KR20140087771A - Electrolyte for secondary battery and secondary battery comprising the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an electrolyte for a secondary battery comprising (a) electrolyte salt; (b) an electrolyte solvent; and (c) a saturated cyclic hydrocarbon compound with a carbon number of six to 12 including a plurality of double bonds; and a secondary battery including the electrolyte for an improved long-term life performance. The electrolyte is capable of forming a firm and uniform solid electrolyte interface (SEI) film and rapidly consuming gas generated during initial charging.

Description

이차전지용 전해액 및 이를 포함하는 이차전지{ELECTROLYTE FOR SECONDARY BATTERY AND SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an electrolyte for a secondary battery,

본 발명은 견고하고 균일한 SEI 막을 형성할 수 있을 뿐만 아니라, 초기 충전시 발생된 가스를 빠르게 소모할 수 있는 첨가제를 포함하는 이차전지용 전해액과, 상기 전해액을 포함함으로써 장기 수명 성능이 향상된 이차전지에 관한 것이다.
The present invention relates to an electrolyte for a secondary battery including an additive capable of forming a firm and uniform SEI film and capable of rapidly consuming gas generated at the time of initial charging and a secondary battery having improved long- .

최근 전자 장비의 소형화 및 경량화가 실현되고 휴대용 전자 기기의 사용이 일반화됨에 따라, 고에너지 밀도를 갖는 리튬 이차전지에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. Recently, miniaturization and lighter weight of electronic equipment have been realized and use of portable electronic devices has become common, so researches on lithium secondary batteries having high energy density have been actively conducted.

리튬 이차전지는 리튬 이온이 상기 양극 및 음극에서 삽입 및 탈리될 때의 산화, 환원 반응에 의하여 전기적 에너지를 생성한다. 상기 리튬 이차전지는 리튬 이온의 삽입 및 탈리가 가능한 물질을 음극 및 양극으로 사용하고, 상기 양극과 음극 사이에 유기 전해액 또는 폴리머 전해액을 충전시켜 제조한다. The lithium secondary battery generates electrical energy by oxidation and reduction reactions when lithium ions are inserted and removed from the positive and negative electrodes. The lithium secondary battery is manufactured by using a material capable of inserting and desorbing lithium ions as a cathode and an anode, and filling an organic electrolytic solution or a polymer electrolyte between the anode and the cathode.

또한, 리튬 이차전지는 초기 충전시 양극인 리튬 금속 산화물로부터 나온 리튬 이온이 음극인 탄소 전극으로 이동하여 탄소에 인터컬레이션된다. 이때 리튬은 반응성이 강해 음극 활물질인 탄소 입자의 표면과 전해질이 반응하면서, 음극 표면에 고체 전해질(Solid Electrolyte Interface; SEI) 필름이라는 피막을 형성한다.Further, when the lithium secondary battery is initially charged, the lithium ions from the lithium metal oxide, which is an anode, migrate to the carbon electrode, which is the cathode, and are intercalated into carbon. At this time, lithium reacts strongly with the surface of the carbon particles, which are the negative electrode active material, to form a film called a solid electrolyte interface (SEI) film on the surface of the negative electrode.

리튬 이차전지의 성능은 기본 전해액 구성과 상기 전해액과 전극이 반응하여 형성하는 상기 SEI 막에 의해 크게 좌우된다. The performance of the lithium secondary battery largely depends on the basic electrolyte composition and the SEI film formed by the reaction between the electrolyte and the electrode.

즉, 형성된 SEI 막은 카본재와 전해액 용매와의 부반응, 예컨대 음극인 탄소 입자의 표면에서 전해액의 분해를 억제하고, 전해액 용매의 음극재로의 삽입(co-intercalation)으로 인한 음극재의 붕괴 등을 방지할 뿐만 아니라, 종래 리튬 이온 터널로서의 역할을 충실히 수행함으로써 전지의 성능 저하를 최소화한다. That is, the formed SEI film suppresses the side reaction between the carbon material and the electrolyte solvent, for example, the decomposition of the electrolyte solution on the surface of the carbon particles as the negative electrode, and prevents collapse of the negative electrode material due to co- intercalation of the electrolyte solution into the negative electrode material But also minimizes performance degradation of the battery by faithfully performing its role as a conventional lithium ion tunnel.

하지만, 전지의 충방전이 반복적으로 일어나면서, 전극 활물질의 수축 팽창과 이에 따른 전극 표면에 형성된 SEI 막의 붕괴 및 생성이 반복됨에 따라 전극 계면의 안정성이 저하된다. 더욱이, SEI 피막이 형성될 때 환원 반응과 전극에 함유되어 있는 수분의 환원 반응에 의해 여러 종류의 가스가 생성되는데, 가스가 과다 생성되는 경우, 전지 내부의 압력이 상승되어 전지 두께가 팽창될 뿐만 아니라, 가스 포집된 부분에서 저항 증가를 일으켜, 결국 리튬 석출을 증가시키는 등 여러 문제점이 유발되면서 전지의 수명이 감소한다.However, as the battery is repeatedly charged and discharged, shrinking and expansion of the electrode active material, and subsequent collapse and generation of the SEI film formed on the electrode surface are repeated, so that the stability of the electrode interface is deteriorated. Further, when the SEI film is formed, various kinds of gases are generated by the reduction reaction and the water reduction reaction contained in the electrode. When the gas is excessively generated, the pressure inside the cell is increased, , The resistance is increased in the portion where the gas is collected, and eventually the lithium precipitation is increased. Thus, the life of the battery is reduced.

이에, 종래 기술의 문제점을 해결함과 동시에, 전지 장기 수명 특성 등을 향상시킬 수 있는 새로운 구성의 리튬 이차전지의 개발이 시급한 실정이다.
Accordingly, it is urgent to develop a lithium secondary battery having a new structure capable of solving the problems of the prior art and improving the long-term life characteristics of the battery.

본 발명에서는 전극 표면에 견고하고 균일한 SEI 막을 형성할 수 있을 뿐만 아니라, 초기 충전시에 발생하는 가스를 빠르게 소모시킬 수 있는 첨가제를 포함하는 이차전지용 전해액을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide an electrolyte for a secondary battery comprising an additive capable of forming a firm and uniform SEI film on an electrode surface and rapidly consuming gas generated at the time of initial charging.

또한, 본 발명에서는 상기 이차전지용 전해액을 포함함으로써, 장기 수명 성능이 향상된 리튬 이차전지를 제공한다.
In addition, the present invention provides a lithium secondary battery having improved long-life performance by including the electrolyte for the secondary battery.

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

본 발명은 The present invention

(a) 전해질 염;(a) an electrolyte salt;

(b) 전해액 용매; 및(b) an electrolyte solvent; And

(c) 복수개의 이중 결합을 함유하는 탄소수 6 내지 12의 포화 환상 탄화수소 화합물을 포함하는 이차전지용 전해액을 제공한다.
(c) a saturated cyclic hydrocarbon compound having 6 to 12 carbon atoms and containing a plurality of double bonds.

구체적으로, 본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 복수개의 이중 결합을 함유하는 탄소수 6 내지 12의 포화 환상 탄화수소 화합물은 혼용(混用)되는 전해액 용매보다 낮은 환원 전압(Li/Li+)을 가지기 때문에(반쪽 전지에서는 환원전압이 높음), SEI 피막을 용이하게 형성할 수 있다. Specifically, in one embodiment of the present invention, the saturated cyclic hydrocarbon compound having 6-12 carbon atoms containing a plurality of double bonds has a reduction voltage (Li / Li + ) lower than that of the mixed solvent of the electrolyte (The reduction voltage is high in the half-cell), SEI coating can be easily formed.

상기 복수개의 이중 결합을 함유하는 탄소수 6 내지 12의 포화 환상 탄화수소 화합물의 예로는 1,3-시클로헥사디엔, 1,4-시클로헵타디엔, 1,5-시클로옥타디엔 또는 1,5,9-시클로데카트리엔 등을 들 수 있으며, 이들로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 탄소수 6 내지 12의 포화 환상 탄화수소 화합물은 1,5-시클로옥타디엔인 것이 특히 바람직하다.Examples of the saturated cyclic hydrocarbon compound having 6-12 carbon atoms and containing a plurality of double bonds include 1,3-cyclohexadiene, 1,4-cycloheptadiene, 1,5-cyclooctadiene or 1,5,9- Cyclodecatriene, and the like, but are not limited thereto. The saturated cyclic hydrocarbon compound having 6 to 12 carbon atoms of the present invention is particularly preferably 1,5-cyclooctadiene.

또한, 상기 복수개의 이중 결합을 함유하는 탄소수 6 내지 12의 포화 환상 탄화수소 화합물은 제반 성능을 향상시키고자 하는 목표에 따라 그 함량을 적절히 조절할 수 있으며, 구체적으로는 전해액 전체 중량을 기준으로 약 2 중량% 이하, 바람직하게는 약 0.1 내지 약 2 중량%의 함량으로 포함될 수 있다. 이때, 상기 복수개의 이중 결합을 함유하는 탄소수 6 내지 12의 포화 환상 탄화수소 화합물의 함량이 2 중량%를 초과하는 경우, 과도한 피막 형성을 유발하여 피막의 두께가 증가하기 때문에 전지의 저항이 증가하고, 전지의 용량이 감소하며, 제반 성능 등이 저하된다. 또한, 탄소수 6 내지 12의 포화 환상 탄화수소 화합물의 함량이 0.1 중량% 미만인 경우에는 이차전지의 수명 특성을 향상시키는 효과가 미비하다.In addition, the saturated cyclic hydrocarbon compound having 6-12 carbon atoms containing a plurality of double bonds can appropriately control the content thereof in accordance with the goal of improving various performances. Specifically, the content is about 2 wt% based on the total weight of the electrolytic solution %, Preferably from about 0.1% to about 2%, by weight of the composition. If the content of the saturated cyclic hydrocarbon compound having 6-12 carbon atoms containing multiple double bonds is more than 2% by weight, excessive film formation is caused to increase the thickness of the coating film, The capacity of the battery decreases, and the performance and the like are deteriorated. When the content of the saturated cyclic hydrocarbon compound having 6 to 12 carbon atoms is less than 0.1% by weight, the effect of improving the life characteristics of the secondary battery is insufficient.

본 발명의 이차전지용 전해액의 경우, 낮은 환원 전압을 가지는 복수개의 이중 결합을 함유하는 탄소수 6 내지 12의 포화 환상 탄화수소 화합물을 포함함으로써, 초기 충전시 음극 표면에 견고하고 열적 안정성이 우수할 뿐만 아니라, 리튬 이온(Li+)만을 선택적으로 흡장 및 방출시키는 화학 반응성이 낮은 부동태 막 (passivation layer)의 역할을 수행하는 SEI 피막을 형성할 수 있다. 그 결과, 종래 카보네이트 용매가 층상 구조의 활물질층 내 삽입(co-intercalation)되거나 또는 용매가 분해되는 부반응 등이 유발되는 것을 방지할 수 있어, 사이클 반복 시에도 높은 안정성을 나타낼 수 있으므로, 이차전지의 장기 수명 특성을 도모할 수 있다. In the case of the electrolyte for a secondary battery of the present invention, since it contains a saturated cyclic hydrocarbon compound having 6-12 carbon atoms and contains a plurality of double bonds having a low reduction voltage, it is excellent in firmness and thermal stability on the surface of the negative electrode at the time of initial charging, It is possible to form an SEI film which functions as a passivation layer having a low chemical reactivity for selectively intercalating and deintercalating only lithium ions (Li < + & gt ; ). As a result, it is possible to prevent the side reaction in which the conventional carbonate solvent is co-intercalated into the active material layer of the layered structure or the solvent is decomposed, and it is possible to exhibit high stability even in cycle repetition, Long-life characteristics can be achieved.

특히, 상기 복수개의 이중 결합을 함유하는 탄소수 6 내지 12의 포화 환상 탄화수소 화합물은 이중 결합의 수소화 반응 (hydrogenation)에 의해 초기 충전 시에 생성되는 가스 (예컨대, 수소 가스)를 빠르게 소모함으로써 전지 내부의 압력을 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 셀의 저항을 저하시켜 전지의 장기 수명 특성을 가져올 수 있다. Particularly, the saturated cyclic hydrocarbon compound having 6-12 carbon atoms containing a plurality of double bonds rapidly consumes a gas (for example, hydrogen gas) generated at the time of initial charging by hydrogenation of a double bond, Not only the pressure can be lowered but also the resistance of the cell can be lowered to bring about a long life characteristic of the battery.

또한, 본 발명의 이차전지용 전해액에 있어서, 상기 (a) 전해질 염은 Li+, Na+, K+ 및 이들의 조합으로 이루어진 알칼리 금속 양이온과, PF6 -, BF4 -, Cl-, Br-, I-, ClO4 -, AsF6 -, CH3CO2 -, CF3SO3 -, N(CF3SO2)2 -, C(CF2SO2)3 - 및 이들의 조합으로 이루어진 음이온으로 이루어진다. 구체적으로, 상기 전해질염은 리튬염이 바람직하며, 그 비제한적인 예로는 LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로보란리튬, 저급 지방족카르본산리튬 또는 4-페닐붕산리튬 등을 들 수 있다.Further, in the secondary battery, the electrolytic solution of the present invention, wherein (a) an electrolyte salt is Li +, Na +, K +, and alkali metal cations consisting of a combination thereof and, PF 6 -, BF 4 - , Cl -, Br - , Anion consisting of 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 - Lt; / RTI > Specifically, the electrolyte salt is and lithium salts are preferred, and non-limiting examples include LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4 , LiBF 4, LiB 10 Cl 10, LiPF 6, LiCF 3 SO 3, LiCF 3 CO 2, LiAsF 6, there may be mentioned LiSbF 6, LiAlCl 4, CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2) 2 NLi, chloroborane lithium, lower aliphatic carboxylic acid lithium, or 4-phenyl lithium borate and the like.

상기 전해질 염은 전해액 전체 중량을 기준으로 약 0.5 내지 1.5M로 포함될 수 있다.The electrolyte salt may be contained in an amount of about 0.5 to 1.5 M based on the total weight of the electrolytic solution.

또한, 본 발명의 이차전지용 전해액에 있어서, 상기 (b) 전해액 용매로는 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, 프로피온산 메틸, 프로피온산 에틸, 프로피온산 에틸, 프로피온산 부틸 또는 이들의 혼합물 등과 같은 유기 용매를 1종 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 이때, 상기 유기 용매로 할로겐 유도체 화합물도 사용 가능하다.In the electrolytic solution for a secondary battery of the present invention, the solvent (b) may be a conventional solvent such as cyclic carbonate and / or linear carbonate. Examples thereof include propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), dipropyl carbonate (DPC), dimethyl sulfoxide, acetonitrile, dimethoxyethane, diethoxyethane, tetrahydrofuran, (NMP), ethylmethyl carbonate (EMC), gamma butyrolactone (GBL), fluoroethylene carbonate (FEC), methyl formate, ethyl formate, propyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, pentyl acetate, Organic solvents such as methyl, ethyl propionate, ethyl propionate, butyl propionate or mixtures thereof may be used alone or in combination of two or more. At this time, a halogen derivative compound may also be used as the organic solvent.

또한, 본 발명의 전해액은 상기 제1 첨가제와 함께 수명 특성 외에 고온에서의 전지의 부풀음 (swelling) 감소 효과 등을 부여하기 위하여, 혼용되는 전지용 전해액 용매보다 낮은 환원 전압(Li/Li+)을 갖는 화합물(반쪽 전지에서는 환원전압이 높음) 등을 기타 첨가제로 더 포함할 수 있다.In addition, the electrolyte of the present invention has a reduction voltage (Li / Li < + & gt ; ) lower than that of a mixed electrolyte solution for a battery in order to give a battery with swelling- Compound (having a high reduction voltage in a half-cell), and the like.

예컨대, 상기 기타 첨가제로 비닐렌 카보네이트, 프로판설톤, 또는 프로펜설톤 등을 들 수 있으며, 이들 기타 첨가제는 전해액 100 중량부 대비 0.01 내지 10 중량부 범위로 포함될 수 있다. Examples of the other additives include vinylene carbonate, propane sultone, and propene sultone. These other additives may be included in the range of 0.01 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the electrolytic solution.

또한, 본 발명에서는 본 발명의 이차전지용 전해액, 즉 복수개의 이중 결합을 함유하는 탄소수 6 내지 12의 포화 환상 탄화수소 화합물을 포함하는 전해액의 화학 반응 결과물을 함유하는 SEI 막이 표면의 일부 또는 전부에 형성된 전극을 제공한다. Further, in the present invention, the SEI film containing the chemical reaction product of the electrolytic solution containing the secondary battery electrolyte of the present invention, that is, the saturated cyclic hydrocarbon compound having 6 to 12 carbon atoms containing a plurality of double bonds, .

또한, 본 발명에서는 양극, 음극 및 분리막과 상기 본 발명의 이차전지용 전해액을 포함하는 이차전지를 제공한다.Also, the present invention provides a secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode and a separator, and an electrolyte solution for the secondary battery of the present invention.

이때, 상기 양극, 음극 또는 양(兩) 전극은 상기 복수개의 이중 결합을 함유하는 탄소수 6 내지 12의 포화 환상 탄화수소 화합물의 화학 반응 결과물을 함유하는 SEI 막이 표면의 일부 또는 전부에 형성된 전극이 바람직하다. 즉, 상기 전극은 전술한 전해액을 사용하여 충방전을 진행하면 전해액 내에 포함된 복수개의 이중 결합을 함유하는 탄소수 6 내지 12의 포화 환상 탄화수소 화합물이 가역적 리튬 이온과 함께 전극활물질 표면에 자동적으로 형성될 수 있고, 또는 상기 화합물을 전극활물질 표면에 코팅하거나, 또는 전극 재료로 병용하여 이루어질 수 있으며, 그 외 기제조된 전극 표면에 코팅하여 이루어질 수도 있다. At this time, the anode, cathode, or both electrodes are preferably electrodes in which a SEI film containing a chemical reaction product of a saturated cyclic hydrocarbon compound containing a plurality of double bonds and having 6 to 12 carbon atoms is formed on a part or all of the surface . That is, when the electrode is charged and discharged by using the above-described electrolyte, a saturated cyclic hydrocarbon compound having 6-12 carbon atoms and containing a plurality of double bonds contained in the electrolyte is automatically formed on the surface of the electrode active material together with reversible lithium ions Or the compound may be coated on the surface of the electrode active material, or may be used in combination with the electrode material, or may be coated on the surface of the produced electrode.

구체적으로, 본 발명에 따라 전극을 제조하는 방법은 특별히 제한되지 않으나, 일 실시예로서 당업계에 알려진 통상적인 방법 즉, 양극활물질 또는 음극활물질을 포함하는 활물질 슬러리를 전극 집전체 상에 도포한 후, 건조하는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조된다. Specifically, the method for producing the electrode according to the present invention is not particularly limited, but it is possible to use a conventional method known in the art, that is, a method in which an active material slurry including a cathode active material or a negative electrode active material is applied on an electrode current collector , ≪ / RTI > and drying.

상기 양극활물질은 종래 이차전지의 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, 이황화티탄, 이황화몰리브덴 등) 등이 있다. 바람직하게는 상기 양극활물질로는 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 등을 들 수 있다. 또한 상기 양극활물질로 리튬 망간계 산화물, 예컨대 Li1 + aMn2 - aO4 (여기서, a 는 0 내지 0.33의 정수이다.), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2, LiMn2-aMaO2 (여기서, M=Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, a=0.01 내지 0.1의 정수이다.) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M=Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임) 등을 포함할 수도 있다. As the cathode active material, a conventional cathode active material that can be used for a cathode of a conventional secondary battery can be used, and examples thereof include LiM x O y (M = Co, Ni, Mn, Co a Ni b Mn c ) Lithium manganese complex oxides such as LiMn 2 O 4 , lithium nickel oxides such as LiNiO 2 , lithium cobalt oxides such as LiCoO 2 , and manganese, nickel, and cobalt of these oxides, A vanadium oxide containing lithium, etc.) or a chalcogen compound (e.g., manganese dioxide, titanium disulfide, molybdenum disulfide, etc.), and the like. Preferably, the cathode active material is 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, 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 (where 0 <Z <2), LiCoPO 4 , LiFePO 4, or a mixture thereof. Further, lithium manganese-based oxides such as Li 1 + a Mn 2 - a O 4 (Where a is an integer from 0 to 0.33.), LiMnO 3, LiMn 2 O 3, LiMnO 2, LiMn 2-a M a O 2 ( where, and M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn or Ta , a = 0.01 to 0.1) or Li 2 Mn 3 MO 8 (where M = Fe, Co, Ni, Cu or Zn).

또한, 상기 음극활물질은 종래 이차전지의 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 등을 들 수 있다. 본 발명에서는 음극활물질로 그래파이트를 사용하는 것이 바람직하다. The negative electrode active material may be a conventional negative electrode active material that can be used for a negative electrode of a secondary battery. Examples of the negative electrode active material include lithium metal or lithium alloy, carbon, petroleum coke, activated carbon ), Graphite or other carbon-based materials, and the like. In the present invention, graphite is preferably used as the negative electrode active material.

또한, 상기 양극 집전체의 비제한적인 예로는 알루미늄, 니켈 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등을 들 수 있으며, 상기 음극 집전체의 비제한적인 예로는 구리, 금, 니켈 또는 구리 합금 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등을 들 수 있다. In addition, examples of the positive electrode current collector include aluminum, nickel, or a combination thereof, and examples of the negative electrode current collector include copper, gold, nickel, or a copper alloy, And a foil produced by a combination of these.

또한, 상기 전극 슬러리는 선택적으로 도전제 및/또는 바인더를 소량 더 첨가할 수 있다.Further, a small amount of a conductive agent and / or a binder may be optionally added to the electrode slurry.

이때, 상기 도전제로는 통상적인 도전제를 사용할 수 있으며, 그 비제한적인 예로 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다. At this time, the conductive agent may be a conventional conductive agent, and examples thereof include graphite such as natural graphite and artificial graphite; Carbon black such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber; Metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; Conductive whiskey such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives and the like can be used.

또한, 상기 바인더로는 통상적인 바인더를 사용할 수 있는데, 그 비제한적인 예로는 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머 (PVDF-co-HFP), 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트 등 다양한 바인더가 사용될 수 있다.As the binder, a conventional binder can be used. Non-limiting examples of the binder include vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HFP), polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, Polymethyl methacrylate, and the like can be used.

또한 본 발명에서 사용되는 분리막은 특별한 제한이 없으나, 비제한적인 예로 폴리프로필렌계, 폴리에틸렌계, 폴리올레핀계 다공성 분리막이 사용 가능하며, 또한 무기물 입자가 도입된 다공성 분리막도 사용 가능하다.The separation membrane used in the present invention is not particularly limited, but a polypropylene-based, polyethylene-based or polyolefin-based porous separation membrane can be used as a non-limiting example, and a porous separation membrane into which inorganic particles are introduced can also be used.

또한, 본 발명의 이차전지는 당 기술 분야에 알려져 있는 통상적인 방법으로 양극과 음극 사이에 다공성의 분리막을 넣고 상기 전해액을 투입하여 제조될 수 있다.In addition, the secondary battery of the present invention can be manufactured by putting a porous separator between an anode and a cathode by a conventional method known in the art and injecting the electrolyte.

상기 이차전지로는 리튬 이차전지가 바람직하며, 리튬 이차전지의 비제한적인 예로는 리튬 금속 이차전지, 리튬 이온 이차전지, 리튬 폴리머 이차전지 또는 리튬 이온 폴리머 이차전지 등을 들 수 있다. The secondary battery is preferably a lithium secondary battery. Non-limiting examples of the lithium secondary battery include a lithium metal secondary battery, a lithium ion secondary battery, a lithium polymer secondary battery, and a lithium ion polymer secondary battery.

상기의 방법으로 제작된 이차전지의 외형은 제한이 없으나, 캔을 사용한 원통형, 각형, 파우치(pouch)형 또는 코인(coin)형 등이 될 수 있다. The outer shape of the secondary battery manufactured by the above method is not limited, but may be a cylindrical shape, a square shape, a pouch shape, a coin shape, or the like using a can.

본 발명에 따른 이차전지는 우수한 저온 출력 특성, 고온 저장 특성, 레이트 특성 등을 고려할 때, 차량용 동력원, 특히, 하이브리드 전기자동차용 동력원으로 바람직하게 사용될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
The secondary battery according to the present invention can be preferably used as a power source for a vehicle, particularly, a power source for a hybrid electric vehicle, considering excellent low temperature output characteristics, high temperature storage characteristics, rate characteristics, and the like. However, the present invention is not limited thereto.

본 발명에서는 복수개의 이중 결합을 함유하는 탄소수 6 내지 12의 포화 환상 탄화수소 화합물을 포함하는 전해액을 포함함으로써, 전극 표면에 견고하고 균일한 SEI 막을 형성함과 동시에, 초기 충전시 발생된 가스를 빠르게 소모하여, 전지의 저항을 감소시킴으로써 장기 수명 성능이 향상된 리튬 이차전지를 제조할 수 있다.
In the present invention, by including an electrolyte solution containing a saturated cyclic hydrocarbon compound having 6-12 carbon atoms and containing a plurality of double bonds, a firm and uniform SEI film is formed on the electrode surface, and the gas generated during the initial charging is quickly consumed Thus, by reducing the resistance of the battery, it is possible to manufacture a lithium secondary battery having improved long-term service life.

도 1은 본 발명에 따른 이차전지의 충방전 후 용량 유지율을 도시한 그래프이다.1 is a graph showing a capacity retention rate of a secondary battery according to the present invention after charging and discharging.

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 serve to illustrate the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

실시예Example

실시예Example 1. One.

(양극 제조)(Anode manufacture)

양극활물질로 LiCoO2, 도전제로 인조흑연, 바인더로서 폴리비닐리텐 플루오라이드를 94:3:3의 중량비로 혼합한 후, N-메틸피롤리돈을 첨가하여 슬러리를 제조하였다. 제조된 슬러리를 알루미늄 호일에 도포하고, 130℃에서 2 시간 동안 건조하여 양극을 제조하였다.LiCoO 2 as a cathode active material, artificial graphite as a conductive agent, and polyvinylidene fluoride as a binder were mixed in a weight ratio of 94: 3: 3, followed by addition of N-methylpyrrolidone to prepare a slurry. The slurry thus prepared was applied to an aluminum foil and dried at 130 DEG C for 2 hours to prepare a positive electrode.

(음극 제조)(Cathode manufacture)

음극활물질로 인조흑연, 도전재, 바인더를 94:3:3의 중량비로 혼합하고, N-메틸피롤리돈을 가하여 슬러리를 제조하였다. 제조된 슬러리를 구리 포일에 도포하고, 130℃에서 2시간 동안 건조하여 음극을 제조하였다.Artificial graphite, a conductive material, and a binder were mixed in a weight ratio of 94: 3: 3 as an anode active material, and N-methylpyrrolidone was added to prepare a slurry. The prepared slurry was applied to a copper foil and dried at 130 캜 for 2 hours to prepare a negative electrode.

(전해액)(Electrolytic solution)

1M LiPF6에 EC/ EMC/DEC계 용액(3/2/5)에 1,5-시클로옥타디엔 0.2 중량%를 첨가하여 본 발명의 전해액을 제조하였다.1M LiPF 6 was added to 0.2% by weight of 1,5-cyclooctadiene in an EC / EMC / DEC system solution (3/2/5) to prepare an electrolytic solution of the present invention.

(전지 제조)(Battery manufacturing)

제조된 양극과 음극 사이에 폴리올레핀 계열 분리막을 개재시킨 후 상기 전해액을 주입하여 본 발명의 이차전지를 제작하였다.
A polyolefin-based separator was interposed between the prepared anode and cathode, and the electrolyte solution was injected to prepare a secondary battery of the present invention.

실시예Example 2. 2.

전해액 성분으로 1중량%의 비닐렌 카보네이트와, 0.5 중량%의 1,5-시클로옥타디엔을 첨가하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 전해액 및 이를 포함하는 이차전지를 제조하였다.
An electrolytic solution and a secondary battery including the electrolytic solution were prepared in the same manner as in Example 1, except that 1 wt% of vinylene carbonate and 0.5 wt% of 1,5-cyclooctadiene were added as electrolyte components.

비교예Comparative Example 1. One.

전해액 성분으로 1,5-시클로옥타디엔을 포함하는 않는 것을 제외하고는, 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 전해액 및 이를 포함하는 이차전지를 제조하였다.
An electrolytic solution and a secondary battery including the electrolytic solution were prepared in the same manner as in Example 2, except that 1,5-cyclooctadiene was not included as an electrolyte component.

비교예Comparative Example 2. 2.

전해액 성분으로 5 중량%의 1,5-시클로옥타디엔을 포함하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 전해액 및 이를 포함하는 이차전지를 제조하였다.
The electrolytic solution and the secondary battery including the electrolytic solution were prepared in the same manner as in Example 1, except that 5 wt% of 1,5-cyclooctadiene was contained as an electrolytic solution component.

실험예Experimental Example

(실험예 1. 최초 충방전 후 전지 두께와 수명 성능 비교)(Experimental Example 1. Comparison of Battery Thickness and Lifetime Performance after First Charging and discharging)

본 발명에 따른 전지용 전해액에 의한 음극상의 SEI 피막 형성 여부를 확인하기 위하여 하기와 같은 실험을 실시하였다.The following experiment was conducted to confirm whether the SEI film on the negative electrode was formed by the battery electrolyte according to the present invention.

상기 실시예 1 및 2와, 비교예 1의 이차전지(full cell)를 사용하였으며, 이의 대조군으로 전해액 내에 첨가제를 포함하지 않는 비교예 2의 전지를 사용하였다. The full cell of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 was used, and as a control group thereof, the battery of Comparative Example 2 containing no additive in the electrolyte solution was used.

각각의 전지들의 초기 충방전 후 전지의 두께 증가폭(nm)과 250 사이클 후 용량의 유지율(%)을 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.The thickness increase (nm) of the cell after initial charging and discharging of each cell and the retention ratio (%) of capacity after 250 cycles were measured, and the results are shown in Table 1 below.

1st 충방전 후 전지 두께1 st Battery thickness after charge / discharge 250th 사이클 후 용량 유지율 (%)Capacity retention after 250 th cycle (%) 실시예 1Example 1 + 0.02 mm+ 0.02 mm 91.0091.00 실시예 2Example 2 + 0.02 mm+ 0.02 mm 88.9088.90 비교예 1Comparative Example 1 +0.05 mm+0.05 mm 86.9086.90 비교예 2Comparative Example 2 + 0.06 mm+ 0.06 mm 80.9480.94 * 1st 충/방전 후 전지 두께 차이 = 전해액 주액 후 전지의 두께와 1st 충방전 후 전지의 두께 차이를 기술함.
* 용량 유지율(%) = 최초 사이클 후 용량 대비 25oC 에서 250th 사이클 후 용량의 비율을 기술함
* 1 st also describes the thickness difference between the cell thickness after the 1 st charge and discharge of the charge / discharge after the battery thickness = difference after the electrolyte is injected cells.
* Capacity retention rate (%) = the ratio of capacity after 25 o C to 250 th cycle compared to capacity after the first cycle

상기 표를 살펴보면, 1,5-시클로옥타디엔을 사용한 실시에 1 및 2의 경우, 1회 충전 후 두께 증가폭이 1,5-시클로옥타디엔을 사용하지 않은 비교예 2에 비해 적은 것을 알 수 있다. 즉, 이러한 결과에 의해 본 발명의 전해액에 포함되는 첨가제가 피막 형성 및 초기 충전 시 생성되는 가스 소모에 적극적으로 참여한 것을 알 수 있다. 상기 비교예 1 및 2와 같이 활성화 후 두께 증가 폭의 큰 경우에는 전극 간의 밀착력을 저하시켜 결국 전지의 장기 수명 성능에 영향을 주는 요인이 된다. 또한, 1,5-시클로옥타디엔을 사용하지 않은 비교예 1에 비하여, 과량의 1,5-시클로옥타디엔을 사용한 비교예 2의 경우, 250 사이클 후 용량 유지율이 낮다. 또한, 과량의 첨가제에 의한 과도한 피막 형성으로 인하여 전지 저항이 높아지면서 실시예 1 및 2에 비하여 250 사이클 후 용량 유지율이 저하된다.
As can be seen from the above table, in the case of using 1, 5-cyclooctadiene, the increase in thickness after 1 charge is smaller than that in Comparative Example 2 in which 1,5-cyclooctadiene is not used . That is, it can be seen that the additive included in the electrolyte solution of the present invention actively participates in the formation of the film and the gas consumption generated at the initial charging. As in Comparative Examples 1 and 2, when the thickness increase width is large after activation, the adhesion between the electrodes is lowered, which ultimately affects the long life performance of the battery. Compared with Comparative Example 1 in which 1,5-cyclooctadiene was not used, the capacity retention rate after 250 cycles was low in Comparative Example 2 using an excessive amount of 1,5-cyclooctadiene. In addition, as the battery resistance is increased due to excessive film formation due to excessive additives, the capacity retention rate after 250 cycles is lower than that in Examples 1 and 2.

Claims (14)

(a) 전해질 염;
(b) 전해액 용매; 및
(c) 복수개의 이중 결합을 함유하는 탄소수 6 내지 12의 포화 환상 탄화수소 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전해액.
(a) an electrolyte salt;
(b) an electrolyte solvent; And
(c) a saturated cyclic hydrocarbon compound having 6-12 carbon atoms containing a plurality of double bonds.
청구항 1에 있어서,
상기 탄소수 6 내지 12의 포화 환상 탄화수소 화합물은 혼용되는 전해액 용매 보다 낮은 환원 전압(Li/Li+)을 가지는 물질인 것을 특징으로 하는 이차전지용 전해액.
The method according to claim 1,
Wherein the saturated cyclic hydrocarbon compound having 6 to 12 carbon atoms is a substance having a reduction voltage (Li / Li &lt; + & gt ; ) lower than that of the mixed solvent of the electrolyte solution.
청구항 1에 있어서,
상기 탄소수 6 내지 12의 포화 환상 탄화수소 화합물은 1,3-시클로헥사디엔, 1,4-시클로헵타디엔, 1,5-시클로옥타디엔 및 1,5,9-시클로데카트리엔로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 이차전지용 전해액.
The method according to claim 1,
The saturated cyclic hydrocarbon compound having 6 to 12 carbon atoms is selected from the group consisting of 1,3-cyclohexadiene, 1,4-cycloheptadiene, 1,5-cyclooctadiene and 1,5,9-cyclodecatriene Wherein the electrolytic solution for the secondary battery is a lithium secondary battery.
청구항 1에 있어서,
상기 탄소수 6 내지 12의 포화 환상 탄화수소 화합물은 전해액 전체 중량을 기준으로 0.1 내지 2 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전해액.
The method according to claim 1,
Wherein the saturated cyclic hydrocarbon compound having 6 to 12 carbon atoms is contained in an amount of 0.1 to 2% by weight based on the total weight of the electrolytic solution.
청구항 1에 있어서,
상기 (a) 전해질 염은
Li+, Na+, K+ 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 알칼리 금속 양이온과,
PF6 -, BF4 -, Cl-, Br-, I-, ClO4 -, AsF6 -, CH3CO2 -, CF3SO3 -, N(CF3SO2)2 -, C(CF2SO2)3 - 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 음이온으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지용 전해액.
The method according to claim 1,
The electrolyte salt (a)
Li + , Na + , K +, and combinations thereof, and an alkali metal cation selected from the group consisting of Li + , Na + , K +
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 -, and combinations thereof. 2. The electrolyte solution for a secondary battery according to claim 1, wherein the anion is selected from the group consisting of:
청구항 1에 있어서,
상기 (a) 전해질 염은 LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로보란리튬, 저급 지방족카르본산리튬 및 4-페닐붕산리튬으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 염인 것을 특징으로 하는 이차전지용 전해액.
The method according to claim 1,
Wherein (a) an electrolyte salt is LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4 , LiBF 4, LiB 10 Cl 10, LiPF 6, LiCF 3 SO 3, LiCF 3 CO 2, LiAsF 6, LiSbF 6, LiAlCl 4, CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2) 2 NLi, chloroborane lithium, lower aliphatic carboxylic acid lithium, and 4-secondary battery of boric acid, wherein one or two or more kinds of salts selected from the group consisting of lithium Electrolytic solution.
청구항 1에 있어서,
상기 (b) 전해액 용매는 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, 프로피온산 메틸, 프로피온산 에틸, 프로피온산 에틸 및 프로피온산 부틸로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합 유기 용매인 것을 특징으로 하는 이차전지용 전해액.
The method according to claim 1,
The solvent of the electrolyte (b) is at least one selected from the group consisting of propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), dipropyl carbonate (DPC), dimethyl sulfoxide, acetonitrile, (NMP), ethyl methyl carbonate (EMC), gamma butyrolactone (GBL), fluoroethylene carbonate (FEC), methyl formate, ethyl formate, formic acid Wherein the electrolytic solution is one or more mixed organic solvents selected from the group consisting of propyl acetate, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, pentyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, ethyl propionate and butyl propionate.
청구항 1에 있어서,
상기 이차전지용 전해액은 혼용되는 전해액 용매보다 낮은 환원 전압(Li/Li+)을 갖는 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전해액.
The method according to claim 1,
Wherein the electrolyte for the secondary battery further comprises an additive having a reduction voltage (Li / Li &lt; + & gt ; ) lower than that of the mixed electrolyte solvent.
청구항 8에 있어서,
상기 첨가제는 비닐렌 카보네이트, 프로판설톤 또는 프로펜설톤인 것을 특징으로 하는 이차전지용 전해액.
The method of claim 8,
Wherein the additive is vinylene carbonate, propane sultone or propene sultone.
청구항 8에 있어서,
상기 첨가제는 전해액 100 중량부 대비 0.01 내지 10 중량부의 범위로 포함되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전해액.
The method of claim 8,
Wherein the additive is contained in an amount of 0.01 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the electrolyte solution.
청구항 1에 기재된 이차전지용 전해액의 화학 반응 결과물을 함유하는 SEI 막이 표면의 일부 또는 전부에 형성된 이차전지용 전극.An electrode for a secondary battery, wherein an SEI film containing a chemical reaction product of an electrolyte solution for a secondary battery according to claim 1 is formed on part or all of the surface. 양극, 음극, 및 분리막과,
청구항 1에 기재된 이차전지용 전해액을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
An anode, a cathode, and a separator,
A secondary battery comprising the electrolyte for a secondary battery according to claim 1.
청구항 12에 있어서,
상기 분리막은 폴리프로필렌계, 폴리에틸렌계, 폴리올레핀계 다공성 분리막 또는 무기물 입자가 도입된 다공성 분리막인 것을 특징으로 하는 이차전지.
The method of claim 12,
Wherein the separation membrane is a polypropylene-based, polyethylene-based, polyolefin-based porous separation membrane or a porous separation membrane into which inorganic particles are introduced.
청구항 12에 있어서,
상기 이차전지는 리튬 금속 이차전지, 리튬 이온 이차전지, 리튬 폴리머 이차전지 또는 리튬 이온 폴리머 이차전지인 것을 특징으로 하는 이차전지.
The method of claim 12,
Wherein the secondary battery is a lithium metal secondary battery, a lithium ion secondary battery, a lithium polymer secondary battery, or a lithium ion polymer secondary battery.
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