KR20050013717A - Electrolyte for lithium secondary cell having excellent performance at low temperature and lithium secondary cell comprising its electrolyte - Google Patents

Electrolyte for lithium secondary cell having excellent performance at low temperature and lithium secondary cell comprising its electrolyte

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KR20050013717A
KR20050013717A KR1020030052222A KR20030052222A KR20050013717A KR 20050013717 A KR20050013717 A KR 20050013717A KR 1020030052222 A KR1020030052222 A KR 1020030052222A KR 20030052222 A KR20030052222 A KR 20030052222A KR 20050013717 A KR20050013717 A KR 20050013717A
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권세만
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Abstract

PURPOSE: An electrolyte solution for a lithium secondary battery and a lithium secondary battery containing the electrolyte solution are provided, to improve low temperature performance without the deterioration of other performance by forming a stable passive state coating on the surface of a negative electrode. CONSTITUTION: The electrolyte solution comprises an organic solvent; a lithium salt; and 0.05-5 wt% of the 1-propanephosphonic acid cyclic anhydride represented by the formula 1. Preferably the organic solvent is selected from the group consisting of a cyclic carbonate and a linear carbonate. The lithium secondary battery comprises the electrolyte solution; a positive electrode comprising a lithium-transition metal oxide as a positive electrode active material; and a negative electrode comprising carbon, a carbon composite, a lithium metal or a lithium alloy as a negative electrode active material.

Description

우수한 저온 성능을 갖는 리튬 이차 전지용 전해액 및 이를 포함한 리튬 이차전지{ELECTROLYTE FOR LITHIUM SECONDARY CELL HAVING EXCELLENT PERFORMANCE AT LOW TEMPERATURE AND LITHIUM SECONDARY CELL COMPRISING ITS ELECTROLYTE}ELECTROLYTE FOR LITHIUM SECONDARY CELL HAVING EXCELLENT PERFORMANCE AT LOW TEMPERATURE AND LITHIUM SECONDARY CELL COMPRISING ITS ELECTROLYTE}

본 발명은 리튬 이차 전지용 전해액 및 이를 포함한 리튬 이차 전지에 관한 것으로, 구체적으로 1-프로판포스폰산 시클릭 무수물을 포함한 리튬 이차 전지용 전해액 및 이를 포함한 리튬 이차 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a lithium secondary battery electrolyte and a lithium secondary battery comprising the same, and more particularly to a lithium secondary battery electrolyte containing 1-propanephosphonic acid cyclic anhydride and a lithium secondary battery comprising the same.

최근 첨단 전자산업의 발달로 전자장비의 소량화 및 경량화가 가능하게 됨에 따라 휴대용 전자 기기의 사용이 증대되고 있다. 이러한 휴대용 전자 기기의 전원으로 높은 에너지 밀도를 가진 전지의 필요성이 증대되어 리튬 이차 전지의 연구가활발하게 진행되고 있다.Recently, with the development of the high-tech electronic industry, it is possible to reduce the weight and weight of electronic equipment, thereby increasing the use of portable electronic devices. As a power source for such portable electronic devices, the need for a battery having a high energy density has been increased, and research on lithium secondary batteries has been actively conducted.

리튬 이차 전지는 양극/음극 활물질, 집전체 및 전해액으로 이루어진다. 상기 양극/음극 활물질은 전기를 발생시키는 부분으로, 양극 활물질로는 리튬-전이금속 산화물이 사용되고, 음극 활물질로는 리튬 금속, 리튬 합금, 탄소(결정질 또는 비정질) 또는 탄소 복합체가 사용되고 있다. 상기 집전체는 상기 활물질에 발생되어 공급되는 전자를 움직일 수 있는 통로로서, 금속 집전체를 사용한다. 또한, 전해액은 이온전도의 매체 역할을 수행하는 것으로, 비수성 용매, 리튬염 및 기타 첨가제로 이루어진다.A lithium secondary battery consists of a positive electrode / cathode active material, an electrical power collector, and electrolyte solution. The cathode / anode active material generates electricity, and lithium-transition metal oxide is used as the cathode active material, and lithium metal, lithium alloy, carbon (crystalline or amorphous), or carbon composite material is used as the anode active material. The current collector uses a metal current collector as a path for moving electrons generated and supplied to the active material. In addition, the electrolyte serves as a medium for ion conduction, and consists of a non-aqueous solvent, lithium salt, and other additives.

리튬 이차 전지는 3.6∼3.7 V 정도의 평균 방전 전압으로, 다른 알칼리 전지인 Ni-MH 전지, Ni-Cd 전지 등에 비하여 높은 전력을 얻을 수 있으나, 이런 높은 구동 전압을 내기 위해서는 충방전 전압영역인 0∼4.2 V에서 전기화학적으로 안정한 전해액 조성물이 요구된다. 이러한 이유로 에틸렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트 등의 비수성 카보네이트계 용매의 혼합물을 전해액으로 사용하고 있다. 그러나 이러한 조성을 가지는 전해액은 Ni-MH 전지 또는 Ni-Cd 전지에 사용되는 수계(aqueous) 전해액에 비하여 이온전도도가 현저히 낮아 고율 충방전시 전지 특성이 저하되는 문제점이 있다.Lithium secondary batteries have an average discharge voltage of about 3.6 to 3.7 V, and can obtain higher power than other alkaline batteries such as Ni-MH batteries and Ni-Cd batteries. An electrochemically stable electrolyte composition at -4.2 V is required. For this reason, a mixture of non-aqueous carbonate solvents such as ethylene carbonate, dimethyl carbonate and diethyl carbonate is used as the electrolyte solution. However, the electrolytic solution having such a composition has a problem in that the battery characteristics are lowered at high rate charge / discharge compared to the aqueous electrolytic solution used in Ni-MH batteries or Ni-Cd batteries.

리튬 이차 전지는 에너지 밀도 등의 이점이 있음에도 불구하고 상기와 같은 이유로 저온에서 사용하는 제품에의 채택에는 많은 어려움이 있다.Although lithium secondary batteries have advantages such as energy density, there are many difficulties in adopting them to products used at low temperatures for the same reason.

이에, 리튬 이차 전지는 낮은 온도에서도 높은 이온 전도가 가능한 저온 성능을 향상을 위한 시도가 이루어지고 있다. 기존의 리튬 이차 전지의 저온 성능 향상을 위한 시도는 주로 전기화학적으로 안정하면서 어는점이 낮고, 점도가 낮은 에스테르계열의 용매를 전해액에 첨가하여 사용함으로써 낮은 온도에서도 높은 이온 전도가 가능하도록 하는 기술이 사용되어 왔다. H.-C (Alex) Shiano 등(J. Power Sources, 87 (2000), 167-173)은 메틸 아세테이트를 첨가하여 저온 성능의 향상을 도모하였고, S. Herreyre 등(J. Power Sources, 97-98 (2001), 576-580)은 에틸 아세테이트와 메틸 부티레이트를 전해액에 첨가함으로써 저온 성능의 향상을 이루었다. 그러나, 에스테르 계열 용매를 사용한 리튬 이차 전지는 높은 증기압으로 인해 고온 방치시 쉽게 부풀고, 전기화학적으로 안전성이 떨어지므로 부반응을 촉진하여 다른 성능의 저하를 동반하는 문제점이 발생한다.Accordingly, attempts have been made to improve low temperature performance of lithium secondary batteries capable of high ion conduction even at low temperatures. Attempts to improve the low temperature performance of conventional lithium secondary batteries are mainly made of a technique that enables high ion conduction even at low temperatures by using an electrochemically stable, low freezing point, low ester viscosity solvent added to the electrolyte. Has been. H.-C (Alex) Shiano et al. ( J. Power Sources , 87 (2000), 167-173) added methyl acetate to improve low temperature performance, and S. Herreyre et al. ( J. Power Sources , 97- 98 (2001), 576-580) improved the low temperature performance by adding ethyl acetate and methyl butyrate to the electrolyte. However, a lithium secondary battery using an ester-based solvent easily swells when left at high temperature due to high vapor pressure, and has a problem of deterioration of other performances by promoting side reactions because of poor electrochemical safety.

이외에 프로필렌 카보네이트를 첨가하여 전해액내 에틸렌 카보네이트의 결정화를 억제하도록 하는 연구결과가 S.S Zhang 등(J. Power Sources,110 (2002), 216-221)에 의해 발표되었으나 프로필렌 카보네이트를 사용하였을 경우에 음극과의 부반응이 계속 일어나 성능을 열화시키는 문제점이 발생한다.In addition, research results to suppress the crystallization of ethylene carbonate in the electrolyte by adding propylene carbonate have been published by SS Zhang et al. ( J. Power Sources, 110 (2002), 216-221), but in the case of using propylene carbonate, Side reactions continue to deteriorate the performance.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 저온 성능의 향상과 더불어 다른 성능의 저하를 방지할 수 있는 리튬 이차 전지용 전해액 및 이를 포함한 리튬 이차 전지를 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a lithium secondary battery electrolyte and a lithium secondary battery including the same, which can prevent the degradation of other performance as well as improving low-temperature performance.

도 1은 본 발명의 리튬 이차 전지용 전해액의 저온 성능 효과를 실험하기 위한 리튬 이차 전지용 전해액의 -10℃ 방전 용량을 나타낸 그래프이다. 1 is a graph showing a -10 ° C discharge capacity of an electrolyte solution for lithium secondary batteries for experimenting with low temperature performance effects of the electrolyte solution for lithium secondary batteries of the present invention.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 유기용매와 리튬염을 포함한 혼합용액에 하기 화학식 1로 표시되는 1-프로판포스폰산 시클릭 무수물을 첨가한 리튬 이차 전지용 전해액을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an electrolyte solution for a lithium secondary battery to which 1-propanephosphonic acid cyclic anhydride represented by the following formula (1) is added to a mixed solution containing an organic solvent and a lithium salt.

이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명의 전해액은 일반적으로 전해액으로 사용되는 유기용매와 리튬염을 포함한 혼합용액에 상기 화학식 1로 표시되는 1-프로판포스폰산 시클릭 무수물(1-propanephosphonic acid cyclic anhydride)을 첨가하여 제조한 것이다.The electrolyte of the present invention is prepared by adding 1-propanephosphonic acid cyclic anhydride represented by Chemical Formula 1 to a mixed solution containing an organic solvent and a lithium salt generally used as an electrolyte.

상기 1-프로판포스폰산 시클릭 무수물은 리튬 이차 전지의 충방전과정에서 음극표면에 안정된 부동태막을 형성시켜 이를 포함한 전해액으로 이루어진 리튬 2차 전지는 다른 성능의 저하 없이 저온 성능의 향상을 이룰 수 있다.The 1-propanephosphonic acid cyclic anhydride forms a stable passivation film on the negative electrode surface during the charge and discharge of the lithium secondary battery, the lithium secondary battery made of an electrolyte solution containing the same can achieve the low temperature performance without any other performance degradation.

본 발명에서는 1-프로판포스폰산 시클릭 무수물을 전해액에 대하여 0.05∼5 중량%로 첨가하며, 바람직하게는 0.1∼3 중량% 첨가한다. 이때, 1-프로판포스폰산 시클릭 무수물의 첨가량이 상기 범위미만일 경우에는 저온 성능의 향상이 나타나지않으며, 상기 범위를 초과한 경우 충방전 특성이 저하되는 문제점이 발생한다.In the present invention, 1-propanephosphonic acid cyclic anhydride is added at 0.05 to 5% by weight, preferably 0.1 to 3% by weight based on the electrolyte. In this case, when the amount of 1-propanephosphonic acid cyclic anhydride added is less than the above range, there is no improvement in low-temperature performance, and when the above-mentioned range is exceeded, the charge and discharge characteristics are deteriorated.

또한 본 발명의 전해액은 본 분야에서 통상적으로 사용하는 비수성 유기 용매 및 리튬염을 포함한다. 상기 비수성 유기 용매는 환형(cyclic) 또는 사슬형(chain) 카보네이트를 사용할 수 있으며, 또한 둘 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 이들의 구체적인 예로는 에틸렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 메틸에틸 카보네이트, 프로필렌 카보네이트 등이 있다.In addition, the electrolyte solution of the present invention contains a non-aqueous organic solvent and lithium salts commonly used in the art. The non-aqueous organic solvent may be a cyclic or chain carbonate, and may be used by mixing two or more. Specific examples thereof include ethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methylethyl carbonate, propylene carbonate, and the like.

상기 리튬염은 지지 전해염으로서, 리튬 헥사플루오로포스페이트, 리튬 테트라플루오로보레이트, 리튬 퍼클로레이트, 리튬 트리플루오로메탄설포네이트 및 리튬 헥사플루오로아세테이트 중 하나 또는 둘 이상의 혼합하여 사용한다. 그러나, 본 발명은 이에 한정하는 것은 아니다.The lithium salt is used as a supporting electrolytic salt by mixing one or two or more of lithium hexafluorophosphate, lithium tetrafluoroborate, lithium perchlorate, lithium trifluoromethanesulfonate, and lithium hexafluoroacetate. However, the present invention is not limited thereto.

본 발명의 리튬 이차 전지의 전해액은 통상 -20∼60℃의 온도 범위에서 안정하여 4V의 전압에서도 안정적인 특성을 유지한다. 본 발명의 전해액은 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지 등 모든 리튬 이차 전지에 적용될 수 있다.The electrolyte solution of the lithium secondary battery of the present invention is usually stable in the temperature range of -20 to 60 ℃ to maintain stable characteristics even at a voltage of 4V. The electrolyte solution of the present invention can be applied to all lithium secondary batteries such as lithium ion batteries and lithium polymer batteries.

본 발명에서 리튬 이차 전지의 양극 재로로는 LiCo2, LiNiO2, LiMnO2, LiMn2O4또는 LiNi1-x-yCoxMyO2(0≤x≤1, 0≤y≤1, o≤x+y≤1, M은 Al, Sr, Mg, La 등의 금속)와 같은 리튬-전이금속 산화물을 사용하고, 음극 재료로는 결정질 또는 비정질의 탄소, 탄소 복합체, 리튬 금속 또는 리튬 합금을 사용한다. 상기 활물질을적당한 두께와 길이로 박판의 집전체에 도포하거나 또는 활물질 자체를 필름 형상으로 도포하여 절연체인 세퍼레이터와 함께 감거나 적층하여 전극군을 만든 다움, 캔 또는 이와 유사한 용기에 넣은 후, 상기 1-프로판포스폰산 시클릭 무수물이 첨가된 전해액을 주입하여 리튬 이차 전지를 제조한다. 상기 세퍼레이터로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 수지가 사용될 수 있다.In the present invention, the cathode material of the lithium secondary battery is LiCo 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4, or LiNi 1-xy Co x M y O 2 (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, o ≦ x + y ≤ 1, M is a lithium-transition metal oxide, such as Al, Sr, Mg, La (metals such as La), and as a negative electrode material using a crystalline or amorphous carbon, carbon composite, lithium metal or lithium alloy do. After applying the active material to the current collector of the thin plate with a suitable thickness and length, or applying the active material itself in the form of a film, it is wound or laminated with a separator that is an insulator and placed in a container, a can, or a similar container to form an electrode group. A lithium secondary battery is prepared by injecting an electrolyte solution to which propanephosphonic acid cyclic anhydride is added. As the separator, a resin such as polyethylene or polypropylene may be used.

이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명할 것이나, 이들 실시예는 본 발명을 예시하는 것으로서 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but these Examples illustrate the present invention, but the scope of the present invention is not limited to these Examples.

<실시예 1∼4> 본 발명의 전해액의 제조 1∼4<Examples 1-4> Preparation of the electrolyte solution of this invention 1-4

기본 전해액 조성(EC/EMC=30/70, LiPF61.15 M)에 시판되는 1-프로판포스폰산 시클릭 무수물과 에틸 아세테이트 1:1(무게비)로 이루어진 혼합용액을 하기 표 1에 기재된 바와 같이 첨가하여 본 발명의 전해액을 제조하였다.A mixed solution consisting of 1-propanephosphonic acid cyclic anhydride and ethyl acetate 1: 1 (weight ratio) commercially available in the basic electrolyte composition (EC / EMC = 30/70, LiPF 6 1.15 M) was added as described in Table 1 below. To prepare an electrolyte solution of the present invention.

<실시예 5∼8> 리튬 이차 전지의 제조 1∼4<Examples 5-8> Production of Lithium Secondary Batteries 1-4

셀을 조립하고, 상기 조립한 셀을 알루미늄 파우치에 넣은 후 상기 실시예 1∼4에서 제조된 전해액을 각각 첨가하였다. 상기 알루미늄 파우치에 열과 압력을 가하여 실링하여 리튬 이차 전지를 제조하였다. 구체적으로, 하기와 같은 방법으로 제조하였다.The cells were assembled, the assembled cells were placed in an aluminum pouch, and the electrolyte solutions prepared in Examples 1 to 4 were added thereto. Heat and pressure were applied to the aluminum pouch to seal the lithium secondary battery. Specifically, it was prepared by the following method.

(1) 분리막 필름 제조(1) membrane film production

용기에 PVDF-HFP copolymer (88:12)-KynarFLEX 2801(atochem사)를 9g, 아세톤을 100 ㎖에 넣어주고 교반하면서 온도를 45℃로 유지되게 하여 폴리머를 용매에 용해시켰다. 여기에 가소제로 디부틸 프탈레이트 10g, 흄드 실리카 1g을 넣고 상기 온도를 유지하면서 30∼60분 동안 더 교반하여 균일하게 분산된 용액을 얻었다. 상기 혼합액을 도포기(coater)를 이용하여 표면 처리된 PET필름 위에 코팅하여 도포하고 건조 영역에서 건조하였다. 여기서 필름의 두께는 45㎛가 되도록 하였다.9 g of PVDF-HFP copolymer (88:12) -KynarFLEX 2801 (atochem) was added to 100 ml of acetone, and the temperature was maintained at 45 ° C. while stirring to dissolve the polymer in a solvent. 10 g of dibutyl phthalate and 1 g of fumed silica were added as a plasticizer, followed by further stirring for 30 to 60 minutes while maintaining the temperature to obtain a uniformly dispersed solution. The mixed solution was coated and coated on a surface-treated PET film using a coater and dried in a dry area. Here, the film thickness was set to 45 micrometers.

(2) 음극 필름의 제조(2) Preparation of Cathode Film

용기에 PVDF-HFP copolymer (88:12)-KynarFLEX 2801(atochem社)를 10g, 아세톤을 100 ㎖에 넣어주고 교반하면서 온도를 45℃로 유지되게 하여 폴리머를 용매에 용해시켰다. 여기에 가소제로 디부틸 프탈레이트 16g, 도전성 카본(Super-P) 2.5g을 첨가하여 분산시키고 계속하여 활물질로 그라파이트(Osaka gas社) 40g을 첨가하고 상기온도를 유지하면서 1시간 동안 교반하였다.10 g of PVDF-HFP copolymer (88:12) -KynarFLEX 2801 (atochem) was added to 100 ml of acetone, and the temperature was maintained at 45 ° C. while stirring to dissolve the polymer in a solvent. 16 g of dibutyl phthalate and 2.5 g of conductive carbon (Super-P) were added and dispersed as a plasticizer. Then, 40 g of graphite (Osaka gas) was added as an active material and stirred for 1 hour while maintaining the temperature.

상기 혼합액을 도포기(coater)를 이용하여 표면 처리된 PET필름 위에 코팅하여 도포하고 건조 영역에서 건조하였다. 여기서 필름의 두께는 120㎛가 되도록 하였다.The mixed solution was coated and coated on a surface-treated PET film using a coater and dried in a dry area. Here, the film thickness was 120 micrometers.

(3) 양극 필름의 제조(3) production of anode film

용기에 PVDF-HFP copolymer (88:12)-KynarFLEX 2801(atochem社)를 10g, 아세톤을 100 ㎖에 넣어주고 교반하면서 온도를 45℃로 유지되게 하여 폴리머를 용매에용해시켰다. 여기에 가소제로 디부틸 프탈레이트 14g, 도전성 카본(Super-P와 KS6의 1:1 혼합물) 5.0g을 첨가하여 분산 시키고 계속하여 활물질로 리튬코발트 옥사이드, LiCoO2(일본화공사) 40g을 첨가하고 상기온도를 유지하면서 1시간 동안 교반하였다.10 g of PVDF-HFP copolymer (88:12) -KynarFLEX 2801 (atochem) was added to 100 ml of acetone and the temperature was maintained at 45 ° C. while stirring to dissolve the polymer in the solvent. 14 g of dibutyl phthalate and 5.0 g of conductive carbon (1: 1 mixture of Super-P and KS6) were added as a plasticizer and dispersed therein, followed by 40 g of lithium cobalt oxide and LiCoO 2 (Nihon Kogyo) as an active material. Stir for 1 hour while maintaining the temperature.

상기 혼합액을 도포기(coater)를 이용하여 표면 처리된 PET필름 위에 코팅하여 도포하고 건조 영역에서 건조하였다. 여기서 필름의 두께는 90㎛가 되도록 하였다.The mixed solution was coated and coated on a surface-treated PET film using a coater and dried in a dry area. Herein, the thickness of the film was set to 90 µm.

(4) 집전체 전처리(4) current collector pretreatment

음극 집전체인 구리 익스펜디드 메쉬(Cu expended mesh)와 양극 집전체인 알루미늄 익스펜디드 메쉬를 각각의 음극 필름 및 양극 필름과 잘 접착되도록 하기 위하여 세척 및 프라이머 도포를 하였다. 상기 세척은 각 집전체를 아세톤으로 세척하여 유기물을 제거하는 과정으로 수행하였다.The copper expanded mesh, which is a negative electrode current collector, and the aluminum expanded mesh, which is a positive electrode current collector, were washed and primer-coated so as to be well adhered to the respective negative and positive electrode films. The washing was performed by washing each current collector with acetone to remove organic matter.

프라이머 도포는 도전성 카본 (super-P) 15 중량%, PVDF-HFP copolymer (88:12)-KynarFLEX 2801(atochem사) 60 중량%, 디부틸 프탈레이트 25%를 아세톤 용액에 3 중량%로 첨가하여 균일한 용액을 제조한 후 그라비아 코터(graveur coater)로 코팅하고 열풍으로 건조하였다.Primer coating was carried out by adding 15% by weight of conductive carbon (super-P), 60% by weight of PVDF-HFP copolymer (88:12) -KynarFLEX 2801 (atochem), and 25% of dibutyl phthalate to 3% by weight of acetone solution. One solution was prepared, coated with a graveur coater and dried by hot air.

(5) 음극 제조(5) cathode manufacturing

상기 전처리를 마친 구리 익스펜디드 메쉬와 상기에서 제조된 음극 필름을 음극 필름 구리 집전체-음극 필름의 형태로 히팅롤이 설치되어 있는 라미네이터로 온도와 압력을 일정하게 조절하여 라미네이션하였다. 이때 접합 온도는 140℃로유지 하였으며 전극 형태가 찌그러지지 않을 만큼의 압력을 가하여 제작 하였다.The pre-treated copper expanded mesh and the negative electrode film prepared above were laminated with a laminator having a heating roll installed in the form of a negative electrode film copper current collector-negative film under constant temperature and pressure adjustment. At this time, the junction temperature was maintained at 140 ℃ and produced by applying a pressure so as not to crush the electrode shape.

(6) 양극 제조(6) anode manufacturing

상기 전처리를 마친 알루미늄 익스펜디드 메쉬와 상기에서 제조된 양극 필름을 양극 필름-알루미늄 집전체-양극 필름의 형태로 히팅롤이 설치되어 있는 라미네이터로 온도와 압력을 일정하게 조절하여 라미네이션하였다. 이때 접합 온도는 140℃로 유지하였으며 전극 형태가 찌그러지지 않을 만큼의 압력을 가하여 제작하였다.The pre-treated aluminum expanded mesh and the positive electrode film prepared above were laminated using a laminator equipped with a heating roll in the form of a positive electrode film-aluminum current collector-anode film to adjust temperature and pressure at a constant rate. At this time, the junction temperature was maintained at 140 ℃ and produced by applying a pressure so as not to crush the electrode shape.

(7) 전지 접합(7) battery bonding

상기에서 제조된 음극과 양극을 사용하여 전지를 접합하였다.The battery was bonded using the negative electrode and the positive electrode prepared above.

전지는 양극-분리막-음극-분리막-양극의 순서로 적층한 후, 히팅롤이 설치되어 있는 라미네이터로 온도와 압력을 일정하게 조절하여 라미네이션하였다. 이때 접합 온도는 130℃로 유지 하였으며 전지 형태가 찌그러지지 않을 만큼의 압력을 가하여 제작하였다.The battery was laminated in the order of positive electrode-membrane-cathode-membrane-anode, and then laminated with a laminator having a heating roll. At this time, the junction temperature was maintained at 130 ℃ and produced by applying a pressure so as not to crush the battery form.

(8) 가소제 추출(8) plasticizer extraction

상기에서 제조된 전지에 메탄올을 용매로 사용하여 전지내에 있는 디부틸 프탈레이트를 추출하여 제거하였다. 이러한 추출은 상기 전지를 메탄올에 넣고 20분간 3회에 걸쳐 매번 새로운 메탄올을 사용하여 수행되었다. 추출 후 진공오븐에서 40℃의 온도로 24시간에 걸쳐 건조 되었다.Dibutyl phthalate in the battery was extracted and removed by using methanol as a solvent in the battery prepared above. This extraction was carried out using fresh methanol each time three times for 20 minutes in the cell in methanol. After extraction, the mixture was dried over 24 hours at a temperature of 40 ℃ in a vacuum oven.

(9) 전해액 함침(9) electrolyte impregnation

상기 가소제 추출에 의해 미세기공이 형성된 전지를 내부가 아르곤 가스로충진되고 수분 농도가 5ppm이하인 글러브 박스에서 상기 실시예 1∼4의 전해액에 함침 시켜서 전지를 제조하였다.The battery was prepared by impregnating the battery in which the micropores were formed by the plasticizer extraction with the electrolyte solution of Examples 1 to 4 in a glove box filled with argon gas and having a moisture concentration of 5 ppm or less.

(10) 포장10 packing

상기에서 제조된 전지를 알루미늄 라미네이트 전지 포장 팩으로 진공 열 접합 방법으로 실링하였다.The battery prepared above was sealed by vacuum thermal bonding method with an aluminum laminate battery packaging pack.

(11) 충방전(11) charging and discharging

상기에서 제조된 전지를 C/2의 전류로 4.2∼3.0V구간을 3회 충방전함으로써 최종적으로 사용될 수 있는 전지를 제조 하였다.The battery prepared in the above was finally discharged by charging and discharging the section 4.2 to 3.0 V three times with a current of C / 2.

<비교예 1> 리튬 이차 전지의 제조 1Comparative Example 1 Manufacture of Lithium Secondary Battery 1

상기 실시예 5에서 본 발명의 제조된 전해액 대신 기본 전해액 조성(EC/EMC=30/70, LiPF61.15 M)을 사용한 것을 제외하고 동일한 방법으로 리튬 이차 전지를 제조하였다.A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 5, except that a basic electrolyte composition (EC / EMC = 30/70, LiPF 6 1.15 M) was used instead of the prepared electrolyte solution of the present invention.

<비교예 2> 리튬 이차 전지의 제조 2Comparative Example 2 Fabrication of Lithium Secondary Battery 2

상기 실시예에서 1-프로판포스폰산 시클릭 무수물은 시판된 것을 사용하는 것으로, 에틸 아세테이트와 1:1(무게비)로 혼합되어 있다. 이를 분리하기 어려우며, 에틸 아세테이트에 의한 리튬 이차 전지의 성능을 비교하기 위하여 하기에 기술된 바와 같이 리튬 이차 전지를 제조하였다. 구체적으로, 상기 실시예 5에서 본 발명의 제조된 전해액 대신 실시예 1에서 기술된 바와 같아 기본 전해액에 에틸 아세테이트 1 중량% 첨가된 전해액을 사용한 것을 제외하고 동일한 방법으로 리튬 이차 전지를 제조하였다.In the above examples, 1-propanephosphonic acid cyclic anhydride is commercially available, and is mixed 1: 1 with ethyl acetate. It was difficult to separate them, and lithium secondary batteries were prepared as described below to compare the performance of lithium secondary batteries with ethyl acetate. Specifically, a lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 5, except that 1 wt% of ethyl acetate was added to the basic electrolyte as described in Example 1 instead of the prepared electrolyte of the present invention.

<실험예 1> 리튬 이차 전지의 저온 성능 측정Experimental Example 1 Measurement of Low Temperature Performance of a Lithium Secondary Battery

상기 실시예 및 비교예에서 제조된 리튬 이차 전지의 저온 성능을 측정하기 위하여, -10℃ 방전 용량을 측정하였다. 구체적으로, 저온 성능은 1/2C의 속도로 상온에서 충전하고 -10℃에서 방전하여 그 방전용량을 측정하였다.In order to measure the low temperature performance of the lithium secondary batteries prepared in Examples and Comparative Examples, -10 ° C discharge capacity was measured. Specifically, the low-temperature performance was charged at room temperature at a rate of 1 / 2C and discharged at -10 ℃ to measure the discharge capacity.

결과는 하기 표 2 및 도 1에 나타내었다.The results are shown in Table 2 and FIG. 1.

-10℃ 방전 용량-10 ℃ discharge capacity 실시예 5(0.5 중량%)Example 5 (0.5 wt.%) 65.3 %65.3% 실시예 6(1.0 중량%)Example 6 (1.0 wt.%) 71.2 %71.2% 실시예 7(2.0 중량%)Example 7 (2.0 wt.%) 69.0 %69.0% 실시예 8(3.0 중량%)Example 8 (3.0 wt.%) 55.1 %55.1% 비교예 1Comparative Example 1 58.6 %58.6% 비교예 2Comparative Example 2 59.3 %59.3%

상기 표 2 및 도 1에서 보는 바와 같이, 1-프로판포스폰산 시클릭 무수물을 첨가한 전해액으로 이루어진 리튬 이차 전지의 -10℃ 방전 용량은 실시예 8을 제외하고 65 %으로, 첨가하지 않은 비교예 1 보다 더욱 우수한 저온 성능을 나타내고 있으며, 특히 실시예 6의 리튬 이차 전지의 경우 71.2 %의 -10℃ 방전 용량으로 가장 우수한 저온 성능을 나타내고 있음을 알 수 있다.As shown in Table 2 and FIG. 1, the -10 ° C discharge capacity of the lithium secondary battery including the electrolyte solution to which 1-propanephosphonic acid cyclic anhydride was added was 65% except Example 8. It shows a better low temperature performance than 1, in particular, the lithium secondary battery of Example 6 it can be seen that the best low temperature performance with a discharge capacity of 71.2% of -10 ℃.

또한, 에틸 아세테이트만을 첨가한 비교예 2는 저온 성능의 개선이 미약함을 알 수 있다. 이를 통하여 상기 실시예에서 제조된 리튬 이차 전지의 저온 성능은 1-프로판포스폰산 시클릭 무수물에 의한 것이며, 함께 첨가된 에틸 아세테이트는이에 영향을 미치지 않음을 알 수 있다.In addition, it can be seen that in Comparative Example 2, in which only ethyl acetate was added, the improvement in low-temperature performance was weak. Through this, it can be seen that the low temperature performance of the lithium secondary battery prepared in the above example is due to 1-propanephosphonic acid cyclic anhydride, and the ethyl acetate added together does not affect this.

상기한 바와 같이, 1-프로판포스폰산 시클릭 무수물이 첨가는 리튬 이차 전지의 저온 성능의 향상을 나타냄을 확인할 수 있다.As described above, it can be seen that addition of 1-propanephosphonic acid cyclic anhydride shows an improvement in low temperature performance of the lithium secondary battery.

상술한 바와 같이, 본 발명은 리튬 이차 전지용 전해액에 1-프로판포스폰산 시클릭 무수물을 첨가한 것을 특징으로 하는 것으로, 본 발명의 전해액을 이용한 리튬 이차 전지는 1-프로판포스폰산 시클릭 무수물의 작용으로 음극 표면에 안정된 특수한 산화 피막이 형성되어 다른 성능의 저하 없이 저온 성능의 향상을 이룰 수 있게 된다.As described above, the present invention is characterized in that 1-propanephosphonic acid cyclic anhydride is added to an electrolyte solution for a lithium secondary battery, and the lithium secondary battery using the electrolyte solution of the present invention has an action of 1-propanephosphonic acid cyclic anhydride. As a result, a stable special oxide film is formed on the surface of the cathode, thereby improving low temperature performance without degrading other performances.

Claims (4)

유기용매와 리튬염을 포함한 혼합용액에 하기 화학식 1로 표시되는 1-프로판포스폰산 시클릭 무수물을 첨가한 리튬 이차 전지용 전해액.The electrolyte solution for lithium secondary batteries which added the 1-propanephosphonic acid cyclic anhydride represented by following General formula (1) to the mixed solution containing an organic solvent and a lithium salt. 화학식 1Formula 1 제 1항에 있어서, 상기 1-프로판포스폰산 시클릭 무수물이 전해액에 대하여 0.05∼5 중량%의 양으로 첨가되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 전해액.The electrolyte solution for a lithium secondary battery according to claim 1, wherein the 1-propanephosphonic acid cyclic anhydride is added in an amount of 0.05 to 5% by weight based on the electrolyte solution. 제 1항에 있어서, 상기 유기용매가 환형 및 선형 카보네이트로 이루어진 그룹 중 선택된 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 전해액.The electrolyte of claim 1, wherein the organic solvent is selected from the group consisting of cyclic and linear carbonates. 청구항 1의 리튬 이차 전지용 전해액; 양극 활물질로서 리튬-전이금속 산화물을 포함하는 양극; 및 음극 활물질로서 탄소, 탄소 복합체, 리튬 금속 또는 리튬합금을 포함하는 음극을 포함하는 리튬 이차 전지.The electrolyte solution for lithium secondary batteries of Claim 1; A positive electrode comprising a lithium-transition metal oxide as a positive electrode active material; And a negative electrode including carbon, a carbon composite, a lithium metal, or a lithium alloy as a negative electrode active material.
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