KR20090029569A - Electrolyte for lithium secondary battery and lithium secondary battery having the same - Google Patents

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Abstract

Electrolyte for a lithium secondary battery is provided to obtain a lithium secondary battery with excellent fire retardancy and improved battery performance, by including a cyclic organophosphate compound as a flame retardant additive. Electrolyte for a lithium secondary battery comprises a lithium salt, solvent, and a cyclic organophosphate compound represented by the following chemical formula 1. In the chemical formula 1, R1, R2, R3, R4, R5 and R6 are independently C1-10 alkyl group and a part or the whole of the hydrogen of the alkyl group can be substituted as fluorine. The cyclic organophosphate is haxamethoxy cyclo tri-phosphazene or haxaethoxy cyclo tri-phosphazene.

Description

리튬 이차 전지용 전해액 및 이를 구비한 리튬 이차 전지{Electrolyte for Lithium Secondary Battery and Lithium Secondary Battery Having The Same}Electrolyte for lithium secondary battery and lithium secondary battery having same {Electrolyte for Lithium Secondary Battery and Lithium Secondary Battery Having The Same}

본 발명은 리튬 이차 전지용 전해액 및 이를 구비한 리튬 이차 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 안전성이 우수한 리튬 이차 전지를 제공할 수 있는 리튬 이차 전지용 전해액에 관한 것이다.The present invention relates to a lithium secondary battery electrolyte and a lithium secondary battery having the same, and more particularly, to a lithium secondary battery electrolyte which can provide a lithium secondary battery with excellent safety.

포터블 전자 기기의 급격한 발전에 발맞추어 고용량, 고에너지화의 리튬 이차 전지의 개발이 진행되고 있다. 리튬 이차 전지는 리튬 이온의 삽입(intercalations) 및 탈리(deintercalation)가 가능한 물질을 음극 및 양극으로 사용하며, 전해액으로는 유기 전해액 또는 폴리머 전해액을 사용한다.In line with the rapid development of portable electronic devices, the development of high capacity and high energy lithium secondary batteries is underway. The lithium secondary battery uses a material capable of intercalations and deintercalation of lithium ions as a negative electrode and a positive electrode, and uses an organic electrolyte or a polymer electrolyte as an electrolyte.

이러한 구성을 갖는 고용량의 리튬 이차 전지를 개발하기 위해서는 전지의 안전성이 필수 요건이다. 리튬 이차 전지는 충방전 사이클이 반복됨에 따라 음극 극판 표면에서 리튬이 석출되며, 이 리튬이 전해액과의 반응성이 매우 강하여, 전 지가 과충전, 관통 또는 압축 등의 극한적 상황에서 발생 되는 온도 및 압력의 급격한 상승에 의해 폭발할 위험이 있다.In order to develop a high capacity lithium secondary battery having such a configuration, battery safety is an essential requirement. Lithium secondary batteries have lithium precipitated on the surface of the negative electrode plate as the charge and discharge cycles are repeated, and the lithium is highly reactive with the electrolyte solution, which causes the battery to be subjected to extreme temperatures and pressures such as overcharging, penetration, or compression. There is a risk of explosion due to a sharp rise.

이러한 리튬 이차 전지의 안전성을 확보하기 위하여, 활물질, 세퍼레이터, 전지 시스템, 전해액 등의 다양한 측면에서 연구가 진행되고 있다. 이 중에서, 다소 적은 투자로 의미 있는 효과를 기대할 수 있는 분야가 전해액 첨가제이며, 안전성에 기여도가 높은 첨가제로는 과충전 방지, 전기분해 지연, 난연성 첨가제 등이 있다. 전지 소재 및 BMS(Battery management system) 등의 발전으로 전지의 안전성이 날로 개선되고 있지만, 상기 첨가제들 중에서도 특히 전지의 화재나 폭발을 막을 수 있는 난연성 첨가제의 개발이 대형 전지의 개발에 필수적인 요소가 되고 있다.In order to secure the safety of such a lithium secondary battery, research is being conducted in various aspects such as an active material, a separator, a battery system, an electrolyte solution, and the like. Of these, electrolyte additives are expected to have a significant effect with a little investment, and additives with high contribution to safety include overcharge prevention, electrolysis delay, and flame retardant additives. Although the safety of the battery is improving day by day with the development of battery materials and battery management system (BMS), the development of flame retardant additives that can prevent the fire or explosion of the battery, among the above additives, becomes an essential element for the development of large batteries. have.

이와 관련하여, 미국 특허 제 5,830,600호에는 포스페이트계의 난연성 첨가제를 첨가하고 수명 향상 첨가제로 피로카보네이트(pyrocarbonate)계의 용매를 첨가하여 수명성 및 안전성을 확보한 난연성 첨가제를 포함하는 전해액이 개시되었다. 그러나, 상기의 전해액이 난연 효과를 나타내기 위해서는 약 50 부피% 정도의 포스페이트계 용매를 포함해야만 하므로, 이온 전도도가 낮아지게 되어 전지 성능을 만족하지 못하는 문제점이 있다. In this regard, US Pat. No. 5,830,600 discloses an electrolyte solution comprising a flame retardant additive which adds a phosphate-based flame retardant additive and adds a pyrocarbonate-based solvent as a life improvement additive to secure lifespan and safety. However, since the electrolyte solution must include about 50% by volume of a phosphate solvent in order to exhibit a flame retardant effect, there is a problem that the ionic conductivity is lowered and the battery performance is not satisfied.

이와 같이, 가격, 난연성, 전지 성능을 동시에 만족하는 물질이 개발되지 않 고 있기 때문에 저렴하고 안전성이 높은 난연성 첨가제를 포함하는 전해액의 개발이 요구되고 있는 실정이다.As such, since a material that satisfies price, flame retardancy, and battery performance has not been developed, development of an electrolyte solution containing a flame retardant additive having low cost and high safety is required.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 난연성 첨가제를 포함함으로써 난연성이 우수하면서도 전지적 성능이 유지 또는 향상되는 리튬 이차 전지를 제공할 수 있는 리튬 이차 전지용 전해액 및 이를 구비한 리튬 이차 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to solve the above problems, comprising a flame retardant additive to provide a lithium secondary battery that can provide a lithium secondary battery excellent in flame retardancy and maintain or improve the battery performance and to provide a lithium secondary battery having the same For the purpose of

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 리튬염; 용제; 및 하기 화학식 1로 표현되는 시클릭(Cyclic) 유기인 화합물을 포함하여 이루어진 리튬 이차 전지용 전해액을 제공한다.The present invention for achieving the above object is a lithium salt; solvent; And it provides a lithium secondary battery electrolyte comprising a cyclic (cyclic) phosphorus compound represented by the formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112007067643704-PAT00002
Figure 112007067643704-PAT00002

(상기 식에서, R1, R2, R3, R4, R5 및 R6는 각각 독립적으로 C1~C10의 알킬기로서 수소의 일부 또는 전부가 불소(F)로 치환될 수 있다.)(In the above formula, R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 are each independently a C 1 to C 10 alkyl group, part or all of hydrogen may be substituted with fluorine (F).)

또한, 상기 시클릭(Cyclic) 유기인 화합물은 HMTP(haxamethoxy cyclo tri-phosphazene)인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 전해액을 제공한다.In addition, the cyclic (Cyclic) organophosphorus compound provides an electrolyte solution for a lithium secondary battery, characterized in that the haxamethoxy cyclo tri-phosphazene (HMTP).

또한, 상기 시클릭(Cyclic) 유기인 화합물은 HETP(haxaethoxy cyclo tri-phosphazene)인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 전해액을 제공한다.In addition, the cyclic (Cyclic) organophosphorus compound provides a lithium secondary battery electrolyte, characterized in that the HETP (haxaethoxy cyclo tri-phosphazene).

또한, 상기 HMTP(haxamethoxy cyclo tri-phosphazene)는 상기 전해액의 100 중량 대비 2 내지 7 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 전해액을 제공한다.In addition, the HMTP (haxamethoxy cyclo tri-phosphazene) provides an electrolyte for a lithium secondary battery, characterized in that included in 2 to 7 parts by weight relative to 100 weight of the electrolyte.

또한, 상기 HETP(haxaethoxy cyclo tri-phosphazene)는 상기 전해액의 100 중량 대비 0.5 내지 2 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 전해액을 제공한다.In addition, the HETP (haxaethoxy cyclo tri-phosphazene) provides an electrolyte for a lithium secondary battery, characterized in that contained in 0.5 to 2 parts by weight relative to 100 weight of the electrolyte.

기타 실시예 및 구체적인 사항들은 발명의 실시를 위한 구체적인 내용 및 도면들에 포함되어 있다. Other embodiments and specific details are included in the detailed description and drawings for carrying out the invention.

상기한 본 발명에 의하는 경우, 난연성이 우수하면서도 전지적 성능을 잘 유지 또는 향상시킬 수 있는 전해액을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공할 수 있다.According to the present invention described above, it is possible to provide a lithium secondary battery including an electrolyte solution that is excellent in flame retardancy and can maintain or improve battery performance well.

이하에서 본 발명에 따른 리튬 이차 전지용 전해액을 보다 상세하게 설명한다. 하기의 구체적 설명은 본 발명의 일 실시예에 대한 설명이므로, 비록 한정적 표현이 있더라도 특허청구범위로부터 정해지는 권리범위를 제한하는 것은 아니다.Hereinafter, the electrolyte solution for a lithium secondary battery according to the present invention will be described in more detail. The following detailed description is for the description of one embodiment of the present invention, although not limited to the scope of the claims defined by the claims.

본 발명은 리튬염; 용제; 및 하기 화학식 1로 표현되는 시클릭(Cyclic) 유기인 화합물을 포함하여 이루어진 리튬 이차 전지용 전해액에 관한 것이다. The present invention is a lithium salt; solvent; And it relates to a lithium secondary battery electrolyte comprising a cyclic (cyclic) phosphorus compound represented by the formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112007067643704-PAT00003
Figure 112007067643704-PAT00003

(상기 식에서, R1, R2, R3, R4, R5 및 R6는 각각 독립적으로 C1~C10의 알킬기로서 수소의 일부 또는 전부가 불소(F)로 치환될 수 있다.)(In the above formula, R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 are each independently a C 1 to C 10 alkyl group, part or all of hydrogen may be substituted with fluorine (F).)

먼저, 상기 리튬염으로는, 양극 및 음극 사이에서 리튬 이온의 이동을 촉진할 수 있는 것은 모두 사용 가능하며, 그 대표적인 예로는 LiPF6, LiAsF6, LiCF3SO3, LiN(CF3SO2)3, LiBF6 또는 LiClO4 등이 있다.First, as the lithium salt, any one capable of promoting the movement of lithium ions between the positive electrode and the negative electrode can be used, and representative examples thereof include LiPF 6 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , and LiN (CF 3 SO 2 ). 3 , LiBF 6 or LiClO 4 and the like.

본 발명에 따른 전해액의 용제로는 고리 카보네이트, 선형 카보네이트, 에스테르, 에테르 또는 케톤을 사용할 수 있다. 상기 고리 카보네이트로는 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 고리 카보네이트를 사용할 수 있으며, 상기 선형 카보네이트는 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트 및 메틸프로필 카보네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 선형 카보네이트를 사용할 수 있다. 또한, 상기 에스테르로는 n-메틸 아세테이트, n-에틸 아세테이트 및 n-프로필 아세테이트로 이루어진 군에서 선택되는 에스테르를 사용할 수 있다. 상기 케톤으로는 폴리메틸비닐 케톤 등을 사용할 수 있다. As the solvent of the electrolyte according to the present invention, cyclic carbonate, linear carbonate, ester, ether or ketone may be used. The ring carbonate may be a ring carbonate selected from the group consisting of ethylene carbonate, propylene carbonate and mixtures thereof, and the linear carbonate is selected from the group consisting of dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethylmethyl carbonate and methylpropyl carbonate. One or more linear carbonates may be used. In addition, the ester may be an ester selected from the group consisting of n-methyl acetate, n-ethyl acetate and n-propyl acetate. As the ketone, polymethyl vinyl ketone may be used.

본 발명의 리튬 이차 전지용 전해액은 상기 화학식 1로 표현되는 시클릭(Cyclic) 유기인 화합물을 포함하여 이루어진다. 상기 시클릭(Cyclic) 유기인 화합물은 상기 전해액의 100 중량 대비 0.5 내지 10 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 시클릭(Cyclic) 유기인 화합물의 양이 10 중량부 보다 많이 포함되면 전해액의 전지적 성능이 낮아지게 되고, 0.5 중량부 보다 적게 포함되면 난연성에 대한 효과가 작다.The electrolyte solution for a lithium secondary battery of the present invention comprises a cyclic organic phosphorus compound represented by Chemical Formula 1. The cyclic organic phosphorus compound is preferably included in the range of 0.5 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the electrolyte. When the amount of the cyclic organic phosphorus compound is included in an amount greater than 10 parts by weight, the battery performance of the electrolyte is lowered. If it is included in an amount less than 0.5 parts by weight, the effect on flame retardancy is small.

본 발명에 따른 시클릭 유기인 화합물의 바람직한 구체적인 예로는, HMTP(hexamethoxy cyclo tri-phosphazene)와 HETP(hexaethoxy cyclo tri- phosphazene) 등이 있다. Preferred specific examples of the cyclic organophosphorus compound according to the present invention include hexamethoxy cyclo tri-phosphazene (HMTP) and hexaethoxy cyclo tri-phosphazene (HETP).

이 중, HMTP는 전해액의 100 중량 대비 2 내지 7 중량부의 범위로 포함되는 것이 보다 바람직하다. 상기 HMTP의 함유량이 2 중량부 보다 작을 때에는 난연 효과가 적고, 7 중량부 보다 클 때에는 전지적 성능의 저하를 나타낸다. 또한, HETP는 전해액의 100 중량 대비 0.5 내지 2 중량부의 범위로 포함되는 것이 보다 바람직하다. 상기 HETP의 함유량이 0.5 중량부 보다 작을 때에는 난연 효과가 적고, 2 중량부 보다 클 때에는 전지적 성능의 저하를 나타낸다. Among them, HMTP is more preferably included in the range of 2 to 7 parts by weight relative to 100 weight of the electrolyte. When the content of the HMTP is less than 2 parts by weight, the flame retardant effect is less. When the content of the HMTP is greater than 7 parts by weight, the battery performance is deteriorated. In addition, HETP is more preferably included in the range of 0.5 to 2 parts by weight relative to 100 weight of the electrolyte. When the content of HETP is less than 0.5 parts by weight, the flame retardant effect is less. When the content of HETP is greater than 2 parts by weight, the battery performance is deteriorated.

또한, 본 발명의 효과를 손상하지 않는 정도이면 이 분야에서 통상 사용되고 있는 열경화형 개시제 등을 추가로 병용할 수도 있다. Moreover, as long as it does not impair the effect of this invention, the thermosetting initiator etc. which are normally used in this field can also be used together.

상기한 본 발명에 따른 리튬 이차 전지용 전해액을 사용하는 경우, 초기 방전 용량, 효율 등의 저하가 없이, 전기 화학적 안정성을 확보할 수 있다. 즉, 과충전, 외부단락, 압축 및 과충전 관통 등의 조건하에서 안전성을 확보할 수 있고 고용량의 전지를 제조할 수 있다. 또한, 초기 충방전 사이클 수명 특성이 향상된 전지를 제조할 수 있다.When using the electrolyte solution for lithium secondary batteries which concerns on this invention mentioned above, electrochemical stability can be ensured, without deterioration of initial stage discharge capacity, efficiency, etc. That is, safety can be ensured under conditions such as overcharge, external short circuit, compression, and overcharge penetration, and a high capacity battery can be manufactured. In addition, a battery having improved initial charge and discharge cycle life characteristics may be manufactured.

본 발명의 전해액이 사용되는 전지의 양극 활물질로는 통상적으로 리튬 이차 전지에 사용되는 전이금속화합물을 모두 사용할 수 있으며, 그 대표적인 예로는 LiCoO2, LiNiO2, LiNixCo1 -xMyO2(0.1<x<1.0, 0≤y<1.0이며, M은 전이 금속), LiMnO2, LiMn2O4 등의 전이금속 산화물을 사용할 수 있다. 상기 양극 활물질을 이용하여 양극을 제조하는 방법은 전지 제조 분야에서는 널리 알려져 있으며, 그 대표적인 방법은 양극 활물질 및 폴리비닐리덴 플루오라이드 등의 바인더를 N-메틸 피롤리돈 등의 용매와 혼합하여 양극 슬러리를 제조한 후, 이 양극 슬러리를 알루미늄박 위에 테이프 캐스팅하여 양극을 제조한다. 상기 양극 슬러리에 케센 블랙, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙 등의 도전제를 더욱 첨가할 수도 있다. 또한, 상기 양극 슬러리에 본 발명에 따른 상기 화학식 1로 표시되는 시클릭(Cyclic) 유기인 화합물을 난연성 첨가제로 더 첨가할 수도 있다. As a cathode active material of a battery using the electrolyte solution of the present invention, all of the transition metal compounds commonly used in lithium secondary batteries may be used, and representative examples thereof include LiCoO 2 , LiNiO 2 , and LiNi x Co 1- x M y O 2. (0.1 <x <1.0, 0 ≦ y <1.0, M is a transition metal), and a transition metal oxide such as LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 can be used. A method of manufacturing a cathode using the cathode active material is well known in the battery manufacturing field, and a representative method thereof is a cathode slurry by mixing a cathode active material and a binder such as polyvinylidene fluoride with a solvent such as N-methyl pyrrolidone. After the preparation, the cathode slurry was tape cast on an aluminum foil to prepare a cathode. A conductive agent such as kesene black, carbon black, acetylene black or the like may be further added to the positive electrode slurry. In addition, a cyclic organic phosphorus compound represented by Chemical Formula 1 according to the present invention may be further added to the cathode slurry as a flame retardant additive.

또한, 음극 활물질로는 통상적으로 사용되는 탄소재 물질을 모두 사용할 수 있으며, 그 대표적인 예로는 전위 평탄성이 양호할 뿐만 아니라 상대적으로 충방전 과정의 가역성이 양호한 결정성 흑연을 사용할 수 있다. 상기 음극을 이용하여 음극을 제조하는 방법도 전지 분야에서는 널리 알려져 있으며 그 대표적인 방법은 음극 활물질과 폴리비닐리덴 플루오라이드 등의 바인더를 혼합하여 음극 슬러리를 제조한 후, 이 음극 슬러리를 구리 호일 위에 테이프 캐스팅하여 음극을 제조할 수 있다. 상기에서, 금속 리튬 또는 합금계열 재료 등을 음극으로 사용하고, 양극과 음극 사이에 분리막을 삽입시키고 전해액을 주입시켜 리튬 이차 전지를 제조할 수 있다. 상기 분리막은 두 개 전극의 내부 단락을 차단하고 전해액을 함침하는 역할을 하는데, 분리막으로 사용될 수 있는 재료로는 고분자, 그라스화이버매트, 크라 프트지 등이 있다.In addition, as the negative electrode active material, all commonly used carbonaceous materials may be used, and representative examples thereof may include crystalline graphite having good dislocation flatness and relatively good reversibility in charge and discharge processes. A method of manufacturing a negative electrode using the negative electrode is also widely known in the battery field, and a representative method thereof is to prepare a negative electrode slurry by mixing a negative electrode active material and a binder such as polyvinylidene fluoride, and then tape the negative electrode slurry on a copper foil. The cathode may be prepared by casting. In the above, a lithium secondary battery may be manufactured by using metal lithium or an alloy-based material as a negative electrode, inserting a separator between the positive electrode and the negative electrode, and injecting an electrolyte solution. The separator serves to block internal short circuits of two electrodes and impregnate the electrolyte, and materials that may be used as the separator include polymer, glass fiber mat, and kraft paper.

이하와 같이, 본 발명을 실시예에 기초하여 더욱 상세하게 설명하지만, 하기에 개시되는 본 발명의 실시 형태는 어디까지 예시로써, 본 발명의 범위는 이들의 실시 형태에 한정되지 않는다. 본 발명의 범위는 특허청구범위에 표시되었고, 더욱이 특허청구범위 기록과 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경을 함유하고 있다. As follows, the present invention will be described in more detail based on examples, but the embodiments of the present invention disclosed below are exemplified to the last, and the scope of the present invention is not limited to these embodiments. The scope of the invention is indicated in the appended claims, and moreover, contains all modifications within the meaning and range equivalent to the claims.

<실시예 1> HMTP를 포함하는 전해액을 사용한 리튬이차전지Example 1 Lithium Secondary Battery Using Electrolyte Containing HMTP

본 발명의 시클릭 유기인 화합물, HMTP를 포함하여 이루어진 전해액의 난연 성능과 전지 성능의 향상 여부를 관찰하기 위해서 코인셀을 제조하였다. Coin cells were prepared to observe whether the flame retardant performance and battery performance of the cyclic organophosphorus compound of the present invention and HMTP were improved.

사용된 활물질은 LiMn1 /3Ni1 /3Co1 /3O2와 리튬박(Li foil)이며 이들은 각각 양극과 음극의 재료로 사용되고, 이들로 반쪽 전지(half cell)가 구성되었다. 양극 극판의 제작 순서는 다음과 같다. The active material used was LiMn 1/3 Ni 1/3 Co 1/3 O 2 , and a lithium foil (Li foil) are each used as a material for the positive electrode and the negative electrode, it consisted of a half-cell (half cell) thereof. The manufacturing procedure of the positive electrode plate is as follows.

도전재와 바인더는 카본블랙(Super-P Black)과 폴리비닐리덴플로라이드(PVDF)가 사용되었다. 활물질:도전재:바인더의 중량비는 85:8:7로 하여 제작하였다. 먼저, 바인더를 적당량의 N-메틸피롤리돈(NMP)과 컨디셔닝 믹서(conditioning mixer)에 10분간 교반하고 여기에 활물질과 도전재를 혼합한 다음, N-메틸피롤리돈(NMP)을 조금 더 첨가하여 점도를 맞추어준 후 30분 동안 더 교 반하였다. 유리판에 알루미늄(Al) 집전체를 깔고 상기 알루미늄(Al) 집전체에 준비된 슬러리(slurry)를 닥터블레이드(doctor blade) 방법으로 캐스팅(casting)하고 난 후, 100℃에서 오버나잇(overnight) 건조를 하였다. 이렇게 건조된 전극은 120℃의 롤압착기(roll press machine)로 20~25%의 압착률로 압착시켜 전극을 완성하였다.As the conductive material and the binder, carbon black (Super-P Black) and polyvinylidene fluoride (PVDF) were used. The weight ratio of active material: conductive material: binder was 85: 8: 7. First, the binder is stirred in an appropriate amount of N-methylpyrrolidone (NMP) and a conditioning mixer for 10 minutes, the active material and the conductive material are mixed therein, and then N-methylpyrrolidone (NMP) is added a little more. After the addition to adjust the viscosity it was stirred for a further 30 minutes. Laminate the aluminum (Al) current collector on a glass plate, cast the slurry prepared on the aluminum (Al) current collector by a doctor blade method, and then dry overnight at 100 ° C. It was. The electrode thus dried was pressed at a compression ratio of 20-25% with a roll press machine at 120 ° C. to complete the electrode.

코인셀은 2032 규격을 사용하였으며 양극으로는 제작한 전극을, 음극으로는 리튬(Li) 금속을 사용하였다. The coin cell used the 2032 standard, and the electrode manufactured as a positive electrode and the lithium (Li) metal as a negative electrode were used.

전해액(electrolyte)으로는 1.1M LiPF6 리튬염과 유기용매인 에틸렌 카보네이트(EC)/에틸 메틸 카보네이트(EMC)(4:6 부피비) 및 난연성 첨가제인 HMTP를 사용하였다. 상기 HMTP의 사용량은 각각 전해액의 총 100 중량 대비 0 중량부(미첨가), 1 중량부, 3 중량부, 5 중량부였다. As an electrolyte, 1.1 M LiPF 6 lithium salt, an organic solvent ethylene carbonate (EC) / ethyl methyl carbonate (EMC) (4: 6 by volume) and a flame retardant additive HMTP were used. The amount of HMTP used was 0 parts by weight (not added), 1 part by weight, 3 parts by weight, and 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the total electrolyte.

<실시예 2> HETP를 포함하는 전해액을 사용한 리튬 이차 전지Example 2 Lithium Secondary Battery Using Electrolyte Containing HETP

실시예 1에서 HMTP를 HETP로 변경하는 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지의 조작을 행하였다.The same operation as in Example 1 was performed except that HMTP was changed to HETP in Example 1.

상기 HMTP의 첨가량을 달리한 각각의 전해액의 열적안정성(난연 효과)을 시험한 결과를 도 1에 나타내었고, 상기 HETP의 첨가량을 달리한 각각의 전해액의 열적 안정성을 시험한 결과를 도 3에 나타내었다. 방전기는 TOYO사의 TOSCAT-3100U 모델을 사용하여 실험을 진행하였다. The results of testing the thermal stability (flame retardant effect) of the respective electrolytes with different amounts of HMTP are shown in FIG. 1, and the results of testing the thermal stability of each electrolyte with different amounts of HETP are shown in FIG. 3. It was. The discharger was tested using a TOOS TOSCAT-3100U model.

상기 열적 안정성 시험은 준비된 코인셀을 10회 충방전하고, 충전된 상태의 양극물질을 회수하여 DSC(differential scanning calorimeter)로 측정함으로써 이루어진다. 즉, 온도가 상승되면 특정 온도에서 양극물질이 자가 발열 현상을 일으키는 것을 이용한 것이다. 자가 발열 현상은 예를 들면, 200℃ 또는 그 이상의 온도에서 양극 활물질이 분해되면서 산소를 배출하는 현상 등을 말한다. 이러한 발열 현상은 전지를 오용하거나 권장 사용조건 이외의 조건으로 사용하는 경우에 발생하는 화재 및 폭발의 주요 원인이 된다.The thermal stability test is performed by charging and discharging the prepared coin cell 10 times, recovering the charged positive electrode material and measuring it by differential scanning calorimeter (DSC). In other words, when the temperature rises, the cathode material generates a self-heating phenomenon at a specific temperature. The self-heating phenomenon refers to a phenomenon in which oxygen is released while the cathode active material is decomposed at a temperature of 200 ° C. or higher. This heat generation is a major cause of fire and explosion if the battery is misused or used under conditions other than recommended.

상기 도 1은 실시예 1에서 준비된 각각의 전해액을 사용한 양극 소재의 자가 발열 반응을 나타내는 그래프이다. 상기 도 1에서, 'background'는 첨가제인 HMTP를 포함하지 않는 전해액을 뜻한다. 상기 도 1에 나타낸 바와 같이, HMTP를 포함하지 않은 'background'는 270℃ 부근에서 예리한 자가 발열 반응을 보여주고 있다. 한편, HMTP 1 중량부가 포함된 전해질은 난연성이 나타나지 않았지만, HMTP 3 및 5 중량부로 포함된 전해질은 모두 양극 물질의 자가 발열 온도가 약 320~330℃까지 지연되는 것을 보여, HMTP가 포함된 전해질이 효과적인 난연성을 보유하고 있음을 나타내었다.1 is a graph showing a self-exothermic reaction of a positive electrode material using each electrolyte solution prepared in Example 1. FIG. In FIG. 1, 'background' refers to an electrolyte containing no additive HMTP. As shown in FIG. 1, 'background' without HMTP shows a sharp self exothermic reaction at around 270 ° C. On the other hand, the electrolyte containing 1 part by weight of HMTP did not exhibit flame retardancy, but the electrolytes contained in the HMTP 3 and 5 parts by weight of the positive electrode material showed that the self-heating temperature is delayed to about 320 ~ 330 ℃, HMTP containing electrolyte It has been shown to possess effective flame retardancy.

도 2는 상기 실시예 1에서 준비된 각각의 전해액을 사용한 리튬 이차 전지의 율특성 실험을 결과를 나타낸 그래프이다. 상기 전지는 각각 0.5C의 조건으로 4.3V까지 충전하며, 주어진 방전 전류의 조건에서 2.8V까지 방전하였고, 충전과 방전 사이에 30분간 휴지 시간을 두면서 실험하였다. 상기 도 2에 나타낸 바와 같이, HMTP를 첨가한 경우에 전지의 용량이 다소 향상되고, 보다 우수한 율특성을 나타내는 것을 알 수 있다.Figure 2 is a graph showing the results of the rate characteristic test of the lithium secondary battery using the respective electrolyte solution prepared in Example 1. The batteries were charged up to 4.3V each at 0.5C, discharged to 2.8V under the conditions of a given discharge current, and experimented with a 30 minute pause between charging and discharging. As shown in FIG. 2, it can be seen that the capacity of the battery is slightly improved when HMTP is added, which shows better rate characteristics.

상기 도 3은 실시예 2에서 준비된 HETP를 포함하는 각각의 전해액을 사용한 양극 소재의 자가 발열 반응을 나타내는 그래프이다. 상기 도 3에서, background는 첨가제인 HETP를 포함하지 않는 전해액을 뜻한다. 상기 도 3에 나타낸 바와 같이, HETP를 포함하지 않은 'background'는 270℃ 부근에서 예리한 자가 발열 반응을 보여주고 있다. 한편, HETP가 1, 3, 5 중량부로 포함된 전해질 모두 양극 물질의 자가 발열 온도가 약 320~330℃까지 지연되고 발열 현상의 격렬함도 둔화되는 모습을 나타내어, HETP의 난연 효과가 우수한 것을 알 수 있다.3 is a graph showing a self-exothermic reaction of a positive electrode material using each electrolyte solution including HETP prepared in Example 2. FIG. In FIG. 3, the background refers to an electrolyte that does not include HETP as an additive. As shown in FIG. 3, 'background' without HETP shows a sharp self-exothermic reaction at around 270 ° C. On the other hand, all electrolytes containing 1, 3, and 5 parts by weight of HETP delayed the self-heating temperature of the positive electrode material to about 320 ~ 330 ° C and slowed the intensity of the exothermic phenomenon, indicating that the flame retardant effect of HETP was excellent. have.

도 4는 실시예 2에서 준비된 각각의 전해액을 사용한 리튬 이차 전지의 율특성 실험을 결과를 나타낸 그래프이다. 상기 전지는 각각 0.5C의 조건으로 4.3V까지 충전하며, 주어진 방전 전류의 조건에서 2.8V까지 방전하였고, 충전과 방전 사이에 30분간 휴지 시간을 두면서 실험하였다. 상기 도 4에 나타낸 바와 같이, HETP를 1 중량부로 포함하였을 때, 우수한 난연 효과를 가지면서도 전지의 율특성이 개선되는 것을 알 수 있다.Figure 4 is a graph showing the results of the rate characteristic experiment of the lithium secondary battery using each electrolyte solution prepared in Example 2. The batteries were charged up to 4.3V each at 0.5C, discharged to 2.8V under the conditions of a given discharge current, and experimented with a 30 minute pause between charging and discharging. As shown in FIG. 4, when HETP is included in an amount of 1 part by weight, it can be seen that the rate characteristic of the battery is improved while having an excellent flame retardant effect.

따라서, 본 발명에 따른 시클릭 유기인 화합물인 HMTP와 HETP를 포함하는 전 해액 모두 난연성이 우수하면서도 전지적 성능을 잘 유지 또는 향상시킬 수 있다.Therefore, both electrolytes including HMTP and HETP, which are cyclic organophosphorus compounds according to the present invention, are excellent in flame retardancy and can maintain or improve battery performance well.

도 1은 HMTP를 포함하는 전해액을 사용한 양극 소재의 자가 발열 반응을 나타내는 그래프이고, 1 is a graph showing a self exothermic reaction of a positive electrode material using an electrolyte solution containing HMTP,

도 2는 HMTP를 포함하는 전해액을 사용한 리튬 이차 전지의 율특성 실험을 결과를 나타낸 그래프이고,2 is a graph showing results of a rate characteristic test of a lithium secondary battery using an electrolyte solution containing HMTP,

도 3은 HETP를 포함하는 전해액을 사용한 양극 소재의 자가 발열 반응을 나타내는 그래프이며, 3 is a graph showing a self-exothermic reaction of a positive electrode material using an electrolyte solution containing HETP,

도 4는 HETP를 포함하는 전해액을 사용한 리튬 이차 전지의 율특성 실험을 결과를 나타낸 그래프이다.Figure 4 is a graph showing the results of the rate characteristic test of the lithium secondary battery using an electrolyte containing HETP.

Claims (6)

리튬염;Lithium salts; 용제; 및solvent; And 하기 화학식 1로 표현되는 시클릭(Cyclic) 유기인 화합물을 포함하여 이루어진 리튬 이차 전지용 전해액.An electrolyte for a lithium secondary battery comprising a cyclic (organic) phosphorus compound represented by Chemical Formula 1. [화학식 1][Formula 1]
Figure 112007067643704-PAT00004
Figure 112007067643704-PAT00004
(상기 식에서, R1, R2, R3, R4, R5 및 R6는 각각 독립적으로 C1~C10의 알킬기로서 수소의 일부 또는 전부가 불소(F)로 치환될 수 있다.)(In the above formula, R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 are each independently a C 1 to C 10 alkyl group, part or all of hydrogen may be substituted with fluorine (F).)
제1항에 있어서, 상기 시클릭(Cyclic) 유기인 화합물은 HMTP(haxamethoxy cyclo tri-phosphazene)인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 전해액.The electrolyte of claim 1, wherein the cyclic (Cyclic) organic compound is haxamethoxy cyclo tri-phosphazene (HMTP). 제1항에 있어서, 상기 시클릭(Cyclic) 유기인 화합물은 HETP(haxaethoxy cyclo tri-phosphazene)인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 전해액.The electrolyte of claim 1, wherein the cyclic (Cyclic) organic compound is HETP (haxaethoxy cyclo tri-phosphazene). 제2항에 있어서, 상기 HMTP(haxamethoxy cyclo tri-phosphazene)는 상기 전해액의 100 중량 대비 2 내지 7 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 전해액.The method of claim 2, wherein the haxamethoxy cyclo tri-phosphazene (HMTP) is an electrolyte solution for a lithium secondary battery, characterized in that it comprises 2 to 7 parts by weight based on 100 weight of the electrolyte. 제3항에 있어서, 상기 HETP(haxaethoxy cyclo tri-phosphazene)는 상기 전해액의 100 중량 대비 0.5 내지 2 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 전해액.The electrolyte for a lithium secondary battery of claim 3, wherein the HETP (haxaethoxy cyclo tri-phosphazene) is included in an amount of 0.5 to 2 parts by weight based on 100 parts by weight of the electrolyte. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 리튬 이차 전지용 전해액을 구비한 리튬 이차 전지.The lithium secondary battery provided with the electrolyte solution for lithium secondary batteries in any one of Claims 1-5.
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