KR20150014074A - Electrolyte for high voltage lithium secondary battery and high voltage lithium secondary battery using the electrolyte - Google Patents

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KR20150014074A KR1020130089277A KR20130089277A KR20150014074A KR 20150014074 A KR20150014074 A KR 20150014074A KR 1020130089277 A KR1020130089277 A KR 1020130089277A KR 20130089277 A KR20130089277 A KR 20130089277A KR 20150014074 A KR20150014074 A KR 20150014074A
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Abstract

The present invention relates to an electrolyte for a lithium secondary battery comprising an electrolyte additive containing a nonaqueous organic solvent, lithium salt, and fluorine, in which 0.01-3 w% of the electrolyte additive and 0.1-3 M of the lithium salt are contained, the lithium secondary battery using the electrolyte. According to the lithium secondary battery of present invention, thermal stability is excellent, and discharge characteristics are excellent at high temperatures.

Description

고전압용 리튬이차전지의 전해액 및 이를 이용한 고전압용 리튬이차전지{Electrolyte for high voltage lithium secondary battery and high voltage lithium secondary battery using the electrolyte}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrolyte for a high-voltage lithium secondary battery and a high-voltage lithium secondary battery using the same,

본 발명은 리튬이차전지의 전해액 및 이를 이용한 리튬이차전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고온 안정성이 우수하고 고온에서도 높은 방전용량 특성을 나타낼 수 있는 고전압용 리튬이차전지의 전해액 및 이를 이용한 고전압용 리튬이차전지에 관한 것이다.
The present invention relates to an electrolyte of a lithium secondary battery and a lithium secondary battery using the electrolyte. More particularly, the present invention relates to an electrolyte for a high-voltage lithium secondary battery which is excellent in high temperature stability and exhibits high discharge capacity characteristics even at a high temperature, The present invention relates to a secondary battery.

최근 휴대전화, 랩탑 컴퓨터, 디지털카메라 등의 휴대용 전자기기나 전기자동차, 전기자전거 등의 전원으로 충전과 방전을 거듭하며 사용하는 이차전지의 수요가 급증하고 있다. 2. Description of the Related Art In recent years, there has been a rapid increase in demand for rechargeable batteries that are used repeatedly by charging and discharging power from portable electronic devices such as mobile phones, laptop computers, and digital cameras, electric vehicles, and electric bicycles.

특히, 전기자동차의 제품성능은 핵심부품인 이차전지에 의해 좌우되므로 고성능 이차전지의 개발이 요구되고 있다. 이러한 이차전지에 요구되는 특성은 충방전 특성, 수명 특성, 고율 특성, 고온에서의 안정성 등 여러 가지 측면이 있다. Particularly, since the product performance of an electric vehicle depends on a secondary battery, which is a core component, development of a high performance secondary battery is required. The characteristics required for such a secondary battery include various aspects such as charge / discharge characteristics, life characteristics, high rate characteristics, and stability at high temperatures.

이차전지 중에서도 리튬이차전지는 높은 전압과 높은 에너지 밀도를 가지고 있어 가장 주목받고 있는 전지이다. 특히, 양극활물질로 스피넬 구조의 복합산화물을 사용하는 리튬이차전지는 고전압화에 따른 높은 에너지 밀도를 가지고 있어 가장 주목받고 있는 전지이다. Among secondary batteries, lithium secondary batteries are the most popular because they have high voltage and high energy density. In particular, a lithium secondary battery using a complex oxide of a spinel structure as a cathode active material has a high energy density due to a high voltage, and thus is a battery of the most attention.

종래의 리튬이차전지는 양극에 LiCoO2를, 음극에 탄소를 사용하였다. 그러나, 양극활물질에 사용되는 코발트(Co)는 매장량이 적고 고가인데다 인체에 대한 독성이 있고 환경오염 문제를 야기하기 때문에 새로운 대체 가능한 양극활물질의 개발이 요구되고 있다. Conventional lithium secondary batteries use LiCoO 2 as a positive electrode and carbon as a negative electrode. However, the use of cobalt (Co) used as a cathode active material is required to develop a new replaceable cathode active material because it has a low storage capacity, high cost, toxicity to human body and environmental pollution problem.

리튬이차전지의 양극활물질로서 LiNiO2가 연구되고 있으나, 층상구조를 이루고 있는 LiNiO2는 양론비의 재료합성에 어려움이 있을 뿐만 아니라 열적 안정성에 문제가 있다. Although the positive electrode active material LiNiO 2 have been studied as a lithium secondary battery, LiNiO 2, which forms a layer structure has a problem in thermal stability as well as difficulty in material synthesis of the stoichiometric amount.

최근에는 전기자동차에 적용하기 위하여 5V급의 높은 전압을 제공할 수 있는 물질로서 스피넬 구조를 갖는 리튬-전이금속-망간 산화물계(예컨대, LiNixMn2 -xO4(0<x<1)) 양극활물질에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 그러나, 리튬-전이금속-망간 산화물계 양극활물질은 고온(예컨대, 50∼70℃)에서 망간이 용출됨으로써 리튬이차전지의 수명 특성 저하를 가져왔다. 따라서, 고온에서의 망간 용출을 억제하여 리튬이차전지의 수명 특성을 개선하기 위하여 방안이 필요하다.
In recent years, a lithium-transition metal-manganese oxide system (for example, LiNi x Mn 2 -x O 4 (0 <x <1)) having a spinel structure has been proposed as a material capable of providing a high- ) Cathode active materials have been actively studied. However, the lithium-transition metal-manganese oxide-based cathode active material has eluted manganese at a high temperature (for example, 50 to 70 ° C), resulting in deterioration of the life characteristics of the lithium secondary battery. Therefore, it is possible to suppress the elution of manganese at a high temperature, A plan is needed to improve the lifetime characteristics.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 고온 안정성이 우수하고 고온에서도 높은 방전용량 특성을 나타낼 수 있는 고전압용 리튬이차전지의 전해액 및 이를 이용한 고전압용 리튬이차전지를 제공함에 있다.
An object of the present invention is to provide an electrolyte for a high-voltage lithium secondary battery which is excellent in high-temperature stability and can exhibit high discharge capacity characteristics even at a high temperature, and a high-voltage lithium secondary battery using the same.

본 발명은, LiMxMn2 -xO4(0<x<1, M은 Ni, Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V, Cu 중에서 선택된 1종 이상의 전이금속), LiNixMyMn2 -x-yO4(0<x<1, 0<y<1, 0<x+y<1, M은 Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V, Cu 중에서 선택된 1종 이상의 전이금속), LiMxMn1 -xPO4(0<x<1, M은 Ni, Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V, Cu 중에서 선택된 1종 이상의 전이금속) 및 LiMxCo1 -xPO4(0<x<1, M은 Ni, Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V, Cu 중에서 선택된 1종 이상의 전이금속) 중에서 선택된 1종 이상의 양극활물질을 포함하는 양극, 음극, 분리막 및 전해액을 포함하는 리튬이차전지의 전해액에 있어서, 비수성 유기용매와, 리튬염과, 불소를 포함하는 전해액 첨가제를 포함하며, 상기 전해액 첨가제는 상기 전해액에 0.01∼3중량% 함유되고, 상기 리튬염은 상기 전해액에 0.1∼3M의 농도로 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지의 전해액을 제공한다. The invention, LiM x Mn 2 -x O 4 (0 <x <1, M is Ni, Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V, Cu 1 or more kinds of transition metals selected from a), LiNi x M y Mn 2 -xy O 4 (at least one transition metal selected from the group consisting of Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V and Cu), 0 <x <1, 0 <y < LiM x Mn 1 -x PO 4 ( 0 <x <1, M is Ni, Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V, at least one selected from the group consisting of Cu-transition metal), and LiM x Co 1 -x PO 4 ( A negative electrode, a separator, and an electrolyte solution containing at least one positive electrode active material selected from the group consisting of 0 <x <1 and M is at least one transition metal selected from Ni, Fe, Cr, Co, Zr, Zn, Wherein the electrolyte additive is contained in an amount of 0.01 to 3% by weight based on the electrolyte, and the lithium salt is added to the electrolyte solution, wherein the electrolyte solution contains the non-aqueous organic solvent, the lithium salt, and the fluorine- And the electrolyte solution is contained in the electrolyte solution at a concentration of 0.1 to 3 M.

상기 전해액 첨가제는 LiF를 포함할 수 있다. The electrolyte additive may include LiF.

상기 전해액 첨가제는 3,5-비스(트리플루오로메틸)-피라졸를 더 포함할 수 있으며, 상기 전해액 첨가제는 상기 LiF와 상기 3,5-비스(트리플루오로메틸)-피라졸이 1:0.1∼10의 중량비로 혼합되어 있는 것일 수 있다.The electrolyte additive may further comprise 3,5-bis (trifluoromethyl) -pyrazole, wherein the electrolyte additive is selected from the group consisting of LiF and the 3,5-bis (trifluoromethyl) To 10 wt%.

상기 리튬염은 LiPF6, LiBF4, LiClO4, Li(CF3SO2)2, LiCF3SO3, LiSbF6 및 LiAsF6 중에서 선택된 적어도 1종 이상의 물질로 이루어질 수 있다.The lithium salt may be composed of at least one material selected from LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 , LiCF 3 SO 3 , LiSbF 6 and LiAsF 6 .

상기 비수성 유기용매는 에틸렌카보네이트와 디에틸카보네이트가 1:0.1∼10의 부피비로 혼합된 용매로 이루어질 수 있다.The non-aqueous organic solvent may be a solvent in which ethylene carbonate and diethyl carbonate are mixed in a volume ratio of 1: 0.1-10.

상기 전해액은 이온성액체를 더 포함할 수 있으며, 상기 이온성액체는 상기 전해액에 0.01∼60중량% 함유되고, 상기 이온성액체는 양이온과 음이온이 쌍을 이루는 물질이고 상온에서 액체이며, 상기 양이온은 피페리디늄(piperidinium), 피롤리디늄(pyrolidinium) 및 이미다졸륨(imidazolium) 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 포함하고, 상기 음이온은 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드(bis(trifluoromethylsulfonyl)imide), 테트라플루오로보레이트(tetrafluoroborate; BF4), 헥사플루오로포스페이트(hexafluorophosphate; PF6) 및 비스(플루오로설포닐)이미드(bis(fluorosulfonyl)imide) 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다.The electrolytic solution may further comprise an ionic liquid, wherein the ionic liquid is contained in the electrolytic solution in an amount of 0.01 to 60% by weight, the ionic liquid is a substance in which a cation and an ion are paired and is liquid at room temperature, Wherein the anion comprises at least one material selected from the group consisting of piperidinium, pyrolidinium and imidazolium, the anion being bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, imide, tetrafluoroborate (BF 4 ), hexafluorophosphate (PF 6 ), and bis (fluorosulfonyl) imide. .

상기 전해액은 메틸-에틸-피페리디늄 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드(methyl-ethyl-piperidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide), 메틸-프로필-피페리디늄 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드(methyl-proply-piperidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide), 메틸-에틸-피롤리디늄 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드(methyl-ethyl-pyrolidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide), 메틸-프로필-피롤리디늄 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드(methyl-proply-pyrolidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide), 메틸-에틸-피페리디늄 비스(플루오로설포닐)이미드(methyl-ethyl-piperidinium bis(fluorosulfonyl)imide), 메틸-프로필-피페리디늄 비스(플루오로설포닐)이미드(methyl-proply-piperidinium bis(fluorosulfonyl)imide), 메틸-에틸-피롤리디늄 비스(플루오로설포닐)이미드(methyl-ethyl-pyrolidinium bis(fluorosulfonyl)imide) 및 메틸-프로필-피롤리디늄 비스(플루오로설포닐)이미드(methyl-proply-pyrolidinium bis(fluorosulfonyl)imide) 중에서 선택된 1종 이상의 이온성액체를 더 포함할 수 있으며, 상기 이온성액체는 상기 전해액에 0.01∼60중량% 함유될 수 있다.The electrolytic solution may be selected from the group consisting of methyl-ethyl-piperidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, methyl-propyl-piperidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) Methyl-ethyl-pyrrolidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, methyl-ethyl-pyrrolidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, Pyrrolidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, methyl-ethyl-piperidinium bis (fluorosulfonyl) imide (methyl-ethyl-piperidinium bis (fluorosulfonyl) imide, methyl-propyl-piperidinium bis (fluorosulfonyl) imide, methyl-ethyl-pyrrolidinium bis (fluorosulfonyl) imide, Methyl-ethyl-pyrolidinium bis (fluorosulfonyl) imide) and methyl-propyl-pyrrolidone Pyrolidinium bis (fluorosulfonyl) imide. The ionic liquid may be added to the electrolytic solution in an amount of 0.01 to 60 wt.%, .

또한, 본 발명은, LiMxMn2 -xO4(0<x<1, M은 Ni, Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V, Cu 중에서 선택된 1종 이상의 전이금속), LiNixMyMn2 -x-yO4(0<x<1, 0<y<1, 0<x+y<1, M은 Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V, Cu 중에서 선택된 1종 이상의 전이금속), LiMxMn1 -xPO4(0<x<1, M은 Ni, Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V, Cu 중에서 선택된 1종 이상의 전이금속) 및 LiMxCo1 -xPO4(0<x<1, M은 Ni, Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V, Cu 중에서 선택된 1종 이상의 전이금속) 중에서 선택된 1종 이상의 양극활물질을 포함하는 양극과, 리튬 이온을 삽입 또는 탈리할 수 있는 음극활물질을 포함하는 음극과, 상기 양극과 상기 음극의 단락을 방지하기 위한 분리막, 및 상기 양극와 상기 음극 사이에 리튬염이 용해되어 있는 전해액을 포함하며, 상기 전해액은 비수성 유기용매와, 리튬염과, 불소를 포함하는 전해액 첨가제를 포함하며, 상기 전해액 첨가제는 상기 전해액에 0.01∼3중량% 함유되고, 상기 리튬염은 상기 전해액에 0.1∼3M의 농도로 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지를 제공한다.In addition, the present invention, LiM x Mn 2 -x O 4 (0 <x <1, M is Ni, Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V, 1 or more kinds of transition metals selected from Cu), LiNi x M y Mn 2 -xy O 4 (0 <x <1, 0 <y <1, 0 <x + y <1, M is Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V, a transition metal at least one selected from Cu ), LiM x Mn 1 -x PO 4 (0 <x <1, M is Ni, Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V, at least one selected from the group consisting of Cu-transition metal), and LiM x Co 1 -x PO 4 inserted into the positive electrode, the lithium ion comprising one positive electrode of two or more active materials selected from the group consisting of (0 <x <1, M is Ni, Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V, one or more kinds of transition metals selected from Cu) A separator for preventing a short circuit between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolyte solution in which a lithium salt is dissolved between the positive electrode and the negative electrode, wherein the electrolyte contains a non-aqueous organic A solvent, a lithium salt, and an electrolyte additive including fluorine, Wherein the lithium salt is contained in an amount of 0.01 to 3 wt% based on the electrolyte, and the lithium salt is contained in the electrolyte at a concentration of 0.1 to 3 M.

상기 전해액 첨가제는 LiF를 포함할 수 있다.The electrolyte additive may include LiF.

상기 전해액 첨가제는 3,5-비스(트리플루오로메틸)-피라졸를 더 포함할 수 있으며, 상기 전해액 첨가제는 상기 LiF와 상기 3,5-비스(트리플루오로메틸)-피라졸이 1:0.1∼10의 중량비로 혼합되어 있는 것일 수 있다.The electrolyte additive may further comprise 3,5-bis (trifluoromethyl) -pyrazole, wherein the electrolyte additive is selected from the group consisting of LiF and the 3,5-bis (trifluoromethyl) To 10 wt%.

상기 리튬염은 LiPF6, LiBF4, LiClO4, Li(CF3SO2)2, LiCF3SO3, LiSbF6 및 LiAsF6 중에서 선택된 적어도 1종 이상의 물질로 이루어질 수 있다.The lithium salt may be composed of at least one material selected from LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 , LiCF 3 SO 3 , LiSbF 6 and LiAsF 6 .

상기 비수성 유기용매는 에틸렌카보네이트와 디에틸카보네이트가 1:0.1∼10의 부피비로 혼합된 용매로 이루어질 수 있다.The non-aqueous organic solvent may be a solvent in which ethylene carbonate and diethyl carbonate are mixed in a volume ratio of 1: 0.1-10.

상기 전해액은 이온성액체를 더 포함할 수 있으며, 상기 이온성액체는 상기 전해액에 0.01∼60중량% 함유되고, 상기 이온성액체는 양이온과 음이온이 쌍을 이루는 물질이고 상온에서 액체이며, 상기 양이온은 피페리디늄(piperidinium), 피롤리디늄(pyrolidinium) 및 이미다졸륨(imidazolium) 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 포함하고, 상기 음이온은 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드(bis(trifluoromethylsulfonyl)imide), 테트라플루오로보레이트(tetrafluoroborate; BF4), 헥사플루오로포스페이트(hexafluorophosphate; PF6) 및 비스(플루오로설포닐)이미드(bis(fluorosulfonyl)imide) 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다.The electrolytic solution may further comprise an ionic liquid, wherein the ionic liquid is contained in the electrolytic solution in an amount of 0.01 to 60% by weight, the ionic liquid is a substance in which a cation and an ion are paired and is liquid at room temperature, Wherein the anion comprises at least one material selected from the group consisting of piperidinium, pyrolidinium and imidazolium, the anion being bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, imide, tetrafluoroborate (BF 4 ), hexafluorophosphate (PF 6 ), and bis (fluorosulfonyl) imide. .

상기 전해액은 메틸-에틸-피페리디늄 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드(methyl-ethyl-piperidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide), 메틸-프로필-피페리디늄 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드(methyl-proply-piperidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide), 메틸-에틸-피롤리디늄 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드(methyl-ethyl-pyrolidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide), 메틸-프로필-피롤리디늄 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드(methyl-proply-pyrolidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide), 메틸-에틸-피페리디늄 비스(플루오로설포닐)이미드(methyl-ethyl-piperidinium bis(fluorosulfonyl)imide), 메틸-프로필-피페리디늄 비스(플루오로설포닐)이미드(methyl-proply-piperidinium bis(fluorosulfonyl)imide), 메틸-에틸-피롤리디늄 비스(플루오로설포닐)이미드(methyl-ethyl-pyrolidinium bis(fluorosulfonyl)imide) 및 메틸-프로필-피롤리디늄 비스(플루오로설포닐)이미드(methyl-proply-pyrolidinium bis(fluorosulfonyl)imide) 중에서 선택된 1종 이상의 이온성액체를 더 포함할 수 있으며, 상기 이온성액체는 상기 전해액에 0.01∼60중량% 함유될 수 있다.
The electrolytic solution may be selected from the group consisting of methyl-ethyl-piperidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, methyl-propyl-piperidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) Methyl-ethyl-pyrrolidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, methyl-ethyl-pyrrolidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, Pyrrolidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, methyl-ethyl-piperidinium bis (fluorosulfonyl) imide (methyl-ethyl-piperidinium bis (fluorosulfonyl) imide, methyl-propyl-piperidinium bis (fluorosulfonyl) imide, methyl-ethyl-pyrrolidinium bis (fluorosulfonyl) imide, Methyl-ethyl-pyrolidinium bis (fluorosulfonyl) imide) and methyl-propyl-pyrrolidone Pyrolidinium bis (fluorosulfonyl) imide. The ionic liquid may be added to the electrolytic solution in an amount of 0.01 to 60 wt.%, .

본 발명에 의하면, 불소를 포함하는 소량의 전해액 첨가제를 이용하여 고전압용 리튬이차전지의 고온(예컨대, 50℃ 이상) 안정성을 개선할 수 있고, 고온(예컨대, 50℃ 이상)에서도 높은 방전용량 특성을 나타내는 고전압용 리튬이차전지를 제공할 수 있다. According to the present invention, it is possible to improve the stability of a high-voltage lithium secondary battery at a high temperature (for example, 50 ° C or higher) by using a small amount of an electrolyte additive containing fluorine, Voltage lithium-ion secondary battery.

고전압용 리튬이차전지의 고온 안정성을 개선할 수 있으므로, 리튬이차전지의 신뢰성이 향상될 수 있다. The high-temperature stability of the high-voltage lithium secondary battery can be improved, so that the reliability of the lithium secondary battery can be improved.

본 발명에 따른 리튬이차전지의 전해액은 고온에서도 안정되어 고전압 고출력 리튬이차전지의 안정성에 대한 의구심을 대폭 해소할 수 있고, 전기자동차 전지의 상용화 시기를 앞당길 수 있는 기초를 제공할 수 있다.
The electrolyte solution of the lithium secondary battery according to the present invention can be stable even at a high temperature, thus greatly alleviating the question of the stability of the high-voltage high-output lithium secondary battery and providing a basis for promoting the commercialization of the electric vehicle battery.

도 1은 실험예 1에 따라 5V급 양극활물질 LiNi0 .5Mn1 .5O4을 이용하여 제조된 리튬이차전지의 온도별 방전용량을 보여주는 그래프이다.
도 2는 실험예 2에 따라 5V급 양극활물질 LiNi0 .5Mn1 .5O4을 이용하고 전해액 첨가제로 BTFMP를 사용하여 제조된 리튬이차전지의 방전용량을 보여주는 그래프이다.
도 3은 실험예 3에 따라 5V급 양극활물질 LiNi0 .5Mn1 .5O4을 이용하고 전해액 첨가제로 LiF를 사용하여 제조된 리튬이차전지의 방전용량을 보여주는 그래프이다.
FIG. 1 is a graph showing a discharge capacity of a lithium secondary battery manufactured using a 5V-level cathode active material LiNi 0 .5 Mn 1 .5 O 4 according to Experimental Example 1 by temperature.
FIG. 2 is a graph showing a discharge capacity of a lithium secondary battery manufactured using a cathode active material LiNi 0 .5 Mn 1 .5 O 4 of 5 V according to Experimental Example 2 and using BTFMP as an electrolyte additive.
FIG. 3 is a graph showing a discharge capacity of a lithium secondary battery manufactured using LiF as a cathode active material LiNi 0 .5 Mn 1 .5 O 4 according to Experimental Example 3 and a 5 V-type cathode active material LiNi 0.5 Mn 1 .5 O 4 .

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, it should be understood that the following embodiments are provided so that those skilled in the art will be able to fully understand the present invention, and that various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. It is not.

리튬이차전지가 전기자동차에 적용되기 위한 필요한 조건으로 리튬이차전지의 에너지밀도 개선이 필요하다. 리튬이차전지의 에너지밀도를 개선하기 위한 방안으로는 에너지 저장물질의 출력 전압을 높이거나 저장용량을 높이는 방법이 있다. It is necessary to improve the energy density of the lithium secondary battery as a necessary condition for the application of the lithium secondary battery to the electric vehicle. As a method for improving the energy density of the lithium secondary battery, there is a method of increasing the output voltage of the energy storage material or increasing the storage capacity.

전기자동차는 높은 전류를 사용하는 고출력 장비이므로 고출력에 의해 리튬이차전지의 작동온도가 높은 특성이 있다. 높은 온도에서도 리튬이차전지의 작동에 신뢰성을 유지하는 것은 새로운 물질을 개발하는 것 못지 않게 중요하다. 높은 작동온도(예컨대, 50℃ 이상)에서 리튬-전이금속-망간 산화물계(예컨대, LiMxMn2 -xO4(0<x<1, M은 Ni, Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V, Cu 중에서 선택된 1종 이상의 전이금속), LiNixMyMn2-x-yO4(0<x<1, 0<y<1, 0<x+y<1, M은 Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V, Cu 중에서 선택된 1종 이상의 전이금속), LiMxMn1 -xPO4(0<x<1, M은 Ni, Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V, Cu 중에서 선택된 1종 이상의 전이금속)) 양극활물질은 망간이 용출되거나 분해되는 문제가 있으며, 용출 또는 분해에 의해서 전극이 제공해야할 에너지 저장 특징이 소멸되곤 하는 문제가 있다. Since an electric vehicle is a high output device using a high current, the operating temperature of the lithium secondary battery is high due to high output. Maintaining reliability in the operation of lithium secondary batteries at high temperatures is just as important as developing new materials. The transition metal-higher operating temperatures (e.g., above 50 ℃) lithium manganese oxide-based (for example, LiM x Mn 2 -x O 4 (0 <x <1, M is Ni, Fe, Cr, Co, Zr, Zn , V, 1 or more kinds of transition metals selected from Cu), LiNi x M y Mn 2-xy O 4 (0 <x <1, 0 <y <1, 0 <x + y <1, M is Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V, Cu 1 or more kinds of transition metals) selected from, LiM x Mn 1 -x PO 4 (0 <x <1, M is Ni, Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V, Cu The positive electrode active material has a problem that manganese is eluted or decomposed and energy storage characteristics to be provided by the electrode due to elution or decomposition are often extinguished.

본 발명은 5V급 양극활물질로서 LiMxMn2 -xO4(0<x<1, M은 Ni, Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V, Cu 중에서 선택된 1종 이상의 전이금속), LiNixMyMn2 -x-yO4(0<x<1, 0<y<1, 0<x+y<1, M은 Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V, Cu 중에서 선택된 1종 이상의 전이금속), LiMxMn1-xPO4(0<x<1, M은 Ni, Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V, Cu 중에서 선택된 1종 이상의 전이금속) 및 LiMxCo1 -xPO4(0<x<1, M은 Ni, Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V, Cu 중에서 선택된 1종 이상의 전이금속) 중에서 선택된 1종 이상의 양극활물질을 사용하는 리튬이차전지의 고온 특성 개선을 위한 리튬이차전지의 전해액을 제시한다. 본 발명에서는 방전용량의 급격한 저하를 막기 위하여 불소가 포함된 전해액 첨가제를 사용하며, 불소가 포함된 전해액 첨가제를 사용함으로써 리튬이차전지의 방전용량 저하를 막을 수 있음을 실험을 통해 확인하였다.The present invention relates to a lithium secondary battery comprising LiM x Mn 2 -x O 4 (0 <x <1, M is at least one transition metal selected from Ni, Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V and Cu) x M y Mn 2 -xy O 4 (0 <x <1, 0 <y <1, 0 <x + y <1, M is at least one selected from Fe, Cr, Co, Zr, Zn, transition metal), LiM x Mn 1-x PO 4 (0 <x <1, M is Ni, Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V, at least one selected from the group consisting of Cu-transition metal), and LiM x Co 1 - wherein at least one of the positive electrode active material selected from the group consisting of Li 2 PO 4 (0 <x <1, M is at least one transition metal selected from Ni, Fe, Cr, Co, Zr, Zn, An electrolyte solution of a lithium secondary battery is proposed to improve characteristics. In the present invention, it has been confirmed through experiments that the use of an additive for an electrolyte containing fluorine and an additive for an electrolyte containing fluorine can prevent the discharge capacity of the lithium secondary battery from being lowered in order to prevent a drastic decrease in discharge capacity.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 리튬이차전지의 전해액은, LiMxMn2 -xO4(0<x<1, M은 Ni, Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V, Cu 중에서 선택된 1종 이상의 전이금속), LiNixMyMn2 -x-yO4(0<x<1, 0<y<1, 0<x+y<1, M은 Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V, Cu 중에서 선택된 1종 이상의 전이금속), LiMxMn1 -xPO4(0<x<1, M은 Ni, Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V, Cu 중에서 선택된 1종 이상의 전이금속) 및 LiMxCo1 -xPO4(0<x<1, M은 Ni, Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V, Cu 중에서 선택된 1종 이상의 전이금속) 중에서 선택된 1종 이상의 양극활물질을 포함하는 양극, 음극, 분리막 및 전해액을 포함하는 리튬이차전지의 전해액으로서, 비수성 유기용매와, 리튬염과, 불소를 포함하는 전해액 첨가제를 포함한다. 상기 전해액 첨가제는 상기 전해액에 0.01∼3중량% 함유되고, 상기 리튬염은 상기 전해액에 0.1∼3M의 농도로 함유되어 있을 수 있다. The electrolyte of the lithium secondary battery according to the preferred embodiment of the present invention is made of LiM x Mn 2 -x O 4 (0 <x <1, M is one selected from Ni, Fe, Cr, Co, Zr, at least one transition metal), LiNi x M y Mn 2 -xy O 4 (0 <x <1, 0 <y <1, 0 <x + y <1, M is Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V , at least one transition metal) selected from the group consisting of Cu, LiM x Mn 1 -x PO 4 (0 <x <1, M is Ni, Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V, a transition metal at least one selected from Cu ) And at least one positive electrode active material selected from LiM x Co 1 -x PO 4 (0 <x <1, M is at least one transition metal selected from Ni, Fe, Cr, Co, Zr, An electrolyte, and a lithium secondary battery including an anode, a cathode, a separator, and an electrolyte solution, wherein the electrolyte comprises a non-aqueous organic solvent, a lithium salt, and an electrolyte additive including fluorine. The electrolyte additive is contained in the electrolyte in an amount of 0.01 to 3 wt%, and the lithium salt may be contained in the electrolyte in a concentration of 0.1 to 3 M.

상기 전해액 첨가제는 LiF를 포함할 수 있다. The electrolyte additive may include LiF.

상기 전해액 첨가제는 3,5-비스(트리플루오로메틸)-피라졸(3,5-bis(trifluoromethyl)-pyrazole)를 더 포함할 수 있으며, 상기 전해액 첨가제는 상기 LiF와 상기 3,5-비스(트리플루오로메틸)-피라졸이 1:0.1∼10의 중량비로 혼합되어 있는 것일 수 있다.The electrolyte additive may further comprise 3,5-bis (trifluoromethyl) pyrazole, and the electrolyte additive may include the LiF and the 3,5-bis (trifluoromethyl) (Trifluoromethyl) -pyrazole may be mixed in a weight ratio of 1: 0.1 to 10.

상기 리튬염은 LiPF6, LiBF4, LiClO4, Li(CF3SO2)2, LiCF3SO3, LiSbF6 및 LiAsF6 중에서 선택된 적어도 1종 이상의 물질로 이루어질 수 있다.The lithium salt may be composed of at least one material selected from LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 , LiCF 3 SO 3 , LiSbF 6 and LiAsF 6 .

상기 비수성 유기용매는 에틸렌카보네이트와 디에틸카보네이트가 1:0.1∼10의 부피비로 혼합된 용매로 이루어질 수 있다.The non-aqueous organic solvent may be a solvent in which ethylene carbonate and diethyl carbonate are mixed in a volume ratio of 1: 0.1-10.

상기 전해액은 이온성액체를 더 포함할 수 있으며, 상기 이온성액체는 상기 전해액에 0.01∼60중량% 함유되고, 상기 이온성액체는 양이온과 음이온이 쌍을 이루는 물질이고 상온에서 액체이며, 상기 양이온은 피페리디늄(piperidinium), 피롤리디늄(pyrolidinium) 및 이미다졸륨(imidazolium) 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 포함하고, 상기 음이온은 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드(bis(trifluoromethylsulfonyl)imide), 테트라플루오로보레이트(tetrafluoroborate; BF4), 헥사플루오로포스페이트(hexafluorophosphate; PF6) 및 비스(플루오로설포닐)이미드(bis(fluorosulfonyl)imide) 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다.The electrolytic solution may further comprise an ionic liquid, wherein the ionic liquid is contained in the electrolytic solution in an amount of 0.01 to 60% by weight, the ionic liquid is a substance in which a cation and an ion are paired and is liquid at room temperature, Wherein the anion comprises at least one material selected from the group consisting of piperidinium, pyrolidinium and imidazolium, the anion being bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, imide, tetrafluoroborate (BF 4 ), hexafluorophosphate (PF 6 ), and bis (fluorosulfonyl) imide. .

상기 전해액은 메틸-에틸-피페리디늄 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드(methyl-ethyl-piperidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide), 메틸-프로필-피페리디늄 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드(methyl-proply-piperidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide), 메틸-에틸-피롤리디늄 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드(methyl-ethyl-pyrolidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide), 메틸-프로필-피롤리디늄 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드(methyl-proply-pyrolidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide), 메틸-에틸-피페리디늄 비스(플루오로설포닐)이미드(methyl-ethyl-piperidinium bis(fluorosulfonyl)imide), 메틸-프로필-피페리디늄 비스(플루오로설포닐)이미드(methyl-proply-piperidinium bis(fluorosulfonyl)imide), 메틸-에틸-피롤리디늄 비스(플루오로설포닐)이미드(methyl-ethyl-pyrolidinium bis(fluorosulfonyl)imide) 및 메틸-프로필-피롤리디늄 비스(플루오로설포닐)이미드(methyl-proply-pyrolidinium bis(fluorosulfonyl)imide) 중에서 선택된 1종 이상의 이온성액체를 더 포함할 수 있으며, 상기 이온성액체는 상기 전해액에 0.01∼60중량% 함유될 수 있다.The electrolytic solution may be selected from the group consisting of methyl-ethyl-piperidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, methyl-propyl-piperidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) Methyl-ethyl-pyrrolidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, methyl-ethyl-pyrrolidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, Pyrrolidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, methyl-ethyl-piperidinium bis (fluorosulfonyl) imide (methyl-ethyl-piperidinium bis (fluorosulfonyl) imide, methyl-propyl-piperidinium bis (fluorosulfonyl) imide, methyl-ethyl-pyrrolidinium bis (fluorosulfonyl) imide, Methyl-ethyl-pyrolidinium bis (fluorosulfonyl) imide) and methyl-propyl-pyrrolidone Pyrolidinium bis (fluorosulfonyl) imide. The ionic liquid may be added to the electrolytic solution in an amount of 0.01 to 60 wt.%, .

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 리튬이차전지는, LiMxMn2 -xO4(0<x<1, M은 Ni, Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V, Cu 중에서 선택된 1종 이상의 전이금속), LiNixMyMn2 -x-yO4(0<x<1, 0<y<1, 0<x+y<1, M은 Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V, Cu 중에서 선택된 1종 이상의 전이금속), LiMxMn1 -xPO4(0<x<1, M은 Ni, Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V, Cu 중에서 선택된 1종 이상의 전이금속) 및 LiMxCo1 -xPO4(0<x<1, M은 Ni, Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V, Cu 중에서 선택된 1종 이상의 전이금속) 중에서 선택된 1종 이상의 양극활물질을 포함하는 양극과, 리튬 이온을 삽입 또는 탈리할 수 있는 음극활물질을 포함하는 음극과, 상기 양극과 상기 음극의 단락을 방지하기 위한 분리막, 및 상기 양극와 상기 음극 사이에 리튬염이 용해되어 있는 전해액을 포함하며, 상기 전해액은 비수성 유기용매와, 리튬염과, 불소를 포함하는 전해액 첨가제를 포함한다. 상기 전해액 첨가제는 상기 전해액에 0.01∼3중량% 함유되고, 상기 리튬염은 상기 전해액에 0.1∼3M의 농도로 함유되어 있을 수 있다.The lithium secondary battery according to a preferred embodiment of the present invention is a lithium secondary battery in which LiM x Mn 2 -x O 4 (0 <x <1, M is at least one selected from Ni, Fe, Cr, Co, Zr, Zn, transition metal), LiNi x M y Mn 2 -xy O 4 (0 <x <1, 0 <y <1, 0 <x + y <1, M is Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V, Cu at least one transition metal) selected from, LiM x Mn 1 -x PO 4 (0 <x <1, M is Ni, Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V, 1 or more kinds of transition metals selected from Cu) and At least one positive electrode active material selected from LiM x Co 1 -x PO 4 (0 <x <1, M is at least one transition metal selected from Ni, Fe, Cr, Co, Zr, Zn, A lithium secondary battery comprising: an anode; a cathode including a negative active material capable of inserting or removing lithium ions; a separator for preventing short circuit between the positive electrode and the negative electrode; and an electrolyte solution in which a lithium salt is dissolved between the positive electrode and the negative electrode , The electrolytic solution contains a non-aqueous organic solvent, a lithium salt, and an electrolyte additive including fluorine The. The electrolyte additive is contained in the electrolyte in an amount of 0.01 to 3 wt%, and the lithium salt may be contained in the electrolyte in a concentration of 0.1 to 3 M.

상기 전해액 첨가제는 LiF를 포함할 수 있다.The electrolyte additive may include LiF.

상기 전해액 첨가제는 3,5-비스(트리플루오로메틸)-피라졸를 더 포함할 수 있으며, 상기 전해액 첨가제는 상기 LiF와 상기 3,5-비스(트리플루오로메틸)-피라졸이 1:0.1∼10의 중량비로 혼합되어 있는 것일 수 있다.The electrolyte additive may further comprise 3,5-bis (trifluoromethyl) -pyrazole, wherein the electrolyte additive is selected from the group consisting of LiF and the 3,5-bis (trifluoromethyl) To 10 wt%.

상기 리튬염은 LiPF6, LiBF4, LiClO4, Li(CF3SO2)2, LiCF3SO3, LiSbF6 및 LiAsF6 중에서 선택된 적어도 1종 이상의 물질로 이루어질 수 있다.The lithium salt may be composed of at least one material selected from LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 , LiCF 3 SO 3 , LiSbF 6 and LiAsF 6 .

상기 비수성 유기용매는 에틸렌카보네이트와 디에틸카보네이트가 1:0.1∼10의 부피비로 혼합된 용매로 이루어질 수 있다.The non-aqueous organic solvent may be a solvent in which ethylene carbonate and diethyl carbonate are mixed in a volume ratio of 1: 0.1-10.

상기 전해액은 이온성액체를 더 포함할 수 있으며, 상기 이온성액체는 상기 전해액에 0.01∼60중량% 함유되고, 상기 이온성액체는 양이온과 음이온이 쌍을 이루는 물질이고 상온에서 액체이며, 상기 양이온은 피페리디늄(piperidinium), 피롤리디늄(pyrolidinium) 및 이미다졸륨(imidazolium) 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 포함하고, 상기 음이온은 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드(bis(trifluoromethylsulfonyl)imide), 테트라플루오로보레이트(tetrafluoroborate; BF4), 헥사플루오로포스페이트(hexafluorophosphate; PF6) 및 비스(플루오로설포닐)이미드(bis(fluorosulfonyl)imide) 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다.The electrolytic solution may further comprise an ionic liquid, wherein the ionic liquid is contained in the electrolytic solution in an amount of 0.01 to 60% by weight, the ionic liquid is a substance in which a cation and an ion are paired and is liquid at room temperature, Wherein the anion comprises at least one material selected from the group consisting of piperidinium, pyrolidinium and imidazolium, the anion being bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, imide, tetrafluoroborate (BF 4 ), hexafluorophosphate (PF 6 ), and bis (fluorosulfonyl) imide. .

상기 전해액은 메틸-에틸-피페리디늄 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드(methyl-ethyl-piperidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide), 메틸-프로필-피페리디늄 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드(methyl-proply-piperidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide), 메틸-에틸-피롤리디늄 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드(methyl-ethyl-pyrolidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide), 메틸-프로필-피롤리디늄 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드(methyl-proply-pyrolidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide), 메틸-에틸-피페리디늄 비스(플루오로설포닐)이미드(methyl-ethyl-piperidinium bis(fluorosulfonyl)imide), 메틸-프로필-피페리디늄 비스(플루오로설포닐)이미드(methyl-proply-piperidinium bis(fluorosulfonyl)imide), 메틸-에틸-피롤리디늄 비스(플루오로설포닐)이미드(methyl-ethyl-pyrolidinium bis(fluorosulfonyl)imide) 및 메틸-프로필-피롤리디늄 비스(플루오로설포닐)이미드(methyl-proply-pyrolidinium bis(fluorosulfonyl)imide) 중에서 선택된 1종 이상의 이온성액체를 더 포함할 수 있으며, 상기 이온성액체는 상기 전해액에 0.01∼60중량% 함유될 수 있다.The electrolytic solution may be selected from the group consisting of methyl-ethyl-piperidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, methyl-propyl-piperidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) Methyl-ethyl-pyrrolidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, methyl-ethyl-pyrrolidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, Pyrrolidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, methyl-ethyl-piperidinium bis (fluorosulfonyl) imide (methyl-ethyl-piperidinium bis (fluorosulfonyl) imide, methyl-propyl-piperidinium bis (fluorosulfonyl) imide, methyl-ethyl-pyrrolidinium bis (fluorosulfonyl) imide, Methyl-ethyl-pyrolidinium bis (fluorosulfonyl) imide) and methyl-propyl-pyrrolidone Pyrolidinium bis (fluorosulfonyl) imide. The ionic liquid may be added to the electrolytic solution in an amount of 0.01 to 60 wt.%, .

이하에서, 불소를 포함하는 전해액을 이용한 리튬이차전지의 전해액, 상기 전해액과 양극활물질을 이용한 리튬이차전지 및 그 제조방법을 설명한다. Hereinafter, an electrolytic solution of a lithium secondary battery using an electrolyte containing fluorine, a lithium secondary battery using the electrolytic solution and a cathode active material, and a manufacturing method thereof will be described.

양극활물질, 도전재, 바인더 및 용매를 혼합하여 리튬이차전지 양극용 조성물을 제조한다. A positive electrode active material, a conductive material, a binder and a solvent are mixed to prepare a composition for a positive electrode for a lithium secondary battery.

상기 리튬이차전지 양극용 조성물은 양극활물질, 상기 양극활물질 100중량부에 대하여 도전재 2∼25중량부, 상기 양극활물질 100중량부에 대하여 바인더 2∼25중량부, 상기 양극활물질 100중량부에 대하여 용매 100∼500중량부를 포함할 수 있다. 균일한 혼합을 위해 컨디셔닝 믹서(conditioning mixer)와 같은 혼합기(mixer)를 사용하여 소정 시간(예컨대, 10분∼12시간) 동안 교반시키면 전극 제조에 적합한 슬러리(slurry) 상태의 리튬이차전지 양극용 조성물을 얻을 수 있다. 컨디셔닝 믹서(conditioning mixer)와 같은 혼합기는 균일하게 혼합된 리튬이차전지 양극용 조성물의 제조를 가능케 한다.The composition for a lithium secondary battery positive electrode comprises a positive electrode active material, 2 to 25 parts by weight of a conductive material per 100 parts by weight of the positive electrode active material, 2 to 25 parts by weight of a binder with respect to 100 parts by weight of the positive electrode active material, And 100 to 500 parts by weight of a solvent. When the mixture is stirred for a predetermined time (for example, 10 minutes to 12 hours) using a mixer such as a conditioning mixer for uniform mixing, a composition for a lithium secondary battery anode in a slurry state suitable for electrode production Can be obtained. A mixer, such as a conditioning mixer, enables the preparation of a uniformly mixed composition for a lithium secondary battery anode.

상기 양극활물질은 5V급의 높은 전압을 제공할 수 있는 물질로서 스피넬 구조를 갖는 LiMxMn2 -xO4(0<x<1, M은 Ni, Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V, Cu 중에서 선택된 1종 이상의 전이금속), LiNixMyMn2 -x-yO4(0<x<1, 0<y<1, 0<x+y<1, M은 Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V, Cu 중에서 선택된 1종 이상의 전이금속), LiMxMn1 -xPO4(0<x<1, M은 Ni, Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V, Cu 중에서 선택된 1종 이상의 전이금속) 및 LiMxCo1 -xPO4(0<x<1, M은 Ni, Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V, Cu 중에서 선택된 1종 이상의 전이금속) 중에서 선택된 1종 이상의 양극활물질을 사용한다. The cathode active material is a material capable of providing a high voltage of 5V class, and LiM x Mn 2 -x O 4 (0 <x <1, M is Ni, Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V , Cu), LiNi x M y Mn 2 -xy O 4 (0 <x <1, 0 <y <1, 0 <x + y <1, M is at least one element selected from the group consisting of Fe, Zr, Zn, V, 1 or more kinds of transition metals selected from Cu), LiM x Mn 1 -x PO 4 (0 <x <1, M is Ni, Fe, Cr, selected from the group consisting of Co, Zr, Zn, V, Cu One or more transition metals selected from LiM x Co 1 -x PO 4 (0 <x <1, M is at least one transition metal selected from Ni, Fe, Cr, Co, Zr, More than one kind of cathode active material is used.

상기 도전재는 화학 변화를 야기하지 않는 전자 전도성 재료이면 특별히 제한되지 않으며, 그 예로 천연 흑연, 인조 흑연, 카본블랙(슈퍼-피 블랙(Super-P black)), 아세틸렌블랙, 케첸블랙, 탄소섬유, 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말, 금속 섬유 또는 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다. The conductive material is not particularly limited as long as it is an electron conductive material that does not cause chemical changes. Examples of the conductive material include natural graphite, artificial graphite, carbon black (Super-P black), acetylene black, , Metal powders such as nickel, aluminum, and silver, metal fibers, and mixtures thereof.

상기 바인더는 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene; PTFE), 폴리비닐리덴플로라이드(polyvinylidenefloride; PVDF), 카르복시메틸셀룰로오스(carboxymethylcellulose; CMC), 폴리비닐알코올(poly vinyl alcohol; PVA), 폴리비닐부티랄(poly vinyl butyral; PVB), 폴리비닐피롤리돈(poly-N-vinylpyrrolidone; PVP), 스티렌부타디엔고무(styrene butadiene rubber; SBR), 폴리아마이드-이미드(Polyamide-imide), 폴리이미드(polyimide) 또는 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다. The binder may be selected from the group consisting of polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidenefluoride (PVDF), carboxymethylcellulose (CMC), polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl butyral vinyl butyral (PVB), poly-N-vinylpyrrolidone (PVP), styrene butadiene rubber (SBR), polyamide-imide, polyimide or the like And the like can be used.

상기 용매는 에탄올(EtOH), 아세톤, 이소프로필알콜, N-메틸피롤리돈(NMP), 프로필렌글리콜(PG) 등의 유기 용매 또는 물을 사용할 수 있다.The solvent may be an organic solvent such as ethanol (EtOH), acetone, isopropyl alcohol, N-methyl pyrrolidone (NMP), propylene glycol (PG) or water.

양극활물질, 바인더, 도전재 및 용매를 혼합한 리튬이차전지 양극용 조성물을 알루미늄 집전체와 같은 금속(합금) 집전체에 닥터블레이드(doctor blade) 방법 등으로 캐스팅(casting)한 후 건조하고 롤압착기(roll press machine) 등으로 압착시켜 전극 형태로 형성하여 리튬이차전지의 양극을 형성한다.A composition for a positive electrode of a lithium secondary battery in which a positive electrode active material, a binder, a conductive material and a solvent are mixed is cast on a metal (alloy) current collector such as an aluminum current collector by a doctor blade method, (roll press machine) or the like to form an electrode, thereby forming a positive electrode of the lithium secondary battery.

상기와 같이 제조된 리튬이차전지 양극은 코인형 전지(coin cell) 등과 같은 목적하는 형태의 리튬이차전지에 유용하게 적용될 수 있다. The lithium secondary battery anode manufactured as described above may be usefully applied to a lithium secondary battery of a desired type such as a coin cell.

상술한 바와 같이 LiMxMn2 -xO4(0<x<1, M은 Ni, Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V, Cu 중에서 선택된 1종 이상의 전이금속), LiNixMyMn2 -x-yO4(0<x<1, 0<y<1, 0<x+y<1, M은 Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V, Cu 중에서 선택된 1종 이상의 전이금속), LiMxMn1 -xPO4(0<x<1, M은 Ni, Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V, Cu 중에서 선택된 1종 이상의 전이금속) 및 LiMxCo1 -xPO4(0<x<1, M은 Ni, Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V, Cu 중에서 선택된 1종 이상의 전이금속) 중에서 선택된 1종 이상의 양극활물질을 이용하여 제조된 양극과, 리튬 이온을 삽입 또는 탈리할 수 있는 음극활물질을 포함하는 음극과, 상기 양극과 음극 사이에 상기 양극과 상기 음극의 단락을 방지하기 위한 분리막(seperator)을 배치하고, 상기 양극와 상기 음극 사이에 리튬염이 용해되어 있는 전해액을 주입하여 리튬이차전지를 제조할 수 있다. As described above LiM x Mn 2 -x O 4 ( 0 <x <1, M is Ni, Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V, Cu 1 or more kinds of transition metals selected from a), LiNi x M y Mn 2 -xy O 4 (at least one transition metal selected from the group consisting of Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V and Cu), 0 <x <1, 0 <y < LiM x Mn 1 -x PO 4 ( 0 <x <1, M is Ni, Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V, at least one selected from the group consisting of Cu-transition metal), and LiM x Co 1 -x PO 4 ( At least one transition metal selected from the group consisting of Ni, Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V and Cu) A separator for preventing the short circuit between the positive electrode and the negative electrode is disposed between the positive electrode and the negative electrode, and a lithium salt is dissolved between the positive electrode and the negative electrode A lithium secondary battery can be manufactured by injecting an electrolytic solution.

상기 음극은 리튬 금속, 리튬 합금, 결정질 탄소, 비정질 탄소, 탄소 복합체 및 탄소 섬유 중에서 선택된 1종 이상의 음극활물질을 포함할 수 있다. 상기 음극도 상기 양극을 제조하는 방법과 동일 또는 유사한 방법으로 제조할 수 있다.The negative electrode may include at least one negative electrode active material selected from lithium metal, lithium alloy, crystalline carbon, amorphous carbon, carbon composite, and carbon fiber. The negative electrode may also be produced by the same or similar method as the method for producing the positive electrode.

상기 분리막은 폴리에틸렌 부직포, 폴리프로필렌 부직포, 폴리에스테르 부직포, 폴리아크릴로니트릴 다공성 격리막, 폴리(비닐리덴 플루오라이드) 헥사플루오로프로판 공중합체 다공성 격리막, 셀룰로스 다공성 격리막, 크라프트지 또는 레이온 섬유 등 전지 분야에서 일반적으로 사용되는 분리막이라면 특별히 제한되지 않는다.The separator may be used in a battery field such as a polyethylene nonwoven fabric, a polypropylene nonwoven fabric, a polyester nonwoven fabric, a polyacrylonitrile porous separator, a poly (vinylidene fluoride) hexafluoropropane copolymer porous separator, a cellulose porous separator, a kraft paper or a rayon fiber And is not particularly limited as long as it is a commonly used separation membrane.

상기 전해액은 비수성 유기용매와, 리튬염과, 불소를 포함하는 전해액 첨가제를 포함한다. The electrolytic solution includes a non-aqueous organic solvent, a lithium salt, and an electrolyte additive including fluorine.

본 발명의 리튬이차전지에 충전되는 전해액의 전해질은 리튬염이 용해된 것을 사용한다. 상기 리튬염은 리튬이차전지에서 통상적으로 사용되는 리튬염으로서 특별히 제한되지는 않으며, 예를 들면 LiPF6, LiBF4, LiClO4, Li(CF3SO2)2, LiCF3SO3, LiSbF6, LiAsF6 또는 이들의 혼합물 등을 그 예로 들 수 있다. 상기 리튬염은 상기 전해액에 0.1∼3M의 농도로 함유되는 것이 바람직하다. The electrolyte of the electrolyte to be filled in the lithium secondary battery of the present invention is one in which a lithium salt is dissolved. The lithium salt is not particularly limited and may be, for example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 , LiCF 3 SO 3 , LiSbF 6 , LiAsF 6, a mixture thereof, and the like. It is preferable that the lithium salt is contained in the electrolytic solution at a concentration of 0.1 to 3M.

상기 전해액을 구성하는 용매는 비수성 유기용매이면 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들면 환상 카보네이트계 용매, 쇄상 카보네이트계 용매, 에스테르계 용매, 에테르계 용매, 니트릴계 용매, 아미드계 용매 또는 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 상기 환상 카보네이트계 용매로는 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트, 부틸렌카보네이트, 비닐렌카보네이트 등을 사용할 수 있고, 상기 쇄상 카보네이트계 용매로는 디메틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트, 디에틸카보네이트 등을 사용할 수 있으며, 상기 에스테르계 용매로는 아세트산메틸, 아세트산에틸, 아세트산프로필, 프로피온산메틸, 프로피온산에틸, γ-부티롤락톤 등을 사용할 수 있고, 상기 에테르계 용매로는 1,2-디메톡시에탄, 1,2-디에톡시에탄, 테트라히드로푸란, 1,2-디옥산, 2-메틸테트라히드로푸란 등을 사용할 수 있으며, 상기 니트릴계 용매로는 아세토니트릴 등을 사용할 수 있고, 상기 아미드계 용매로는 디메틸포름아미드 등을 사용할 수 있다. The solvent constituting the electrolytic solution is not particularly limited as long as it is a non-aqueous organic solvent, and examples thereof include a cyclic carbonate solvent, a chain carbonate solvent, an ester solvent, an ether solvent, a nitrile solvent, Etc. may be used. Examples of the cyclic carbonate solvent include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and vinylene carbonate. As the chain carbonate solvent, dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, diethyl carbonate and the like can be used. Examples of the ester solvent include methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, and? -Butyrolactone. The ether solvents include 1,2-dimethoxyethane, Ethoxyethane, tetrahydrofuran, 1,2-dioxane, 2-methyltetrahydrofuran and the like can be used. As the nitrile solvent, acetonitrile and the like can be used. As the amide solvent, dimethylformamide Can be used.

상기 전해액 첨가제는 LiF를 포함할 수 있다. 또한, 상기 전해액 첨가제는 LiF 이외에 3,5-비스(트리플루오로메틸)-피라졸를 더 포함할 수 있으며, 이 경우 상기 전해액 첨가제는 상기 LiF와 상기 3,5-비스(트리플루오로메틸)-피라졸이 1:0.1∼10의 중량비로 혼합되어 있는 것이 바람직하다. 상기 전해액 첨가제는 상기 전해액에 0.01∼3중량% 함유되는 것이 리튬이차전지의 고온 안정성과 방전용량의 고온 유지 등의 면에서 바람직하다. 전해액 첨가제가 0.01중량% 첨가되는 경우에는 전해액을 구성하는 나머지 성분(리튬염 및 용매)은 99.99중량% 함유되게 되며, 전해액 첨가제가 3중량% 첨가되는 경우에는 전해액을 구성하는 나머지 성분(리튬염 및 용매)은 97중량% 함유되게 된다. 리튬이차전지의 방전용량의 급격한 저하를 막기 위하여 불소가 포함된 전해액 첨가제를 사용하며, 불소가 함유된 전해액 첨가제를 사용함으로써 리튬이차전지의 방전용량 저하를 막을 수 있음을 실험을 통해 확인하였다.The electrolyte additive may include LiF. The electrolyte additive may further comprise 3,5-bis (trifluoromethyl) pyrazole in addition to LiF, wherein the electrolyte additive is selected from the group consisting of LiF and the 3,5-bis (trifluoromethyl) Pyrazole is preferably mixed in a weight ratio of 1: 0.1 to 10. The electrolyte additive is preferably contained in an amount of 0.01 to 3 wt% in the electrolyte solution in terms of high-temperature stability of the lithium secondary battery and high-temperature holding of the discharge capacity. When 0.01% by weight of the electrolyte additive is added, 99.99% by weight of the remaining components (lithium salt and solvent) constituting the electrolytic solution are contained. When 3% by weight of the electrolyte additive is added, Solvent) is 97 wt%. Experiments have confirmed that the use of a fluorine-containing electrolyte additive is used to prevent a drastic decrease in the discharge capacity of the lithium secondary battery and that the discharge capacity of the lithium secondary battery can be prevented from decreasing by using an additive containing an electrolyte containing fluorine.

상기 전해액에는 이온성액체가 더 포함될 수 있는데, 상기 이온성액체는 상기 전해액에 0.01∼60중량% 함유되는 것이 리튬이차전지의 고온 안정성과 방전용량의 고온 유지 등의 면에서 바람직하다. 이온성액체가 0.01중량% 첨가되는 경우에는 전해액을 구성하는 나머지 성분(리튬염, 용매 및 전해액 첨가제)은 99.99중량% 함유되게 되며, 이온성액체가 60중량% 첨가되는 경우에는 전해액을 구성하는 나머지 성분(리튬염, 용매 및 전해액 첨가제)은 40중량% 함유되게 된다. 상기 이온성액체는 양이온과 음이온이 쌍을 이루고, 이온쌍은 상온에서 액체이거나 상온보다 조금 높은 온도에서 녹는점을 가지는 물질들이다. 이온성액체는 상온 부근에서 액체이므로 전해액의 용매로 사용될 수가 있다. 또한, 이온성액체는 가연성 용매가 아니고 높은 난연성 또는 불연성의 특징을 가지고 있어서 화재가 발생할 수 있는 전지에는 매력적인 특징을 가지고 있다. 상기 양이온은 환형인 피페리디늄(piperidinium), 피롤리디늄(pyrolidinium), 이미다졸륨(imidazolium) 등이 있고, 전지에서 가장 안정된 모습을 보여준준다. 환형의 구조에도 다수의 알킬기를 치환하여 많은 유사구조로 변형할 수 있다. 환형이 아닌 것은 4차 암모늄인데 4개의 상이하거나 동일한 알킬기가 암모늄 양이온을 형성하므로 무수히 많은 종류의 양이온을 만들 수 있다. 상기 음이온은 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드(bis(trifluoromethylsulfonyl)imide; 이하 'TFSI'라 함), 테트라플루오로보레이트(tetrafluoroborate; BF4), 헥사플루오로포스페이트(hexafluorophosphate; PF6), 비스(플루오로설포닐)이미드(bis(fluorosulfonyl)imide; 이하 'FSI'라 함) 등이 있다. 이온성 액체 중에서 특히 메틸-에틸-피페리디늄 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드(methyl-ethyl-piperidinium TFSI), 메틸-프로필-피페리디늄 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드(methyl-proply-piperidinium TFSI), 메틸-에틸-피롤리디늄 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드(methyl-ethyl-pyrolidinium TFSI), 메틸-프로필-피롤리디늄 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드(methyl-proply-pyrolidinium TFSI), 메틸-에틸-피페리디늄 비스(플루오로설포닐)이미드(methyl-ethyl-piperidinium FSI), 메틸-프로필-피페리디늄 비스(플루오로설포닐)이미드(methyl-proply-piperidinium FSI), 메틸-에틸-피롤리디늄 비스(플루오로설포닐)이미드(methyl-ethyl-pyrolidinium FSI), 메틸-프로필-피롤리디늄 비스(플루오로설포닐)이미드(methyl-proply-pyrolidinium FSI) 또는 이들의 혼합물 등이 리튬이차전지에 적용성이 높은 안정성을 보여준다.The electrolytic solution may further contain an ionic liquid. The ionic liquid is preferably contained in the electrolytic solution in an amount of 0.01 to 60 wt% from the viewpoints of high-temperature stability of the lithium secondary battery and high-temperature discharge of the discharge capacity. When 0.01% by weight of the ionic liquid is added, 99.99% by weight of the remaining components (lithium salt, solvent and electrolyte additive) constituting the electrolytic solution are contained. When 60% by weight of the ionic liquid is added, The components (lithium salt, solvent and electrolyte additive) are contained in an amount of 40% by weight. The ionic liquid is a material in which a cation and an ion are paired and an ion pair is a liquid at room temperature or a material which melts at a temperature slightly higher than room temperature. The ionic liquid can be used as a solvent for an electrolyte because it is a liquid at about room temperature. The ionic liquid is not a flammable solvent and has a characteristic of being highly flame retardant or nonflammable, and thus has an attractive characteristic in a battery in which a fire can occur. These cations are cyclic, such as piperidinium, pyrolidinium, and imidazolium, which give the most stable appearance in the cell. The ring structure can be modified into many similar structures by replacing a plurality of alkyl groups. The non-cyclic ones are quaternary ammoniums, and four different or identical alkyl groups form ammonium cations, so that a myriad of cations can be made. The anion may be bis (trifluoromethylsulfonyl) imide (hereinafter referred to as TFSI), tetrafluoroborate (BF 4 ), hexafluorophosphate (PF 6 ), tetrafluoroborate Bis (fluorosulfonyl) imide (hereinafter referred to as 'FSI'), and the like. Among the ionic liquids, mention may be made especially of methyl-ethyl-piperidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, methyl-ethyl-piperidinium TFSI, methyl-propyl-piperidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) methyl-ethyl-pyrolidinium TFSI, methyl-ethyl-pyrrolidinium TFSI, methyl-propyl-pyrrolidinium bis (trifluoromethylsulfate) Methyl-ethyl-piperidinium FSI, methyl-ethyl-piperidinium FSI, methyl-ethyl-piperidinium FSI, Methyl-ethyl-pyrolidinium FSI, methyl-ethyl-pyrrolidinium FSI, methyl-propyl-pyrrolidinium bis (fluorosulfonyl) imide (Methyl-proply-pyrolidinium FSI), or a mixture thereof, is highly applicable to lithium secondary batteries. It gives over.

이하에서, 본 발명에 따른 실험예들을 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실험예들에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, experimental examples according to the present invention will be specifically shown, and the present invention is not limited by the following experimental examples.

본 발명의 실험예에서는 불소가 다수 포함된 분자로서 3,5-비스(트리플루오로메틸)-피라졸(3,5-bis(trifluoromethyl)-pyrazole; 이하에서 'BTFMP'라 함)을 사용하는 경우에 전극이 보호되는 특징을 관찰하였고, LiF를 전해액 첨가제로 사용하여 LiF에 함유된 불소 이온에 의해 전극이 고온에서 보호가 되는 것을 관찰하였다.In the experimental examples of the present invention, the use of 3,5-bis (trifluoromethyl) pyrazole (hereinafter referred to as "BTFMP") as a molecule containing a large amount of fluorine In addition, LiF was used as an electrolyte additive and the electrode was protected at high temperature by fluorine ions contained in LiF.

<실험예 1><Experimental Example 1>

양극활물질, 도전재, 바인더 및 용매를 혼합하여 리튬이차전지 양극용 조성물을 형성하였다. 상기 양극활물질로는 LiNi0 .5Mn1 .5O4를 사용하였고, 상기 도전재로는 카본블랙(Super-P Black)을 사용하였으며, 상기 바인더로는 폴리비닐리덴플로라이드(PVDF)를 사용하였다. 리튬이차전지 양극용 조성물을 형성하는 공정을 구체적으로 살펴보면, 용매인 N-메틸피롤리돈(NMP)과 바인더인 폴리비닐리덴플로라이드(PVDF)를 컨디셔닝 믹서(conditioning mixer)에서 10분간 교반하고, 여기에 양극활물질인 LiNi0 .5Mn1 .5O4와 도전재인 카본블랙(Super-P Black)를 혼합한 다음, N-메틸피롤리돈(NMP)을 조금 더 첨가하여 점도를 맞추어준 후, 30분 동안 더 교반하였다. 양극활물질, 도전재 및 바인더는 90:5:5의 중량비로 첨가하였다. 상기 용매는 상기 양극활물질 100중량부에 대하여 200중량부 첨가하였다. A positive electrode active material, a conductive material, a binder and a solvent were mixed to form a composition for a positive electrode for a lithium secondary battery. As the cathode active material using LiNi 0 .5 Mn 1 .5 O 4 was used, as the conductive material was used as the carbon black (Super-P Black), as the binder is polyvinylidene fluoride (PVDF) Respectively. Specifically, N-methylpyrrolidone (NMP) as a solvent and polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder were stirred in a conditioning mixer for 10 minutes, here in the positive active material LiNi 0 .5 Mn 1 .5 O 4 with a re-mixing the conductive carbon black (Super-P black), and then, after a given viscosity according to a little more added to N- methylpyrrolidone (NMP) , And further stirred for 30 minutes. The positive electrode active material, the conductive material and the binder were added in a weight ratio of 90: 5: 5. The solvent was added in an amount of 200 parts by weight based on 100 parts by weight of the cathode active material.

유리판에 알루미늄 집전체를 깔고, 알루미늄 집전체에 슬러리(slurry) 상태의 리튬이차전지 양극용 조성물을 닥터블레이드(doctor blade) 방법으로 캐스팅(casting)하고 난 후, 100℃에서 24시간 동안 건조하였다. An aluminum current collector was laid on a glass plate, and a composition for a lithium secondary battery anode in a slurry state was cast on an aluminum current collector by a doctor blade method, followed by drying at 100 ° C for 24 hours.

건조된 결과물은 120℃의 롤압착기(roll press machine)로 20∼25%의 압착률로 압착시켜 리튬이차전지의 전극(양극)을 완성하였다.The dried product was compressed at a compression ratio of 20 to 25% using a roll press machine at 120 ° C to complete the electrode (anode) of the lithium secondary battery.

이렇게 제작된 전극의 특성을 평가하기 위해 코인셀(coin cell)을 제작하였다. 코인셀은 2016 규격을 사용하였으며, 제작된 전극을 양극으로 사용하였고, 리튬(Li) 금속을 음극으로는 사용하였으며, 전해액(electrolyte)은 에틸렌카보네이트(ethylene carbonate; EC)와 디에틸카보네이트(diethyl carbonate; DEC)가 1:1의 부피비로 혼합된 용매(EC/DEC(1:1))에 LiPF6 1.0M이 전해질로 용해되어 있는 것을 사용하였다. A coin cell was fabricated to evaluate the characteristics of the electrode. The coin cell used was the 2016 standard and the fabricated electrode was used as the anode and lithium metal was used as the cathode. The electrolyte was composed of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate ; DEC) is 1: 1.0M LiPF 6 is used that is soluble in the electrolyte): 1 solvent (1 EC / DEC (1) mixed at a weight ratio of.

도 1은 실험예 1에 따라 5V급 양극활물질 LiNi0 .5Mn1 .5O4을 이용하여 제조된 리튬이차전지의 온도별 방전용량을 보여주는 그래프이다. 도 1에서 (a)는 25℃에서의 방전용량을 나타내고, (b)는 55℃에서의 방전용량을 나타낸다.FIG. 1 is a graph showing a discharge capacity of a lithium secondary battery manufactured using a 5V-level cathode active material LiNi 0 .5 Mn 1 .5 O 4 according to Experimental Example 1 by temperature. 1 (a) shows the discharge capacity at 25 ° C, and (b) shows the discharge capacity at 55 ° C.

도 1을 참조하면, 상온인 25℃에서는 방전용량 유지 특성이 우수하지만, 고온인 55℃에서는 방전용량이 급격히 감소하여 40사이클(cycle) 만에 방전용량이 소멸되는 것으로 나타났다. 방전용량이 소멸되는 이유는 전극(양극)이 고온에서 녹아서 흘러내리는 용출 현상에 의한 것이 첫 번째 이유이고, 두 번째 이유는 용해되어 자유로이 이동하는 이온과 전해액의 분해산물이 전극 표면에 침착되는 것에 의한 것으로 판단된다.
Referring to FIG. 1, although the discharge capacity retention characteristic is excellent at a room temperature of 25 ° C, the discharge capacity rapidly decreases at a high temperature of 55 ° C, and the discharge capacity disappears within 40 cycles. The reason why the discharge capacity is extinguished is that the first reason is due to the elution phenomenon in which the electrode (anode) melts and flows down at a high temperature, and the second reason is that the decomposition products of the ions and the electrolytic solution, .

<실험예 2><Experimental Example 2>

실험예 1에서와 동일하게 양극활물질인 LiNi0 .5Mn1 .5O4를 사용하여 리튬이차전지의 전극(양극)을 완성하였다.The same positive electrode active material as in Experimental Example 1 LiNi 0 .5 using Mn 1 .5 O 4, thereby completing the electrode (anode) for lithium secondary battery.

이렇게 제작된 전극의 특성을 평가하기 위해 코인셀(coin cell)을 제작하였다. 코인셀은 2016 규격을 사용하였으며, 제작된 전극을 양극으로 사용하였고, 리튬(Li) 금속을 음극으로는 사용하였으며, 전해액(electrolyte)은 에틸렌카보네이트(ethylene carbonate; EC)와 디에틸카보네이트(diethyl carbonate; DEC)가 1:1의 부피비로 혼합된 용매(EC/DEC(1:1))에 LiPF6 1.0M이 전해질로 용해되어 있고 BTFMP가 전해액 첨가제로 용해되어 있는 것을 사용하였다. 상기 BTFMP는 전해액에 1중량% 함유되게 하였다. A coin cell was fabricated to evaluate the characteristics of the electrode. The coin cell used was the 2016 standard and the fabricated electrode was used as the anode and lithium metal was used as the cathode. The electrolyte was composed of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (EC / DEC (1: 1)) mixed in a volume ratio of 1: 1 was used as the electrolytic solution additive, and 1.0 M LiPF 6 was dissolved in the electrolyte and BTFMP was dissolved in the electrolyte additive. The BTFMP contained 1 wt% in the electrolytic solution.

도 2는 실험예 2에 따라 5V급 양극활물질 LiNi0 .5Mn1 .5O4을 이용하고 전해액 첨가제로 BTFMP를 사용하여 제조된 리튬이차전지의 방전용량을 보여주는 그래프이다. 도 2는 55℃에서의 방전용량을 나타낸다.FIG. 2 is a graph showing a discharge capacity of a lithium secondary battery manufactured using a cathode active material LiNi 0 .5 Mn 1 .5 O 4 of 5 V according to Experimental Example 2 and using BTFMP as an electrolyte additive. 2 shows the discharge capacity at 55 캜.

도 2를 참조하면, 도 1과 비교할 때 55℃에서의 방전용량 특성이 우수한 것으로 나타났다. 불소가 다량 함유된 전해액 첨가제인 BTFMP가 사용됨으로써 고온에서의 방전용량 보전에 유리한 특성을 보여주었다.
Referring to FIG. 2, the discharge capacity characteristics at 55 ° C. were superior to those in FIG. 1. BTFMP, which is an electrolyte additive containing a large amount of fluorine, is used, which is advantageous for maintaining the discharge capacity at high temperatures.

<실험예 3><Experimental Example 3>

실험예 1에서와 동일하게 양극활물질인 LiNi0 .5Mn1 .5O4를 사용하여 리튬이차전지의 전극(양극)을 완성하였다.The same positive electrode active material as in Experimental Example 1 LiNi 0 .5 using Mn 1 .5 O 4, thereby completing the electrode (anode) for lithium secondary battery.

이렇게 제작된 전극의 특성을 평가하기 위해 코인셀(coin cell)을 제작하였다. 코인셀은 2016 규격을 사용하였으며, 제작된 전극을 양극으로 사용하였고, 리튬(Li) 금속을 음극으로는 사용하였으며, 전해액(electrolyte)은 에틸렌카보네이트(ethylene carbonate; EC)와 디에틸카보네이트(diethyl carbonate; DEC)가 1:1의 부피비로 혼합된 용매(EC/DEC(1:1))에 LiPF6 1.0M이 전해질로 용해되어 있고 LiF가 전해액 첨가제로 용해되어 있는 것을 사용하였다. 상기 LiF는 전해액에 0.2중량%와 0.4중량% 함유되게 하였다. A coin cell was fabricated to evaluate the characteristics of the electrode. The coin cell used was the 2016 standard and the fabricated electrode was used as the anode and lithium metal was used as the cathode. The electrolyte was composed of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (EC / DEC (1: 1)) mixed in a volume ratio of 1: 1 was used as the electrolytic solution additive, and 1.0 M LiPF 6 was dissolved in the electrolyte and LiF was dissolved in the electrolyte additive. The LiF was contained in the electrolytic solution in an amount of 0.2 wt% and 0.4 wt%.

도 3은 실험예 3에 따라 5V급 양극활물질 LiNi0 .5Mn1 .5O4을 이용하고 전해액 첨가제로 LiF를 사용하여 제조된 리튬이차전지의 방전용량을 보여주는 그래프이다. 도 3은 55℃에서의 방전용량을 나타낸다. 도 3에서 (a)는 LiF가 전해액에 0.2중량% 함유된 경우를 나타내고, (b)는 LiF가 전해액에 0.4중량% 함유된 경우를 나타낸다.FIG. 3 is a graph showing a discharge capacity of a lithium secondary battery manufactured using LiF as a cathode active material LiNi 0 .5 Mn 1 .5 O 4 according to Experimental Example 3 and a 5 V-type cathode active material LiNi 0.5 Mn 1 .5 O 4 . 3 shows the discharge capacity at 55 캜. Fig. 3 (a) shows a case where LiF is contained in an electrolyte solution in an amount of 0.2 wt%, and Fig. 3 (b) shows a case where LiF is contained in an electrolyte solution in an amount of 0.4 wt%.

도 3을 참조하면, 도 1과 비교할 때 55℃에서의 방전용량 특성이 우수한 것으로 나타났다. 불소가 함유된 전해액 첨가제인 LiF가 사용됨으로써 고온에서의 방전용량 보전에 유리한 특성을 보여주었다. LiF에 의한 불소 이온에 의해 방전용량 보존 특성을 개선할 수 있음을 확인할 수 있었다.
Referring to FIG. 3, the discharge capacity characteristics at 55 ° C. are superior to those in FIG. 1. The use of LiF, an electrolyte additive containing fluorine, has shown favorable properties for maintaining discharge capacity at high temperatures. It was confirmed that the discharge capacity retention characteristic can be improved by the fluorine ion by LiF.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, This is possible.

Claims (14)

LiMxMn2 -xO4(0<x<1, M은 Ni, Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V, Cu 중에서 선택된 1종 이상의 전이금속), LiNixMyMn2 -x-yO4(0<x<1, 0<y<1, 0<x+y<1, M은 Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V, Cu 중에서 선택된 1종 이상의 전이금속), LiMxMn1 -xPO4(0<x<1, M은 Ni, Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V, Cu 중에서 선택된 1종 이상의 전이금속) 및 LiMxCo1 -xPO4(0<x<1, M은 Ni, Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V, Cu 중에서 선택된 1종 이상의 전이금속) 중에서 선택된 1종 이상의 양극활물질을 포함하는 양극, 음극, 분리막 및 전해액을 포함하는 리튬이차전지의 전해액에 있어서,
비수성 유기용매;
리튬염; 및
불소를 포함하는 전해액 첨가제를 포함하며,
상기 전해액 첨가제는 상기 전해액에 0.01∼3중량% 함유되고,
상기 리튬염은 상기 전해액에 0.1∼3M의 농도로 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지의 전해액.
LiM x Mn 2 -x O 4 ( 0 <x <1, M is Ni, Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V, Cu 1 or more kinds of transition metals selected from a), LiNi x M y Mn 2 O -xy 4 (0 <x <1, 0 <y <1, 0 <x + y <1, M is Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V, at least one selected from the group consisting of Cu-transition metal), LiM x Mn 1 x PO 4 (0 < x < 1, M is at least one transition metal selected from Ni, Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V and Cu) and LiM x Co 1 -x PO 4 1, and M is at least one transition metal selected from the group consisting of Ni, Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V and Cu), a lithium secondary battery comprising a cathode, a separator, In the electrolyte solution,
Non-aqueous organic solvent;
Lithium salts; And
And an electrolyte additive comprising fluorine,
The electrolyte additive is contained in the electrolytic solution in an amount of 0.01 to 3 wt%
Wherein the lithium salt is contained in the electrolytic solution at a concentration of 0.1 to 3M.
제1항에 있어서, 상기 전해액 첨가제는 LiF를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지의 전해액.
The electrolyte solution of a lithium secondary battery according to claim 1, wherein the electrolyte additive comprises LiF.
제2항에 있어서, 상기 전해액 첨가제는 3,5-비스(트리플루오로메틸)-피라졸를 더 포함하며,
상기 전해액 첨가제는 상기 LiF와 상기 3,5-비스(트리플루오로메틸)-피라졸이 1:0.1∼10의 중량비로 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지의 전해액.
3. The method of claim 2, wherein the electrolyte additive further comprises 3,5-bis (trifluoromethyl) pyrazole,
Wherein the electrolyte additive is a mixture of the LiF and the 3,5-bis (trifluoromethyl) -pyrazole in a weight ratio of 1: 0.1-10.
제1항에 있어서, 상기 리튬염은,
LiPF6, LiBF4, LiClO4, Li(CF3SO2)2, LiCF3SO3, LiSbF6 및 LiAsF6 중에서 선택된 적어도 1종 이상의 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 리튬이차전지의 전해액.
The lithium secondary battery according to claim 1,
Wherein the electrolyte layer is made of at least one material selected from LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 , LiCF 3 SO 3 , LiSbF 6 and LiAsF 6 .
제1항에 있어서, 상기 비수성 유기용매는,
에틸렌카보네이트와 디에틸카보네이트가 1:0.1∼10의 부피비로 혼합된 용매로 이루어진 것을 특징으로 하는 리튬이차전지의 전해액.
The method according to claim 1, wherein the non-
Ethylene carbonate and diethyl carbonate are mixed in a volume ratio of 1: 0.1-10.
제1항에 있어서, 상기 전해액은 이온성액체를 더 포함하며, 상기 이온성액체는 상기 전해액에 0.01∼60중량% 함유되고,
상기 이온성액체는 양이온과 음이온이 쌍을 이루는 물질이고 상온에서 액체이며,
상기 양이온은 피페리디늄(piperidinium), 피롤리디늄(pyrolidinium) 및 이미다졸륨(imidazolium) 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 포함하고,
상기 음이온은 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드(bis(trifluoromethylsulfonyl)imide), 테트라플루오로보레이트(tetrafluoroborate; BF4), 헥사플루오로포스페이트(hexafluorophosphate; PF6) 및 비스(플루오로설포닐)이미드(bis(fluorosulfonyl)imide) 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지의 전해액.
The ionic liquid according to claim 1, wherein the electrolytic solution further comprises an ionic liquid, wherein the ionic liquid is contained in an amount of 0.01 to 60 wt%
The ionic liquid is a substance in which a cation and an anion are paired and is liquid at ordinary temperature,
Wherein the cation comprises at least one material selected from the group consisting of piperidinium, pyrolidinium and imidazolium,
The anion may be selected from the group consisting of bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, tetrafluoroborate (BF 4 ), hexafluorophosphate (PF 6 ) and bis (fluorosulfonyl) imide (Bis (fluorosulfonyl) imide). &Lt; / RTI &gt;
제1항에 있어서, 상기 전해액은 메틸-에틸-피페리디늄 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드(methyl-ethyl-piperidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide), 메틸-프로필-피페리디늄 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드(methyl-proply-piperidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide), 메틸-에틸-피롤리디늄 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드(methyl-ethyl-pyrolidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide), 메틸-프로필-피롤리디늄 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드(methyl-proply-pyrolidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide), 메틸-에틸-피페리디늄 비스(플루오로설포닐)이미드(methyl-ethyl-piperidinium bis(fluorosulfonyl)imide), 메틸-프로필-피페리디늄 비스(플루오로설포닐)이미드(methyl-proply-piperidinium bis(fluorosulfonyl)imide), 메틸-에틸-피롤리디늄 비스(플루오로설포닐)이미드(methyl-ethyl-pyrolidinium bis(fluorosulfonyl)imide) 및 메틸-프로필-피롤리디늄 비스(플루오로설포닐)이미드(methyl-proply-pyrolidinium bis(fluorosulfonyl)imide) 중에서 선택된 1종 이상의 이온성액체를 더 포함하며, 상기 이온성액체는 상기 전해액에 0.01∼60중량% 함유되는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지의 전해액.
The method of claim 1, wherein the electrolyte is selected from the group consisting of methyl-ethyl-piperidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, methyl-propyl-piperidinium bis Methyl-ethyl-pyrolidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, methyl-ethyl-pyrrolidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide ), Methyl-propyl-pyrrolidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, methyl-ethyl-piperidinium bis (fluorosulfonyl) imide methyl-ethyl-piperidinium bis (fluorosulfonyl) imide, methyl-propyl-piperidinium bis (fluorosulfonyl) imide, methyl-ethyl-pyrrolidinium bis Methyl-ethyl-pyrolidinium bis (fluorosulfonyl) imide) and methyl -Propyl-pyrrolidinium bis (fluorosulfonyl) imide, wherein the ionic liquid is added to the electrolytic solution in an amount of 0.01 - By weight based on the total weight of the lithium secondary battery.
LiMxMn2 -xO4(0<x<1, M은 Ni, Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V, Cu 중에서 선택된 1종 이상의 전이금속), LiNixMyMn2 -x-yO4(0<x<1, 0<y<1, 0<x+y<1, M은 Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V, Cu 중에서 선택된 1종 이상의 전이금속), LiMxMn1 -xPO4(0<x<1, M은 Ni, Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V, Cu 중에서 선택된 1종 이상의 전이금속) 및 LiMxCo1 -xPO4(0<x<1, M은 Ni, Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V, Cu 중에서 선택된 1종 이상의 전이금속) 중에서 선택된 1종 이상의 양극활물질을 포함하는 양극;
리튬 이온을 삽입 또는 탈리할 수 있는 음극활물질을 포함하는 음극;
상기 양극과 상기 음극의 단락을 방지하기 위한 분리막; 및
상기 양극와 상기 음극 사이에 리튬염이 용해되어 있는 전해액을 포함하며,
상기 전해액은,
비수성 유기용매;
리튬염; 및
불소를 포함하는 전해액 첨가제를 포함하며,
상기 전해액 첨가제는 상기 전해액에 0.01∼3중량% 함유되고,
상기 리튬염은 상기 전해액에 0.1∼3M의 농도로 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지.
LiM x Mn 2 -x O 4 ( 0 <x <1, M is Ni, Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V, Cu 1 or more kinds of transition metals selected from a), LiNi x M y Mn 2 O -xy 4 (0 <x <1, 0 <y <1, 0 <x + y <1, M is Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V, at least one selected from the group consisting of Cu-transition metal), LiM x Mn 1 x PO 4 (0 < x < 1, M is at least one transition metal selected from Ni, Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V and Cu) and LiM x Co 1 -x PO 4 1 and M is at least one transition metal selected from Ni, Fe, Cr, Co, Zr, Zn, V and Cu);
An anode including a negative active material capable of inserting or removing lithium ions;
A separation membrane for preventing a short circuit between the anode and the cathode; And
And an electrolyte solution in which a lithium salt is dissolved between the positive electrode and the negative electrode,
The electrolyte solution,
Non-aqueous organic solvent;
Lithium salts; And
And an electrolyte additive comprising fluorine,
The electrolyte additive is contained in the electrolytic solution in an amount of 0.01 to 3 wt%
Wherein the lithium salt is contained in the electrolytic solution at a concentration of 0.1 to 3M.
제8항에 있어서, 상기 전해액 첨가제는 LiF를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지.
The lithium secondary battery according to claim 8, wherein the electrolyte additive comprises LiF.
제9항에 있어서, 상기 전해액 첨가제는 3,5-비스(트리플루오로메틸)-피라졸를 더 포함하며,
상기 전해액 첨가제는 상기 LiF와 상기 3,5-비스(트리플루오로메틸)-피라졸이 1:0.1∼10의 중량비로 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지.
The method of claim 9, wherein the electrolyte additive further comprises 3,5-bis (trifluoromethyl) -pyrazole,
Wherein the electrolyte additive is a mixture of the LiF and the 3,5-bis (trifluoromethyl) pyrazole in a weight ratio of 1: 0.1 to 10.
제8항에 있어서, 상기 리튬염은,
LiPF6, LiBF4, LiClO4, Li(CF3SO2)2, LiCF3SO3, LiSbF6 및 LiAsF6 중에서 선택된 적어도 1종 이상의 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 리튬이차전지.
The lithium secondary battery according to claim 8,
Wherein at least one material selected from LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 , LiCF 3 SO 3 , LiSbF 6 and LiAsF 6 is used.
제8항에 있어서, 상기 비수성 유기용매는,
에틸렌카보네이트와 디에틸카보네이트가 1:0.1∼10의 부피비로 혼합된 용매로 이루어진 것을 특징으로 하는 리튬이차전지.
9. The method according to claim 8, wherein the non-
Ethylene carbonate and diethyl carbonate are mixed in a volume ratio of 1: 0.1-10.
제8항에 있어서, 상기 전해액은 이온성액체를 더 포함하며, 상기 이온성액체는 상기 전해액에 0.01∼60중량% 함유되고,
상기 이온성액체는 양이온과 음이온이 쌍을 이루는 물질이고 상온에서 액체이며,
상기 양이온은 피페리디늄(piperidinium), 피롤리디늄(pyrolidinium) 및 이미다졸륨(imidazolium) 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 포함하고,
상기 음이온은 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드(bis(trifluoromethylsulfonyl)imide), 테트라플루오로보레이트(tetrafluoroborate; BF4), 헥사플루오로포스페이트(hexafluorophosphate; PF6) 및 비스(플루오로설포닐)이미드(bis(fluorosulfonyl)imide) 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지.
The ionic liquid according to claim 8, wherein the electrolytic solution further comprises an ionic liquid, wherein the ionic liquid is contained in an amount of 0.01 to 60 wt%
The ionic liquid is a substance in which a cation and an anion are paired and is liquid at ordinary temperature,
Wherein the cation comprises at least one material selected from the group consisting of piperidinium, pyrolidinium and imidazolium,
The anion may be selected from the group consisting of bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, tetrafluoroborate (BF 4 ), hexafluorophosphate (PF 6 ) and bis (fluorosulfonyl) imide (Bis (fluorosulfonyl) imide). &Lt; / RTI &gt;
제8항에 있어서, 상기 전해액은 메틸-에틸-피페리디늄 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드(methyl-ethyl-piperidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide), 메틸-프로필-피페리디늄 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드(methyl-proply-piperidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide), 메틸-에틸-피롤리디늄 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드(methyl-ethyl-pyrolidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide), 메틸-프로필-피롤리디늄 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드(methyl-proply-pyrolidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide), 메틸-에틸-피페리디늄 비스(플루오로설포닐)이미드(methyl-ethyl-piperidinium bis(fluorosulfonyl)imide), 메틸-프로필-피페리디늄 비스(플루오로설포닐)이미드(methyl-proply-piperidinium bis(fluorosulfonyl)imide), 메틸-에틸-피롤리디늄 비스(플루오로설포닐)이미드(methyl-ethyl-pyrolidinium bis(fluorosulfonyl)imide) 및 메틸-프로필-피롤리디늄 비스(플루오로설포닐)이미드(methyl-proply-pyrolidinium bis(fluorosulfonyl)imide) 중에서 선택된 1종 이상의 이온성액체를 더 포함하며, 상기 이온성액체는 상기 전해액에 0.01∼60중량% 함유되는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지.The method of claim 8, wherein the electrolyte is selected from the group consisting of methyl-ethyl-piperidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, methyl-propyl-piperidinium bis Methyl-ethyl-pyrolidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, methyl-ethyl-pyrrolidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide ), Methyl-propyl-pyrrolidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, methyl-ethyl-piperidinium bis (fluorosulfonyl) imide methyl-ethyl-piperidinium bis (fluorosulfonyl) imide, methyl-propyl-piperidinium bis (fluorosulfonyl) imide, methyl-ethyl-pyrrolidinium bis Methyl-ethyl-pyrolidinium bis (fluorosulfonyl) imide) and methyl -Propyl-pyrrolidinium bis (fluorosulfonyl) imide, wherein the ionic liquid is added to the electrolytic solution in an amount of 0.01 - By weight based on the total weight of the lithium secondary battery.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109494405A (en) * 2018-09-18 2019-03-19 浙江蓝德能源科技发展有限公司 A kind of lithium-ion battery electrolytes additive and electrolyte

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