네이트(DEC)의 혼합 용매(부피비로 EC:DEC=3:7)에 LiPF6를 1.3몰/L의 농도로 용해시킨 것이다. 또한 인화점의 측정은 JIS-K2265에 규정된 개방식 인화점 측정 장치에 의하여 실온 내지 160℃ 범위에서 인화점을 측정하였다.In the conventional nonaqueous electrolyte, LiPF 6 is dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) at a concentration of 1.3 mol / L in a volume ratio of EC: DEC = 3: 7. In addition, the measurement of a flash point measured the flash point in the range from room temperature to 160 degreeC by the open flash point measuring apparatus prescribed | regulated to JIS-K2265.

(실험 3: 리튬 이차 전지의 성능)(Experiment 3: performance of lithium secondary battery)

에틸렌 카보네이트(EC)와 디에틸카보네이트(DEC)의 혼합 용매(부피비로EC:DEC=3:7)에 LiPF6를 1.3몰/L의 농도로 용해시켜 비교예 1의 비수 전해액을 제조하였다.LiPF 6 was dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) (vol ratio EC: DEC = 3: 7) at a concentration of 1.3 mol / L to prepare a nonaqueous electrolyte solution of Comparative Example 1.

이어서 비교예 1의 비수 전해액에 상기 화학식 7에 표시된 구조의 오일 1을 10 부피%의 함유율이 되도록 첨가하여 실시예 1의 비수 전해액을 제조하였다.Subsequently, oil 1 having a structure shown in Chemical Formula 7 was added to the nonaqueous electrolyte solution of Comparative Example 1 to have a content ratio of 10% by volume to prepare a nonaqueous electrolyte solution of Example 1.

또한 비교예 1의 비수 전해액에 상기 화학식 8에 표시된 구조의 오일 2를 10 부피%의 함유율이 되도록 첨가하여 실시예 2의 비수 전해액을 제조하였다.In addition, the nonaqueous electrolyte solution of Example 2 was prepared by adding oil 2 having a structure shown in Chemical Formula 8 to a content ratio of 10% by volume to the nonaqueous electrolyte solution of Comparative Example 1.

또한 실시예 1의 비수 전해액에 PAA를 0.2 질량%, TAZO 1 질량%의 비율로 첨가하여 실시예 3의 비수 전해액을 제조하였다.Furthermore, PAA was added to the nonaqueous electrolyte solution of Example 1 in the ratio of 0.2 mass% and TAZO 1 mass%, and the nonaqueous electrolyte solution of Example 3 was prepared.

실시예 2의 비수 전해액에 PAA를 0.2 질량%, TAZO 1 질량%의 비율로 첨가하여 실시예 4의 비수 전해액을 제조하였다.PAA was added to the nonaqueous electrolyte solution of Example 2 in the ratio of 0.2 mass% and TAZO 1 mass%, and the nonaqueous electrolyte solution of Example 4 was prepared.

이어서 비교예 1의 비수 전해액에 상기 화학식 9로 표시되는 구조의 오일 3을 10 부피% 함유율이 되도록 첨가하여 비교예 2의 비수 전해액을 제조하였다.Subsequently, oil 3 of the structure represented by Formula 9 was added to the nonaqueous electrolyte solution of Comparative Example 1 to have a 10% by volume content to prepare a nonaqueous electrolyte solution of Comparative Example 2.

또한 비교예 2의 비수 전해액에 PAA를 0.2 질량%, TAZO 1 질량%의 비율로 첨가하여 비교예 3의 비수 전해액을 제조하였다.In addition, PAA was added to the nonaqueous electrolyte solution of Comparative Example 2 at a ratio of 0.2% by mass and 1% by mass of TAZO to prepare a nonaqueous electrolyte solution of Comparative Example 3.

따라서 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 3의 비수 전해액을 사용한 것 이외에는 실험예 2와 동일하게 실시하여 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 3의 리튬 이차 전지를 제조하였다.Therefore, the lithium secondary batteries of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3 were prepared in the same manner as Experimental Example 2, except that the nonaqueous electrolyte solutions of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3 were used.

이어서 실시예 1 및 2와 비교예 1 및 2의 각 전지에 대하여, 0.5C의 전류에서 전지 전압이 4.2V에 도달할 때까지 정전류 충전을 실시한 후에 9시간 정전압 충전하는 조건에서 충전하였다. 이어서, 0.2C, 0.5C, 1.0C, 2.0C의 전류에서 전지 전압이 2.75V가 될 때까지 각각 방전을 실시하여 방전 전류마다 각 전지의 방전 용량을 측정하였다. 결과를 도 6 및 도 7에 나타내었다.Subsequently, each of the batteries of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 was charged under constant voltage charging for 9 hours after constant current charging until the battery voltage reached 4.2V at a current of 0.5C. Subsequently, discharge was performed at a current of 0.2C, 0.5C, 1.0C, and 2.0C until the battery voltage became 2.75V, and the discharge capacity of each battery was measured for each discharge current. The results are shown in FIGS. 6 and 7.

또한 실시예 3 및 4와 비교예 3의 전지에 대하여는 0.2C의 전류로 전지 전압이 3V에 도달할 때까지 정전류 충전을 실시한 후에 4시간 동안 정전압 충전을 실시하고, 여기에 0.2C의 전류로 전지 전압이 4.2V에 도달할 때까지 정전류 충전을 실시한 후에 9시간 동안 정전압 충전하는 2단계 충전을 실시하여 각 전지에 있어서 초충전(화성)을 실시하여 음극 표면에 피막을 형성하였다.In addition, the batteries of Examples 3 and 4 and Comparative Example 3 were subjected to constant current charging until the battery voltage reached 3V at a current of 0.2C, followed by constant voltage charging for 4 hours, and the battery at a current of 0.2C. After performing constant current charging until the voltage reached 4.2V, two-stage charging with constant voltage charging for 9 hours was performed to perform supercharge (chemical conversion) in each battery to form a film on the surface of the negative electrode.

이후, 0.2C, 0.5C, 1.0C, 2.0C의 전류에서 전지 전압이 2.75V에 도달할 때까지 각각 충전을 실시하여 방전 전류마다 각 전지의 방전 용량을 측정하였다. 그 결과를 도 6 및 도 7에 나타내었다.Thereafter, charging was performed at a current of 0.2C, 0.5C, 1.0C, and 2.0C until the battery voltage reached 2.75V, and the discharge capacity of each battery was measured for each discharge current. The results are shown in FIGS. 6 and 7.

도 6에 나타낸 것과 같이 0.2 내지 1.0C의 방전 전류의 범위에서는 실시예 3 및 4의 전지의 방전 용량이 실시예 1 및 2의 방전 용량보다 높음을 알 수 있다. 이는 실시예 3 및 4의 전지에서는 피막 형성 화합물을 첨가하여 음극 표면에 피막이 형성되어 있어, 오일 1, 2의 분해가 억제되어 방전 용량이 향상된 것으로 생각된다.As shown in FIG. 6, it can be seen that the discharge capacity of the batteries of Examples 3 and 4 is higher than that of Examples 1 and 2 in the discharge current range of 0.2 to 1.0C. In the batteries of Examples 3 and 4, it is thought that a film is formed on the surface of the negative electrode by adding a film forming compound, so that decomposition of oils 1 and 2 is suppressed and discharge capacity is improved.

또한 도 6 및 도 7에 나타낸 것과 같이, 비교예 2는 방전 전류에서도 실시예 3와 대략 동등 방전 용량을 나타내나, 비교예 3는 1.0 내지 2.0C의 범위에서 실시예 1 내지 4보다 방전 용량이 저하되는 것으로 나타났다.6 and 7, Comparative Example 2 shows substantially the same discharge capacity as Example 3 even in the discharge current, but Comparative Example 3 has a discharge capacity higher than Examples 1 to 4 in the range of 1.0 to 2.0C. It was shown to degrade.

이어서, 도 8에는 충방전 전류를 1C로 한 사이클 특성을 나타내었다. 도 8에 나타낸 것과 같이, 실시예 3의 전지는 비교예 1a보다 사이클 특성이 우수한 것으로 나타났다.Next, FIG. 8 shows the cycle characteristic which made charge-discharge current 1C. As shown in FIG. 8, the battery of Example 3 was found to have better cycle characteristics than Comparative Example 1a.

또한 실시예 4는 비교예 1a보다 방전 용량이 낮으나 사이클 곡선이 기울기가 비교예 1보다 작고, 사이클 진행에 따라 방전 용량의 열화가 비교예 1보다 적음을 알 수 있다.In addition, in Example 4, although the discharge capacity is lower than that of Comparative Example 1a, the cycle curve is smaller than that of Comparative Example 1, and as the cycle progresses, it can be seen that the degradation of the discharge capacity is smaller than that of Comparative Example 1.

이어서 비교예 3의 전지는 실시예 4a보다도 방전 용량이 적고, 또한 사이클 곡선의 기울기가 실시예 4보다 크고, 사이클 진행에 수반되는 발전 용량의 열화가 실시예 4보다도 크게 나타났다.Subsequently, the battery of Comparative Example 3 had a smaller discharge capacity than Example 4a, the inclination of the cycle curve was larger than that of Example 4, and the deterioration of power generation capacity accompanying the progress of the cycle was greater than that of Example 4.

따라서 피막 형성 혼합물을 첨가한 비수 전해액을 포함하는 리튬 이차 전지(실시예 3 및 4)는 사이클 특성이 우수함을 알 수 있다.Therefore, it can be seen that the lithium secondary batteries (Examples 3 and 4) including the nonaqueous electrolyte solution to which the film-forming mixture was added have excellent cycle characteristics.

이어서, 하기 화학식 12에 표시되는 구조의 폴리에테르 변성 실리콘 유를 합성하였다. 이하 오일 4라 한다. 단, 이 오일 4는 상기 화학식 1에서, R은 CH3, Z는 CH3, k는 0, m은 4, n은 2이다.Next, the polyether modified silicone oil of the structure shown by following formula (12) was synthesize | combined. Hereinafter referred to as oil 4. However, this oil 4 in Formula 1, R is CH 3 , Z is CH 3 , k is 0, m is 4, n is 2.

이어서 상기 비교예 1의 비수 전해액에 하기 화학식 12로 나타나는 구조를 갖는 오일 4를 10 부피%의 함유율이 되도록 첨가하여 실시예 5의 비수 전해액을 제조하였다.Subsequently, oil 4 having a structure represented by the following Chemical Formula 12 was added to the nonaqueous electrolyte solution of Comparative Example 1 to obtain a content ratio of 10% by volume to prepare a nonaqueous electrolyte solution of Example 5.

이어서, 실시예 5의 비수 전해액을 사용한 것 이외에는 실시예 2와 동일하게 실시하여 실시예 5의 리튬 이차 전지를 제조하였다.Next, it carried out similarly to Example 2 except having used the nonaqueous electrolyte solution of Example 5, and manufactured the lithium secondary battery of Example 5.

「화학식 12」`` Formula 12 ''

이어서, 실시예 5의 전지에 대하여 0.5C의 전류에서 전지 전압이 4.2V에 도달할 때까지 정전류 충전을 실시한 후에 9시간 정전압 충전하는 조건으로 충전하였다. 이어서, 0.2C, 0.5C, 1.0C, 2.0C의 전류로 전지 전압이 2.75V에 도달할 때까지 각각 충전하여 방전 전류마다 전지의 방전 용량을 측정하였다. 그 결과를 도 9에 나타내었다. 또한 도 9에는 실시예 1 및 비교예 1의 결과를 함께 나타내었다.Subsequently, the battery of Example 5 was charged under the condition of constant voltage charging for 9 hours after constant current charging was performed at a current of 0.5C until the battery voltage reached 4.2V. Subsequently, the battery was charged with currents of 0.2C, 0.5C, 1.0C, and 2.0C until the battery voltage reached 2.75V, and the discharge capacity of the battery was measured for each discharge current. The results are shown in FIG. In addition, Fig. 9 also shows the results of Example 1 and Comparative Example 1.

도 9에 나타낸 것과 같이, 실시예 5의 전지는 방전 전류가 0.2C, 0.5C일 때, 실시예 1보다 방전 용량이 향상됨을 알 수 있다.As shown in FIG. 9, it can be seen that the discharge capacity of the battery of Example 5 is improved compared to Example 1 when the discharge current is 0.2C and 0.5C.

이러한 실시예 5의 전지 방전 용량이 실시예 1보다도 향상된 것은 다음 이유에 의한 것으로 생각된다.It is thought that the battery discharge capacity of this Example 5 improved from Example 1 for the following reason.

즉, 실시예 1의 비수 전해액에 포함된 오일 1은 상기 화학식 1에 나타낸 구조식에서 n이 3인 것이나, 이 오일 1은 도 10에 나타낸 것과 같이, 오일 1의 단독으로 리튬 이온(Li+)에 배위될 수 있다. 또한 전해액 중에는 EC에 의하여 배위된 리튬 이온(Li+)도 공존하고 있다. 이와 같은 실시예 1의 전해액을 사용한 경우, 초충전에 있어서 도 10에 나타낸 것과 같이, 음극 표면에 EC로부터 형성되는 피막10과 실리콘 오일 분해로부터 형성되는 피막 20이 경쟁 반응으로 생성된다. 이와 같이 하여, 음극 표면에 리튬 이온이 투과되지 않은 실리콘 오일 분해로부터 형성되는 피막 20이 생성되어 있는 것으로 생각된다.That is, the oil 1 contained in the nonaqueous electrolyte of Example 1 is n is 3 in the structural formula shown in Formula 1, but this oil 1 is coordinated with lithium ions (Li +) alone as shown in FIG. 10. Can be. In the electrolyte, lithium ions (Li +) coordinated by EC also coexist. In the case of using the electrolyte solution of Example 1, as shown in FIG. 10 in the super charging, the film 10 formed from EC and the film 20 formed from decomposition of silicon oil are produced in a competition reaction on the surface of the cathode. In this way, it is considered that the film 20 formed from decomposition of the silicon oil in which lithium ions are not permeated on the surface of the negative electrode is produced.

이에 대하여, 실시예 5의 비수 전해액에 포함되어 있는 오일 4는 상기 화학식 1에 표시된 구조식에 대하여 n이 2인 것이나, 이 오일 4는 도 11에 나타낸 것과 같이 오일 4 단독으로는 n 수가 작기 때문에 리튬 이온(Li+)에 배위될 수 없다. 즉, 도 11에 나타낸 것과 같이 전해액 중에서는 리튬 이온이 EC에만 배위된다.In contrast, the oil 4 contained in the nonaqueous electrolyte of Example 5 has n of 2 with respect to the structural formula shown in the above formula (1), but since the oil 4 alone has a small number of n as shown in FIG. It cannot be coordinated with ions (Li +). That is, as shown in FIG. 11, lithium ion coordinates only to EC in electrolyte solution.

이 때문에 도 11에 나타낸 것과 같이, 초충전에 있어서, EC 유래의 피막 10이 도 10의 경우보다도 크게 형성된다. 그 결과 실시예 1의 전해액 보다 실시예 5의 전해액이 보다 양호한 피막을 형성할 수 있고, 이에 따라 0.2C 및 0.5C때, 방전 용량이 증가하는 것으로 생각된다.For this reason, as shown in FIG. 11, the film 10 derived from EC is formed larger than the case of FIG. As a result, the electrolyte solution of Example 5 can form a better film than the electrolyte solution of Example 1, and it is thought that discharge capacity increases at 0.2C and 0.5C by this.

(실험 4: 비수 전해액 및 리튬 이차 전지의 특성)(Experiment 4: Characteristics of nonaqueous electrolyte and lithium secondary battery)

Si(CH3)3OSiH(CH3)2와 CH2=CHCH2O(C2H5O)3CH3를 염화 백금 촉매 존재 하에서 하이드레이션 반응시켜, 하기 화학식 13으로 표시되는 구조의 폴리에테르 변성 실리콘 유를 제조하였다. 이하 오일 5라 한다. 이 오일 5는 상기 화학식 2에서, R1내지 R7은 CH3이고, Z는 CH3, k는 O, m은 3, n은 2인 것이다.Si (CH 3 ) 3 OSiH (CH 3 ) 2 and CH 2 = CHCH 2 O (C 2 H 5 O) 3 CH 3 by hydration reaction in the presence of a platinum chloride catalyst, a polyether having a structure represented by the following formula (13) A modified silicone oil was prepared. Hereinafter referred to as oil 5. Oil 5 is in the above formula 2, R 1 to R 7 is CH 3 , Z is CH 3 , k is O, m is 3, n is 2.

[화학식 13][Formula 13]

또한, 상기 오일 5에 대하여 진공 증류를 실시하여 오일에 함유되어 있는 Pt, BHT 등을 제거하였다. 2회 증류를 실시한 것을 오일 6, 1회 증류를 실시한 것을 오일 7라 한다.In addition, vacuum distillation was performed on the oil 5 to remove Pt, BHT, and the like contained in the oil. The oil 6 which distilled twice and the thing which distilled once are called oil 7.

오일 5의 점도는 25℃에서 2.6cP(3.7cSt)였다. 또한 오일 5에 대하여, JIS-K2265로 규정에 의한 개방식 인화점 측정 장치로 실온 내지 120℃ 범위에서 인화점을 측정한 결과, 인화점이 검출되지 않았다. 따라서 오일 5의 인화점은 적어도 120℃를 초과하는 것이다.The viscosity of oil 5 was 2.6 cP (3.7 cSt) at 25 ° C. Moreover, about the oil 5, when the flash point was measured in the range from room temperature to 120 degreeC by the open-type flash point measuring apparatus prescribed | regulated by JIS-K2265, a flash point was not detected. The flash point of oil 5 is therefore above at least 120 ° C.

또한 오일 5 내지 7에 함유된 Pt양과 BHT양을 각각 측정하였다. Pt양은 ICP 발광 분석법에 의해 측정하고, BHT에 대해서는 가스 크로마토그래피법으로 측정하였다. 그 결과 오일 5에는 Pt가 5ppm 함유되어 있고, BHT가 60ppm 함유되어 있었다. 한편, 진공 증류를 실시한 오일 6 및 7에는 Pt, BHT가 모두 검출 한계 이하였다.In addition, the amount of Pt and BHT contained in oils 5 to 7 was measured, respectively. The Pt amount was measured by ICP emission spectrometry, and the BHT was measured by gas chromatography. As a result, the oil 5 contained 5 ppm of Pt and 60 ppm of BHT. On the other hand, in oils 6 and 7 subjected to vacuum distillation, both Pt and BHT were below the detection limit.

이어서, 에틸렌 카보네이트(EC)와 디에틸카보네이트(DEC)의 혼합 용매(체적비 EC:DEC=3:7)에 LiPF6를 1.3몰/L 농도로 용해시켜 제 1 전해액을 제조하였다. 이 제 1 전해액에 오일 5를 15 부피% 첨가하여 실시예 6의 비수 전해액을 제조하였다.Subsequently, LiPF 6 was dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) (volume ratio EC: DEC = 3: 7) at a concentration of 1.3 mol / L to prepare a first electrolyte solution. The nonaqueous electrolyte solution of Example 6 was prepared by adding 15% by volume of oil 5 to the first electrolyte solution.

또한 상기 제 1 전해액에 오일 6을 15 부피% 첨가하여 실시예 7의 비수 전해액을 제조하였다.In addition, 15% by volume of oil 6 was added to the first electrolyte to prepare a nonaqueous electrolyte of Example 7.

또한 상기 제 1 전해액에 오일 7을 15 부피% 첨가하여 실시예 8의 비수 전해액을 제조하였다.In addition, 15% by volume of oil 7 was added to the first electrolyte solution to prepare a nonaqueous electrolyte solution of Example 8.

또한 에틸렌 카보네이트(EC)와 디에틸카보네이트(DEC)의 혼합 용매(체적비 EC;DEC=3:7)에 LiBETI를 1.3몰/L 농도로 용해시켜 제 2 전해액을 제조하였다. 이 제 2 전해액에 오일 6을 15 부피% 첨가하여 실시예 9의 비수전해액을 제조하였다.Further, LiBETI was dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) (volume ratio EC; DEC = 3: 7) at a concentration of 1.3 mol / L to prepare a second electrolyte solution. 15 vol% of oil 6 was added to the second electrolyte to prepare a nonaqueous electrolyte of Example 9.

상기 제 1 전해액에 오일 5를 15 부피%, 모노플루오로에틸렌 카보네이트(FEC)를 5 부피% 첨가하여 실시예 10의 비수 전해액을 제조하였다.The nonaqueous electrolyte of Example 10 was prepared by adding 15% by volume of oil 5 and 5% by volume of monofluoroethylene carbonate (FEC) to the first electrolyte.

상기 제 1 전해액에 오일 6을 15 부피%, 모노플루오로에틸렌 카보네이트(FEC)를 5 부피% 첨가하여 실시예 11의 비수 전해액을 제조하였다.The nonaqueous electrolyte of Example 11 was prepared by adding 15% by volume of oil 6 and 5% by volume of monofluoroethylene carbonate (FEC) to the first electrolyte.

상시 실시예 6의 비수전해액에 있어서, 점도 및 전도도를 측정한 결과 점도는 5.66cP였고, 전도도는 6.1mS/cm였다. 실시예 7 내지 11의 비수 전해액에 있어서도 실시예 6과 동일한 결과가 나타났다. 이에 따라 실시예 6 내지 11의 비수 전해액은 점도 및 전도도면에서, 리튬 이차 전지용 전해액으로 적용가능한 물성을 갖고 있음을 알 수 있다.In the nonaqueous electrolyte of Example 6, the viscosity and the conductivity were measured, and the viscosity was 5.66 cP and the conductivity was 6.1 mS / cm. Also in the nonaqueous electrolyte solution of Examples 7-11, the same result as Example 6 was shown. Accordingly, it can be seen that the nonaqueous electrolyte solutions of Examples 6 to 11 have physical properties applicable to electrolyte solutions for lithium secondary batteries in terms of viscosity and conductivity.

이어서, 실시예 6 내지 11의 비수 전해액을 사용하여 파우치형 리튬 이차 전지를 제조하여 방전 용량을 측정하였다.Next, the pouch type lithium secondary battery was produced using the nonaqueous electrolyte solution of Examples 6-11, and discharge capacity was measured.

전지 제조는 LiCoO2를 양극 활물질, 폴리비니릴덴 플루오라이드를 결착제,카본 블랙을 도전 조재, Al 박을 집전체로 하는 양극과, 흑연을 음극 활물질, 폴리비닐리덴 플루오라이드 결착체, Cu 박을 집전체로 하는 음극과 폴리프로필렌 세퍼레이터를 중첩시킨 상태로 전지 용기에 투입하고, 실시예 6 내지 11의 비수 전해액을 주입한 후에 전지 용기를 봉입하여 설계 충방전 용량이 820mAh의 전지를 제조하였다.The battery production includes LiCoO 2 as a positive electrode active material, a polyvinylidene fluoride binder, carbon black as a conductive assistant, an Al foil as a current collector, graphite as a negative electrode active material, a polyvinylidene fluoride binder, and Cu foil. The negative electrode used as the current collector and the polypropylene separator were superimposed, and the nonaqueous electrolyte solution of Examples 6 to 11 was injected thereinto, and then the battery container was sealed to manufacture a battery having a design charge / discharge capacity of 820 mAh.

이어서, 실시예 6 내지 11의 전지에 대하여, 0.2C의 전류로 전지 전압이 4.2V에 도달할 때까지 정전류 충전을 실시한 후에 9시간 정전압 충전을 실시하는 2단계 충전을 실시하는 공정인, 초충전(화성)을 각 전지에 대하여 실시하여, 음극 표면에 피막을 형성하였다.Subsequently, for the batteries of Examples 6 to 11, supercharge, which is a step of carrying out constant current charging until the battery voltage reaches 4.2 V at a current of 0.2 C, followed by two-stage charging for 9 hours. (Chemical formation) was performed about each battery, and the film was formed in the negative electrode surface.

이후, 0.2C, 0.5C, 0.1C 및 2.0C의 전류로 전지 전압이 2.75V에 도달할 때까지 각각 방전을 실시하여, 방전 전류마다 각 전지의 방전 용량을 측정하였다. 그 결과를 도 12에 나타내었다.Thereafter, the batteries were discharged at currents of 0.2C, 0.5C, 0.1C, and 2.0C until the battery voltage reached 2.75V, and the discharge capacity of each battery was measured for each discharge current. The results are shown in FIG.

도 12에 나타낸 것과 같이, 실시예 6 내지 9의 전지에서 큰 차이는 없었으며, 증류 공정 실시 유무 및 리튬염의 종류에 따른 유의차가 발견되었다. 한편, FEC를 첨가한 실시예 10 및 11에 있어서는 실시예 6 내지 9보다도 방전 용량이 높고, 설계 용량인 820mAh에 근접하게 타나났다. 이는 화성시에 음극 표면에 FEC에 의한 바람직한 피막이 형성되어, 이 피막에 의해 비수 전해액의 분해가 방지되었기 때문이다.As shown in FIG. 12, there were no significant differences in the batteries of Examples 6 to 9, and significant differences were found depending on the presence or absence of the distillation process and the type of lithium salt. On the other hand, in Examples 10 and 11 to which FEC was added, the discharge capacity was higher than that of Examples 6 to 9, and appeared closer to the design capacity of 820 mAh. This is because a favorable film by FEC is formed on the surface of the cathode during chemical formation, and the film prevents decomposition of the nonaqueous electrolyte.

이어서, 도 13에는 충방전 전류를 1C로 할 때 사이클 특성을 나타내었다. 도 13에 나타낸 것과 같이, FEC를 첨가한 실시예 10 및 11의 전지가 실시예 6, 7및 9보다 사이클 특성이 향상되었다. 단, 증류를 실시하지 않은 실시예 10에 있어서는 40 사이클이 경과됨에 따라 사이클 특성이 열화됨을 알 수 있다. 또한 실시예 6과 실시예 7을 비교하면, 증류를 실시한 실시예 7의 사이클 특성이 향상되어있음을 알 수 있다. 이와 같이 증류를 실시하는 것에 의해 사이클 특성이 차이가 나는 것은 증류에 의해 Pt, BHT가 제거되었기 때문이다.Next, FIG. 13 shows cycle characteristics when the charge / discharge current is 1C. As shown in Fig. 13, the cycle characteristics of the batteries of Examples 10 and 11 to which FEC was added were improved compared to Examples 6, 7, and 9. However, in Example 10 without distillation, it turns out that cycling characteristics deteriorate as 40 cycles pass. Moreover, when Example 6 is compared with Example 7, it turns out that the cycle characteristic of Example 7 which distilled was improved. The cycle characteristics differ by the distillation as described above because Pt and BHT are removed by distillation.

또한 리튬염으로 LiBETI를 사용한 실시예 9는 실시예 7과 동등한 사이클 특성을 나타냄을 알 수 있다. 또한, 더 이상 나타내지는 않았으나, 충방전 사이클이 더욱 반복되면 LiPF6보다 사이클이 우수하게 나타났다. 이에 따라 LiBETI는 LiPF6보다 우수한 사이클 특성을 나타냄을 알 수 있다.In addition, it can be seen that Example 9 using LiBETI as a lithium salt exhibits the same cycle characteristics as Example 7. In addition, although not shown any more, the cycle was superior to LiPF 6 when the charge and discharge cycle was repeated more. Accordingly, it can be seen that LiBETI shows better cycle characteristics than LiPF 6 .

또한 도 14 내지 도 18에, 실시예 6 내지 11의 리튬 이차 전지의 화성시에 충전 전압에 대한 쿨롱 효율의 프로파일을 나타내었다. 도 14는 실시예 6, 도 15는 실시예 7, 도 16은 실시예 8, 도 17은 실시예 9, 도 18은 실시예 10 및 11의 쿨롱 효율의 프로파일이다.14 to 18 show the coulombic efficiency profile with respect to the charging voltage when the lithium secondary batteries of Examples 6 to 11 are formed. 14 is a profile of Coulomb efficiency of Example 6, FIG. 15, Example 7, FIG. 16, Example 8, FIG. 17, Example 9, and FIG.

도 14 내지 도 18에 나타낸 것과 같이, FEC가 첨가되지 않은 실시예 6 내지 8에 있어서는, 3.3V 근처에 피크가 관찰되었다. 이 피크는 LiPF6가 음극 표면에 삽입될 때의 반응에 의해 나타나는 것으로 생각된다. 한편, 실시예 10 및 11의 전지에 있어서는 실시예 6 내지 8에서 나타나는 3.3V 근처의 피크의 전류 값이 작아졌다. 또한 화성시 가스 발생량도 적게 되었다. 이는, FEC의 첨가에 의해 음극 표면에 양호한 피막 형성이 촉진되었기 때문으로 생각된다.As shown in Figs. 14 to 18, in Examples 6 to 8 where FEC was not added, a peak was observed near 3.3V. This peak is thought to be caused by the reaction when LiPF 6 is inserted into the cathode surface. On the other hand, in the batteries of Examples 10 and 11, the current value of the peak near 3.3 V shown in Examples 6 to 8 decreased. In addition, the amount of gas generated on Mars was also reduced. This is considered to be because favorable film formation was promoted on the surface of the cathode by the addition of FEC.

또한, 실시예 9에 있어서는 LiBETI가 첨가되어 있기 때문에, 3.3V 근처의 피크의 전류 값이 작아지고, 음극 표면에 양호한 피막 형성이 촉진되는 것으로 생각된다.In addition, in Example 9, since LiBETI is added, it is considered that the current value of the peak near 3.3 V is small, and favorable film formation is promoted on the surface of the cathode.

또한, 상기 화학식 2에서 R1내지 R7이 CH3이고, m은 4, k는 0, n이 2인 오일에 있어서, 실험예 4와 동일하게 실험을 실시한 결과, 실험예 4와 동일하게 양호한 결과가 나타났다.In addition, in Formula 2, R 1 to R 7 is CH 3 , m is 4, k is 0, and n is 2, which is the same as Experimental Example 4 as a result of the same experiment as Experimental Example 4 The results were shown.

이상, 상세하게 설명한 것과 같이, 본 발명의 비수 전해액에 의하면 상기 화학식 1 또는 화학식 2에 기재된 구조를 갖는 폴리에테르 변성 실리콘 유를 포함하므로 열안정성이 우수하고, 리튬 이온의 이온 전도성이 높은 비수 전해액을 제공할 수 있다.As described above in detail, according to the nonaqueous electrolyte of the present invention, since the polyether-modified silicone oil having the structure of Formula 1 or Formula 2 is included, the nonaqueous electrolyte having excellent thermal stability and high ion conductivity of lithium ions is used. Can provide.

또한 본 발명의 리튬 이차 전지에 의하면 비수 전해액이 상기 화학식 1 또는 화학식 2에 기재된 구조를 갖는 폴리에테르 변성 실리콘 유를 포함하므로, 비수 전해액의 열안정성 및 이온 전도성이 향상되고 고온에서 안정성이 우수하고 고율충방전이 가능한 리튬 이차 전지를 제공할 수 있다.In addition, according to the lithium secondary battery of the present invention, since the nonaqueous electrolyte includes a polyether modified silicone oil having the structure of Formula 1 or Formula 2, the thermal stability and the ion conductivity of the nonaqueous electrolyte are improved, and the stability at high temperature is high, and the high rate. A lithium secondary battery capable of charging and discharging can be provided.

Claims (17)

직쇄 폴리실록산 사슬의 말단에 폴리에테르 사슬이 결합되어 있는 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 구조의 폴리에테르 변성 실리콘유, 환상 카보네이트 및 용질을 포함하는 비수 전해액.A non-aqueous electrolyte solution comprising a polyether-modified silicone oil, a cyclic carbonate, and a solute having a structure represented by the following formula (1) or (2) in which a polyether chain is bonded to a terminal of a straight chain polysiloxane chain. 「화학식 1」`` Formula 1 '' 「화학식 2」`` Formula 2 '' (상기 화학식 1 또는 화학식 2에서,(In Formula 1 or Formula 2, k는 0 내지 10의 범위이고;k ranges from 0 to 10; m은 2 내지 4 범위의 자연수이고;m is a natural number ranging from 2 to 4; n은 1 내지 4 범위의 자연수이고;n is a natural number ranging from 1 to 4; R1내지 R7은 각각 수소 또는 C1내지 C5의 알킬기이고,R 1 to R 7 are each hydrogen or an alkyl group of C 1 to C 5 , Z는 CH3또는 C2H5임).Z is CH 3 or C 2 H 5 ). 제 1 항에 있어서, 25℃에서 상기 폴리에테르 변성 실리콘유의 점도가 10cSt 미만인 비수 전해액.The nonaqueous electrolyte of Claim 1 whose viscosity of the said polyether modified silicone oil at 25 degreeC is less than 10 cSt. 제 1 항에 있어서, 상기 폴리에테르 변성 실리콘유의 인화점이 120℃ 이상인 비수 전해액.The nonaqueous electrolyte of Claim 1 whose flash point of the said polyether modified silicone oil is 120 degreeC or more. 제 1 항에 있어서, 상기 비수 전해액은 쇄상 카보네이트를 더욱 포함하는 것인 비수 전해액.The nonaqueous electrolyte of claim 1, wherein the nonaqueous electrolyte further comprises a linear carbonate. 제 1 항에 있어서, 상기 비수 전해액은 불화 환상 카보네이트를 더욱 포함하는 것인 비수 전해액.The nonaqueous electrolyte of claim 1, wherein the nonaqueous electrolyte further comprises a fluorinated cyclic carbonate. 양극;anode; 음극; 및cathode; And 직쇄 폴리실리콘 사슬의 말단에 폴리에테르 사슬이 결합되어 있는 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 폴리에테르 변성 실리콘 유, 환상 카보네이트 및용질을 포함하는 비수 전해액Non-aqueous electrolyte solution containing polyether modified silicone oil, cyclic carbonate, and solute represented by the following general formula (1) or (2), in which a polyether chain is bonded to the terminal of the linear polysilicon chain. 을 포함하는 리튬 이차 전지.Lithium secondary battery comprising a. 「화학식 1」`` Formula 1 '' 「화학식 2」`` Formula 2 '' (상기 화학식 1 또는 화학식 2에서,(In Formula 1 or Formula 2, k는 0 내지 10의 범위이고;k ranges from 0 to 10; m은 2 내지 4 범위의 자연수이고;m is a natural number ranging from 2 to 4; n은 1 내지 4 범위의 자연수이고;n is a natural number ranging from 1 to 4; R1내지 R7은 각각 수소 또는 C1내지 C5의 알킬기이고,R 1 to R 7 are each hydrogen or an alkyl group of C 1 to C 5 , Z는 CH3또는 C2H5임).Z is CH 3 or C 2 H 5 ). 제 6 항에 있어서, 상기 음극 표면에 폴리아크릴레이트 화합물, 아지리딘 화합물, 불화 환상 카보네이트 중 하나 또는 하나 이상을 포함하는 피막이 형성되어 있는 것인 리튬 이차 전지.The lithium secondary battery according to claim 6, wherein a film including one or more of a polyacrylate compound, an aziridine compound, and a fluorinated cyclic carbonate is formed on the surface of the negative electrode. 제 6 항에 있어서, 상기 비수 전해액에 쇄상 카보네이트가 더욱 첨가된 것인 리튬 이차 전지.The lithium secondary battery according to claim 6, wherein a chain carbonate is further added to the nonaqueous electrolyte. 제 6 항에 있어서, 상기 비수 전해액은 불화 환상 카보네이트를 더욱 포함하는 것인 리튬 이차 전지.The lithium secondary battery of claim 6, wherein the nonaqueous electrolyte further comprises a fluorinated cyclic carbonate. 25℃에서 10cst 미만의 점도를 갖는 폴리에테르 변성 실리콘유, 환상 카보네이트 및 용질을 포함하는 비수 전해액.A non-aqueous electrolyte comprising polyether modified silicone oil, cyclic carbonate and solute having a viscosity of less than 10 cst at 25 ° C. 제 10 항에 있어서, 상기 폴리에테르 변성 실리콘유의 인화점이 120℃ 이상인 비수 전해액.The nonaqueous electrolyte of Claim 10 whose flash point of the said polyether modified silicone oil is 120 degreeC or more. 제 10 항에 있어서, 상기 비수 전해액은 쇄상 카보네이트를 더욱 포함하는 것인 비수 전해액.The nonaqueous electrolyte of claim 10, wherein the nonaqueous electrolyte further comprises a linear carbonate. 제 10 항에 있어서, 상기 비수 전해액은 불화 환상 카보네이트를 더욱 포함하는 것인 비수 전해액.The nonaqueous electrolyte of claim 10, wherein the nonaqueous electrolyte further comprises a fluorinated cyclic carbonate. 양극;anode; 음극; 및cathode; And 25℃에서 10cst 미만의 점도를 갖는 폴리에테르 변성 실리콘유, 환상 카보네이트 및 용질을 포함하는 비수 전해액Non-aqueous electrolyte solution containing polyether modified silicone oil, cyclic carbonate and solute having a viscosity of less than 10 cst at 25 ℃ 을 포함하는 리튬 이차 전지.Lithium secondary battery comprising a. 제 14 항에 있어서, 상기 음극 표면에 폴리아크릴레이트 화합물, 아지리딘 화합물, 불화 환상 카보네이트 중 하나 또는 하나 이상을 포함하는 피막이 형성되어 있는 것인 리튬 이차 전지.The lithium secondary battery according to claim 14, wherein a film containing one or more of a polyacrylate compound, an aziridine compound, and a fluorinated cyclic carbonate is formed on the surface of the negative electrode. 제 14 항에 있어서, 상기 비수 전해액에 쇄상 카보네이트가 더욱 첨가된 것인 리튬 이차 전지.The lithium secondary battery according to claim 14, wherein a chain carbonate is further added to the nonaqueous electrolyte. 제 14 항에 있어서, 상기 비수 전해액은 불화 환상 카보네이트를 더욱 포함하는 것인 비수 전해액.15. The nonaqueous electrolyte of claim 14, wherein the nonaqueous electrolyte further comprises a fluorinated cyclic carbonate.
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