KR20070031807A - Additives for non-aqueous electrolytes and electrochemical device using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 (a) 전해질 염; (b) 전해액 용매; 및 (c) 시아노기(-CN), 이소시아네이트기(-NCO), 티오시아네이트기(-SCN) 및 이소티오시아네이트기(-NCS)로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 치환기를 하나 이상 함유하는 설포네이트 계열 화합물을 포함하는 전지용 전해액, 상기 설포네이트 계열 화합물 또는 이의 화학 반응 결과물이 표면의 일 부 또는 전부에 형성된 전극, 상기 전해액 및/또는 전극을 구비하는 전기 화학 소자를 제공한다.The present invention (a) an electrolyte salt; (b) an electrolyte solvent; And (c) at least one substituent selected from the group consisting of cyano group (-CN), isocyanate group (-NCO), thiocyanate group (-SCN) and isothiocyanate group (-NCS) A battery electrolyte comprising a sulfonate-based compound, an electrode formed with the sulfonate-based compound or a chemical reaction product thereof on part or all of a surface thereof, and an electrochemical device including the electrolyte and / or an electrode.

본 발명에서는 전해액의 일 구성 성분으로 시아노기, 이소시아네이트기, 티오시아네이트기 및/또는 이소티오시아네이트기가 포함된 설포네이트 계열 화합물을 사용함으로써, 전기 화학 소자의 고온 수명 특성을 향상시킬 수 있다. In the present invention, by using a sulfonate-based compound containing a cyano group, an isocyanate group, a thiocyanate group and / or an isothiocyanate group as one component of the electrolyte solution, it is possible to improve the high temperature life characteristics of the electrochemical device.

설톤 계열 화합물, 비수 전해액, 전기 화학 소자, 리튬 이차 전지, 고온 수명 Sultone compound, nonaqueous electrolyte, electrochemical device, lithium secondary battery, high temperature life

Description

비수전해액 첨가제 및 이를 이용한 전기 화학 소자{ADDITIVES FOR NON-AQUEOUS ELECTROLYTES AND ELECTROCHEMICAL DEVICE USING THE SAME}ADDITIVES FOR NON-AQUEOUS ELECTROLYTES AND ELECTROCHEMICAL DEVICE USING THE SAME

도 1은 실시예 2, 비교예 1 내지 3의 전해액을 구비하는 반쪽 전지를 이용하여 각 전해액의 환원 전압을 비교한 그래프이다.1 is a graph comparing the reduction voltages of the respective electrolytes using the half cells including the electrolyte solutions of Example 2 and Comparative Examples 1 to 3. FIG.

도 2는 실시예 1 및 실시예 2, 비교예 1 내지 3의 반쪽 전지를 각각 충방전한 후, 음극을 채취하여 분석한 DSC(differential scanning calorimetry) 결과도이다.FIG. 2 is a diagram showing differential scanning calorimetry (DSC) results obtained by charging and discharging half-cells of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3, respectively, and then collecting and analyzing a negative electrode.

도 3은 실시예 1 및 실시예 2, 비교예 1 내지 3에서 제조된 리튬 이차 전지들의 고온(60℃) 사이클 특성을 각각 나타내는 그래프이다.3 is a graph showing high temperature (60 ° C) cycle characteristics of lithium secondary batteries manufactured in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3, respectively.

본 발명은 전지의 사이클 특성 및 고온 특성을 향상시킬 수 있는 비수 전해액 첨가제를 포함하는 전지용 전해액, 전극의 열적 안전성이 개선된 전극 및 이를 포함하는 전기 화학 소자, 바람직하게는 비수 전해액 이차 전지에 관한 것이다. The present invention relates to a battery electrolyte comprising a nonaqueous electrolyte additive capable of improving cycle characteristics and high temperature characteristics of the battery, an electrode having improved thermal safety of the electrode, and an electrochemical device including the same, preferably a nonaqueous electrolyte secondary battery. .

최근 에너지 저장 기술에 대한 관심이 갈수록 높아지고 있다. 휴대폰, 캠코더 및 노트북 PC, 나아가서는 전기 자동차의 에너지까지 적용분야가 확대되면서 전 기 화학 소자의 연구와 개발에 대한 노력이 점점 구체화되고 있다. 전기 화학 소자는 이러한 측면에서 가장 주목받고 있는 분야이고, 그 중에서도 충방전이 가능한 이차 전지의 개발은 관심의 초점이 되고 있다. 최근에는 이러한 전지를 개발함에 있어서 용량 밀도 및 비에너지를 향상시키기 위하여 새로운 전극과 전지의 설계에 대한 연구개발이 진행되고 있다.Recently, interest in energy storage technology is increasing. With the application of cell phones, camcorders, notebook PCs, and even electric vehicles to energy, efforts to research and develop electrochemical devices are becoming more concrete. The electrochemical device is the field attracting the most attention in this respect, and among them, the development of a secondary battery capable of charging and discharging has been the focus of attention. Recently, research and development on the design of new electrodes and batteries have been conducted in order to improve capacity density and specific energy.

현재 적용되고 있는 이차 전지 중에서 1990 년대 초에 개발된 리튬 이차 전지는 수용액 전해액을 사용하는 Ni-MH, Ni-Cd, 황산-납 전지 등의 재래식 전지에 비해서 작동 전압이 높고 에너지 밀도가 월등히 크다는 장점으로 각광을 받고 있다. 그러나, 이러한 리튬 이차 전지는 충방전이 반복됨에 따라 성능이 열화되는 문제점이 있다. 이와 같은 문제는 특히, 전지의 작동/보존 온도가 증가할수록 더 심각해지는 문제점이 있다. 따라서, 비수 전해액 리튬 이차 전지의 고온 수명을 개선하기 위한 방법의 개발이 계속 요구되고 있다. Among the secondary batteries currently applied, lithium secondary batteries developed in the early 1990s have a higher operating voltage and greater energy density than conventional batteries such as Ni-MH, Ni-Cd, and sulfuric acid-lead batteries that use an aqueous electrolyte solution. I am in the spotlight. However, such a lithium secondary battery has a problem in that performance deteriorates as charging and discharging are repeated. This problem, in particular, has a problem that becomes more serious as the operating / storage temperature of the battery increases. Therefore, development of a method for improving the high temperature life of the nonaqueous electrolyte lithium secondary battery is continuously required.

대한민국 특 0450199호 및 US 2002-0197537호에서는 화학식 2의 설포네이트 계열 화합물을 전해액 첨가제로 사용함으로써 전지의 수명 특성 및 온도 특성이 향상되었음을 개시하였다. Korean Patent Nos. 0450199 and US 2002-0197537 disclose that the lifespan and temperature characteristics of a battery are improved by using a sulfonate-based compound of Formula 2 as an electrolyte additive.

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112006066498159-PAT00001
(이때, R1 내지 R2는 알킬기, 알케닐기 또는 아릴기임.)
Figure 112006066498159-PAT00001
(Wherein R 1 to R 2 are alkyl, alkenyl or aryl groups)

또한, 일본공개특허 제2000-13304호는 하기 화학식 3의 화합물을 사용하여 전지의 수명 특성과 보존 특성을 향상시킬 수 있음을 보고하였다.In addition, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-13304 reported that the lifespan and storage characteristics of a battery can be improved by using the compound represented by the following formula (3).

[화학식 3][Formula 3]

Figure 112006066498159-PAT00002
(이때, R은 알킬기임.)
Figure 112006066498159-PAT00002
(Wherein R is an alkyl group)

상기와 같이, 설포네이트(SO3) 계열 화합물들은 전해액 첨가제로 사용되어 전지 성능을 향상시키는 효과가 이미 알려져 있다. As described above, sulfonate (SO 3 ) -based compounds have been known to be used as an electrolyte additive to improve battery performance.

본 발명자들은 설포네이트(SO3) 계열 화합물을 이용하여 전지의 성능 향상 실험을 지속적으로 진행하던 중, 특정 치환기로 치환된 설포네이트 계열 화합물, 예컨대 시아노기, 이소시아네이트기, 티오시아네이트기, 이소티오시아네이트기 등이 하나 이상 치환된 설포네이트 계열 화합물을 사용하는 경우 전술한 치환기가 도입되지 않은 종래 설포네이트 계열 화합물 보다 리튬 이차 전지의 장수명 특성 및 고온 안정성을 현저하게 향상시킨다는 것을 최초로 발견하였다. The present inventors continue to improve the performance of the battery using a sulfonate (SO 3 ) -based compound, while sulfonate-based compounds substituted with specific substituents, such as cyano group, isocyanate group, thiocyanate group, isothio When using a sulfonate-based compound in which one or more cyanate groups are substituted, it was first discovered that the long-life characteristics and high temperature stability of a lithium secondary battery are remarkably improved over conventional sulfonate-based compounds in which the aforementioned substituent is not introduced.

이에, 본 발명은 전술한 치환기들이 하나 이상 도입된 설포네이트 계열 화합물을 전해액 성분으로 함유하는 전지용 전해액, 상기 화합물이 전극활물질 상에 포함된 전극, 상기 전해액 및/또는 전극을 구비하는 전기 화학 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, the present invention provides a battery electrolyte containing a sulfonate-based compound having one or more substituents introduced therein as an electrolyte component, an electrode containing the compound on an electrode active material, an electrochemical device including the electrolyte and / or an electrode. It aims to provide.

본 발명은 (a) 전해질 염; (b) 전해액 용매; 및 (c) 시아노기(-CN), 이소시 아네이트기(-NCO), 티오시아네이트기(-SCN) 및 이소티오시아네이트기(-NCS)로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 전자 끄는 기(EWG)를 하나 이상 함유하는 설포네이트 계열 화합물을 포함하는 전지용 전해액 및 상기 전해액을 구비하는 전기 화학 소자, 바람직하게는 리튬 이차 전지를 제공한다.The present invention (a) an electrolyte salt; (b) an electrolyte solvent; And (c) at least one electron withdrawing group selected from the group consisting of cyano group (-CN), isocyanate group (-NCO), thiocyanate group (-SCN) and isothiocyanate group (-NCS) A battery electrolyte comprising a sulfonate-based compound containing at least one (EWG) and an electrochemical device having the electrolyte, preferably a lithium secondary battery.

또한, 본 발명은 시아노(CN)기, 이소시아네이트기(-NCO), 티오시아네이트기(-SCN) 및 이소티오시아네이트기(-NCS)로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 치환기를 포함하는 설포네이트 계열 화합물 또는 이의 화학 반응 결과물이 표면의 일부 또는 전부에 형성된 전극 및 상기 전극을 구비하는 전기 화학 소자, 바람직하게는 리튬 이차 전지를 제공한다. The present invention also relates to sulfonates comprising at least one substituent selected from the group consisting of cyano (CN) groups, isocyanate groups (-NCO), thiocyanate groups (-SCN) and isothiocyanate groups (-NCS). Provided is an electrode in which a series compound or a chemical reaction product thereof is formed on part or all of a surface thereof, and an electrochemical device including the electrode, preferably a lithium secondary battery.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated in detail.

본 발명은 전해액의 구성 성분으로 설포네이트(SO3) 계열 화합물을 사용하되, 특정 치환기, 예컨대 시아노기, 이소시아네이트기, 티오시아네이트기 및/또는 이소티오시아네이트기 등이 하나 이상 치환된 설포네이트 계열 화합물을 사용하는 것을 특징으로 한다.The present invention uses a sulfonate (SO 3 ) -based compound as a constituent of an electrolyte solution, but a sulfonate in which one or more specific substituents such as cyano group, isocyanate group, thiocyanate group and / or isothiocyanate group are substituted. It is characterized by using a series compound.

상기와 같은 특징으로 인해, 본 발명의 리튬 이차 전지는 전술한 치환기가 도입되지 않은 비치환된 종래 설포네이트 계열 화합물을 전해액 성분으로 사용한 경우 보다 우수한 장수명 특성 및 고온 특성 향상을 구현할 수 있다. 상기 화합물이 다른 유사 설포네이트 계열 화합물에 비해 우수한 효과를 나타내는 이유는 명확하게 밝혀진 바 없으나, 하기와 같이 추정할 수 있다.Due to the features described above, the lithium secondary battery of the present invention can realize better long-life characteristics and higher temperature characteristics than when an unsubstituted conventional sulfonate-based compound having no substituent is introduced as an electrolyte component. The reason why the compound exhibits an excellent effect compared to other similar sulfonate-based compounds is not clear, but it can be estimated as follows.

1) 일반적으로 알케닐기를 갖는 화합물들은 전기화학적으로 각기 환원 및 산화되면서 중합반응(polymerization)이 발생하게 되며, 이를 통해 일종의 고분자막을 형성하게 된다. 실제로, 설포네이트기(SO3)와 알케닐기 등으로 구성된 종래 설포네이트 계열 화합물(KR 0450199호 및 US 2002-0197537호, 화학식 2 참조)들은 전지의 초기 충전시 음극과 양극 표면에서 전술한 고분자 막을 형성하게 되며, 이 고분자 막은 첨가제 및 기타 전해액이 더 이상 분해하는 것을 막는 비활성 막(passive film)의 역할을 수행함으로써, 전극활물질과 전해액 용매와의 부반응; 및 전해액 용매의 전극활물질로의 삽입(co-intercalation)으로 인한 전극의 붕괴 등을 방지할 뿐만 아니라, 종래 리튬 이온의 터널로서의 역할을 충실히 수행함으로써 전지의 성능 저하를 최소화하는 것이다.1) In general, compounds having alkenyl groups are polymerized by reducing and oxidizing each electrochemically, thereby forming a kind of polymer membrane. In fact, conventional sulfonate-based compounds composed of sulfonate group (SO 3 ) and alkenyl group (see KR 0450199 and US 2002-0197537, Formula 2) have been described in the above-described polymer membrane on the surface of the negative electrode and the positive electrode during initial charging of the battery. This polymer membrane forms a side reaction between the electrode active material and the electrolyte solvent by acting as a passive film that prevents further degradation of additives and other electrolytes; And preventing the collapse of the electrode due to co-intercalation of the electrolyte solvent into the electrode active material, and minimizing performance degradation of the battery by faithfully performing a role of a tunnel of conventional lithium ions.

이에, 본 발명에서는 전술한 설포네이트기(SO3)와 알케닐기로 구성된 설포네이트 계열 화합물을 사용하되, 시아노기(CN), 이소시아네이트기(-NCO), 티오시아네이트기(-SCN) 및 이소티오시아네이트기(-NCS) 등의 EWG(electron withdrawing group) 치환기가 도입된 설포네이트 계열 화합물을 사용하고자 한다. Therefore, in the present invention, the sulfonate-based compound composed of the aforementioned sulfonate group (SO 3 ) and alkenyl group is used, but is a cyano group (CN), an isocyanate group (-NCO), a thiocyanate group (-SCN) and iso Sulfonate-based compounds in which an electron withdrawing group (EWG) substituent such as a thiocyanate group (-NCS) is introduced are intended to be used.

이와 같이 하나 이상의 EWG 치환기로 치환된 설포네이트 계열 화합물은, 상기 비치환되거나 전자 공여성(EDG) 치환기가 도입된 종래 설포네이트 계열 화합물에 비해 자체 환원 전압이 감소하여(반쪽 전지에서는 환원전압이 높음) 보다 낮은 개시 전압하에서 쉽게 분해되므로, 음극과의 높은 반응성을 나타내게 된다. 따라서 설포네이트 계열 화합물을 도입하여 얻고자 하는 전지의 제반 성능 향상 효과, 보 다 상세하게는 초기 충전시 분해되어 음극 표면에 견고하고 조밀한 SEI 막을 용이하게 형성할 수 있으며, 이로 인해 전지의 비가역 용량을 감소시켜 전지의 용량 최소화 및 수명 특성 향상 등과 같은 전지의 제반 성능 향상 효과를 온전히 도모할 수 있다. As such, sulfonate-based compounds substituted with one or more EWG substituents have a lower self-reducing voltage compared to conventional sulfonate-based compounds with unsubstituted or electron donating (EDG) substituents (higher reduction voltages in half cells). Since it is easily decomposed under a lower starting voltage, it exhibits high reactivity with the cathode. Therefore, it is possible to easily form a robust and dense SEI film on the surface of the negative electrode by decomposing during initial charging, and more specifically, to improve overall performance of a battery to be obtained by introducing a sulfonate-based compound, and thus, irreversible capacity of the battery. By reducing the efficiency of the battery, it is possible to fully improve the overall performance of the battery, such as minimizing the battery capacity and improving the life characteristics.

이러한 환원 특성은 전기적 효과(electronic effect)에 의해 주로 영향 받을 것으로 추정된다. 즉, 도입되는 치환기가 전자 공여성(electron donating ability)을 가질 경우 첨가제의 전자 밀도(electron density)가 증가하는 전기적 효과가 발생하게 된다. 따라서, 전자 공여성 치환기가 도입될수록 환원 전압이 높아져 (반쪽 전지에서는 환원 전압이 낮아짐) 환원 반응이 어려워지게 되는 반면, 본 발명에서와 같이 전자 끄는 치환기가 도입되는 경우 설포네이트 계열 화합물의 자체 환원 전압이 낮아져(반쪽 전지에서는 환원 전압이 높아짐) 음극에서의 환원 반응이 용이하게 이루어질 수 있는 것이다.It is assumed that this reducing property is mainly affected by the electronic effect. That is, when the introduced substituent has an electron donating ability, an electrical effect of increasing the electron density of the additive occurs. Therefore, as the electron donating substituent is introduced, the reduction voltage becomes higher (lower voltage in the half cell), so that the reduction reaction becomes difficult, whereas when the electron withdrawing substituent is introduced as in the present invention, the self-reducing voltage of the sulfonate-based compound is introduced. This decreases (reduced voltage increases in the half cell) so that the reduction reaction at the negative electrode can be easily performed.

또한, 2) 본 발명의 설포네이트 계열 화합물에 도입된 시아노기(cyano, -C≡N), 이소시아네이트기(isocyanate, -N=C=O), 티오시아네이트기(thiocyanate, -S-C≡N) 및 이소티오시아네이트기(isothiocyanate, -N=C=S) 등은 높은 쌍극자 모멘트(dipole moment)를 갖는 전자 끄는 작용기(electron withdrawing group)들이다. 전술한 치환기들은 전극활물질 표면에 노출된 전이금속 또는 전이금속 산화물, 탄소재 등과 강하게 결합(bonding)하고, 특히 45℃ 이상의 고온에서 상기 작용기와 전극활물질 표면이 보다 강하게 결합하여 착물(complex) 형태의 보호막(protection layer)을 형성하게 된다. 따라서, 전지의 초기 충전시 전술한 특성의 치환기가 도 입된 설포네이트 계열 화합물은 전극 표면에 흡착된 상태에서 비활성 막을 형성하게 되므로, 비치환된 설포네이트 계열 화합물에 비해 견고하고 조밀한 비활성막 형성이 보다 용이하게 이루어질 뿐만 아니라, 형성된 비활성 막이 전극활물질 표면과 강하게 결합함으로써 반복되는 충방전 진행에 따른 비활성 막의 안정성이 지속적으로 유지되어 전지 성능을 유지할 수 있다. 특히 45℃ 이상의 고온 성능 사이클 특성을 유의적으로 향상시킬 수 있다.Also, 2) cyano group (cyano, -C≡N), isocyanate group (isocyanate, -N = C = O) and thiocyanate group (thiocyanate, -SC≡N) introduced into the sulfonate compound of the present invention. And isothiocyanate (-N = C = S) and the like are electron withdrawing groups having a high dipole moment. The above substituents are strongly bonded to the transition metal or transition metal oxide, carbon material and the like exposed on the surface of the electrode active material, and particularly, at a high temperature of 45 ° C. or more, the functional group and the surface of the electrode active material are more strongly bonded to form a complex. A protection layer is formed. Therefore, the sulfonate-based compound in which the substituent of the above-described characteristics is introduced during the initial charging of the battery forms an inert film in the state of being adsorbed on the surface of the electrode. In addition, the formed inert film is strongly bonded to the surface of the electrode active material so that the stability of the inactive film is continuously maintained due to repeated charging and discharging, thereby maintaining battery performance. In particular, the high temperature performance cycle characteristic of 45 degreeC or more can be improved significantly.

본 발명에 따른 전지용 전해액을 구성하는 성분 중 하나는 시아노(CN), 이소시아네이트기(-NCO), 티오시아네이트기(-SCN) 및/또는 이소티오시아네이트기(-NCS)기 등의 하나 이상의 전자 끄는 기(EWG)를 포함하는 설포네이트 계열 화합물이라면 특별한 제한 없이 사용 가능하다. 특히 전기화학적으로 각기 환원 및 산화되면서 중합반응(polymerization)을 발생시키기 위해 화합물 내 알케닐기 (alkenyl)를 포함하는 것이 바람직하다. One of the components constituting the battery electrolyte according to the present invention is one of cyano (CN), isocyanate group (-NCO), thiocyanate group (-SCN) and / or isothiocyanate group (-NCS) group Any sulfonate-based compound containing the above electron withdrawing group (EWG) can be used without particular limitation. In particular, it is preferable to include an alkenyl group in the compound in order to generate a polymerization reaction while being reduced and oxidized electrochemically.

상기 설포네이트 계열 화합물은 하기 화학식 1의 화합물로 표기될 수 있다.The sulfonate-based compound may be represented by the compound of Formula 1.

Figure 112006066498159-PAT00003
Figure 112006066498159-PAT00003

상기 식에 있어서, In the above formula,

R1은 탄소수 2 내지 10의 알케닐기이며, R 1 is an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms,

R2는 시아노(CN) 기, 이소시아네이트기(-NCO), 티오시아네이트기(-SCN) 및 이소티오시아네이트기(-NCS) 중에서 선택된 하나 이상의 치환기를 포함하는 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 알케닐기, 아릴기 및 페닐기로 구성된 군으로부터 선택된 작용기이다. R 2 is an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms including at least one substituent selected from cyano (CN) group, isocyanate group (-NCO), thiocyanate group (-SCN) and isothiocyanate group (-NCS), It is a functional group selected from the group which consists of an alkenyl group, an aryl group, and a phenyl group.

전술한 화학식 1의 화합물은 화합물 자체 내 알케닐기와 시아노기, 이소시아네이트기, 티오시아네이트기, 이소티오시아네이트기 등의 전자 끄는 기(EWG)가 동시에 포함되어 있으므로, 초기 충전시 보다 낮은 전압하에서 쉽게 분해되어 음극 표면 상에 견고하고 조밀한 SEI 피막을 형성할 수 있을 뿐만 아니라, 전술한 치환기와 전이금속, 전이금속 산화물 등의 양극활물질 표면과의 화학적 결합을 통해 일종의 양극 보호막을 동시에 형성할 수 있다. 즉, 치환기 내 존재하는 비공유 전자쌍의 공여에 의해 배위 결합을 형성함으로써 일종의 착물(complex) 형태의 보호막이 형성되는 것이다. 따라서 이러한 양(兩) 전극에 형성된 보호막으로 인해, 수명 특성, 사이클 특성 등과 관련된 음극 특성, 고온 보존 특성과 관련된 양극 특성을 각각 극대화시켜 전지의 제반 성능 및 안전성 향상을 동시에 상승시킬 수 있다는 장점이 있다. Since the compound of Formula 1 includes an electron withdrawing group (EWG) such as an alkenyl group, a cyano group, an isocyanate group, a thiocyanate group, an isothiocyanate group, and the like in the compound itself, Not only can it be easily decomposed to form a firm and dense SEI film on the surface of the cathode, but also a kind of anodic protective film can be simultaneously formed through chemical bonding between the aforementioned substituent and the surface of the cathode active material such as transition metal and transition metal oxide. have. That is, a kind of complex protective film is formed by forming a coordinating bond by donation of a lone pair of electrons present in a substituent. Therefore, due to the protective film formed on the positive electrode, the cathode characteristics related to the life characteristics, the cycle characteristics and the like, and the cathode characteristics associated with the high temperature storage characteristics can be maximized, respectively, thereby increasing the overall performance and safety of the battery. .

전술한 치환기 이외에, 상기와 유사한 작용 기작을 도모하여 전지의 성능 향상을 부여할 수 있는 치환기가 도입된 설포네이트 계열 화합물 역시 본 발명의 범주에 속한다.In addition to the substituents described above, sulfonate-based compounds in which substituents are introduced that can provide a mechanism of action similar to the above and impart an improved battery performance are also within the scope of the present invention.

상기 설포네이트 계열 화합물의 함량은 전지의 제반 성능을 향상시키고자 하 는 목표에 따라 조절 가능하나, 가능하면 전해액 100 중량부 당 0.1 내지 10 중량부가 바람직하다. 상기 설포네이트 계열 화합물의 함량이 0.1 중량부 미만인 경우 장수명 특성 및 고온 특성 향상 효과가 미미하며, 10 중량부를 초과하는 경우 비가역 반응량의 증가로 인해 성능 저하가 발생할 수 있다. The content of the sulfonate-based compound can be adjusted according to the goal of improving the overall performance of the battery, but preferably 0.1 to 10 parts by weight per 100 parts by weight of the electrolyte. When the content of the sulfonate-based compound is less than 0.1 parts by weight, the effect of improving long-life and high temperature properties is insignificant, and when the content of the sulfonate-based compound exceeds 10 parts by weight, performance may be reduced due to an increase in the amount of irreversible reactions.

상기 설포네이트 계열 화합물이 함께 첨가될 전지용 전해액은 당 업계에 알려진 통상적인 전해액 성분, 예컨대 전해질 염과 유기용매를 포함한다. The battery electrolyte to which the sulfonate-based compound is to be added together includes conventional electrolyte components known in the art, such as electrolyte salts and organic solvents.

사용 가능한 전해질 염은 A+B-와 같은 구조의 염으로서, A+는 Li+, Na+, K+와 같은 알칼리 금속 양이온 또는 이들의 조합으로 이루어진 이온을 포함하고 B-는 PF6 -, BF4 -, Cl-, Br-, I-, ClO4 -, AsF6 -, CH3CO2 -, CF3SO3 -, N(CF3SO2)2 -, C(CF2SO2)3 -와 같은 음이온 또는 이들의 조합으로 이루어진 이온을 포함하는 염이다. 특히, 리튬염이 바람직하다.Using the electrolyte salts is A + B - A salt of the structure, such as, A + is Li +, Na +, K + comprises an alkaline metal cation or an ion composed of a combination thereof, such as, and B - is PF 6 -, BF 4 -, Cl -, Br - , I -, ClO 4 -, AsF 6 -, CH 3 CO 2 -, CF 3 SO 3 -, N (CF 3 SO 2) 2 -, C (CF 2 SO 2) 3 - is a salt containing an anion ion or a combination thereof, such as. In particular, a lithium salt is preferable.

유기 용매는 당 업계에 알려진 통상적인 용매, 예컨대 환형 카보네이트 및/또는 선형 카보네이트가 사용 가능하며, 이의 비제한적인 예로는 프로필렌 카보네이트(PC), 에틸렌 카보네이트(EC), 디에틸카보네이트(DEC), 디메틸카보네이트(DMC), 디프로필카보네이트(DPC), 디메틸설폭사이드, 아세토니트릴, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 테트라하이드로퓨란, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 에틸메틸카보네이트(EMC), 감마 부티로락톤(GBL), 플루오르에틸렌 카보네이트(FEC), 포름산 메틸, 포름산 에틸, 포름산 프로필, 초산 메틸, 초산 에틸, 초산 프로필, 초산 펜틸, 프 로피온산 메틸, 프로피온산 에틸, 프로피온산 에틸, 프로피온산 부틸 또는 이들의 혼합물 등이 있다. 또한, 상기 유기 용매의 할로겐 유도체도 사용 가능하다.Organic solvents may be used conventional solvents known in the art, such as cyclic carbonates and / or linear carbonates, non-limiting examples of propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl Carbonate (DMC), dipropyl carbonate (DPC), dimethyl sulfoxide, acetonitrile, dimethoxyethane, diethoxyethane, tetrahydrofuran, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), ethylmethyl carbonate (EMC) , Gamma butyrolactone (GBL), fluoroethylene carbonate (FEC), methyl formate, ethyl formate, propyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, pentyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, ethyl propionate, propionic acid Butyl or mixtures thereof. Moreover, the halogen derivative of the said organic solvent can also be used.

또한, 본 발명은 시아노기, 이소시아네이트기, 티오시아네이트기 및 이소티오시아네이트기로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 치환기를 포함하는 설포네이트 계열 화합물 또는 이의 화학 반응 결과물이 표면의 일부 또는 전부에 형성된 전극을 제공한다.The present invention also provides an electrode in which a sulfonate-based compound or a chemical reaction product thereof including one or more substituents selected from the group consisting of a cyano group, an isocyanate group, a thiocyanate group and an isothiocyanate group is formed on part or all of a surface thereof. to provide.

이때, 전극은 전술한 설포네이트 계열 화합물이 전기 화학적으로 환원되어 표면의 일부 또는 전부에 고체 전해질 계면(solid electrolyte interface: SEI) 피막이 형성된 음극일 수 있고/있거나 설포네이트 계열 화합물 내 포함된 시아노기, 이소시아네이트기, 티오시아네이트기 및 이소티오시아네이트기 중에서 선택된 하나 이상의 치환기가 전극활물질 표면과 화학 결합하여 착물(complex) 형태의 보호막(protection layer)이 형성된 양극일 수도 있다. 가능하면 전지의 제반 성능 향상을 위해, 양(兩) 전극 모두에 보호막이 형성된 것이 바람직하다.In this case, the electrode may be a cathode in which the aforementioned sulfonate-based compound is electrochemically reduced to form a solid electrolyte interface (SEI) coating on part or all of the surface thereof, and / or a cyano group included in the sulfonate-based compound, At least one substituent selected from an isocyanate group, a thiocyanate group, and an isothiocyanate group may be an anode in which a protective layer in the form of a complex is formed by chemically bonding to the surface of the electrode active material. If possible, it is preferable that a protective film is formed on both electrodes in order to improve the overall performance of the battery.

상기 전극은 전술한 전해액을 사용하여 충방전을 진행하면 전해액 내 설포네이트 계열 화합물의 EWG 치환기, 예컨대 시아노기, 이소시아네이트기, 티오시아네이트기, 이소티오시아네이트기 등이 전극활물질 표면과의 착물 형성을 통해 자동적으로 이루어질 수 있으며, 또는 상기 화합물을 전극활물질 표면에 코팅하거나, 또는 전극 재료로 병용하여 이루어질 수 있으며, 그 외 기제조된 전극 표면에 코팅하여 이루어질 수도 있다. When the electrode is charged and discharged using the above-described electrolyte solution, EWG substituents of sulfonate-based compounds in the electrolyte solution, such as cyano group, isocyanate group, thiocyanate group, isothiocyanate group, etc., form a complex with the surface of the electrode active material. It may be made automatically through, or may be formed by coating the compound on the surface of the electrode active material, or in combination with the electrode material, or by coating on the other electrode surface prepared.

이와 같이, EWG 치환기가 포함된 설포네이트 계열 화합물이 전극활물질 표면 상의 탄소재, 전이금속 또는 전이금속 산화물과 화학 반응을 통해 강한 착물(complex)이 형성된 전극을 구비하는 경우, 전극 내 탄소재, 전이금속 및 전이금속 산화물을 안정화시켜 충방전 진행시 전극활물질로부터 전이금속의 일부가 용출(dissolution)되는 것을 막을 뿐만 아니라, 외부로부터 물리적 충격이 가해질 경우 전해액이 전극 표면과 직접적으로 반응함으로써 발생되는 발열반응을 효과적으로 제어하고, 전극활물질의 구조 붕괴를 지연시킴으로써 전지 내부의 온도 상승에 따른 발화 및 파열 현상을 막을 수 있다. 특히, 전술한 EWG기를 함유한 설포네이트 계열 화합물은 상온보다 45℃ 이상의 고온에서 전극 표면을 강하게 protection하기 때문에 열적으로 안정한 전극을 제공할 수 있다. As such, when the sulfonate-based compound including the EWG substituent includes an electrode in which a strong complex is formed through a chemical reaction with a carbon material, a transition metal or a transition metal oxide on the surface of the electrode active material, the carbon material and transition in the electrode It stabilizes metal and transition metal oxides to prevent dissolution of some of the transition metals from electrode active materials during charging and discharging, as well as exothermic reactions caused by the electrolyte reacting directly with the electrode surface when a physical impact is applied from the outside. By effectively controlling the retardation and decay of the structure of the electrode active material, it is possible to prevent ignition and rupture due to the temperature rise inside the battery. In particular, the sulfonate-based compound containing the EWG group described above can provide a thermally stable electrode because it strongly protects the electrode surface at a high temperature of more than 45 ℃ than room temperature.

본 발명에 따라 전극을 제조하는 방법은 특별히 제한되지 않으나, 일 실시예로서 당업계에 알려진 통상적인 방법 즉, 양극활물질 또는 음극활물질을 포함하는 전극 슬러리를 전류 집전체 상에 도포 및 건조하여 제조된다. 이때 선택적으로 도전제 및/또는 바인더를 소량 첨가할 수 있다.The method for manufacturing the electrode according to the present invention is not particularly limited, but is prepared by applying and drying a conventional method known in the art as an example, that is, an electrode slurry including a positive electrode active material or a negative electrode active material on a current collector. . In this case, a small amount of a conductive agent and / or a binder may be optionally added.

양극활물질은 종래 전기 화학 소자의 양극에 사용될 수 있는 통상적인 양극활물질이 사용 가능하며, 이의 비제한적인 예로는 LiMxOy(M = Co, Ni, Mn, CoaNibMnc)와 같은 리튬 전이금속 복합산화물(예를 들면, LiMn2O4 등의 리튬 망간 복합산화물, LiNiO2 등의 리튬 니켈 산화물, LiCoO2 등의 리튬 코발트 산화물 및 이들 산화물의 망간, 니켈, 코발트의 일부를 다른 전이금속 등으로 치환한 것 또는 리튬을 함유한 산화바나듐 등) 또는 칼코겐 화합물(예를 들면, 이산화망간, 이황화티 탄, 이황화몰리브덴 등) 등이 있다. 바람직하게는 LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMn2O4, Li(NiaCobMnc)O2(0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, a+b+c=1), LiNi1-YCoYO2, LiCo1-YMnYO2, LiNi1-YMnYO2 (여기에서, 0≤Y<1), Li(NiaCobMnc)O4(0<a<2, 0<b<2, 0<c<2, a+b+c=2), LiMn2-zNizO4, LiMn2-zCozO4(여기에서, 0<Z<2), LiCoPO4, LiFePO4 또는 이들의 혼합물 등이 있다.The positive electrode active material may be a conventional positive electrode active material that can be used for the positive electrode of the conventional electrochemical device, non-limiting examples thereof, such as LiM x O y (M = Co, Ni, Mn, Co a Ni b Mn c ) Lithium transition metal composite oxides (for example, lithium manganese composite oxides such as LiMn 2 O 4 , lithium nickel oxides such as LiNiO 2 , lithium cobalt oxides such as LiCoO 2 , and some of manganese, nickel and cobalt oxides thereof Or a vanadium oxide containing lithium or the like, or a chalcogen compound (for example, manganese dioxide, titanium disulfide, molybdenum disulfide, or the like). Preferably LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , Li (Ni a Co b Mn c ) O 2 (0 <a <1, 0 <b <1, 0 <c <1, a + b + c = 1), LiNi 1-Y Co Y O 2 , LiCo 1-Y Mn Y O 2 , LiNi 1-Y Mn Y O 2 (where 0 ≦ Y <1), Li (Ni a Co b Mn c ) O 4 (0 <a <2, 0 <b <2, 0 <c <2, a + b + c = 2), LiMn 2-z Ni z O 4 , LiMn 2-z Co z O 4 ( Here, 0 <Z <2), LiCoPO 4 , LiFePO 4, or a mixture thereof is mentioned.

음극활물질은 종래 전기 화학 소자의 음극에 사용될 수 있는 통상적인 음극활물질이 사용 가능하며, 이의 비제한적인 예로는 리튬 금속 또는 리튬 합금, 탄소, 석유코크(petroleum coke), 활성화 탄소(activated carbon), 그래파이트(graphite) 또는 기타 탄소류 등의 리튬 흡착물질 등이 있다. 양극 전류집전체의 비제한적인 예로는 알루미늄, 니켈 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있으며, 음극 전류집전체의 비제한적인 예로는 구리, 금, 니켈 또는 구리 합금 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있다.The negative electrode active material may be a conventional negative electrode active material that can be used for the negative electrode of the conventional electrochemical device, non-limiting examples of lithium metal or lithium alloy, carbon, petroleum coke, activated carbon, Lithium adsorbents such as graphite or other carbons. Non-limiting examples of the positive electrode current collector is a foil made by aluminum, nickel or a combination thereof, and non-limiting examples of the negative electrode current collector by copper, gold, nickel or copper alloy or a combination thereof Foils produced.

바인더로는 통상적인 결합제를 사용할 수 있으며, 이의 비제한적인 예로는 PVDF(polyvinylidene fluoride) 또는 SBR(styrene butadiene rubber) 등이 있다. Conventional binders may be used, and non-limiting examples thereof include polyvinylidene fluoride (PVDF) or styrene butadiene rubber (SBR).

본 발명은 양극, 음극, 분리막 및 전해액을 포함하는 전기 화학 소자로서, 상기 전해액이 전술한 EWG 치환기로 치환된 설포네이트 계열 화합물이 포함된 전해액이거나(이고); 상기 양극, 음극 또는 양(兩) 전극이 전술한 EWG 치환기가 포함된 설포네이트 계열 화합물 또는 이의 화학 반응 결과물이 표면의 일부 또는 전부에 형성된 전극인 것이 특징인 전기 화학 소자를 제공한다.The present invention provides an electrochemical device including an anode, a cathode, a separator, and an electrolyte, wherein the electrolyte is an electrolyte containing a sulfonate-based compound substituted with the aforementioned EWG substituent; The anode, the cathode or the positive electrode provides an electrochemical device, characterized in that the sulfonate-based compound containing the above-described EWG substituent or a chemical reaction product thereof is an electrode formed on part or all of the surface.

전기 화학 소자는 전기 화학 반응을 하는 모든 소자를 포함하며, 구체적인 예를 들면, 모든 종류의 1차, 2차 전지, 연료 전지, 태양 전지 또는 캐퍼시터(capacitor) 등이 있다. 특히, 상기 2차 전지 중 리튬 금속 이차 전지, 리튬 이온 이차 전지, 리튬 폴리머 이차 전지 또는 리튬 이온 폴리머 이차 전지 등을 포함하는 리튬 이차 전지가 바람직하다. Electrochemical devices include all devices that undergo an electrochemical reaction, and specific examples thereof include all kinds of primary, secondary cells, fuel cells, solar cells, or capacitors. In particular, a lithium secondary battery including a lithium metal secondary battery, a lithium ion secondary battery, a lithium polymer secondary battery or a lithium ion polymer secondary battery among the secondary batteries is preferable.

본 발명의 전기 화학 소자는 당 기술 분야에 알려져 있는 통상적인 방법으로 양극과 음극 사이에 다공성의 분리막을 넣고 상기 전해액을 투입하여 제조될 수 있다.The electrochemical device of the present invention may be prepared by inserting a porous separator between a positive electrode and a negative electrode in a conventional manner known in the art and adding the electrolyte solution.

분리막은 특별한 제한이 없으나, 다공성 분리막이 사용 가능하며, 예를 들면 폴리프로필렌계, 폴리에틸렌계, 폴리올레핀계 다공성 분리막 등이 있다.The separator is not particularly limited, but a porous separator may be used, for example, a polypropylene-based, polyethylene-based, or polyolefin-based porous separator.

상기의 방법으로 제작된 전기 화학 소자의 외형은 제한이 없으나, 캔으로 된 원통형, 코인형, 각형 또는 파우치(pouch)형이 가능하다.The external shape of the electrochemical device manufactured by the above method is not limited, but cans are cylindrical, coin-shaped, square or pouch types.

이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 이들에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples. However, the following examples are for illustrating the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

[실시예 1 ~2. 전해액 및 리튬 이차 전지 제조]EXAMPLES 1-2. Manufacture of Electrolyte and Lithium Secondary Battery]

실시예 1Example 1

1-1. 전해액 제조1-1. Manufacture of electrolyte

EC: EMC = 3:7의 조성을 가지는 1M LiPF6 용액을 전해액으로 사용하였고, 상 기 전해액에 하기 화학식 4의 화합물을 2.0 중량부 첨가하였다. A 1M LiPF 6 solution having a composition of EC: EMC = 3: 7 was used as the electrolyte, and 2.0 parts by weight of the compound of Formula 4 was added to the electrolyte.

[화학식 4] [Formula 4]

Figure 112006066498159-PAT00004
Figure 112006066498159-PAT00004

1-2. 반쪽 전지 제조1-2. Half cell manufacture

양극으로 인조 흑연, 음극으로는 리튬 금속 foil을 사용하여 통상적인 방법으로 코인 형태의 반쪽 전지를 제조하였으며, 상기 실시예 1-1에서 제조된 전해액을 주입하였다.Coin-type half cells were manufactured by a conventional method using artificial graphite as a positive electrode and lithium metal foil as a negative electrode, and the electrolyte solution prepared in Example 1-1 was injected.

1-3. 풀셀(full cell) 제조1-3. Full cell manufacturing

LiCoO2 양극과 인조 흑연 음극을 사용하여 통상적인 방법으로 코인 형태의 전지를 제작하였으며, 상기 실시예 1-1에서 제조된 전해액을 주입하였다. A coin-type battery was manufactured by a conventional method using a LiCoO 2 positive electrode and an artificial graphite negative electrode, and the electrolyte prepared in Example 1-1 was injected.

실시예 2Example 2

화학식 4의 화합물 대신 하기 화학식 5의 화합물을 전해액에 2.0 중량부 첨가한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 전해액 및 전지를 제조하였다.An electrolyte and a battery were prepared in the same manner as in Example 1, except that 2.0 parts by weight of the compound of Formula 5 was added to the electrolyte instead of the compound of Formula 4.

[화학식 5][Formula 5]

Figure 112006066498159-PAT00005
Figure 112006066498159-PAT00005

[비교예 1 ~ 3. 리튬 이차 전지 제조] Comparative Example 1 to 3. Lithium Secondary Battery Manufacturing

비교예 1Comparative Example 1

화학식 4의 화합물 대신 하기 화학식 6의 화합물을 전해액에 2.0 중량부 첨가한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 전해액 및 전지를 제조하였다.An electrolyte and a battery were manufactured in the same manner as in Example 1, except that 2.0 parts by weight of the compound of Formula 6 was added to the electrolyte instead of the compound of Formula 4.

[화학식 6][Formula 6]

Figure 112006066498159-PAT00006
Figure 112006066498159-PAT00006

비교예Comparative example 2 2

화학식 4의 화합물 대신 하기 화학식 7의 화합물을 전해액에 2.0 중량부 첨가한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 전해액 및 전지를 제조하였다.An electrolyte and a battery were manufactured in the same manner as in Example 1, except that 2.0 parts by weight of the compound of Formula 7 was added to the electrolyte instead of the compound of Formula 4.

[화학식 7][Formula 7]

Figure 112006066498159-PAT00007
Figure 112006066498159-PAT00007

비교예 3Comparative Example 3

첨가제를 사용하는 대신 통상적인 전해액을 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 전지를 제조하였다.A battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that a conventional electrolyte solution was used instead of an additive.

실험예 1. 설포네이트 계열 화합물의 환원 전압 비교Experimental Example 1.Reduction Voltage Comparison of Sulfonate Compounds

상기 실시예 2 및 비교예 1 내지 비교예 3에서 각각 제조된 전해액을 사용하여 통상적인 방법으로 제조된 코인 반쪽 전지를 0.1C로 5mV까지 방전하면서 dQ/dV plot을 구하였고, 이를 도 1에 나타내었다. DQ / dV plot was obtained by discharging a coin half cell prepared by a conventional method to 5 mV at 0.1 C using the electrolyte solutions prepared in Examples 2 and Comparative Examples 1 to 3, respectively, and are shown in FIG. 1. It was.

실험 결과, 시아노기가 포함된 설포네이트 계열 화합물을 전해액의 일 구성 성분으로 사용한 실시예 2의 반쪽 전지는 비교예 1 내지 비교예 3의 반쪽 전지에 비해, 보다 높은 전위(풀셀 기준 낮은 전위)에서 환원 피크가 관찰됨을 확인할 수 있었다. 따라서, 전자 끄는 기(EWG)의 도입에 의해 설포네이트 계열 화합물의 음극에서의 환원 전위가 자체적으로 변화됨을 확인할 수 있었다. As a result, the half cell of Example 2 using a cyano group-containing sulfonate-based compound as one component of the electrolyte solution, at a higher potential (lower potential on a full cell basis) than the half cell of Comparative Examples 1 to 3 It was confirmed that a reduction peak was observed. Therefore, it was confirmed that the reduction potential at the negative electrode of the sulfonate compound was changed by the introduction of the electron withdrawing group (EWG).

실험예 2. 음극 SEI 피막 형성 확인Experimental Example 2. Confirmation of Cathode SEI Film Formation

본 발명에 따라 전자 끄는 기가 도입된 설포네이트 화합물에 의한 음극상의 SEI 피막 형성 여부를 확인하기 위하여 하기와 같은 실험을 실시하였다.According to the present invention, the following experiment was conducted to confirm whether the formation of the SEI film on the negative electrode by the sulfonate compound in which the electron withdrawing group was introduced.

상기 실시예 1 및 실시예 2, 비교예 1 내지 비교예 3에서 각각 제조된 전지들을 23℃에서 0.2C로 충방전을 3회 실시한 후, 방전 상태에서 전지를 분해하여 음극을 채취하였다. 이후 채취된 음극에 대하여 DSC (differential scanning calorimetry) 분석을 실시하였으며, 그 결과를 도 2에 도시하였다. 참고로, 70 내지 100 ℃ 사이에서 관찰되는 발열 반응은 음극 표면의 SEI 피막의 열적 붕괴에 기인되는 것으로 알려져 있다.The batteries prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3 were charged and discharged three times at 0.2 ° C. at 23 ° C. three times, and then, the batteries were disassembled in a discharged state to collect a negative electrode. Thereafter, DSC (differential scanning calorimetry) analysis was performed on the collected negative electrode, and the results are shown in FIG. 2. For reference, the exothermic reaction observed between 70 and 100 ° C. is known to be due to the thermal collapse of the SEI film on the surface of the cathode.

도 2에서 도시된 바와 같이, 전해액 첨가제의 종류에 따라 음극의 SEI 붕괴로 인한 발열반응 양상이 서로 상이함을 알 수 있었다. 또한, 이는 전해액 첨가제 에 의한 SEI 형성에 대한 간접적인 증거라 할 수 있다. As shown in Figure 2, it can be seen that the exothermic reaction pattern due to the SEI collapse of the negative electrode according to the type of the electrolyte additive is different from each other. This can also be indirect evidence of SEI formation by electrolyte additives.

실험예Experimental Example 3. 고온 사이클 특성 평가 3. High temperature cycle characteristic evaluation

본 발명에 따라 제조된 리튬 이차 전지의 성능을 평가하기 위하여, 하기와 같은 실험을 실시하였다.In order to evaluate the performance of the lithium secondary battery manufactured according to the present invention, the following experiment was performed.

시아노기가 포함된 설포네이트 계열 화합물을 전해액 성분으로 사용한 실시예 1 및 실시예 2의 리튬 이차 전지(full cell)를 사용하였으며, 이의 대조군으로 시아노기가 포함되지 않은 설포네이트 계열 화합물을 사용하거나 통상적인 전해액을 사용한 비교예 1 내지 3의 전지를 사용하였다. 각 전지들을 60℃ 온도하에서 0.5 C의 전류로 4.2 V 와 3 V 구간에서 충방전을 반복 실시하였다. Lithium secondary batteries of Examples 1 and 2 using a cyano group-containing sulfonate-based compound as an electrolyte component were used. As a control thereof, a sulfonate-based compound containing no cyano group was used or conventionally used. The batteries of Comparative Examples 1 to 3 using the phosphorus electrolyte solution were used. Each battery was repeatedly charged and discharged at 4.2 V and 3 V sections at a current of 0.5 C at a temperature of 60 ° C.

실험 결과, 통상적인 전해액을 사용한 비교예 3의 전지는 수 사이클이 진행되기도 전에 현저한 사이클 저하를 보여주었으며, 시아노기가 포함되지 않은 종래 설포네이트 계열 화합물을 사용한 비교예 1의 전지 및 시아노기가 포함되었으나 알케닐기가 존재하지 않은 종래 설포네이트 계열 화합물을 사용한 비교예 2의 전지 역시 유의적인 사이클 수명 저하를 나타냈다(도 3 참조). 이는 전술한 종래 설포네이트 계열 화합물을 사용할 경우 비활성 막(SEI)의 성막이 제대로 이루어지지 않음을 입증하는 것이다. 이에 비해, 시아노기가 포함된 설포네이트 계열 화합물을 전해액의 일 구성 성분으로 사용한 실시예 1 및 실시예 2의 전지는 모두 60 사이클이 경과된 후에도 완만한 사이클 저하를 나타내어 우수한 사이클 특성을 나타냈으며, 고온 장수명 특성이 향상되었음을 확인할 수 있었다(도 3 참조).As a result of the experiment, the battery of Comparative Example 3 using a conventional electrolyte solution showed a significant cycle reduction even before several cycles, including the battery of Comparative Example 1 and the cyano group using a conventional sulfonate-based compound containing no cyano group However, the battery of Comparative Example 2 using a conventional sulfonate-based compound in which no alkenyl group was present also showed a significant cycle life reduction (see FIG. 3). This proves that the formation of the inert film (SEI) is not properly performed when using the aforementioned sulfonate compound. On the other hand, the battery of Example 1 and Example 2 using a cyano group-containing sulfonate-based compound as one component of the electrolyte showed a gentle cycle decrease even after 60 cycles, and showed excellent cycle characteristics. It was confirmed that the high temperature long life characteristics were improved (see FIG. 3).

본 발명에서는 특정 전자 끄는 치환기가 도입된 설포네이트 계열 화합물을 전해액 성분으로 사용함으로써, 리튬 이차 전지의 고온 수명 특성을 현저히 향상시킬 수 있다. In the present invention, by using a sulfonate-based compound having a specific electron withdrawing substituent as an electrolyte solution component, the high temperature life characteristics of the lithium secondary battery can be significantly improved.

Claims (12)

(a) 전해질 염;(a) electrolyte salts; (b) 전해액 용매; 및(b) an electrolyte solvent; And (c) 시아노기(-CN), 이소시아네이트기(-NCO), 티오시아네이트기(-SCN) 및 이소티오시아네이트기(-NCS)로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 전자 끄는 기(EWG)를 하나 이상 함유하는 설포네이트 계열 화합물(c) at least one electron withdrawing group (EWG) selected from the group consisting of cyano group (-CN), isocyanate group (-NCO), thiocyanate group (-SCN) and isothiocyanate group (-NCS) Sulfonate-based compounds containing one or more 을 포함하는 전지용 전해액.A battery electrolyte comprising a. 제 1항에 있어서, 상기 설포네이트 계열 화합물은 알케닐기를 갖는 화합물인 전해액.The electrolyte of claim 1, wherein the sulfonate compound is a compound having an alkenyl group. 제 1항에 있어서, 상기 설포네이트 계열 화합물은 하기 화학식 1로 표기되는 화합물인 전해액:The electrolyte of claim 1, wherein the sulfonate-based compound is a compound represented by Formula 1 below: [화학식 1] [Formula 1]
Figure 112006066498159-PAT00008
Figure 112006066498159-PAT00008
상기 식에 있어서, In the above formula, R1은 탄소수 2 내지 10의 알케닐기이며, R 1 is an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, R2는 시아노기, 이소시아네이트기, 티오시아네이트기 및 이소티오시아네이트기 중에서 선택된 하나 이상의 치환기를 포함하는 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 알케닐기, 아릴기 및 페닐기로 구성된 군으로부터 선택된 작용기이다. R 2 is a functional group selected from the group consisting of an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkenyl group, an aryl group and a phenyl group including at least one substituent selected from a cyano group, an isocyanate group, a thiocyanate group and an isothiocyanate group.
제 1항에 있어서, 상기 설포네이트 계열 화합물은 전지 내에서 전기 화학적으로 화학 반응하여 비활성 막(passivation layer)을 형성할 수 있는 화합물로서, 전자 끄는 기(EWG)의 도입에 의해 자체 환원 전위가 감소된 것이 특징인 전해액.The method of claim 1, wherein the sulfonate-based compound is a compound capable of electrochemically chemically reacting to form a passivation layer in the battery, the self-reduction potential is reduced by the introduction of an electron withdrawing group (EWG) The electrolyte solution characterized by. 제 1항에 있어서, 상기 설포네이트 계열 화합물의 함량은 전해액 100 중량부 당 0.1 내지 10 중량부인 전해액.The electrolyte of claim 1, wherein the sulfonate-based compound is present in an amount of 0.1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the electrolyte. 시아노기, 이소시아네이트기, 티오시아네이트기 및 이소티오시아네이트기로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 치환기를 포함하는 설포네이트 계열 화합물 또는 이의 화학 반응 결과물이 표면의 일부 또는 전부에 형성된 전극.An electrode in which a sulfonate-based compound comprising at least one substituent selected from the group consisting of a cyano group, an isocyanate group, a thiocyanate group, and an isothiocyanate group, or a chemical reaction product thereof is formed on part or all of a surface thereof. 제 6항에 있어서, 상기 설포네이트 계열 화합물은 하기 화학식 1로 표기되는 화합물인 전극:The electrode of claim 6, wherein the sulfonate-based compound is a compound represented by Formula 1 below: [화학식 1] [Formula 1]
Figure 112006066498159-PAT00009
Figure 112006066498159-PAT00009
상기 식에 있어서, In the above formula, R1은 탄소수 2 내지 10의 알케닐기이며, R 1 is an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, R2는 시아노기, 이소시아네이트기, 티오시아네이트기 및 이소티오시아네이트기 중에서 선택된 하나 이상의 치환기를 포함하는 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 알케닐기, 아릴기 및 페닐기로 구성된 군으로부터 선택된 작용기이다. R 2 is a functional group selected from the group consisting of an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkenyl group, an aryl group and a phenyl group including at least one substituent selected from a cyano group, an isocyanate group, a thiocyanate group and an isothiocyanate group.
제 6항에 있어서, 상기 전극은 설포네이트 계열 화합물이 전기 화학적으로 환원되어 표면의 일부 또는 전부에 고체 전해질 계면(solid electrolyte interface: SEI) 피막이 형성된 것이 특징인 전극.The electrode of claim 6, wherein the sulfonate-based compound is electrochemically reduced to form a solid electrolyte interface (SEI) coating on part or all of the surface thereof. 제 6항에 있어서, 상기 전극은 설포네이트 계열 화합물 내 포함된 시아노기, 이소시아네이트기, 티오시아네이트기 및 이소티오시아네이트기 중에서 선택된 하나 이상의 치환기가 전극활물질 표면과 화학 결합하여 착물(complex) 형태의 보호막(protection layer)이 형성된 것이 특징인 전극.The complex of claim 6, wherein the electrode is in a complex form by combining one or more substituents selected from cyano, isocyanate, thiocyanate and isothiocyanate groups in the sulfonate-based compound with the surface of the electrode active material. Electrode characterized in that the protective layer (protection layer) is formed. 양극, 음극, 분리막 및 전해액을 포함하는 전기 화학 소자에 있어서, 상기 전해액은 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항의 전해액인 것이 특징인 전기 화학 소자. An electrochemical device comprising an anode, a cathode, a separator, and an electrolyte, wherein the electrolyte is an electrolyte according to any one of claims 1 to 5. 양극, 음극, 분리막 및 전해액을 포함하는 전기 화학 소자에 있어서, 상기 양극, 음극 또는 양(兩) 전극은 제 6항 내지 제 9항 중 어느 한 항의 전극인 것이 특징인 전기 화학 소자.An electrochemical device comprising an anode, a cathode, a separator, and an electrolyte, wherein the anode, the cathode, or the positive electrode is an electrode according to any one of claims 6 to 9. 제 10항에 있어서, 상기 전기 화학 소자는 리튬 이차 전지인 전기 화학 소자. The electrochemical device of claim 10, wherein the electrochemical device is a lithium secondary battery.
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8349502B2 (en) 2006-09-20 2013-01-08 Lg Chem, Ltd. Additive for non-aqueous electrolyte and secondary battery using the same
US8940434B2 (en) 2012-11-13 2015-01-27 Samsung Sdi Co., Ltd. Electrolyte additive and electrolyte and lithium rechargeable battery including same
WO2016053040A1 (en) * 2014-10-02 2016-04-07 주식회사 엘지화학 Electrolyte additive for lithium secondary battery and non-aqueous electrolyte and lithium secondary battery comprising the electrolyte additive
KR20170022913A (en) 2015-08-19 2017-03-02 주식회사 엘지화학 Electrolyte for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising the same
US9590270B2 (en) 2007-04-05 2017-03-07 Mitsubishi Chemical Corporation Nonaqueous electrolyte for secondary battery and nonaqueous-electrolyte secondary battery employing the same
US9966633B2 (en) 2014-07-03 2018-05-08 Samsung Sdi Co., Ltd. Electrolyte for rechargeable lithium battery and rechargeable lithium battery including same
US10381685B2 (en) 2014-10-02 2019-08-13 Lg Chem, Ltd. Liquid electrolyte additive for lithium secondary battery, non-aqueous liquid electrolyte and lithium secondary battery comprising the same
WO2024035169A1 (en) * 2022-08-12 2024-02-15 주식회사 엘지에너지솔루션 Nonaqueous electrolyte and lithium secondary battery comprising same
WO2024035167A1 (en) * 2022-08-12 2024-02-15 주식회사 엘지에너지솔루션 Non-aqueous electrolyte and lithium secondary battery comprising same

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017030416A1 (en) * 2015-08-19 2017-02-23 주식회사 엘지화학 Electrolyte for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising same
WO2018070846A1 (en) * 2016-10-14 2018-04-19 주식회사 엘지화학 Electrolyte for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising same
US10615450B2 (en) 2016-10-14 2020-04-07 Lg Chem, Ltd. Electrolyte solution for lithium secondary battery and lithium secondary battery including the same

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6294289B1 (en) * 1998-08-25 2001-09-25 3M Innovative Properties Company Cyano-substituted methide and amide salts
JP2000285961A (en) 1999-03-29 2000-10-13 Dainippon Toryo Co Ltd Lithium manganese secondary battery
JP4240263B2 (en) 2000-12-22 2009-03-18 富士フイルム株式会社 Electrolyte composition and non-aqueous electrolyte secondary battery
JP2003217614A (en) 2002-01-17 2003-07-31 Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd Ester cyanate resin, and high polymer film comprising the same
KR20070031584A (en) * 2005-09-15 2007-03-20 주식회사 엘지화학 Additives for nonaqueous electrolyte and secondary battery using the same

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8349502B2 (en) 2006-09-20 2013-01-08 Lg Chem, Ltd. Additive for non-aqueous electrolyte and secondary battery using the same
US11367899B2 (en) 2007-04-05 2022-06-21 Mitsubishi Chemical Corporation Nonaqueous electrolyte for secondary battery and nonaqueous-electrolyte secondary battery employing the same
US9590270B2 (en) 2007-04-05 2017-03-07 Mitsubishi Chemical Corporation Nonaqueous electrolyte for secondary battery and nonaqueous-electrolyte secondary battery employing the same
US9853326B2 (en) 2007-04-05 2017-12-26 Mitsubishi Chemical Corporation Nonaqueous electrolyte for secondary battery and nonaqueous-electrolyte secondary battery employing the same
US10468720B2 (en) 2007-04-05 2019-11-05 Mitsubishi Chemical Corporation Nonaqueous electrolyte for secondary battery and nonaqueous-electrolyte secondary battery employing the same
US11616253B2 (en) 2007-04-05 2023-03-28 Mitsubishi Chemical Corporation Nonaqueous electrolyte for secondary battery and nonaqueous-electrolyte secondary battery employing the same
US8940434B2 (en) 2012-11-13 2015-01-27 Samsung Sdi Co., Ltd. Electrolyte additive and electrolyte and lithium rechargeable battery including same
US9966633B2 (en) 2014-07-03 2018-05-08 Samsung Sdi Co., Ltd. Electrolyte for rechargeable lithium battery and rechargeable lithium battery including same
WO2016053040A1 (en) * 2014-10-02 2016-04-07 주식회사 엘지화학 Electrolyte additive for lithium secondary battery and non-aqueous electrolyte and lithium secondary battery comprising the electrolyte additive
US10381685B2 (en) 2014-10-02 2019-08-13 Lg Chem, Ltd. Liquid electrolyte additive for lithium secondary battery, non-aqueous liquid electrolyte and lithium secondary battery comprising the same
KR20170022913A (en) 2015-08-19 2017-03-02 주식회사 엘지화학 Electrolyte for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising the same
US10693179B2 (en) 2015-08-19 2020-06-23 Lg Chem, Ltd. Electrolyte solution for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising the same
WO2024035169A1 (en) * 2022-08-12 2024-02-15 주식회사 엘지에너지솔루션 Nonaqueous electrolyte and lithium secondary battery comprising same
WO2024035167A1 (en) * 2022-08-12 2024-02-15 주식회사 엘지에너지솔루션 Non-aqueous electrolyte and lithium secondary battery comprising same

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