KR20160055083A - Electrolyte formulation for reduced gassing wide temperature range cycling - Google Patents

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레슬리 제이. 피넬
크리스토퍼 캠피온
안토니 에스. 고즈
정주 조
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에이일이삼 시스템즈, 엘엘씨
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Abstract

Provided is a secondary battery having a specific combination of an anode, a cathode, and electrolyte formulation. The electrolyte formulation comprises an additive system and a salt system. The additive system includes a sulfonyl group-containing first additive, a gas generation inhibitor, and a second additive. The salt system includes lithium salt and air salt. The disclosed electrolyte formulation has reduced gas generation in the wide range of temperature and improved capacity.

Description

넓은 온도 범위 사이클링에서 가스 발생이 적은 전해질 제제 {ELECTROLYTE FORMULATION FOR REDUCED GASSING WIDE TEMPERATURE RANGE CYCLING}ELECTROLYTE FORMULATION FOR REDUCED GASSING WIDE TEMPERATURE RANGE CYCLING [0002]

본 출원은 2013년 6월 12일에 출원된 "Non-Aqueous Electrolytic Rechargeable Batteries for Extended Temperature Range Operation"명칭의 국제출원 제PCT/US2013/045513호의 일부 계속 출원으로, 2012년 6월12일에 출원된 "Microhybrid Battery" 명칭의 미국 가출원 제61/658,712호의 우선권을 주장하고, 2012년 6월 12일에 출원된 "Lithium Ion Cell with Non-Aqueous Electrolyte with A Solvent Including an S-O Bond" 명칭의 미국 상태 가출원 제61/658,704호의 우선권을 주장하고, 본원에 전체 내용이 참조로 포함되어 있다.This application is a continuation-in-part of International Application No. PCT / US2013 / 045513 entitled " Non-Aqueous Electrolytic Rechargeable Batteries for Extended Temperature Range Operation ", filed June 12, 2013, U.S. Provisional Application No. 61 / 658,712 entitled " Microhybrid Battery " and filed on June 12, 2012, entitled " Lithium Ion Cell with Non-Aqueous Electrolyte with a Solvent Including an SO Bond " 61 / 658,704, the entire contents of which are incorporated herein by reference.

본 개시내용은, 2차 전지 내에서 사용하기 위해, 적어도 하나의 설포닐기-함유 제1첨가제, 특이적 염 시스템 및 가스방지제 첨가제를 특정 비율로 함유하는 전해질 제제에 관한 것이다.This disclosure relates to an electrolyte formulation for use in a secondary cell, the electrolyte formulation containing at least one sulfonyl-containing first additive, a specific salt system and a gas inhibitor additive in a certain ratio.

2차 전지는 전기화학 반응에 의해 에너지를 생성한다. 일반적인 2차 전지의 경우, 전지는 실온에서 또는 실온과 가까운 온도에서 최적의 성능을 제공하도록 설계된다. 매우 높은 온도 또는 매우 낮은 온도는 전지의 성능 및/또는 수명을 손상시킨다. 극한 온도에서의 성능 문제를 해결하기 위해서, 전지에 가열 시스템 및/또는 냉각 시스템을 통합하고 있기 때문에 부피, 중량, 복잡성 및 비용이 증가한다. 많은 경우에, 이는 극한 온도 환경에서 적용하기 위해서 전지를 사용하는 것을 제한할 수 있다.The secondary cell generates energy by an electrochemical reaction. In a typical secondary cell, the cell is designed to provide optimal performance at or near room temperature. Very high or very low temperatures impair the performance and / or lifetime of the cell. In order to solve performance problems at extreme temperatures, volume, weight, complexity and cost are increased because the battery incorporates a heating system and / or a cooling system. In many cases, this may limit the use of the battery for application in extreme temperature environments.

최근에, 2차 전지는, 고온에서 긴 사이클 수명을 유지하고 또한 저온에서 파워를 제공하기 위해서 애노드, 캐소드 및 전해질 조성물의 특정한 조합을 갖는 셀을 갖도록 설계되었다. 예를 들면, 국제 공개 공보 제2013/188594호(본 발명에 참조로 포함되어 있음)의 발명자 Cho는 2차 전지에 사용하기 위해 설포닐기-함유 제1첨가제를 포함하는 전해질 제제를 개시한다. Cho에 의해 개시된 바와 같이 전해질에서 설포닐기-함유 첨가제를 사용하면, 고온에서 사이클 수명을 유지하고, 저온에서 파워를 제공하는 전지를 제공할 수 있기 때문에, 열관리 시스템의 필요성을 상당히 줄일 수 있다.Recently, secondary batteries have been designed to have cells with a specific combination of anode, cathode, and electrolyte composition to maintain long cycle life at high temperatures and to provide power at low temperatures. For example, inventor Cho of International Laid-Open Publication No. 2013/188594 (incorporated herein by reference) discloses an electrolyte formulation comprising a sulfonyl group-containing first additive for use in a secondary cell. The use of a sulfonyl group-containing additive in an electrolyte as disclosed by Cho can significantly reduce the need for a thermal management system because it can provide a battery that maintains its cycle life at high temperatures and provides power at low temperatures.

Cho는, 구체적으로 0.6 내지 2 M의 리튬염인 LiPF6을 포함하는 비수성 전해질 용액 및 유기 용매 혼합물을 포함하는 2차 전지를 개시하고, 유기 용매 혼합물은 35 체적% 에틸렌 카르보네이트, 5 체적% 프로필렌 카르보네이트, 50 체적% 에틸 메틸 카르보네이트, 및 10 체적% 디에틸 카르보네이트, 및 적어도 하나의 설포닐기-함유 첨가제인 0.1 내지 5 중량% 에틸렌 설파이트 및 0.2 내지 8 체적%의 비닐렌 카르보네이트를 포함한다. Cho에 의해서 제공되는 전해질 제제는 납산 전지에 비해서 엔진의 저온 시동 파워(power for cold cranking an engine)를 증가시키고 고온에서 장수명을 유지한다.Cho discloses a secondary battery comprising a nonaqueous electrolyte solution and an organic solvent mixture comprising LiPF 6 , specifically a lithium salt of 0.6 to 2 M, and the organic solvent mixture comprises 35 vol% ethylenecarbonate, 5 vol 0.1 to 5% by weight of ethylene sulfite, which is at least one sulfonyl group-containing additive, and 0.2 to 8% by volume of ethylene carbonate, 50% by volume of propylene carbonate, 50% by volume of ethylmethyl carbonate and 10% by volume of diethyl carbonate, Vinylene carbonate. The electrolyte formulation provided by Cho increases the power for cold cranking engine of the engine and maintains its long life at high temperature compared to the lead acid battery.

유기 전해질에 비닐렌 카르보네이트와 함께 설포닐기-함유 첨가제를 사용하면, 안정하고 낮은 임피던스의 2차 리튬 이온 전지가 제공된다. 설포닐기-함유 첨가제는, 애노드와 반응하여 안정한 고체 전해질 계면(SEI)을 형성함으로써 임피던스를 낮출 수 있는 것으로, SEI 계면에서는 첨가제를 사용하지 않더라도 전해질과의 이온 전도성보다 큰 이온전도성을 갖는다. 또한, 비닐렌 카르보네이트는, 초기 충전 동안 탄소계 애노드를 고정시켜서 SEI가 덜 용해되도록 함으로써 설포닐 첨가제의 분해를 줄이는 데에 효과적일 수 있다.The use of a sulfonyl group-containing additive together with vinylene carbonate in the organic electrolyte provides a stable, low-impedance secondary lithium ion cell. The sulfonyl group-containing additive is capable of lowering the impedance by forming a stable solid electrolyte interface (SEI) by reacting with the anode. In the SEI interface, the ionic conductivity is higher than the ion conductivity with the electrolyte even without using an additive. Vinylene carbonate may also be effective in reducing decomposition of the sulfonyl additive by anchoring the carbon-based anode during the initial charge so that the SEI is less soluble.

그러나, 본 발명자들은 본원에서 Cho에 의해서 개시되는 전해질을 기반으로 하는 개선된 전해질 제제가 극한 온도 성능을 개선하고 가스 발생을 줄이기 위해서 제공될 수 있다는 것을 인지했다. 설포닐기-함유 제1첨가제, 가스 발생 방지제, 제2첨가제 및 염 시스템을 포함하는 전해질 제제가 제공된다. 또한, 전해질 제제는 비닐렌 카르보네이트 및 용매 시스템을 포함한다. 전해질 제제는 다양한 셀 구조로 사용될 수 있지만, 구체적으로 가스 발생을 줄일 수 있기 때문에 파우치 구조가 유리하다.However, the inventors have recognized that improved electrolyte formulations based on electrolytes described herein by Cho can be provided to improve extreme temperature performance and reduce gas evolution. There is provided an electrolyte preparation comprising a sulfonyl group-containing first additive, a gas generation inhibitor, a second additive and a salt system. The electrolyte formulation also includes vinylene carbonate and a solvent system. Electrolyte formulations can be used in a variety of cell structures, but they are particularly advantageous because they can reduce gas generation.

개시된 전해질 제제는, 사이클 중 넓은 온도 범위에 걸쳐서 가스 발생을 줄일 수 있다. 또한, 설포닐기 첨가제와 비닐렌 카르보네이트 사이의 비율은, 개선된 셀 사이클링 효율을 위해 개선된 SEI 층을 유지하도록 조절될 수 있다. 본원에 제공된 바와 같이, 최적의 전해질 제제는 임피던스를 줄이고/유지하여 저온 시동 중 개선된 파워를 제공하고, 고온 사이클링 및/또는 저장 중에 가스 발생이 감소한다.The disclosed electrolyte formulations can reduce gas generation over a wide temperature range during the cycle. In addition, the ratio between the sulfonyl group additive and the vinylene carbonate can be adjusted to maintain an improved SEI layer for improved cell cycling efficiency. As provided herein, the optimal electrolyte formulation reduces / maintains impedance to provide improved power during cold start and reduces gas generation during hot cycling and / or storage.

본원에 제공된 바와 같이, 설포닐기-함유 제1첨가제는 전해질 제제의 0.1 내지 5 중량%일 수 있다. 가스 발생 방지제는 전해질 제제의 2 중량% 이하일 수 있고, 제2첨가제는 전해질 제제의 0.1 내지 5 중량%일 수 있다. 추가의 첨가제는, 우수한 SEI 전개를 유지하면서 비닐렌 카르보네이트의 로딩을 줄이기 위해 선택될 수 있다. 염 시스템은 공염(co-salt)과 함께 혼합된 리튬염을 포함할 수 있고, 공염은 루이산 산분해를 일으키는 경향이 적다.As provided herein, the sulfonyl group-containing first additive may be from 0.1 to 5% by weight of the electrolyte formulation. The gas generation inhibitor may be 2% by weight or less of the electrolyte preparation, and the second additive may be 0.1 to 5% by weight of the electrolyte preparation. Additional additives may be selected to reduce the loading of vinylene carbonate while maintaining good SEI evolution. Salt systems can contain mixed lithium salts with co-salts, and the atmospheric salts are less prone to cause lysic acid degradation.

상기 요약은 상세한 설명에 기재되는 개념을 간단한 형태로 도입하기 위해서 제공된 것으로 이해할 수 있다. 이는, 청구 내용(claimed subject matter)의 핵심 또는 필수적인 특징을 나타내는 것을 의미하지 않으며, 청구범위는 상세한 설명에 뒤따르는 청구항에 의해서 독자적으로 정의한다. 또한, 청구 내용은 상기 기재된 또는 본 개시내용의 임의의 부분의 임의의 단점을 해결하는 수행으로 한정되지 않는다. It is to be understood that the above summary is provided for the purpose of introducing the concepts described in the detailed description in a simplified form. This does not imply a representation of a core or essential feature of the claimed subject matter, and the claims are individually defined by the claims which follow the detailed description. Also, the claims are not limited to the practice of solving any of the disadvantages described above or any part of the disclosure.

도 1은 대조 전해질에 비해 LFP/그래파이트 셀에서 전해질 제제의 초기 캐패시티 손실을 도시한다.
도 2는 대조 전해질에 비해 NCM 캐소드 및 그래파이트 애노드를 포함하는 셀에서 전해질 제제의 초기 캐패시티 손실을 도시한다.
도 3은 대조 전해질에 비해 LFP/그래파이트 셀에서 전해질 제제의 임피던스를 도시한다.
도 4는 대조 전해질에 비해 NCM/그래파이트 셀에서 전해질 제제의 임피던스를 도시한다.
도 5a는 대조 전해질에 비해 1초 펄스 파워에서 LFP/그래파이트 셀에서 전해질 제제의 23℃에서 하이브리드 펄스 파워 능력(HPPC)을 도시한다.
도 5b는 대조 전해질에 비해 10초 펄스 파워에서 LFP/그래파이트 셀에서 전해질 제제의 23℃에서 하이브리드 펄스 파워 능력(HPPC)을 도시한다.
도 6a는 대조 전해질에 비해 1초 펄스 파워에서 LFP/그래파이트 셀에서 전해질 제제의 -20℃에서 하이브리드 펄스 파워 능력(HPPC)을 도시한다.
도 6b는 대조 전해질에 비해 10초 펄스 파워에서 LFP/그래파이트 셀에서 전해질 제제의 -20℃에서 하이브리드 펄스 파워 능력(HPPC)을 도시한다.
도 7은 대조 전해질에 비해 LFP/그래파이트 셀에서 전해질 제제를 사용해서 -30℃에서 저온 시동 실험으로부터 얻은 파워를 도시한다.
도 8은 대조 전해질에 비해 전해질 제제를 포함하는 NCM/그래파이트 셀에 대해 -30℃에서 저온 시동 실험으로부터 얻은 파워를 도시한다.
도 9는 대조 전해질에 비해 전해질 제제를 포함하는 NCM/그래파이트 셀에 대해 고온 사이클 수명 실험 결과를 도시한다.
도 10은 대조 전해질에 비해 전해질 제제를 포함하는 LFP/그래파이트 셀의 55℃ 저장 중의 체적 변화를 도시한다.
도 11은 전해질 제제와 사용하기 위한 예시의 파우치 구조를 도시한다.
Figure 1 shows the initial capacity loss of the electrolyte formulation in the LFP / graphite cell compared to the reference electrolyte.
Figure 2 shows the initial capacity loss of an electrolyte formulation in a cell comprising an NCM cathode and a graphite anode compared to a counter electrolyte.
Figure 3 shows the impedance of the electrolyte formulation in the LFP / graphite cell versus the reference electrolyte.
Figure 4 shows the impedance of the electrolyte formulation in the NCM / graphite cell versus the control electrolyte.
5A shows the hybrid pulse power capability (HPPC) at 23 DEG C of the electrolyte formulation in the LFP / graphite cell at 1 second pulse power versus the reference electrolyte.
Figure 5b shows the hybrid pulse power capability (HPPC) at 23 占 폚 of the electrolyte formulation in an LFP / graphite cell at 10 seconds pulse power versus the reference electrolyte.
6A shows the hybrid pulse power capability (HPPC) at -20 캜 of the electrolyte formulation in the LFP / graphite cell at 1 second pulse power versus the reference electrolyte.
Figure 6b shows the hybrid pulse power capability (HPPC) at -20 캜 of the electrolyte formulation in the LFP / graphite cell at a 10 second pulse power versus the counter electrolyte.
Figure 7 shows the power obtained from cold-start experiments at -30 [deg.] C using an electrolyte formulation in an LFP / graphite cell versus a counter electrolyte.
Figure 8 shows the power obtained from a cold start test at -30 캜 for an NCM / graphite cell containing an electrolyte formulation as compared to the control electrolyte.
Figure 9 shows the results of a high temperature cycle life test for an NCM / graphite cell comprising an electrolyte formulation as compared to a counter electrolyte.
Figure 10 shows the volume change during storage at 55 [deg.] C of the LFP / graphite cell containing the electrolyte formulation compared to the control electrolyte.
Figure 11 shows an exemplary pouch structure for use with an electrolyte formulation.

본 개시내용의 형태는 예로서 상기 기재된 실시형태를 참조하여 설명될 것이다. 성분, 공정 단계, 및 그 외의 요소는 하나 이상의 실시형태에서 실질적으로 동일할 수 있는 것으로서, 협조적으로 나타내고 최소한 반복함으로써 기재되어 있다. 그러나, 협조적으로 나타낸 요소는 어느 정도 다를 수도 있다.The forms of the present disclosure will be described with reference to the embodiments described above by way of example. The components, process steps, and other elements may be substantially identical in one or more embodiments, and are described cooperatively and at least by repeating. However, the cooperative elements may be somewhat different.

본 개시내용은, 설포닐기-함유 제1첨가제, 가스 발생 방지제, 임피던스를 줄이기 위한 제2첨가제 및 염 시스템을 포함하는 최적의 전해질 제제를 제공한다. 이러한 최적의 전해질 제제는, 도 1 및 2에 도시된, 대조 전해질 제제에 비해 예상치 못한 초기 캐패시티 손실이 개선된다. 또한, 최적의 전해질 제제는 도3, 4, 5a, 5b, 6a, 및 6b에 도시된, 대조 전해질 제제와 유사하고/하거나 감소한 직류 및 교류 저항(DCR, ACR)을 제공한다. 최적의 전해질 제제는, 또한 도 7 및 8에 도시된 개선된 저온 시동 파워, 및 도 9에 도시된 넓은 온도 범위에 걸쳐 사이클링에서 예상치 못한 개선을 나타낸다. 또한, 특정한 전해질 제제는 도 10에 도시된 바와 같이 동시에 가스 발생을 줄이면서 임피던스를 줄이는 예상치 못한 결과를 갖는다. 전해질 제제의 가스 발생이 적기 때문에, 다양한 셀 구조, 구체적으로, 도 11에 도시된 파우치 구조에 전해질 제제를 사용할 수 있다.The present disclosure provides an optimal electrolyte formulation comprising a sulfonyl group-containing first additive, a gas generation inhibitor, a second additive for reducing impedance, and a salt system. This optimal electrolyte formulation improves unexpected initial capacity loss compared to the counter electrolyte formulation shown in Figures 1 and 2. In addition, the optimal electrolyte formulation provides a direct current and alternating current resistance (DCR, ACR) similar to and / or reduced to the counter electrolyte formulation shown in Figures 3,4, 5a, 5b, 6a and 6b. The optimal electrolyte formulation also exhibits an unexpected improvement in cycling over the extended low temperature starting power shown in Figures 7 and 8 and the broad temperature range shown in Figure 9. [ In addition, certain electrolyte preparations have unpredictable results in reducing impedance while simultaneously reducing gas generation, as shown in Fig. Since the gas production of the electrolyte preparation is small, the electrolyte preparation can be used in various cell structures, specifically, the pouch structure shown in Fig.

상기 기재된 바와 같이, 전해질 제제는 매우 낮은 온도에서 낮은 임피던스를 제공하면서 고온에서 적은 가스 발생을 제공하고 우수한 SEI 전개를 제공한다. 표 1에는, 본 개시내용에 따른 예시의 전해질 제제의 첨가제 및 염 시스템의 범위에 대해 표시되어 있다.As described above, the electrolyte formulation provides low gas generation at high temperatures while providing low impedance at very low temperatures and provides excellent SEI deployment. Table 1 lists the ranges of additives and salt systems of the exemplary electrolyte formulation according to this disclosure.

Figure pat00001
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상기 표 1에 표시된 바와 같이, 전해질 제제는 첨가제 시스템 및 염 시스템을 갖는 것으로 고려될 수 있다. 첨가제 시스템은 각각 5 중량% 미만의 성분을 포함한다. 상기 기재된 첨가제 시스템은 설포닐기-함유 제1첨가제, 비닐렌 카르보네이트, 가스 발생 방지용 첨가제 및 제2첨가제를 포함한다. 설포닐기-함유 제1첨가제, 비닐렌 카르보네이트, 가스 발생 방지용 첨가제, 및 임피던스를 줄이고 SEI 층을 강화시키는 제2첨가제를 포함한다.As shown in Table 1 above, the electrolyte formulation can be considered to have an additive system and a salt system. Additive systems each contain less than 5% by weight components. The additive system described above comprises a sulfonyl group-containing first additive, vinylene carbonate, an additive for preventing gas generation, and a second additive. A sulfonyl group-containing first additive, vinylene carbonate, an antistatic additive, and a second additive that reduces the impedance and strengthens the SEI layer.

또한, 개시된 첨가제 중 가스 발생 방지용 첨가제는 가스 발생을 줄이기 위한 것으로, 이는 하나 이상의 그 외의 첨가제, 예를 들면, 설포닐기-함유 제1첨가제의 반응으로부터 얻을 수 있다. 전해질 첨가제 시스템은, 구체적으로 더 적은 중량%의 설포닐기-함유 첨가제, 및 염 시스템과 함께 사용될 수 있는 더 적은 중량%의 SEI 형성 첨가제의 제제를 제공함으로써, 가스 발생을 조절하고, 일부 첨가제(예를 들면, 가스 발생 방지용 첨가제 및 SEI 형성 첨가제)에 의해 증가하는 임피던스를 감소될 수 있도록 설계된다.In addition, the additive for preventing gas generation in the disclosed additive is for reducing gas generation, which can be obtained from the reaction of one or more other additives, for example, a sulfonyl group-containing first additive. Electrolyte additive systems can be used to control gas evolution and provide some additives (e. G., ≪ RTI ID = 0.0 > For example, a gas generation preventing additive and an SEI forming additive).

개시된 염 시스템은, 공염이 사용되기 때문에 더 적은 양의 LiPF6가 사용될 수 있다. 공염은, 분해 중 루이산 산 종을 발생시키지 않는 군으로부터 선택된다. 공염이 포함되는 경우, LiPF6 분해로부터 형성되는 루이스 산 생성물의 농도가 감소하기 때문에, 더 적은 중량%의 적어도 하나의 설포닐기-함유 첨가제를 사용할 수 있는 예상치 못한 결과를 갖는다. 적어도 하나의 설포닐기-함유 첨가제가 더 적은 중량%으로 사용되면, 일반적으로 가스 발생 방지제와의 높은 임피던스의 영향을 줄이기 위해서 소량의 가스 발생 방지제를 사용할 수 있는 예상치 못한 또 다른 이점이 있다. 이러한 독특한 제제는, 가스 발생이 적고 임피던스가 감소한 셀을 형성하는 것으로, 설포닐기-함유 첨가제가 배합된 가스 발생 방지용 첨가제와의 사용과 반대되는 경우이다.In the disclosed salt system, less amount of LiPF 6 can be used since the atmospheric salt is used. The decongestion is selected from the group which does not generate the racemic acid species during degradation. If atmospheric salts are involved, there is an unexpected result that less weight percent of at least one sulfonyl group-containing additive can be used because the concentration of the Lewis acid product formed from LiPF 6 decomposition is reduced. When at least one sulfonyl group-containing additive is used in a lower weight percent, there is another unexpected advantage of being able to use a small amount of gas generation inhibitor in order to generally reduce the effect of high impedance with the gas generation inhibitor. Such a unique formulation forms a cell with low gas generation and reduced impedance, which is contrary to use with a gas generation preventing additive in which a sulfonyl group-containing additive is incorporated.

사용시, 전해질 제제는 개선된 전지를 제공한다. 예를 들면, 2차 전지는 애노드(또한, 음극으로 칭함), 캐소드(또한, 양극으로 칭함), 분리막, 및 비수성 전해질 용액, 예를 들면, 본 개시내용의 전해질을 포함할 수 있다. 본원에 개시된 셀을 포함하는 2차 전지는 가스 발생이 적고, 넓은 온도 범위에 걸쳐서 긴 사이클 수명을 유지하고, 저온 시동 중의 파워를 개선시킨다. 일례에서, 전해질 제제는 리튬 이온 전지에 사용될 수 있다.In use, the electrolyte formulation provides an improved cell. For example, the secondary battery can include an anode (also referred to as a cathode), a cathode (also referred to as an anode), a separator, and a nonaqueous electrolyte solution, for example, an electrolyte of the present disclosure. The secondary cell comprising the cells disclosed herein produces less gas, maintains a long cycle life over a wide temperature range, and improves power during cold start. In one example, an electrolyte formulation can be used in a lithium ion battery.

상기 제공된 바와 같이, 전해질 제제는 비수성 전해질 용액이고, 첨가제 시스템 및 염 시스템을 포함할 수 있다. 첨가제 시스템은 설포닐기-함유 제1첨가제, 비닐렌 카르보네이트, 가스 발생 방지용 첨가제, 및 제2첨가제를 포함한다. 일례에서, 염 시스템은 LiPF6 및 공염을 포함할 수 있다. 또한, 전해질 용액은 용매 시스템을 포함한다.As provided above, the electrolyte formulation is a non-aqueous electrolyte solution and may include an additive system and a salt system. The additive system comprises a sulfonyl group-containing first additive, vinylene carbonate, an additive for preventing gas generation, and a second additive. In one example, the salt system may comprise LiPF 6 and a coprecipitate. Further, the electrolyte solution includes a solvent system.

적어도 하나의 설포닐기 함유 제1첨가제는 우수한 SEI 전개를 유지하면서 비닐렌 카르보네이트의 로딩을 줄일 수 있다. 예를 들면, 설포닐기 함유 제1첨가제는 다음 식(1)으로 표시될 수 있다:At least one sulfonyl group-containing first additive can reduce the loading of vinylene carbonate while maintaining good SEI development. For example, the first sulfonyl group-containing additive may be represented by the following formula (1): "

R1-A-R2 (1)R 1 -AR 2 (One)

R1 및 R2는 독립적으로 아릴기 또는 할로겐 원자로 치환될 수 있는 알킬기를 나타내거나; 알킬기 또는 할로겐 원자로 치환될 수 있는 아릴기를 나타내거나; 또는 함께 사용되어 -A-와 함께 불포화 결합을 더 함유할 수 있는 환상 구조체를 형성하고, "A"는 다음의 군으로 선택된 식으로 나타냄:R 1 and R 2 independently represent an aryl group or an alkyl group which may be substituted with a halogen atom; An alkyl group or an aryl group which may be substituted with a halogen atom; Or used together to form a cyclic structure which may further contain an unsaturated bond with -A-, where "A" is represented by the formula selected from the following group:

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(2)
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Figure pat00003
(3)
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(4) 및
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(4) and

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(5)
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R1 및 R2는 탄소수 1 내지 4의 알킬기일 수 있고, 이는 구체적으로 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 및 부틸기로 열거된다. 알킬기를 치환할 수 있는 아릴기로는 페닐기, 나프틸기, 및 안트라닐기를 들 수 있고, 이들 중 페닐기가 더 바람직하다. 알킬기를 치환할 수 있는 할로겐 원자로는, 불소 원자, 염소 원자 및 브롬 원자를 들 수 있다. 복수의 이러한 치환기는, 알킬기를 치환할 수 있고, 아릴기 및 할로겐 원자에 의한 동시 치환이 가능하다.R 1 and R 2 may be an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and specifically exemplified by a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, and a butyl group. Examples of the aryl group capable of substituting the alkyl group include a phenyl group, a naphthyl group and an anthranyl group, and among these, a phenyl group is more preferable. Examples of the halogen atom capable of substituting the alkyl group include a fluorine atom, a chlorine atom and a bromine atom. A plurality of such substituents may substitute an alkyl group, and simultaneous substitution by an aryl group and a halogen atom is possible.

R1 및 R2가 서로 결합되고 -A-와 함께 형성된 환상 구조는 4원환 또는 그 이상의 환이고, 이중 결합 또는 삼중결합을 함유할 수 있다. R1 및 R2가 서로 결합되어 형성된 결합기로는, --CH2--, --CH2CH2CH2--, --CH2CH2CH2CH2--, --CH2CH2CH2CH2CH2--, --CH=CH--, --CH=CHCH2--, --CH2CH=CHCH2--, 및 -CH2CH2C≡CCH2CH2--이다. 이러한 기 중 하나 이상의 수소 원자는 알킬기, 할로겐 원자, 아릴기 등에 의해 치환될 수 있다. The cyclic structure formed when R 1 and R 2 are bonded to each other and -A- is a 4-membered ring or more ring, and may contain a double bond or a triple bond. Examples of the bonding group formed by combining R 1 and R 2 with each other include --CH 2 -, --CH 2 CH 2 CH 2 -, --CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 -, --CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 - , --CH = CH--, --CH = CHCH 2 -, --CH 2 CH = CHCH 2 -, and -CH 2 CH 2 C≡CCH 2 CH 2 --to be. At least one hydrogen atom of these groups may be substituted by an alkyl group, a halogen atom, an aryl group, and the like.

식(2)으로 나타낸 "A"를 갖는 분자의 구체예로는 선형 설파이트를 들 수 있다. 예를 들면, 디메틸 설파이트, 디에틸 설파이트, 에틸 메틸 설파이트, 메틸 프로필 설파이트, 에틸 프로필 설파이트, 디페닐 설파이트, 메틸 페닐 설파이트, 에틸 설파이트, 디벤질 설파이트, 벤질 메틸 설파이트, 및 벤질 에틸 설파이트; 환상 설파이트 예를 들면, 에틸렌 설파이트, 프로필렌 설파이트, 부틸렌 설파이트, 비닐렌 설파이트, 페닐에틸렌 설파이트, 1-메틸-2-페닐에틸렌 설파이트, 및 1-에틸-2-페닐에틸렌 설파이트; 및 이러한 선형 및 환상 설파이트의 할로겐화물을 들 수 있다A specific example of the molecule having "A " represented by the formula (2) includes a linear sulfite. Examples of the solvent include dimethyl sulfite, diethyl sulfite, ethyl methyl sulfite, methyl propyl sulfite, ethyl propyl sulfite, diphenyl sulfite, methyl phenyl sulfite, ethyl sulfite, dibenzyl sulfite, Fate, and benzyl ethyl sulfite; Cyclic sulfites such as ethylene sulfite, propylene sulfite, butylene sulfite, vinylene sulfite, phenylethylene sulfite, 1-methyl-2-phenylethylenesulfite, and 1-ethyl- Sulfite; And halides of such linear and cyclic sulfites

식(3)으로 나타내는 "A"를 갖는 분자의 구체예는 선형 설폰, 예를 들면, 디메틸 설폰, 디에틸 설폰, 에틸 메틸 설폰, 메틸 프로필 설폰, 에틸 프로필 설폰, 디페닐 설폰, 메틸 페닐 설폰, 에틸 페닐 설폰, 디벤질 설폰, 벤질 메틸 설폰 및 벤질 에틸 설폰: 환상 설폰, 예를 들면, 설포란, 2-메틸 설포란, 3-메틸 설포란, 2-에틸 설포란, 3-에틸 설포란, 2,4-디메틸 설포란, 설포렌, 3-메틸 설포렌, 2-페닐 설포란 및 3-페닐 설포란; 및 이러한 선형 및 환상 설폰의 할로겐화물을 들 수 있다.Specific examples of the molecule having "A" represented by the formula (3) include linear sulfones such as dimethylsulfone, diethylsulfone, ethylmethylsulfone, methylpropylsulfone, ethylpropylsulfone, diphenylsulfone, Ethyl sulfone, dibenzyl sulfone, benzyl methyl sulfone and benzyl ethyl sulfone: cyclic sulfone such as sulfolane, 2-methyl sulfolane, 3-methyl sulfolane, 2-ethyl sulfolane, 2,4-dimethylsulfolane, sulfolene, 3-methylsulfolene, 2-phenylsulfolane and 3-phenylsulfolane; And halides of such linear and cyclic sulfone.

식(4)으로 나타내는 "A"를 갖는 분자의 구체예는 선형 설폰산 에스테르, 예를 들면, 메틸 메탄설포네이트, 에틸 메탄설포네이트, 프로필 메탄설포네이트, 메틸 에탄설포네이트, 에틸 에탄설포네이트, 프로필 에탄설포네이트, 메틸 벤젠설포네이트, 에틸 벤젠설포네이트, 프로필 벤젠설포네이트, 페닐 메탄설포네이트, 페닐 에탄설포네이트, 페닐 프로판설포네이트, 메틸 벤질설포네이트, 에틸 벤질설포네이트, 프로필 벤질설포네이트, 벤질 메탄설포네이트, 벤질 에탄설포네이트 및 벤질 프로판설포네이트; 환상 설폰산 에스테르, 예를 들면, 1,3-프로판설톤, 1,4-부탄설톤, 3-페닐-1,3-프로판설톤 및 4-페닐-1,4-부탄설톤; 및 이러한 선형 및 환상 설폰산 에스테르의 할로겐화물을 들 수 있다.Specific examples of the molecule having "A" represented by the formula (4) include linear sulfonic acid esters such as methylmethanesulfonate, ethylmethanesulfonate, propylmethanesulfonate, methylethanesulfonate, ethylethanesulfonate, Ethyl benzene sulfonate, propyl benzene sulfonate, phenyl methane sulfonate, phenyl ethane sulfonate, phenyl propane sulfonate, methyl benzyl sulfonate, ethyl benzyl sulfonate, propyl benzyl sulfonate, Benzyl methane sulfonate, benzyl ethane sulfonate and benzyl propane sulfonate; Cyclic sulfonic esters such as 1,3-propane sultone, 1,4-butane sultone, 3-phenyl-1,3-propane sultone and 4-phenyl-1,4-butane sultone; And halides of such linear and cyclic sulfonic acid esters.

식(5)으로 나타내는 "A"를 갖는 분자의 구체예는 황산 에스테르, 예를 들면, 디메틸 설페이트, 디에틸 설페이트, 에틸 메틸 설페이트, 메틸 프로필 설페이트, 에틸 프로필 설페이트, 메틸 페닐 설페이트, 에틸 페닐 설페이트, 페닐 프로필 설페이트, 벤질 메틸 설페이트 및 벤질 에틸 설페이트; 환상 황산 에스테르, 예를 들면, 에틸렌 글리콜 황산 에스테르, 1,2-프로판디올 황산 에스테르, 1,3-프로판디올 황산 에스테르, 1,2-부탄디올 황산 에스테르, 1,3-부탄디올 황산 에스테르, 2,3-부탄디올 황산 에스테르, 페닐에틸렌 글리콜 황산 에스테르, 메틸페닐에틸렌 글리콜 황산 에스테르 및 에틸페닐에틸렌 글리콜 황산 에스테르; 및 이러한 사슬 및 환상 황산 에스테르의 할로겐화물을 들 수 있다.Specific examples of the molecule having "A" represented by the formula (5) include sulfuric acid esters such as dimethyl sulfate, diethyl sulfate, ethyl methyl sulfate, methyl propyl sulfate, ethyl propyl sulfate, methyl phenyl sulfate, Phenyl propyl sulfate, benzyl methyl sulfate and benzyl ethyl sulfate; Cyclic sulfuric acid esters such as ethylene glycol sulfuric acid esters, 1,2-propanediol sulfuric acid esters, 1,3-propanediol sulfuric acid esters, 1,2-butanediol sulfuric acid esters, 1,3-butanediol sulfuric acid esters, 2,3 -Butanediol sulfuric acid ester, phenylethylene glycol sulfuric acid ester, methylphenyl ethylene glycol sulfuric acid ester, and ethylphenylethylene glycol sulfuric acid ester; And halides of such chain and cyclic sulfuric acid esters.

식(1)으로 나타낸 분자는 전해질 제제 중에 단독으로 사용되거나, 또는 이러한 분자의 2개 이상이 함께 사용될 수 있다.The molecule represented by formula (1) may be used alone in the electrolyte preparation, or two or more of such molecules may be used together.

식(1)으로 나타낸 설포닐기 함유 제1첨가제는 에틸렌 설파이트, 디메틸 설파이트, 설포란, 설포렌, 및 설톤으로 열거된다.The first sulfonyl group-containing additive represented by the formula (1) is exemplified by ethylene sulfite, dimethyl sulfite, sulfolane, sulfolene, and sulphone.

비수성 전해질 용액의 유기 용매 중에 함유된 식(1)으로 나타낸 제1첨가제의 양은 0.05 내지 100 체적%, 0.05 내지 60 체적%, 0.1 내지 15 체적%, 또는 0.5 내지 2 체적%의 범위 내에 있다. 또한, 제1첨가제는 전해질 제제의 0.1 내지 5 중량%, 0.1 내지 3 중량%, 또는 0.1 내지 1 중량%의 범위 내에 있다. 식(1)으로 나타낸 제1첨가제 중 일부는 실온에서 고체이고, 이러한 분자는 바람직하게 사용된 유기 용매에 대한 포화용해도 이하의 양으로 사용되고, 더 바람직하게 해당 포화용해도의 60 중량% 이하, 더욱 더 바람직하게 30 중량% 이하이다. 따라서, 첨가제는, 예상된 사용온도 범위, 예를 들면, -30℃ 내지 +60℃에 걸쳐서 유기 용매 중에서 용해되어 용액 형태로 유지된다.The amount of the first additive represented by the formula (1) contained in the organic solvent of the nonaqueous electrolyte solution is in the range of 0.05 to 100% by volume, 0.05 to 60% by volume, 0.1 to 15% by volume, or 0.5 to 2% by volume. Also, the first additive is in the range of 0.1 to 5 wt%, 0.1 to 3 wt%, or 0.1 to 1 wt% of the electrolyte preparation. Some of the first additives represented by the formula (1) are solid at room temperature, and these molecules are preferably used in an amount of not more than the saturation solubility with respect to the organic solvent used, more preferably not more than 60% by weight of the saturation solubility, Preferably 30% by weight or less. Thus, the additive is dissolved in an organic solvent over an expected use temperature range, for example, -30 캜 to + 60 캜, and is maintained in a solution form.

비닐렌 카르보네이트는, 초기 충전 중 탄소계 애노드의 고정시, SEI가 덜 용해되어 첨가제의 분해를 줄일 수 있기 때문에 효과적이다. 비닐렌 카르보네이트는 전해질 제제의 0.1 내지 5 중량%로 첨가될 수 있다. 비닐렌 카르보네이트 양은, 비닐렌 카르보네이트와 설포닐기-함유 첨가제 사이의 비율(VC:--A--)을 최적화하여, 개선된 셀 사이클링 효율을 위해 우수한 SEI층을 유지하면서 비닐렌 카르보네이트의 로딩을 줄일 수 있도록 조절한다. 일례에서, VC:--A-- 의 비율은 1:1일 수 있다. 또 다른 예에서, VC:--A--의 비율은 2:1.5일 수 있다. 또 다른 예에서, VC:--A-- 의 비율은 2:1일 수 있다.Vinylene carbonate is effective because the SEI is less soluble when the carbon-based anode is immobilized during the initial charge, and decomposition of the additive can be reduced. Vinylene carbonate may be added in an amount of 0.1 to 5% by weight of the electrolyte preparation. The amount of vinylene carbonate is determined by optimizing the ratio (VC: - A--) between the vinylene carbonate and the sulfonyl group-containing additive, to maintain the excellent SEI layer for improved cell cycling efficiency, Adjust to reduce loading of the bonnet. In one example, the ratio of VC: - A-- may be 1: 1. In another example, the ratio of VC: - A-- may be 2: 1.5. In another example, the ratio of VC: - A-- may be 2: 1.

또한, 첨가제 시스템에서, 셀 수명 동안 가스 형성을 줄이기 위해 전해질에 가스 발생 방지제가 첨가될 수 있다. 일부 예에서, 가스 발생 방지제는 캐소드 활성 물질에서 촉매 부위를 비활성화하는 경로를 통해서 작용할 수 있다. 가스 발생 방지제는 일반적으로 셀의 임피던스를 증가시키지만, 본 개시된 전해질 제제는 개선된 및/또는 유지된 임피던스 수준을 제공한다. 구체적으로, 본 개시내용에서 전해질 제제는, 첨가제 및 염 시스템의 특정 조합으로 결합되는 가스 발생 방지제의 로딩을 줄이고, 셀 임피던스를 더 줄일 수 있다.Also, in an additive system, a gas-generating inhibitor may be added to the electrolyte to reduce gas formation over the life of the cell. In some instances, the antisegging agent may act through a path that deactivates the catalyst site in the cathode active material. While gas inhibitors generally increase the impedance of the cell, the disclosed electrolyte formulation provides improved and / or maintained impedance levels. Specifically, in this disclosure, the electrolyte formulation can reduce loading of the gas generation inhibitor combined with certain combinations of additives and salt systems and further reduce cell impedance.

일부 예의 실시형태에서, 가스 발생 방지제는, 전해질 제제의 2.0 중량% 미만, 1.5중량% 미만, 1.0 중량% 미만 존재할 수 있다. 예를 들면, 가스 발생 방지제는, 1,5,2,4-디옥사디티안-2,2,3,3-테트라옥사이드 (MMDS), 프로프-1-엔-1,3-설톤 (PrS), 또는 1,3-프로판 설톤의 적어도 하나로부터 선택될 수 있다. 또 다른 예에서, 가스 발생 방지제는 1,5,2,4-디옥사디티안-2,2,3,3-테트라옥사이드 (MMDS),프로프-1-엔-1,3-설톤 (PrS), 또는 1,3-프로판 설톤 중 적어도 하나 이상일 수 있다.In some example embodiments, the gas generation inhibitor may be present at less than 2.0 wt%, less than 1.5 wt%, or less than 1.0 wt% of the electrolyte formulation. For example, the gas generation inhibitor may be 1,5,2,4-dioxadithiane-2,2,3,3-tetraoxide (MMDS), prop-1-ene-1,3- ), Or 1,3-propane sultone. In another example, the gas generation inhibitor is 1,5,2,4-dioxadidiane-2,2,3,3-tetraoxide (MMDS), prop-1-en-1,3- ), Or 1,3-propane sultone.

그 외의 예에서, 그 외의 가스 발생 방지제로는 셀 수명 동안 가스 형성을 줄이는 것이 선택될 수 있다. 일례에서, 1,3-프로판 설톤이 사용될 수 있다. 가스 발생 방지제는, 적어도 하나의 설포닐기-함유 제1첨가제와 상이한 것으로, 설포닐기-함유 첨가제와 함께 사용된다. 가스 발생 방지제 및 설포닐기-함유 첨가제는 전해질 내에서 상이한 역할을 할 수 있다.In other examples, other gas generation inhibitors may be selected to reduce gas formation during cell lifetime. In one example, 1,3-propane sultone may be used. The gas generation inhibitor differs from the at least one sulfonyl group-containing first additive and is used together with the sulfonyl group-containing additive. The gas-generating agent and the sulfonyl group-containing additive may play different roles in the electrolyte.

또한, 상기 제공된 바와 같이, 첨가제 시스템은, 제2첨가제를 포함할 수 있다. 제2첨가제가 사용되면, 개선된 셀 사이클링 효율을 위해 우수한 SEI 전개를 유지하면서 비닐렌 카르보네이트의 로딩을 줄일 수 있다. 제2첨가제는 전해질 제제의 5 중량% 미만으로 존재할 수 있다. 예를 들면, 제2첨가제는 0.1 내지 5.0중량% 존재할 수 있다. 일 실시형태에서, 하나를 초과한 제2첨가제는, 넓은 온도 범위에 걸쳐서 우수한 사이클 수명을 유지하고 가스를 억제하면서 임피던스를 더 줄이기 위해 사용될 수 있다. 일례에서, 플루오로에틸렌 카르보네이트(FEC)는 제2첨가제로서 포함될 수 있다.Also, as provided above, the additive system may comprise a second additive. If a second additive is used, loading of the vinylene carbonate can be reduced while maintaining good SEI development for improved cell cycling efficiency. The second additive may be present at less than 5% by weight of the electrolyte formulation. For example, the second additive may be present at 0.1 to 5.0 wt%. In one embodiment, more than one second additive can be used to maintain good cycle life over a wide temperature range and further reduce impedance while suppressing gas. In one example, fluoroethylene carbonate (FEC) may be included as a second additive.

전해질 제제는, 첨가제 시스템 이외에, 염 시스템을 포함한다. 염 시스템은 리튬염 및 공염을 포함한다. 구체적으로, 비수성 전해질 용액에 사용되는 염 시스템은, 공염과 함께 배합된 리튬염을 포함하고, 공염은 분해에 의해 루이스 산 생성물을 생성하는 경향이 적다. 선택된 염 시스템은, LiPF6의 결점을 나타내지 않는 공염과 함께 리튬염을 배합하면, 리튬염, 예를 들면, LiPF6의 이점이 유지된다. 리튬염과 함께 배합된 공염을 선택하면, 강한 루이스 산, 예를 들면, LiPF6의 분해 메카니즘으로부터 얻어지는 PF5 및 OPF3을 해결할 수 있다.Electrolyte formulations include salt systems, in addition to additive systems. Salt systems include lithium salts and protons. Specifically, the salt system used in the non-aqueous electrolyte solution includes a lithium salt compounded with a coprecipitate, and the coprecipitate is less prone to form Lewis acid product by decomposition. These salt system, when combined with a lithium salt which does not exhibit the drawbacks of gongyeom LiPF 6, lithium salts, for example, the advantage of the LiPF 6 is maintained. Choosing the complex salt combined with the lithium salt can solve PF 5 and OPF 3 obtained from the decomposition mechanism of strong Lewis acid, for example, LiPF 6 .

리튬염은 LiPF6와 유사한 이로운 특성을 갖도록 선택할 수 있다. 예를 들면, 리튬염은 LiPF6, LiClO4, LiBF4, LiCF3SO3, LiN(CF3SO2)2, LiN(CF3CF2SO2)2, LiN(CFSO2)(C4F9SO2), 및 LiC(CF3SO2)2을 포함하는 군으로부터 선택될 수 있다.The lithium salt may be selected to have beneficial properties similar to LiPF 6. For example, the lithium salt is LiPF 6, LiClO 4, LiBF 4 , LiCF 3 SO 3, LiN (CF 3 SO 2) 2, LiN (CF 3 CF 2 SO 2) 2, LiN (CFSO 2) (C 4 F 9 SO 2 ), and LiC (CF 3 SO 2 ) 2 .

공염은, 쉽게 분해되지 않는 염; 분해 중 루이스 산 종을 발생하지 않아서 전해질 분해 경로를 통해 가스 발생을 줄이는 염; 용매 시스템에서 프로톤 용매 또는 프로톤 불순물에 저항하는 염; 본래 가스 발생이 적은 염; 및 저온에서 우수한 전도성을 갖는 염 중 적어도 하나 이상을 갖는 염으로부터 선택되고, 특히 저온의 셀에서 임피던스가 증가하지 않을 수 있다. 또한, 선택된 공염은, 탄소질 용매에서 높은 용해도, 온도범위에 걸쳐서 우수한 전도성 중 하나 이상을 가질 수 있고, 임피던스가 증가하지 않는다. 예를 들면, 공염은, 분해 중 루이스 산분해물을 생성하거나 발생하지 않는 것이 선택될 수 있다. 일례에서, 공염은 열분해 중에 루이스 산 분해 생성물을 생성하거나 발생하지 않는 것이 선택될 수 있다.The pyrophosphate is a salt which is not easily decomposed; Salts that do not generate Lewis acid species during degradation and thereby reduce gas evolution through electrolyte degradation pathways; Salts that resist proton solvent or proton impurities in a solvent system; Salts which are inherently low in gas generation; And a salt having at least one of excellent conductivity at low temperature, and may not increase the impedance particularly in a low-temperature cell. In addition, the selected pyrophoris can have at least one of good conductivity over carbonaceous solvents, high solubility over temperature, and does not increase the impedance. For example, it may be chosen that the pyrophosphate produces or does not generate Lewis acid degradation during degradation. In one example, it can be chosen that the pyrophosphate produces or does not generate Lewis acid decomposition products during pyrolysis.

공염은, 일례로서 제한되지 않고, 예를 들면, 이미드 염, 트리플레이트 염, 유기 보레이트 염 및 이들의 플루오로화 유사체를 들 수 있다. 이미드 염으로는, 비스(트리플루오로메탄)설폰아미드 리튬염(LiTFSI) 및 리튬 비스 펜타플루오로에탄설포닐이미드 (LiBETI)를 들 수 있다. 트리플레이트염으로는 리튬 트리플루오로메탄설포네이트(LiSO3CF3)를 들 수 있다. 유기 보레이트염으로는 리튬 비스옥살라토보레이트 (LiBOB) 및 이들의 플루오로화 유사체, 예를 들면, 리튬 디플루오로비옥살라토보레이트(LiFOB)를 들 수 있다.The pyrethroids are not limited as one example, and examples thereof include imide salts, triflate salts, organic borate salts, and fluorinated analogues thereof. Examples of the imide salt include bis (trifluoromethane) sulfonamide lithium salt (LiTFSI) and lithium bispentafluoroethanesulfonylimide (LiBETI). The triflate salt includes lithium trifluoromethane sulfonate (LiSO 3 CF 3 ). Organoborate salts include lithium bisoxalatoborate (LiBOB) and their fluorinated analogs, such as lithium difluorobioxalatoborate (LiFOB).

하나의 특정한 실시형태에서, 염 시스템은 LiPF6 및 설폰아미드 리튬염을 들 수 있다. 또 다른 비제한 특정한 예로서, 염 시스템은 LiPF6 및 LiTFSI을 들 수 있다.In one particular embodiment, the salt system includes LiPF 6 and a sulfonamide lithium salt. As another non-limiting specific example, the salt systems include LiPF 6 and LiTFSI.

염 시스템은 2.0M 이하, 또는 0.5M 내지 1.5M 또는 0.5M 내지 1.0M을 들 수 있다. 공염은, 염 시스템에서 염의 전체 몰 로딩의 분율로서 존재할 수 있다. 공염은 0.25M 이하 또는 0.05M 내지 0.15M 존재할 수 있다.The salt system may be 2.0M or less, or 0.5M to 1.5M or 0.5M to 1.0M. Communitivity can be present as a fraction of the total molar loading of the salt in the salt system. The decay may be less than 0.25M or 0.05M to 0.15M.

첨가제 시스템 및 염 시스템 이외에, 전해질 제제에 유기 용매 시스템이 포함될 수 있다. 유기 용매로는 환상 카르보네이트, 예를 들면, 에틸렌 카르보네이트, 프로필렌 카르보네이트 및 부틸렌 카르보네이트; 사슬 카르보네이트, 예를 들면, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트 및 에틸 메틸 카르보네이트; 환상 에스테르, 예를 들면, γ-발레로락톤; 사슬 에스테르, 예를 들면, 메틸 아세테이트 및 메틸 프로피오네이트; 환상 에테르, 예를 들면, 테트라히드로푸란, 2-메틸 테트라히드로푸란 및 테트라히드로푸란; 사슬 에테르, 예를 들면, 디메톡시에탄 및 디메톡시메탄; 환상 인산 에스테르, 예를 들면, 에틸렌 메틸 포스페이트 및 에틸 에틸렌 포스페이트; 사슬 인산 에스테르, 예를 들면, 트리메틸 포스페이트 및 트리에틸 포스페이트; 그 할로겐화물; 비닐 에틸렌 카르보네이트(VEC) 및 플로오로에틸렌 카르보네이트(FEC), 폴리(에틸렌글리콜)디아크릴레이트에 의해 및 식(1)으로 나타낸 것 외의 황함유 유기 용매를 들 수 있다. 이러한 유기 용매는 단독으로 사용되거나 2개 이상의 이러한 용매를 조합해서 사용될 수 있다.In addition to additive systems and salt systems, the electrolyte formulation may include an organic solvent system. Examples of the organic solvent include cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate and butylene carbonate; Chain carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate; Cyclic esters, for example, gamma -valerolactone; Chain esters such as methyl acetate and methyl propionate; Cyclic ethers such as tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran and tetrahydrofuran; Chain ethers such as dimethoxyethane and dimethoxymethane; Cyclic phosphate esters such as ethylene methyl phosphate and ethyl ethylene phosphate; Chain phosphate esters such as trimethyl phosphate and triethyl phosphate; Its halide; Containing organic solvents other than those represented by the formula (1) by vinyl ethylene carbonate (VEC) and fluoroethylene carbonate (FEC), poly (ethylene glycol) diacrylate. These organic solvents may be used alone or in combination of two or more such solvents.

일례에서, 전해질 제제는 LiPF6 및 LiTFSI를 함유하는 공염, 에틸렌 카르보네이트(EC), 에틸 메틸 카르보네이트(EMC), 디에틸 카르보네이트(DEC), 및 프로필렌 카르보네이트(PC)를 포함하는 용매 시스템, 설포닐기-함유 첨가제로서 존재하는 에틸렌 설파이트(ES), 추가의 첨가제로서 비닐렌 카르보네이트(VC) 및 플루오로에틸렌 카르보네이트(FEC) 및 가스 발생 방지제로서 1,3-프로판 설톤 (PS)을 포함할 수 있다.In one example, the electrolyte formulation is a mixture of at least one compound selected from the group consisting of a pyrophosphate containing LiPF 6 and LiTFSI, ethylene carbonate (EC), ethyl methyl carbonate (EMC), diethyl carbonate (DEC), and propylene carbonate (ES) as a sulfonyl group-containing additive, vinylene carbonate (VC) and fluoroethylene carbonate (FEC) as further additives, and 1,3, - propane sultone (PS).

2차 전지는 양극을 함유한다. 일부 예에서, 포지티브 전기화학적 활성 물질은 리튬 금속 산화물일 수 있다. 예를 들면, 포지티브 전기화학적 활성 물질로서 리튬 코발트 산화물인 LiCoO2가 사용될 수 있다. 일부 다른 예에서, 포지티브 전기화학적 활성 물질은 다음의 군으로부터 선택된 리튬 전이금속 옥소음이온 물질일 수 있다.The secondary battery contains a positive electrode. In some instances, the positive electrochemically active material may be a lithium metal oxide. For example, LiCoO 2, which is lithium cobalt oxide, may be used as the positive electrochemically active material. In some other examples, the positive electrochemically active material may be a lithium transition metal oxo anion material selected from the following group.

(a) 식 Lix(M'1-aM''a)y(XO4)z, Lix(M'1-aM''a)y(OXO4)z 또는 Lix(M'1-aM''a)y(X2O7)z, 적어도 약 10-8 S/cm의 27℃에서 전도성을 갖는 것으로, M' 은 제1열 전이금속이고, X는 인, 황, 비소, 붕소, 알루미늄, 실리콘, 바나듐, 몰리브덴 및 텅스텐 중 적어도 하나이고, M'' 는 IIA, IIIA, IVA, VA, VIA, VIIA, VIIIA, IB, IIB, IIIB, IVB, VB, 및 VIB 족 금속 중 하나 이상이고, 0.0001 < a ≤ 0.1 및 x, y, 및 z는 0보다 크고, x+y(1-a)×(M'의 포멀 원자가(formal valence) 또는 원자가)+ya×(M''의 포멀 원자가 또는 원자가)는 z×(XO4, X2O7, 또는 OXO4 기의 포멀 원자가)이도록 하는 값을 갖는다.(a) formula Li x (M '1-a M''a) y (XO 4) z, Li x (M' 1-a M '' a) y (OXO 4) z , or Li x (M '1 -a M '' a) y ( X 2 O 7) z, to have a conductivity at least 27 ℃ of about 10 -8 S / cm, M 'is a first row transition metal, X is phosphorus, sulfur, arsenic Wherein M &quot; is at least one of boron, aluminum, silicon, vanadium, molybdenum and tungsten and M &quot; is at least one of Group IIA, IIIA, IVA, VA, VIA, VIIA, VIIIA, IB, IIB, IIIB, IVB, VB, Y, and z are greater than 0 and x + y (1-a) x (formal valence or valence of M ') + ya x (M' Is a value such that z x (XO 4 , X 2 O 7 , or the formal valency of the OXO 4 group).

(b) 식 (Li1-aM''a)xM'y(XO4)z, (Li1-aM''a)xM'y(OXO4)z, 또는 (Li1-aM''a)xM'y(X2O7)z, 적어도 약 10-8 S/cm의 27℃의 전도성을 갖고, M'은 제1열 전이금속이고, X는 인, 황, 비소, 붕소, 알루미늄, 실리콘, 바나듐, 몰리브덴 및 텅스텐 중 적어도 하나이고, M'' 는 IIA, IIIA, IVA, VA, VIA, VIIA, VIIIA, IB, IIB, IIIB, IVB, VB, 및 VIB 족 금속 중 하나 이상이고, 0.0001 < a ≤ 0.1 및 x, y, 및 z는 0보다 크고, x+y(1-a)×(M'의 포멀 원자가 또는 원자가)+ya×(M''의 포멀 원자가 또는 원자가)는 z×(XO4, X2O7, 또는 OXO4 기의 포멀 원자가)이도록 하는 값을 갖는다.(b) formula (Li 1-a M '' a) x M 'y (XO 4) z, (Li 1-a M''a) x M' y (OXO 4) z, or (Li 1-a M '' a ) x M ' y (X 2 O 7 ) z , at least about 10 -8 S / cm, wherein M' is the first thermal transition metal and X is phosphorus, Wherein M &quot; is at least one of boron, aluminum, silicon, vanadium, molybdenum and tungsten and M &quot; is at least one of Group IIA, IIIA, IVA, VA, VIA, VIIA, VIIIA, IB, IIB, IIIB, IVB, VB, X, y, and z are greater than 0 and x + y (1-a) x (the valence or valence of the formal moiety of M ') + ya x (M " Valence) has a value such that z x (formal valency of XO 4 , X 2 O 7 , or OXO 4 group).

(c) 식 (Lib-a)M''a)xM'y(XO4)z, (Lib-a)M''a)xM'y(OXO4)z, 또는 (Lib-a)M''a)xM'y(X2O7)z, 적어도 약 10-8 S/cm의 27 ℃에서의 전도성을 갖고 M'은 제1열 전이금속이고, X는 인, 황, 비소, 붕소, 알루미늄, 실리콘, 바나듐, 몰리브덴 및 텅스텐 중 적어도 하나이고, M'' 는 IIA, IIIA, IVA, VA, VIA, VIIA, VIIIA, IB, IIB, IIIB, IVB, VB, 및 VIB 족 금속 중 하나 이상이고, 0.0001 < a ≤ 0.1, a≤b≤1 및 x, y, 및 z는 0보다 크고, (b-a)x+y(1-a)×(M'의 포멀 원자가 또는 원자가)+ya×(M''의 포멀 원자가 또는 원자가)는 z×(XO4, X2O7, 또는 OXO4 기의 포멀 원자가)이도록 하는 값을 갖는다.(c) expression (Li ba) M '' a ) x M 'y (XO 4) z, (Li ba) M''a) x M' y (OXO 4) z, or (Li ba) M '' a) x M 'has a conductivity in the y (X 2 O 7) z , of at least about 10 -8 27 ℃ the S / cm M' is a first thermal transition metal, X is phosphorus, sulfur, arsenic, boron, Wherein M &quot; is at least one of aluminum, silicon, vanadium, molybdenum and tungsten and M &quot; is at least one of IIA, IIIA, IVA, VA, VIA, VIIA, VIIIA, IB, IIB, IIIB, IVB, VB, X, y, and z are greater than 0, and (b) x + y (1-a) x (M is a formal valence or valence) + ya x (M Quot; 'has a value such that z x (the formal valency of XO 4 , X 2 O 7 , or OXO 4 group).

다른 예에서, 캐소드 활성 물질은 식 (Li1 - xZx)MPO4 (M 은 바나듐, 크롬, 망간, 철, 코발트 및 니켈의 하나 이상이고, Z는 티타늄, 지르코늄, 니오브, 알루미늄, 탄탈, 텅스텐 또는 마그네슘 중 하나 이상이고, x는 0 내지 0.05) 또는 Li1 -xMPO4 (M은 바나듐, 크롬, 망간, 철, 코발트 및 니켈의 군으로부터 선택되고, 0 ≤ x ≤ 1 이다)를 갖는 리튬 전이 금속 인산화합물이다.In another example, the cathode active material is formula (Li 1 - x Z x) MPO 4 (M is at least one of vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt and nickel, Z is titanium, zirconium, niobium, aluminum, tantalum, Tungsten or magnesium and x is 0 to 0.05) or Li 1 -x MPO 4 (M is selected from the group of vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt and nickel and 0 ≦ x ≦ 1) Lithium transition metal phosphate compound.

또 다른 예에서, 포지티브 전기화학적 활성 물질은 리튬 금속 포스페이트, 예를 들면, 리튬 철 포스페이트이다. 포지티브 전기화학적 활성 물질은 비표면적이 5 ㎡/g, 10 ㎡/g, 또는 15 ㎡/g 초과, 20 ㎡/g 초과, 또는 30 ㎡/g을 초과하는 분말 또는 입자상으로 존재할 수 있다.In another example, the positive electrochemically active material is a lithium metal phosphate, such as lithium iron phosphate. The positive electrochemically active material may be present in powder or particulate form having a specific surface area of 5 m 2 / g, 10 m 2 / g, or greater than 15 m 2 / g, greater than 20 m 2 / g, or greater than 30 m 2 / g.

예를 들면, 캐소드는 리튬 금속 포스페이트를 포함할 수 있다. 일례에서, 리튬 금속 포스페이트는 리튬 철 포스페이트 LiFePO4일 수 있다. 또한, LiFePO4는 올리빈 구조(olivine structure)를 갖고, 매우 작고, 높은 비표면적 입자의 형태로 제조되고, 이는 상승온도에서도 산화성 유기 용매, 예를 들면, 전해질의 존재하에서 이들의 탈리튬(delithiated) 형태로 매우 안정하고, 매우 높은 충방전 속도 능력을 갖는 안전한 Li 이온 전지가 얻어지며, 수백 또는 수천 고속 사이클 중에 리튬 삽입 및 탈리 캐패시티의 우수한 보유를 나타낸다.For example, the cathode may comprise a lithium metal phosphate. In one example, the lithium metal phosphate may be lithium iron phosphate LiFePO 4 . In addition, LiFePO 4 has an olivine structure and is produced in the form of very small, high specific surface area particles, which, even at elevated temperatures, can be produced in the presence of an oxidizing organic solvent, for example, an electrolyte, ) Stable Li-ion cell having a very high charge-discharge rate capability is obtained and shows excellent retention of lithium insertion and tear capacity during hundreds or thousands of high-speed cycles.

2차 전지는 리튬의 삽입 및 해리시킬 수 있는 음극을 함유한다. 예를 들면, 애노드는 그래파이트 또는 실리콘/그래파이트 전기화학적 활성 물질을 포함할 수 있다. 일례에서, 그래파이트 탄소질 물질이 사용되는 경우, 어닐링하고 정제된 천연 그래파이트에 의해 가공된 다양한 기원의 소프트(그래파이트화 할 수 있는)피치로부터 제조된 인공 그래파이트; 또는 예를 들면, 피치로 다양한 표면 가공을 수행한 그래파이트가 사용될 수 있다.The secondary battery contains a negative electrode capable of inserting and dissociating lithium. For example, the anode may comprise graphite or a silicon / graphitic electrochemically active material. In one example, artificial graphite produced from soft (graphitizable) pitches of various origins processed by annealing and refined natural graphite when graphite carbonaceous material is used; Alternatively, graphite having various surface treatments at a pitch can be used, for example.

상기 활성 물질을 사용해서 양극 또는 음극을 제작하는 방법은 제한되지 않는다. 일례에서, 전기활성 물질은 바인더, 전도성 물질, 용매 등을 혼합해서 슬러리를 제조하고, 슬러리를 집전체의 기판 상에 코팅하고, 이어서 건조하여 전극을 제조한다. 또한, 이러한 전극 물질은 롤 성형 또는 압축 몰딩을 수행하여 시트 또는 펠렛으로 제조할 수 있다. The method of manufacturing the positive electrode or the negative electrode by using the above active material is not limited. In one example, the electroactive material is prepared by mixing a binder, a conductive material, a solvent, etc. to form a slurry, coating the slurry on a substrate of the current collector, and then drying to produce an electrode. In addition, such electrode materials can be made into sheets or pellets by performing roll forming or compression molding.

전극의 제작에 사용되는 바인더 종류는, 전극의 제작에서 사용되는 용매 및 전해질 용액에서 안정한 것이면, 특별히 제한되지 않는다. 바인더로는, 수지 폴리머, 예를 들면, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 방향족 폴리아미드 및 셀룰로오스; 고무상 폴리머, 예를 들면, 스티렌 부타디엔 고무, 이소프렌 고무, 부타디엔 고무 및 에틸렌 프로필렌 고무; 열가소성 엘라스토머 폴리머, 예를 들면, 스티렌 부타디엔 스티렌 블록 코폴리머 및 그 수소화 생성물, 스티렌-에틸렌-스티렌 블록 코폴리머 및 그 수소화물; 유연한 수지 폴리머, 예를 들면, 신디오탁틱 1,2-폴리부타디엔, 에틸렌-비닐 아세테이트 코폴리머, 및 프로필렌 - α-올레핀(탄소수 2 내지 12) 코폴리머; 및 플루오로탄소 폴리머, 예를 들면, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리테트라플루오로에틸렌 및 폴리테트라플루오로에틸렌-에틸렌 코폴리머를 들 수 있다.The type of the binder used in the production of the electrode is not particularly limited as long as it is stable in the solvent used in the production of the electrode and in the electrolyte solution. As the binder, resin polymers such as polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, aromatic polyamide and cellulose; Rubber-like polymers such as styrene butadiene rubber, isoprene rubber, butadiene rubber and ethylene propylene rubber; Thermoplastic elastomeric polymers such as styrene butadiene styrene block copolymers and hydrogenated products thereof, styrene-ethylene-styrene block copolymers and their hydrides; Flexible resin polymers such as syndiotactic 1,2-polybutadiene, ethylene-vinyl acetate copolymers, and propylene- alpha -olefin (2 to 12 carbon atoms) copolymers; And fluorocarbon polymers such as polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, and polytetrafluoroethylene-ethylene copolymers.

바인더로서, 알칼리 금속 이온(구체적으로 리튬 이온) 전도성을 갖는 폴리머 제제를 사용할 수 있다. 이러한 이온 전도성 폴리머 제제는 리튬염 또는 알칼리 금속염과 배합되는 폴리머 화합물로 제조되는 복합 시스템에서 사용될 수 있다.As the binder, a polymer preparation having an alkali metal ion (specifically, lithium ion) conductivity can be used. Such an ion conductive polymer preparation can be used in a complex system made of a polymer compound compounded with a lithium salt or an alkali metal salt.

음극 물질 및 바인더는 다양한 방법으로 혼합될 수 있다. 예를 들면, 2개의 입자는 혼합되거나 음극 물질의 입자는 섬유상 바인더와 인탱글링되어(entangled) 혼합물을 형성하거나, 또는 바인더의 층은 음극 입자의 표면 상에 증착될 수 있다. 일례에서, 바인더 대 음극 물질의 혼합비는 음극 물질의 0.1 내지 30 중량%일 수 있다. 또 다른 예에서, 바인더 대 음극 물질의 혼합비는 음극 물질의 0.5 내지 10 중량%일 수 있다. 바인더를 30중량%를 초과해서 첨가하면 전극의 내부 저항을 증가시키고, 0.1 중량% 미만이면 집전체와 음극 물질 사이의 접착 강도가 약할 수 있다.The negative electrode material and the binder may be mixed in various ways. For example, the two particles may be mixed or the particles of the negative electrode material may entangled with the fibrous binder to form a mixture, or a layer of the binder may be deposited on the surface of the negative electrode particle. In one example, the mixing ratio of the binder to the cathode material may be from 0.1 to 30% by weight of the cathode material. In another example, the mixing ratio of the binder to the negative electrode material may be 0.5 to 10 wt% of the negative electrode material. If the binder is added in an amount exceeding 30 wt%, the internal resistance of the electrode is increased. If the binder is less than 0.1 wt%, the adhesion strength between the collector and the negative electrode material may be weak.

음극 물질과 바인더의 혼합시, 전극 물질이 함께 혼합될 수 있다. 사용된 전도성 물질은 종류로 제한되지 않기 때문에, 전도성 물질은 금속 또는 비금속일 수 있다. 예를 들면, 금속성 전도성 물질은 금속 원소, 예를 들면, Cu 또는 Ni로 구성될 수 있다. 또 다른 예에서, 비금속성 전도성 물질은, 예를 들면, 그래파이트, 탄소 블랙, 아세틸렌 블랙 및 케첸 블랙일 수 있다. 전도성 물질의 평균 입자 직경은 1㎛ 이하일 수 있다.Upon mixing of the negative electrode material and the binder, the electrode material may be mixed together. As the conductive material used is not limited to a type, the conductive material can be a metal or a non-metal. For example, the metallic conductive material may be composed of a metallic element, for example, Cu or Ni. In another example, the non-metallic conductive material may be, for example, graphite, carbon black, acetylene black, and Ketjenblack. The average particle diameter of the conductive material may be 1 탆 or less.

일례에서, 전도성 물질의 혼합비는 음극 물질의 0.1 내지 30 중량%일 수 있다. 또 다른 예에서, 전도성 물질의 혼합비는 음극 물질의 0.5 내지 15 중량%일 수 있다. 전도성 첨가제의 혼합비가 0.1 중량%를 초과하면, 전극 내에서 전도성 물질 사이에 충분하게 형성된 전도성 경로를 제공할 수 있다. In one example, the mixing ratio of the conductive material may be 0.1 to 30 wt% of the cathode material. In another example, the mixing ratio of the conductive material may be 0.5 to 15 wt% of the cathode material. If the mixing ratio of the conductive additive exceeds 0.1 wt%, it is possible to provide a sufficiently formed conductive path between the conductive materials in the electrode.

적어도 음극 물질 및 바인더를 함유하는 혼합물이 집전체 호일에 적용될 수 있다. 당업자에게 공지된 수단에 의해 집전체에 혼합물을 적용할 수 있다. 예를 들면, 혼합물이 슬러리인 경우, 슬러리는 롤러 코팅에 의해 집전체에 적용될 수 있다. 또 다른 예에서, 혼합물에 용매가 함유된 경우, 용매를 건조해서 용매를 제거하고, 전극을 제조할 수 있다.A mixture containing at least a negative electrode material and a binder may be applied to the current collector foil. The mixture can be applied to the current collector by means known to those skilled in the art. For example, if the mixture is a slurry, the slurry may be applied to the current collector by roller coating. In another example, when a solvent is contained in the mixture, the solvent may be removed by drying the solvent to prepare an electrode.

포지티브 전기활성 물질을 함유하는 양극은, 농축 또는 캘린더링 단계 후 질소 흡착 Brunauer-Emmet-Teller (BET)을 사용해서 측정된 전극의 비표적이 5 ㎡/g보다 크다. 양극은 집전체의 일측에 두께가 125 ㎛ 미만, 예를 들면, 50 내지 125㎛, 또는 80 내지 100㎛이고, 기공 체적분율은 약 40 내지 70 vol% 이다. 활성 물질은 일반적으로 약 10 내지 20 mg/㎠ 및 일반적으로 약 11 내지 15 mg/㎠이다.The anode containing the positive electroactive material has a specific surface area of greater than 5 m &lt; 2 &gt; / g measured using a nitrogen adsorption Brunauer-Emmet-Teller (BET) after concentration or calendering step. The anode has a thickness of less than 125 μm, for example, 50 to 125 μm, or 80 to 100 μm on one side of the current collector, and a pore volume fraction of about 40 to 70 vol%. The active material is generally about 10 to 20 mg / cm 2 and generally about 11 to 15 mg / cm 2.

음극 활성 물질은 분말 또는 입자로 구성되고, 질소 흡착 BET법을 사용해서 측정한 비표면적이 약 2 ㎡/g 초과, 또는 4 ㎡/g 초과 또는 약 6 ㎡/g 을 초과한다. 음극은 두께가 집전체의 양측에 두께가 75 ㎛ 미만, 예를 들면, 약 20 ㎛ 내지 65 ㎛, 또는 약 40㎛ 내지 55 ㎛이고, 기공 체적 분율이 20 내지 40 체적%이다. 활성 물질은, 일반적으로 약 5 내지 20 mg/㎠, 또는 약 4 내지 5 mg/㎠으로 로딩될 수 있다.The negative electrode active material is composed of powder or particles and has a specific surface area of more than about 2 m 2 / g, or more than 4 m 2 / g, or more than about 6 m 2 / g, as measured by nitrogen adsorption BET method. The negative electrode has a thickness of less than 75 占 퐉, for example, about 20 占 퐉 to 65 占 퐉, or about 40 占 퐉 to 55 占 퐉 and a pore volume fraction of 20 to 40% by volume on both sides of the current collector. The active material may be loaded generally at about 5 to 20 mg / cm 2, or about 4 to 5 mg / cm 2.

양극의 제조방법은 특별히 제한되지 않고, 상기 기재된 음극과 유사한 방법이 사용될 수 있는 것을 주목할 수 있다.The manufacturing method of the anode is not particularly limited, and it can be noted that a method similar to the cathode described above can be used.

본 개시내용의 셀에 대해 사용되는 분리막의 모폴로지 또는 소스 물질은 특별히 제한되지 않는 것을 주목할 수 있다. 분리막은 이러한 물리적 접촉을 피하기 위해 음극 및 양극을 분리하는 역할을 한다. 일례에서, 분리막은 높은 이온 투과성 및 낮은 전기저항을 가질 수 있다. 분리막에 대한 물질은 바람직하게 전해질 용액에 대한 안정성이 우수하고 액체 유지성이 우수한 것으로부터 선택될 수 있다. 예를 들면, 폴리올레핀, 예를 들면, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌으로 제조된 부직포 또는 다공성 필름이 분리막으로 사용되고, 그 안에 전해질 용액이 주입된다.It is noted that the morphology or source material of the separation membrane used for the cell of the present disclosure is not particularly limited. The separator serves to separate the cathode and the anode in order to avoid such physical contact. In one example, the membrane may have high ion permeability and low electrical resistance. The material for the separator is preferably selected from those having excellent stability to the electrolyte solution and excellent liquid retentivity. For example, a nonwoven fabric or a porous film made of a polyolefin, for example, polyethylene and polypropylene is used as a separator, and an electrolyte solution is injected into the separator.

이러한 비수성 전해질 용액, 음극, 양극, 외부 용기 및 분리막을 사용해서 비수성 전해질 용액 셀을 제조하는 방법은, 특정한 제한 없이 일반적으로 사용되는 것으로부터 선택될 수 있다. 본 개시내용의 비수성 전해질 셀은 가스킷, 실링 플레이트, 및 이러한 비수성 전해질 용액, 음극, 양극, 외부 캔 또는 파우치 물질 및 분리막을 포함할 수 있다. 일례에서, 본 개시내용의 비수성 전해질 용액 셀은, 넓은 온도 범위에 걸쳐서 전해질의 가스 발생이 적기 때문에 파우치로 제작될 수 있다.The method of producing a nonaqueous electrolyte solution cell using such a nonaqueous electrolyte solution, a negative electrode, a positive electrode, an outer container, and a separation membrane may be selected from those generally used without particular limitations. The non-aqueous electrolyte cell of the present disclosure may include a gasket, a sealing plate, and such a non-aqueous electrolyte solution, a cathode, an anode, an outer can or pouch material, and a separator. In one example, the nonaqueous electrolyte solution cell of the present disclosure can be fabricated into a pouch because of less gas evolution of the electrolyte over a wide temperature range.

본원에 기재된 전지는 전지가 작동되는 것으로 예상될 수 있는 넓은 온도 범위에서 바람직한 특성을 갖는 것을 증명한다. 예를 들면, 전지는 -30℃ 내지 +60℃에서 작동할 수 있다. 또한, 개시된 전해질 제제를 갖는 전지는 가스 발생을 줄이고 임피던스를 감소시킨다. 전지의 낮은 임피던스는, 저온에서 성능을 증가시키고 전지 수명을 증가시키기 때문에 중요한 것이다. 바람직한 및 예상치 못한 특성은 유기 용매, 설포닐기 함유 제1첨가제, 비닐렌 카르보네이트, 가스 발생 방지제, 비닐렌 카르보네이트 로딩을 줄이기 위한 제2첨가제, 및 리튬염이 공염과 함께 배합되는 염 시스템을 포함하는 전해질 제제를 통해 달성되고, 공염은 루이스 산 분해 생성물을 생성하는 경향이 적다. 비닐렌 카르보네이트의 양은, 설포닐기-함유 첨가제와 비닐렌 카르보네이트 사이의 비율을 최적화하여, 또한 개선된 셀 사이클링 효율을 위해서 우수한 SEI층을 유지하면서 비닐렌 카르보네이트의 로딩을 줄일 수 있도록 조절한다.The cells described herein demonstrate that they have desirable properties over a wide temperature range that may be expected to operate the cell. For example, the cell may operate at -30 캜 to + 60 캜. In addition, a cell with the disclosed electrolyte formulation reduces gas generation and reduces impedance. The low impedance of the cell is important because it increases performance at low temperatures and increases battery life. Preferred and unexpected properties include organic solvents, sulfonic group-containing first additives, vinylene carbonate, antistatic agents, a second additive to reduce vinylene carbonate loading, and a salt system in which the lithium salt is combined with a coprecipitate Lt; RTI ID = 0.0 &gt; Lewis &lt; / RTI &gt; acid decomposition products. The amount of vinylene carbonate can be optimized by optimizing the ratio between the sulfonyl group-containing additive and the vinylene carbonate and also by reducing the loading of the vinylene carbonate while maintaining a good SEI layer for improved cell cycling efficiency .

일반적으로, 두꺼워진 전극층 (및 증가한 활성 물질 로딩)은, 전지에 대한 총 캐패시티가 증가한다. 그러나, 층이 두꺼워지면, 전극의 임피던스도 증가한다. 종래와 달리, 하나 이상의 실시형태에 따라서 높은 캐패시티 및 두꺼운 층이 낮은 임피던스(높은 속도) 셀에서 사용될 수 있다. 높은 비표면적의 활성 물질을 사용하면, 적절한 기공 체적을 유지하면서 임피던스를 바람직하지 않은 높은 수준으로 증가하지 않고, 소망의 캐패시티를 제공한다.Generally, the thickened electrode layer (and increased active material loading) increases the total capacitance to the cell. However, when the layer becomes thick, the impedance of the electrode also increases. Unlike the prior art, high capacities and thick layers may be used in low impedance (high speed) cells according to one or more embodiments. The use of a high specific surface area active material provides the desired capacity without increasing the impedance to an undesirably high level while maintaining a suitable pore volume.

전지 용기의 점에서, 전해질 제제의 가스 발생이 감소하면 파우치 및 그 외의 구조로 사용할 수 있다. In terms of the battery container, if the generation of gas of the electrolyte preparation is reduced, it can be used as a pouch and other structures.

전해질 내 유기 용매의 선택은 임피던스 감소에 있어서 중요하다. 일부 실시형태에서, 전해질은 γ-부티로락톤을 함유하지 않은 것이 바람직한데, 이는 전지 충전시 γ-부티로락톤이 음극에서 환원 산화를 수행할 수 있기 때문이다(Petibon et al, Journal of the Electrochemical Society, 160(1) A117-A124(2013) 참조). 얻어진 분해 생성물은 분리막의 클로깅을 일으킬 수 있다. 그 다음 클로깅에 의해 음극의 표면 저항을 증가시켜서 애노드에서 임피던스를 증가시키기 때문에, 사이클링시 캐패시티가 상당히 손실된다.The choice of organic solvent in the electrolyte is important for impedance reduction. In some embodiments, it is preferred that the electrolyte does not contain gamma -butyrolactone, because gamma -butyrolactone can perform reduced oxidation at the cathode upon battery charging (Petibon et al, Journal of the Electrochemical Society , 160 (1) A117-A124 (2013)). The obtained decomposition product may cause clogging of the separation membrane. Then, by increasing the surface resistance of the cathode by clogging and increasing the impedance at the anode, the capacity is considerably lost during cycling.

또한, 비수성 유기 전해질에서 비닐렌 카르보네이트(VC) 이외에 식(1)으로 나타낸 첨가제를 사용하면, 안정하고 낮은 임피던스의 리튬 이온 전지를 형성한다. 임의의 이론에 의해서 한정되는 것은 아니지만, 이러한 첨가제는, 애노드와 반응하여 SEI를 형성함으로써 임피던스를 감소시키는 것을 알 수 있고, SEI는 첨가제 없이 전해질과의 이온성 전도성보다 높은 이온성 전도성을 갖는다. 또한, VC는 초기 충전 중에 탄소계 애노드의 고정시에 효율적이다. VC는, SEI를 덜 용해시킴으로써 첨가제가 분해하는 것을 방지한다.Further, when the additive represented by the formula (1) is used in addition to vinylene carbonate (VC) in the non-aqueous organic electrolyte, a stable and low-impedance lithium ion battery is formed. Without being bound by any theory, it can be seen that such an additive reacts with the anode to form an SEI to reduce the impedance, and the SEI has a higher ionic conductivity than the ionic conductivity with the electrolyte without the additive. In addition, VC is effective in fixing the carbon-based anode during initial charging. The VC prevents dissolution of the additive by dissolving the SEI less.

SEI는 유기 전해질에서 그래파이트계 애노드의 열역학적 불안정성으로부터 발생한다. 먼저 전지가 충전되고(이는 형성으로 칭해짐), 이어서 그래파이트가 전해질과 반응한다. 이는 다공성 고정층을 형성하고(이는 추가의 공격으로부터 음극을 보호하는 고체 전해질 계면(SEI)로 칭함), 충전 속도를 조절하고 전류를 제한한다. 이러한 반응은 또한 거의 리튬을 소비하지 않는다. 고온에서, 또는 전지가 제로 충전까지 진행하면("디프 사이클링(deep cycling)"), SEI는 부분적으로 전해질에 용해될 수 있다. 고온에서는, 전해질이 분해하여 부반응을 촉진하고, 잠재적으로 열 폭주(thermal runaway)로 이어진다. 온도가 감소하면, 또 다른 보호층이 형성되지만, 많은 리튬을 소비하여, 캐피시티 손실이 커질 수 있다. 따라서, 고온에서 SEI의 안정성은, 본원에 기재된 전지의 하나의 이점으로 전지의 수명을 증가시키는 데에 중요하다. 또한, 본원에 기재된 전지는 넓은 온도 범위에 걸쳐서 가스 발생을 줄인다.The SEI arises from the thermodynamic instability of the graphitic anodes in the organic electrolyte. First, the cell is charged (which is referred to as formation), and then graphite reacts with the electrolyte. This forms a porous pinning layer (referred to as the solid electrolyte interface (SEI) which protects the cathode from further attack), regulates the charge rate and limits the current. This reaction also rarely consumes lithium. At high temperatures, or as the cell progresses to zero charge ("deep cycling"), the SEI can be partially dissolved in the electrolyte. At high temperatures, the electrolyte decomposes to promote side reactions, potentially leading to thermal runaway. When the temperature is reduced, another protective layer is formed, but a large amount of lithium is consumed, and the loss of the cap can be large. Thus, the stability of SEI at high temperature is important to increase the lifetime of the cell with one advantage of the cell described herein. In addition, the cells described herein reduce gas generation over a wide temperature range.

그러나, SEI층이 너무 두껍게 되면, 실제 리튬 이온에 대한 배리어가 되어, 임피던스를 증가시킨다. SEI층의 두께는 파워 성능에 영향을 미치고, 전기 차량에서 중요하다.However, when the SEI layer becomes too thick, it becomes a barrier to the actual lithium ion and increases the impedance. The thickness of the SEI layer affects power performance and is important in electric vehicles.

전지 임피던스를 정의하는 방법은, 영역 특이적 임피던스를 측정하는 것이다. 임피던스 값은 전체 셀 또는 특이적 접합, 예를 들면, 애노드 또는 캐소드에 대해 결정될 수 있다. 영역 특이적 임피던스(ASI)는, 표면적에 대해 정규화된 장치의 임피던스이고, LCZ 미터 또는 주파수 반응 분석장치를 사용해서 1kHz(Ω)에서 측정된 임피던스를 반대 전극의 표면적(㎠)과 곱한 값으로서 정의된다. 이러한 측정은, 셀에 대한 작은(예를 들면, 5mV) 사인파 전압을 인가하고 얻어진 전류 응답을 측정함으로써 수행된다. 얻어진 응답은 동상 성분 및 이상 성분에 의해서 기재될 수 있다. 1 kHz의 임피던스의 동상 성분(실제 또는 저항) 성분은, 반대 전극의 표면적(㎠)과 곱해서 영역 특이적 임피던스를 제공한다. 영역 특이적 임피던스를 사용해서 애노드 또는 캐소드에서 임피던스를 결정할 수 있다.The method of defining the battery impedance is to measure the region-specific impedance. The impedance value may be determined for the entire cell or for a specific junction, for example, an anode or a cathode. The area specific impedance (ASI) is the impedance of the device normalized to the surface area and is defined as the value measured at 1 kHz (Ω) by the LCZ meter or the frequency response analyzer multiplied by the surface area (㎠) of the opposite electrode do. This measurement is performed by applying a small (e. G., 5mV) sinusoidal voltage to the cell and measuring the resulting current response. The obtained response can be described by the in-phase component and the abnormal component. The in-phase component (real or resistive) component of the impedance of 1 kHz multiplied by the surface area (cm 2) of the opposite electrode provides a region-specific impedance. The region-specific impedance can be used to determine the impedance at the anode or cathode.

일 형태에서, 2차 전지는 마이크로하이브리드 전지로서 작동하는 전지 시스템에서 사용된다. 예를 들면, 교통신호기에서 정지하는 경우, 마이크로하이브리드 전지(또는 출발-정지 특징을 갖는 차량)는, 차량의 내연기관에 의해 차량을 정지시킬 수 있고, 종래의 차량에 비해 10% 이하까지 연료가 절약된다. 운전자가 브레이크를 떼고 가스 페달을 누르면, 엔진은 다시 빠르게 작동하고 차량은 앞으로 나아간다. 초기 세대 마이크로하이브리드는 부드러운 엔진의 재가동에 초점을 맞추고 있지만, 차세대 시스템은 더욱 더 큰 연료 경제에 대한 방향으로서 브레이크 에너지를 복원할 전망이다. 기존의 납산 마이크로하이브리드 전지 기술은, 매우 빠르게 충전할 수 없고, 대부분 차량의 브레이크 에너지가 여전히 손실되기 때문에 일부 디자인 제약이 있다. 리튬 이온 화학을 갖는 전지는, 충전 수용 속도가 매우 빠르기 때문에, 연료 경제의 개선 속도가 빨라짐에 따라 차세대 마이크로하이브리드 시스템을 지지하도록 위치되고 있다.In one form, the secondary battery is used in a battery system that operates as a microhybrid cell. For example, when stopping at a traffic signal, the microhybrid battery (or vehicle having a start-stop feature) can stop the vehicle by the internal combustion engine of the vehicle, It is saved. When the driver releases the brakes and presses the gas pedal, the engine starts up again quickly and the vehicle moves forward. While the early-generation micro-hybrid focuses on re-engineer- ing smooth engines, next-generation systems are expected to restore brake energy as a direction toward even greater fuel economy. Conventional lead acid microhybrid battery technology has some design constraints because it can not charge very quickly and most of the vehicle's brake energy is still lost. Batteries with lithium ion chemistry are positioned to support the next generation of microhybrid systems as the fuel economy is improving at a faster rate because of the very fast filling rate.

마이크로하이브리드 전지는 자동차 엔진의 스타터 전지로서 사용될 수 있다. 엔진 근방 및 후드 하부 위치에는 종종 대규모 열 관리 회로에 대한 공간이 없다. 따라서, 전지는 -30℃까지 냉각된 주위 온도에서 엔진에 열 투입 없이 가동할 필요가 있다. 또한, 전지는 외부 냉각 없이 자동차 엔진(60℃ 이하)의 작동 온도에서 연장된 시간 동안 작동할 필요가 있다. 종래의 리튬 이온 전지는, 저온에서 높은 임피던스를 갖고 엔진을 가동시키는 능력이 감소한다. 또한, 리튬 이온 전지에서 저온에서의 파워를 증가시키는 디자인에 의해, 종종 고온에서의 수명이 짧아진다. 납산 전지는 저온 시동 능력을 개선하더라도, 출발-정지 적용에 대해 리튬 이온 전지와 달리 짧은 수명을 갖는다.The microhybrid battery can be used as a starter battery of an automobile engine. Near the engine and under the hood, there is often no room for a large thermal management circuit. Therefore, the battery needs to operate without heat input to the engine at an ambient temperature cooled down to -30 占 폚. In addition, the battery needs to operate for extended periods of time at the operating temperature of the automotive engine (60 &lt; 0 &gt; C or less) without external cooling. Conventional lithium ion batteries have a high impedance at low temperatures and have a reduced ability to operate the engine. Further, the design of increasing the power at a low temperature in a lithium ion battery often shortens the lifetime at a high temperature. Although the lead acid battery improves the low temperature starting ability, it has a short lifetime unlike the lithium ion battery for the start-stop application.

본 개시내용의 비수성 전해질 용액 셀은, 마이크로하이브리드 전지 시스템에 사용되는 경우, 우수한 저온 특징 및 장수명 안정성, 및 우수한 사이클 특징을 갖는다. 이러한 기술은 특히 스타터 전지에서 마이크로하이브리드 리튬 이온 전지에서 성공적이었고, 이는 전지의 저온 파워를 증가시켜서 가장 나쁜 경우인 저온에서도 차량 엔진을 가동할 수 있다. 또한, 고온 환경에서 전지의 연장된 수명은, 스타터 전지의 일반적인 패키지가 차량 조작 중에 통상 실내온도보다 높은 온도의 엔진 구획에 위치하기 때문에 중요한 것이다. 또한, 본 기재내용의 셀의 비수성 전해질 용액은 온도 범위에 걸쳐서 적은 가스가 발생한다.The nonaqueous electrolyte solution cell of the present disclosure has excellent low temperature characteristics and long life stability, and excellent cycle characteristics when used in a microhybrid cell system. This technology has been particularly successful in microhybrid lithium-ion batteries in starter batteries, which can increase the low-temperature power of the battery and drive the vehicle engine even in the worst-case scenario. In addition, the extended service life of the battery in a high temperature environment is important because a typical package of the starter battery is located in an engine compartment of a temperature higher than the normal room temperature during vehicle operation. In addition, the nonaqueous electrolyte solution of the cell of the present invention generates a small amount of gas over a temperature range.

본 출원은 다음의 예를 참조해서 더 상세하게 설명될 것이다. 상기 기재된 물질, 사용량, 비율, 조작 등은 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않고 변경될 수 있다. 따라서, 본 발명의 범위는 하기 기재된 특정한 실시예로 제한되지 않는다. 개시된 전해질 제제는 전지의 임의의 형태, 예를 들면, 프리즘, 버튼 셀, 캔, 파우치 등으로 적용될 수 있다.The present application will be explained in more detail with reference to the following examples. The above-described materials, amounts used, ratios, manipulations, and the like can be changed without departing from the spirit of the present invention. Therefore, the scope of the present invention is not limited to the specific examples described below. The disclosed electrolyte preparation can be applied to any form of battery, for example, a prism, a button cell, a can, a pouch, and the like.

전해질 제제의 예는 하기 제공되어 있다. 전해질 제제는 넓은 온도 범위에 걸쳐서 적은 가스 발생을 제공한다. 넓은 온도에서 가스 발생이 감소된 전해질 제제는 본 출원에 기재된 전해질의 일례이다.Examples of electrolyte preparations are provided below. Electrolyte formulations provide less gas generation over a wide temperature range. An electrolyte preparation with reduced gas generation at a wide temperature is an example of the electrolyte described in this application.

실시예Example 1: 전해질 제제 1: Electrolyte preparation

본 개시내용에 따른 실시예의 전해질 제제는 1.0 M의 LiPF6, 0.15M의 LiTFSI, 40 체적%의 EC, 45 체적%의 EMC, 10 체적% DEC, 5 체적%의 PC, 1.5 중량%의 ES, 1 중량%의 VC 및 1.5 중량%의 PS을 포함한다.The electrolyte formulation of the example according to the present disclosure was prepared by mixing 1.0 M LiPF 6 , 0.15 M LiTFSI, 40 vol% EC, 45 vol% EMC, 10 vol% DEC, 5 vol% PC, 1.5 wt% ES, 1 wt.% VC and 1.5 wt.% PS.

전해질 제제는 하기 기재된 도 1 내지 10에 대조 전해질 제제와 비교한다. 전해질 제제는 대조 전해질 제제에 비해 저온 및 고온 실험 동안 개선된 특성을 나타낸다The electrolyte preparations are compared to the reference electrolyte preparations in Figures 1 to 10 described below. Electrolyte formulations exhibit improved properties during low and high temperature experiments compared to reference electrolyte formulations

제1 대조 전해질 제제는 1.15M LiPF6, 30 체적% EC, 55 체적% EMC, 10 체적% DEC, 5 체적% PC, 1 중량% ES, 및 2 중량% VC를 포함한다. 제1 대조 전해질 제제는 설포닐기 함유 제1첨가제, ES를 포함하지만, 본 출원의 가스 발생 첨가제 또는 염 용액을 제공하지 않는다. The first reference electrolyte formulation comprises 1.15 M LiPF 6 , 30 vol% EC, 55 vol% EMC, 10 vol% DEC, 5 vol% PC, 1 wt% ES, and 2 wt% VC. The first contrast electrolyte preparation contains the first sulfonyl group-containing additive, ES, but does not provide the gas generating additive or salt solution of the present application.

제2 대조 전해질 제제는 1.15M LiPF6, 35 체적% EC, 40 체적% EMC, 20 체적% DMC, 5 체적% PC, 2.5 중량% VC, 0.2 중량%의 트리-페닐 포스파이트 (TPPI), 및 2 중량% PS를 포함한다. 제2 대조 전해질 제제는 PS를 포함하지만 설포닐기 함유 제1첨가제 또는 염 시스템을 제공하지 않는다.The second comparative electrolyte formulation contained 1.15 M LiPF 6 , 35% by volume EC, 40% by volume EMC, 20% by volume DMC, 5% by volume PC, 2.5% by weight VC, 0.2% by weight of triphenylphosphite (TPPI) 2 wt% PS. The second contrast electrolyte formulation contains PS but does not provide a first sulfonyl group containing additive or salt system.

상기 예시의 전해질 및 대조군 전해질 제제는 하기의 도면 설명을 참조할 수 있다. 셀은 그래파이트 애노드를 갖는 리튬 철 포스페이트(LFP) 캐소드 또는 그래파이트 애노드를 갖는 니켈 코발트 금속(NCM) 캐소드를 사용해서 구축될 수 있다. 다른 캐소드/애노드 조합이 가능할 수 있다.The electrolytes of the above example and the control electrolyte preparations can be referred to the following description of the drawings. The cell may be constructed using a lithium iron phosphate (LFP) cathode having a graphite anode or a nickel cobalt metal (NCM) cathode having a graphite anode. Other cathode / anode combinations may be possible.

도 1을 참조하면, 초기의 캐패시티 손실은 리튬 철 포스페이트(LFP) 캐소드 및 그래파이트 애노드를 갖는 셀의 형성 및 정량화에 대해서 도시된다. LFP/그래파이트 셀은 실시예 1에 기재된 전해질 제제로 제조되고 또 다른 LFP/그래파이트 셀은 제1 대조 전해질 제제로 제조되었다. 형성(101) 및 정량화(102) 중에 새롭게 감소된 가스 발생 전해질에 대한 초기 캐패시티 손실은, 형성(103) 및 정량(104)에서 제1 대조 전해질 제제에 비해 개선된 초기 캐패시티 손실을 나타낸다.Referring to FIG. 1, initial capacity losses are shown for the formation and quantification of cells with a lithium iron phosphate (LFP) cathode and a graphite anode. The LFP / graphite cell was fabricated with the electrolyte formulation described in Example 1 and another LFP / graphite cell was fabricated with the first contrast electrolyte formulation. The initial capacity loss for the newly reduced gas generating electrolyte during formation 101 and quantification 102 shows improved initial capacity loss compared to the first control electrolyte formulation at formations 103 and quantities 104. [

도 2를 참조하면, 니켈 코발트 망간(NCM) 캐소드 및 그래파이트 애노드를 갖는 셀의 형성 및 정량화에 대한 초기 캐패시티 손실이 도시된다. NCM/그래파이트 셀은 실시예 1에 기재된 전해질 제제로 제조되고 또 다른 NCM/그래파이트 셀은 제2 대조 전해질 제제로 제조되었다. 새롭게 감소된 가스 발생 전해질(201)에 대한 초기 캐패시티 손실은, 제2 대조 전해질 제제(202)에 비해 개선된 초기 캐패시티 손실을 도시한다.Referring to FIG. 2, there is shown the initial capacity loss for the formation and quantification of a cell having a nickel cobalt manganese (NCM) cathode and a graphite anode. The NCM / graphite cell was fabricated with the electrolyte formulation described in Example 1 and another NCM / graphite cell was fabricated with the second control electrolyte formulation. The initial capacity loss for the newly reduced gas generating electrolyte 201 shows improved initial capacity loss as compared to the second control electrolyte preparation 202.

따라서, 초기 캐패시티 손실 데이터는, 도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 새로운 전해질 제제가 다양한 실험 조건 하에서 제1 및 제2 대조 전해질 제제에 비해 우수한 초기 캐패시티 손실을 제공하는 것을 나타낸다.Thus, the initial capacity loss data indicates that the new electrolyte formulation provides excellent initial capacity loss as compared to the first and second reference electrolyte formulations under various experimental conditions, as shown in FIGS. 1 and 2.

도 3을 참조하면, LFT/그래파이트 셀에서 새로운 전해질 제제와 제2 대조 전해질 제제 사이에서 교류 저항/직류 저항(ACR/DCR) 임피던스는 동등(parity)하다. 새로운 전해질 제제는, 제1 대조 전해질에 비해 DCR(스퀘어) 및 ACR(다이아몬드) 둘 다와 유사하거나 또는 낮은 임피던스 측정을 나타낸다.Referring to FIG. 3, the AC resistance / DC resistance (ACR / DCR) impedance between the new electrolyte preparation and the second reference electrolyte preparation in the LFT / graphite cell is parity. The new electrolyte formulation exhibits similar or lower impedance measurements than both DCR (square) and ACR (diamond) compared to the first control electrolyte.

도 4를 참조하면, 실시예 1에서 전해질을 갖는 셀의 ACR 임피던스가 도시된다. NCM 캐소드 및 그래파이트 애노드를 갖는 셀에 대해 제2 대조 전해질(402)과 비교하면, 새로운 전해질 제제(401)은 NCM/그래파이트 셀에서 개선된 ACR 임피던스를 나타낸다.Referring to FIG. 4, the ACR impedance of the cell having the electrolyte in Example 1 is shown. Compared to the second control electrolyte 402 for a cell having an NCM cathode and a graphite anode, the new electrolyte formulation 401 exhibits an improved ACR impedance in the NCM / graphite cell.

따라서, 도 3 및 4에 도시된 바와 같이 새로운 전해질 제제는 임피던스를 유지하고/감소한다.Thus, as shown in Figures 3 and 4, the new electrolyte formulation maintains / decreases the impedance.

도 5a 및 5b를 참조하면, 하이브리드 펄스 파워 능력(HPPC) 실험은 도 5a 에 도시된 1초 펄스 파워 및 도 5b에 도시된 10초 펄스파워에서 23℃에서 도시된다. 새로운 전해질 제제(501)는 제1 대조 전해질 제제(502)에 비해 HPPC 실험 중 DCR의 감소를 도시한다. 모든 전해질은 LFP/그래파이트 전지에 사용되었다.Referring to FIGS. 5A and 5B, the hybrid pulse power capability (HPPC) experiment is shown at 23 DEG C with the 1 second pulse power shown in FIG. 5A and the 10 second pulse power shown in FIG. 5B. The new electrolyte preparation 501 shows a reduction in DCR during the HPPC experiment compared to the first reference electrolyte preparation 502. All electrolytes were used in LFP / graphite cells.

도 6a 및 6b를 참조하면, 하이브리드 펄스파워 능력(HPPC) 실험은 도 6a 에 도시된 1초 펄스 파워 및 도 6b에 도시된 10초 펄스파워에서 -20℃에서 도시된다. 새로운 전해질 제제(601)는 제1 대조 전해질 제제(602)에 비해 HPPC 실험 중 DCR의 큰 감소를 도시한다. 따라서 새로운 전해질 제제는 저온에서 개선된 성능을 나타낸다. 모든 전해질은 LFP/그래파이트 셀에 사용되었다.Referring to FIGS. 6A and 6B, a hybrid pulse power capability (HPPC) experiment is shown at -20 DEG C at 1 second pulse power shown in FIG. 6A and 10 second pulse power shown in FIG. 6B. The new electrolyte formulation 601 shows a large reduction in DCR during HPPC experiments compared to the first reference electrolyte formulation 602. [ Thus, new electrolyte preparations exhibit improved performance at low temperatures. All electrolytes were used in LFP / graphite cells.

도 7을 참조하면, -30℃에서 저온 시동 중 70% 충전 상태(SOC)에서의 파워가 도시된다. 상부 화살표로 표시된 새로운 전해질 제제(701)(실선)는 하부 화살표로 표시된 제1 대조 전해질 제제(702)(점선)에 비해 증가된 파워를 나타낸다. 따라서, 새로운 전해질 제제는 저온에서 개선된 성능을 나타낸다.Referring to Figure 7, the power at 70% state of charge (SOC) during cold start at -30 [deg.] C is shown. The new electrolyte preparation 701 (solid line) indicated by the upper arrow represents increased power compared to the first reference electrolyte preparation 702 (dotted line) indicated by the lower arrow. Thus, new electrolyte formulations exhibit improved performance at low temperatures.

도 8을 참조하면, NCM/그래파이트 셀의 -30℃에서 저온 시동 중의 파워가 도시된다. 새로운 전해질 제제(801)는 제2 대조 전해질 제제(802)에 비해 저온 시동 파워가 약 20% 증가하는 것을 나타낸다. 따라서, 새로운 전해질 제제는 저온에서 개선된 성능을 나타낸다.Referring to Fig. 8, the power during NC-start of NCM / graphite cells at -30 [deg.] C is shown. The new electrolyte formulation 801 shows a cold start power increase of about 20% compared to the second control electrolyte formulation 802. Thus, new electrolyte formulations exhibit improved performance at low temperatures.

도 9를 참조하면, NCM 캐소드/그래파이트 애노드 셀의 사이클 수명이 도시된다. 새로운 전해질, 블랙 라인(901)은 제2 대조 전해질 회색 라인(902)에 비해 개선된 사이클 수명을 나타낸다. 따라서, 새로운 전해질 제제는 사이클 수명을 연장할 수 있다.Referring to Figure 9, the cycle life of an NCM cathode / graphite anode cell is shown. The new electrolyte, black line 901, exhibits improved cycle life compared to second contrast electrolyte gray line 902. Thus, new electrolytic formulations can extend cycle life.

도 10을 참조하면, 55℃에서 저장 후의 가스 부피는 LFP/그래파이트 셀에서 도시된다. 새로운 전해질 제제(1001,1002,1003)는 파우치 구조에 사용하기 위해, 예를 들면, 제2 대조 전해질 제제(1004,1005,1006)에 사용하기 위해 시간 타임0, 타임1, 및 타임2에 걸쳐서 그 외의 허용 가능한 전해질로 일렬로 가스 발생 수준을 제공한다. 따라서, 새로운 전해질 제제는 적은 가스 발생을 제공한다.Referring to Fig. 10, the gas volume after storage at 55 占 폚 is shown in the LFP / graphite cell. New electrolyte preparations 1001,1002,1003 can be used for pouch construction, for example, over time time 0, time 1, and time 2 for use with the second reference electrolyte preparation 1004,1005,1006 It provides a level of gas generation in series with other acceptable electrolytes. Thus, new electrolyte formulations provide less gas evolution.

개시된 전해질 제제는 적은 가스 발생, 넓은 온도 사이클링 시스템을 제공하는 첨가제 시스템 및 염 시스템을 포함한다. 일례에서, 개시된 제제는, 설포닐기, 가스 발생 방지제, 제2첨가제 및 염 시스템을 포함하는 비수성 전해질 용액을 포함한다. 가스 발생 방지제는, 공염을 포함하는 염 시스템은 LiPF6를 감소시키면서 설포닐기-함유 첨가제의 가스 발생을 줄일 수 있고, 공염은 루이스 산분해 생성물을 발생시키는 경향이 적을 것이다. 또한, 일부 예에서, 제2첨가제, 예를 들면, FEC는 임피던스를 감소시키고 SEI층을 강화시키기 위해서 사용될 수 있다.The disclosed electrolyte preparations include additive systems and salt systems that provide low gas generation, wide temperature cycling systems. In one example, the disclosed formulation comprises a non-aqueous electrolyte solution comprising a sulfonyl group, an antistag agent, a second additive and a salt system. The gas-generation inhibitor, a salt system containing a coprecipitate can reduce gas production of the sulfonyl group-containing additive while reducing LiPF 6 , and the coprecipitate will be less prone to generate Lewis acid decomposition products. Also, in some instances, a second additive, e. G., FEC, can be used to reduce the impedance and enhance the SEI layer.

간단하게 상술하면, 새로운 전해질 제제는 파우치 구조를 포함하는 상이한 형태의 다양한 전지 구조 내에서 사용될 수 있다. 예를 들면, 개시된 제제의 가스 발생 방지 특성은 구체적으로 파우치 내에서의 사용을 개선시킬 수 있다.As briefly described above, new electrolyte formulations can be used in a variety of different cell structures, including pouch structures. For example, the anti-gassing properties of the disclosed formulation can specifically improve its use in the pouch.

개시된 전해질 제제와 사용하기 위해 예시의 파우치 구조는 도 11을 참조해서 도시된다. 파우치는 양극 및 음극 시트를 포함하고 양극 및 음극 주위를 씰링한다. 예를 들면, 파우치 물질은 폴리에틸렌, 나일론 및 알루미늄 호일 중 적어도 하나를 포함하는 적층된 층을 포함할 수 있다. 일례에서, 내부 성분은 파우치 물질로 제조된 인클로저 내에서 기밀 씰링될 수 있다. 그 외의 적합한 물질을 사용해서 셀의 내부 성분을 씰링할 수 있다.An exemplary pouch structure for use with the disclosed electrolyte formulation is shown with reference to FIG. The pouch includes an anode and a cathode sheet and seals around the anode and the cathode. For example, the pouch material may comprise a laminated layer comprising at least one of polyethylene, nylon and aluminum foil. In one example, the internal components can be hermetically sealed within an enclosure made of a pouch material. Other suitable materials can be used to seal the internal components of the cell.

도 11의 다이아그램은 수집 탭(304a,304b), 익스텐션 탭(308a,308b), 용접 섹션(604a, 604b), 스트립(504a,504b)를 포함하는 완전한 프리즘 전지 셀(200)의 일례의 다양한 성분을 도시한다. 파우치 구조는, 셀 내에서 많은 가스가 발생하는 경우 파열에 민감할 수 있다. 파우치에서 개시된 전해질 제제를 사용하면, 감소된 가스 발생, 개선된/유지된 임피던스, 개선된 저온 시동 파워 및 넓은 온도범위에서 사용을 제공한다.The diagram of Figure 11 illustrates a wide variety of exemplary prismatic battery cells 200 including collection taps 304a and 304b, extension taps 308a and 308b, weld sections 604a and 604b, and strips 504a and 504b. Lt; / RTI &gt; The pouch structure may be susceptible to rupture if a large amount of gas is generated in the cell. The use of the electrolyte formulation disclosed in the pouch provides for reduced gas generation, improved / sustained impedance, improved low temperature starting power and use over a wide temperature range.

상기 설명은 예들 들어 이해되고 어떠한 의미이어도 제한되는 것으로 여겨지지 않는다. 본 발명은 바람직한 실시형태를 참조해서 도시되고 기재되지만, 청구범위에 의해서 한정된 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 형태 및 세부사항의 다양한 변화가 가능한 것을 이해할 것이다.The above description is to be understood in all respects as illustrative and not in any way limiting. While the invention has been illustrated and described with reference to a preferred embodiment, it will be understood that various changes in form and detail may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

하기 청구범위 내에서 모든 수단 또는 단계 및 기능 요소의 상응하는 구조, 물질, 작용 및 등가물은 특이하게 청구된 그 외의 다른 청구된 요소와 함께 기능을 실행하기 위한 임의의 구조, 물질 또는 작용을 포함하도록 의도된다.The corresponding structures, materials, acts and equivalents of all means or steps and functional elements within the scope of the following claims are to be accorded the fullest permutation that follows, including any structure, material, or action for performing a function with any other claimed element It is intended.

최종적으로, 상기 기재된 물품, 시스템, 및 방법은 수많은 변경 및 확장이 고려되는 본 개시내용-비제한 예의 실시형태이다. 따라서, 본 개시내용은 본원에 개시된 물품, 시스템 및 방법의 모든 새로운 및 명백하지 않은 조합 및 하위 조합, 및 그 임의의 및 모든 등가물을 포함한다.Finally, the articles, systems, and methods described above are embodiments of this disclosure-non-limiting example in which a number of variations and extensions are contemplated. Accordingly, the present disclosure includes all new and unambiguous combinations and subcombinations of articles, systems and methods disclosed herein, and any and all equivalents thereof.

Claims (15)

리튬을 삽입하고 해리시킬 수 있는 음극;
리튬 전이 금속인 옥소음이온 전기 활성 물질을 포함하는 양극;
분리막; 및
비수성 전해질 용액을 포함하고, 상기 비수성 전해질 용액은,
0.85 내지 1.5 M로 존재하는 리튬염 및 0.05 M 내지 0.25M로 존재하는 공염을 포함하고, 상기 공염이 루이스산 분해성 생성물을 발생하지 않는 것인 염 시스템;
첨가제 시스템; - 상기 첨가제 시스템은,
가스 발생 방지제,
식(1)으로 나타낸 적어도 하나의 설포닐기-함유 제1첨가제:
R1-A-R2 (1)
(R1 및 R2는 독립적으로 아릴기 또는 할로겐 원자로 치환될 수 있는 알킬기를 나타내거나; 알킬기 또는 할로겐 원자로 치환될 수 있는 아릴기를 나타내거나; 또는 함께 사용되어 -A-와 함께 불포화 결합을 함유할 수 있는 환상 구조체를 형성하고, "A"는 다음의 군으로 선택된 식으로 나타냄:
Figure pat00006
(2)
Figure pat00007
(3)
Figure pat00008
(4) 및
Figure pat00009
(5))
제2첨가제, 및
비닐렌 카르보네이트를 포함함 -; 및
적어도 하나의 유기용매를 포함하고, 상기 비수성 전해질 용액이 γ-부티로락톤을 포함하지 않는, 2차 전지.
A negative electrode capable of inserting and dissociating lithium;
A positive electrode comprising an oxo anion electroactive material which is a lithium transition metal;
Separation membrane; And
Wherein the non-aqueous electrolyte solution comprises a non-aqueous electrolyte solution,
A lithium salt present in 0.85 to 1.5 M and a quaternary salt present in 0.05 M to 0.25 M, wherein the quaternary salt does not generate Lewis acid decomposition products;
Additive system; The additive system comprises:
Gas generation inhibitor,
At least one sulfonyl group-containing first additive represented by formula (1):
R 1 -AR 2 (One)
(Wherein R 1 and R 2 independently represent an alkyl group which may be substituted with an aryl group or a halogen atom, an aryl group which may be substituted with an alkyl group or a halogen atom, or an aryl group which may be substituted by -A- together with an unsaturated bond "A" is represented by the formula selected from the following group:
Figure pat00006
(2)
Figure pat00007
(3)
Figure pat00008
(4) and
Figure pat00009
(5)
A second additive, and
Vinylene carbonate; And
A secondary battery comprising at least one organic solvent, wherein the non-aqueous electrolyte solution does not contain? -Butyrolactone.
제1항에 있어서,
상기 설포닐기-함유 제1첨가제는 상기 전해질 제제의 0.1 중량% 내지 5 중량%로 존재하고, 상기 비닐렌 카르보네이트는 상기 전해질 제제의 0.1 중량% 내지 5 중량%로 존재하는, 2차 전지.
The method according to claim 1,
Wherein the sulfonyl group-containing first additive is present at 0.1 wt% to 5 wt% of the electrolyte formulation, and the vinylene carbonate is present at 0.1 wt% to 5 wt% of the electrolyte formulation.
제1항에 있어서,
상기 가스 발생 방지제는 1,5,2,4-디옥사디티안-2,2,3,3-테트라옥사이드(MMDS), 프로프-1-엔-1,3-설톤(Prs), 또는 1,3-프로판 설톤의 적어도 하나인, 2차 전지.
The method according to claim 1,
The gas generation inhibitor may be 1,5,2,4-dioxadidiane-2,2,3,3-tetraoxide (MMDS), prop-1-en-1,3- , 3-propane sultone.
제1항에 있어서,
상기 가스 발생 방지제는 2 중량% 이하로 존재하는, 2차 전지.
The method according to claim 1,
Wherein the gas generation inhibitor is present in an amount of 2% by weight or less.
제1항에 있어서,
상기 공염은 이미드염, 트리플레이트염, 또는 유기보레이트염을 포함하는 염의 종류 중 하나로부터 선택되거나, 또는 상기 공염은 비스(트리플루오로메탄)설폰아미드 리튬염(LiTFSI)인, 2차 전지.
The method according to claim 1,
Wherein the atmospheric salt is selected from one of the classes of salts comprising an imide salt, a triflate salt, or an organic borate salt, or wherein the at least one of the at least two classes of salts is bis (trifluoromethane) sulfonamide lithium salt (LiTFSI).
제1항에 있어서,
상기 리튬염은 LiPF6, LiClO4, LiBF4, LiCF3SO3, LiN(CF3SO2)2, LiN(CF3CF2SO2)2, LiN(CFSO2)(C4F9SO2), 및 LiC(CF3SO2)2 중 하나로부터 선택되거나, 상기 리튬염이 1.0 M로 존재하고 상기 공염이 0.05 내지 0.2 M 내에서 존재하는, 2차 전지.
The method according to claim 1,
The lithium salt is LiPF 6, LiClO 4, LiBF 4 , LiCF 3 SO 3, LiN (CF 3 SO 2) 2, LiN (CF 3 CF 2 SO 2) 2, LiN (CFSO 2) (C 4 F 9 SO 2 ), and LiC (CF 3 SO 2) 2 , Or wherein the lithium salt is present at 1.0 M and the conjugate is present at 0.05 to 0.2 M.
제1항에 있어서,
상기 제2첨가제는 플루오로에틸렌 카르보네이트이고 1중량%로 존재하는, 2차 전지.
The method according to claim 1,
Wherein the second additive is fluoroethylene carbonate and is present at 1% by weight.
제1항에 있어서,
상기 유기 용매는 에틸렌 카르보네이트,프로필렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 및 에틸 메틸 카르보네이트, γ-발레로락톤, 메틸 아세테이트 및 메틸 프로피오네이트, 테트라하이드로푸란, 2-메틸 테트라하이드로푸란 및 테트라하이드로피란, 디메톡시에탄 및 디메톡시메탄, 에틸렌 메틸 포스페이트 및 에틸 에틸렌 포스페이트, 트리메틸 포스페이트 및 트리에틸 포스페이트, 그 할로겐화물, 비닐 에틸렌 카르보네이트(VEC) 및 플로오로에틸렌카르보네이트(FEC), 폴리(에틸렌글리콜) 디아크릴레이트 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함하거나, 또는 상기 유기 용매는 에틸렌 카르보네이트, 에틸 메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트 및 프로필렌 카르보네이트의 혼합물을 포함하는, 2차 전지.
The method according to claim 1,
The organic solvent may be at least one selected from the group consisting of ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate, gamma -valerolactone, methyl acetate, Tetrafluoroethane, and the like), tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran and tetrahydropyran, dimethoxyethane and dimethoxymethane, ethylene methyl phosphate and ethyl ethylene phosphate, trimethyl phosphate and triethyl phosphate, halides thereof, vinyl ethylene carbonate VEC), and at least one of fluoroethylene carbonate (FEC), poly (ethylene glycol) diacrylate, and combinations thereof, or the organic solvent includes ethylene carbonate, ethyl methyl carbonate, diethyl A mixture of a carbonate and a propylene carbonate.
제1항에 있어서,
상기 2차 전지는 파우치 내에 함유되는, 2차 전지.
The method according to claim 1,
Wherein the secondary battery is contained in the pouch.
제1항에 있어서,
상기 음극은 비-그래파이트 탄소, 인공 그래파이트, 또는 실리콘 또는 실리콘 산화물을 포함하는 탄소질 물질의 천연 그래파이트 화합물인, 2차 전지.
The method according to claim 1,
Wherein the negative electrode is a natural graphite compound of carbonaceous material comprising non-graphite carbon, artificial graphite, or silicon or silicon oxide.
제1항에 있어서,
상기 양극은 리튬 전이금속 산화물을 포함하는, 2차 전지.
The method according to claim 1,
Wherein the anode comprises a lithium transition metal oxide.
제1항에 있어서,
상기 유기 용매 혼합물은 30체적%의 에틸렌 카르보네이트, 55체적% 의 에틸 메틸 카르보네이트, 10체적%의 디에틸 카르보네이트, 및 5체적%의 프로필렌 카르보네이트를 포함하는, 2차 전지.
The method according to claim 1,
Wherein the organic solvent mixture comprises a secondary battery comprising 30 vol% of ethylene carbonate, 55 vol% ethyl methyl carbonate, 10 vol% diethyl carbonate, and 5 vol% propylene carbonate. .
0.85 내지 1.5 M로 존재하는 리튬염 및 0.05 M 내지 0.25M로 존재하는 공염을 포함하고, 상기 공염은 루이스산 분해성 생성물을 발생하는 경향이 적은 염 시스템; 및
첨가제 시스템;
을 포함하고, 상기 첨가제 시스템은,
식(1)으로 나타낸 적어도 하나의 설포닐기-함유 제1첨가제:
R1-A-R2 (1)
(R1 및 R2는 독립적으로 아릴기 또는 할로겐 원자로 치환될 수 있는 알킬기를 나타내거나; 알킬기 또는 할로겐 원자로 치환될 수 있는 아릴기를 나타내거나; 또는 함께 사용되어 -A-와 함께 불포화 결합을 함유할 수 있는 환상 구조체를 형성하고, "A"는 다음의 군으로 선택된 식으로 나타냄:
Figure pat00010
(2)
Figure pat00011
(3)
Figure pat00012
(4) 및
Figure pat00013
(5))
가스 발생 방지제,
제2첨가제, 및
비닐렌 카르보네이트;
를 포함하는, 2차 전지용 전해질 제제.
A lithium salt present at 0.85 to 1.5 M and a quasi-salt present at 0.05 M to 0.25 M, said salt being a salt system that is less prone to generate Lewis acid decomposition products; And
Additive system;
Said additive system comprising:
At least one sulfonyl group-containing first additive represented by formula (1):
R 1 -AR 2 (One)
(Wherein R 1 and R 2 independently represent an alkyl group which may be substituted with an aryl group or a halogen atom, an aryl group which may be substituted with an alkyl group or a halogen atom, or an aryl group which may be substituted by -A- together with an unsaturated bond "A" is represented by the formula selected from the following group:
Figure pat00010
(2)
Figure pat00011
(3)
Figure pat00012
(4) and
Figure pat00013
(5)
Gas generation inhibitor,
A second additive, and
Vinylene carbonate;
Wherein the electrolytic solution is a water-soluble polymer.
제13항에 있어서,
용매 시스템을 더 포함하거나, 또는 상기 제1첨가제는 0.1 중량% 내지 5 중량% 존재하고, 상기 가스 발생 방지제는 2중량% 이하 존재하고, 제2첨가제는 0.1중량% 내지 5중량% 존재하고, 상기 비닐렌 카르보네이트는 0.1 중량% 내지 5중량% 존재하는, 전해질 제제.
14. The method of claim 13,
Solvent system, or the first additive is present in an amount of 0.1 to 5 wt%, the gas generation inhibitor is present in an amount of 2 wt% or less, the second additive is present in an amount of 0.1 wt% to 5 wt% And the vinylene carbonate is present in an amount of 0.1 wt% to 5 wt%.
제1항에 있어서,
상기 제2첨가제는 상기 전해질 제제의 5중량% 이하로 존재하는, 2차 전지.
The method according to claim 1,
Wherein the second additive is present in an amount of up to 5% by weight of the electrolyte formulation.
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