KR20160069996A - Rechargeable lithium battery - Google Patents
Rechargeable lithium battery Download PDFInfo
- Publication number
- KR20160069996A KR20160069996A KR1020150148210A KR20150148210A KR20160069996A KR 20160069996 A KR20160069996 A KR 20160069996A KR 1020150148210 A KR1020150148210 A KR 1020150148210A KR 20150148210 A KR20150148210 A KR 20150148210A KR 20160069996 A KR20160069996 A KR 20160069996A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- active material
- negative electrode
- lithium
- substituted
- weight
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
- H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
- H01M10/0566—Liquid materials
- H01M10/0567—Liquid materials characterised by the additives
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y02E60/122—
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
Abstract
Description
리튬 이차 전지에 관한 것이다. To a lithium secondary battery.
최근 각종 휴대 기기의 전원으로서 고전압이면서 고용량인 리튬 이온(lithium ion) 이차 전지가 광범위하게 채용되고 있다. 또한 이러한 리튬 이온 이차 전지를 전동공구, 전동식 자전거, 전기 자동차 등의 대형기기에도 채용하는 움직임이 강해지고 있다. 따라서, 이러한 대형기기에서도 충분한 연속 가동 시간을 확보할 수 있도록 하기 위해서, 리튬 이차 전지는 점점 더 고용량화가 요구되고 있다. BACKGROUND ART [0002] Recently, a lithium ion secondary battery having a high voltage and a high capacity has been widely used as a power source for various portable apparatuses. In addition, the use of such lithium ion secondary batteries in large-sized devices such as power tools, electric bicycles, and electric vehicles is becoming stronger. Therefore, in order to ensure a sufficient continuous running time even in such a large-sized apparatus, the lithium rechargeable battery is required to have a higher capacity.
예를 들면, 음극 활물질에 규소(Si), 주석(Sn) 등의 보다 많은 리튬 이온을 흡장 및 방출 가능한 재료를 이용함으로써 리튬 이차 전지의 용량을 증가시키는 것이 제안되고 있다. 그러나 이러한 재료는 리튬 이온의 흡장 및 방출에 수반하는 부피 변화가 크기 때문에, 충방전을 반복했을 때의 사이클(cycle) 특성이 양호하지 않았다.For example, it has been proposed to increase the capacity of a lithium secondary battery by using a material capable of storing and storing more lithium ions such as silicon (Si) and tin (Sn) in the negative electrode active material. However, since such a material has a large volume change accompanying insertion and extraction of lithium ions, cycle characteristics when repeated charging and discharging were not good.
따라서, 예를 들면, 일본공개특허 제2008-210618호 및 제2014-32802호에서 전해액에 특정한 첨가제를 첨가함으로써 리튬 이차 전지의 사이클 특성을 향상시키는 기술이 공개되어 있다. 그러나, 상기 특허문헌에 공개된 첨가제로는 리튬 이차 전지의 사이클 특성의 향상은 불충분하다는 문제가 있다.Therefore, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2008-210618 and 2014-32802, there is disclosed a technique for improving the cycle characteristics of a lithium secondary battery by adding an additive specific to an electrolyte solution. However, the additives disclosed in the above patent documents have a problem that the improvement of the cycle characteristics of the lithium secondary battery is insufficient.
일 구현예는 사이클 수명 특성이 향상된 리튬 이차 전지를 제공하기 위한 것이다.One embodiment is to provide a lithium secondary battery with improved cycle life characteristics.
일 구현예는 규소계 물질 및 탄소계 물질을 포함하는 음극 활물질을 포함하는 음극; 및 전해액을 포함하고, 상기 음극은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 상기 음극 활물질 100 중량부에 대하여 0.01 중량부 이상 1 중량부 이하로 더 포함하고, 상기 전해액 및 상기 음극 중 적어도 하나는 플루오로술폰산 리튬 또는 리튬 비스(플루오로술포닐)이미드를 상기 전해액 총 중량에 대하여 0.1 중량% 이상 2 중량% 이하로 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다.One embodiment includes a negative electrode comprising a negative electrode active material comprising a silicon-based material and a carbon-based material; Wherein the negative electrode further comprises a compound represented by the following general formula (1) in an amount of 0.01 part by weight to 1 part by weight based on 100 parts by weight of the negative electrode active material, and at least one of the electrolyte solution and the negative electrode is fluorosulfonic acid Lithium or lithium bis (fluorosulfonyl) imide in an amount of 0.1 wt% or more and 2 wt% or less based on the total weight of the electrolytic solution.
[화학식 1][Chemical Formula 1]
(상기 화학식 1에서,(In the formula 1,
R은 단일결합, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C4 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C4 할로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C4 알케닐렌기, 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C4 알키닐렌기이다.)R represents a single bond, a substituted or unsubstituted C1 to C4 alkylene group, a substituted or unsubstituted C1 to C4 haloalkylene group, a substituted or unsubstituted C2 to C4 alkenylene group, or a substituted or unsubstituted C2 to C4 alkynylene group It is a nylene group.)
상기 화학식 1에서 R은 단일결합, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C4 알킬렌기일 수 있다.In Formula 1, R may be a single bond or a substituted or unsubstituted C1 to C4 alkylene group.
상기 전해액은 할로겐 치환된 환형 카보네이트를 포함할 수 있다.The electrolytic solution may contain a halogen-substituted cyclic carbonate.
상기 할로겐 치환된 환형 카보네이트는 4-플루오로-1,3-디옥솔란-2-온을 포함할 수 있다.The halogen-substituted cyclic carbonate may comprise 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one.
기타 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.The details of other embodiments are included in the detailed description below.
사이클 수명 특성이 향상된 리튬 이차 전지를 구현할 수 있다.A lithium secondary battery having improved cycle life characteristics can be realized.
도 1은 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지의 구성을 나타내는 모식도이다.1 is a schematic diagram showing the configuration of a lithium secondary battery according to one embodiment.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, it should be understood that the present invention is not limited thereto, and the present invention is only defined by the scope of the following claims.
본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.It is to be understood that where a layer, film, region, plate, or the like is referred to as being "on" another portion, unless stated otherwise in this specification, .
이하에서는, 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지에 대해 개략적으로 설명한다.Hereinafter, a lithium secondary battery according to an embodiment will be schematically described.
일 구현예에 따른 리튬 이차 전지는 제1 첨가제로서 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 음극 내에 포함하고, 또한 제2 첨가제로서 플루오로술폰산 리튬(LiSO3F) 또는 리튬 비스(플루오로술포닐)이미드("LiFSI"로도 불림)를 음극 내 또는 전해액 내에 포함할 수 있다.The lithium secondary battery according to an embodiment includes a compound represented by the following formula (1) as a first additive in a negative electrode, and lithium fluorosulfonate (LiSO 3 F) or lithium bis (fluorosulfonyl) imide (Also referred to as "LiFSI") may be included in the cathode or in the electrolyte.
상기 제1 첨가제인 화학식 1로 표시되는 화합물의 함유량은 음극 내에서 음극 활물질 100 중량부에 대하여 0.01 중량부 이상 1 중량부 이하일 수 있으며, 상기 제2 첨가제인 LiSO3F 또는 LiFSI의 함유량은 음극 내에서 또는 전해액 내에서 전해액의 총 중량에 대하여 0.1 중량% 이상 2 중량% 이하일 수 있다.The content of the compound represented by the formula (1) as the first additive may be 0.01 to 1 part by weight based on 100 parts by weight of the negative electrode active material in the negative electrode, and the content of LiSO 3 F or LiFSI as the second additive Or 0.1% by weight or more and 2% by weight or less based on the total weight of the electrolytic solution in the electrolytic solution.
[화학식 1][Chemical Formula 1]
상기 화학식 1에서, R은 단일결합, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C4 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C4 할로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C4 알케닐렌기, 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C4 알키닐렌기일 수 있다.In Formula 1, R represents a single bond, a substituted or unsubstituted C1 to C4 alkylene group, a substituted or unsubstituted C1 to C4 haloalkylene group, a substituted or unsubstituted C2 to C4 alkenylene group, Lt; RTI ID = 0.0 > C2-C4 < / RTI > alkynylene group.
일 구현예에 따른 리튬 이차 전지는 음극, 구체적으로 음극 슬러리에 상기 화학식 1로 표시되는 화합물, 즉, 제1 첨가제를 함유함으로써, 선택적으로 음극 상에서 화학식 1로 표시되는 화합물을 분해시킬 수 있다. 또한 분해된 화학식 1로 표시되는 화합물은 음극 또는 전해액 내에 포함되는 LiSO3F 또는 LiFSI, 즉, 제2 첨가제와 혼합되어 이온 전도성을 갖는 양호한 피막을 음극 위에 형성할 수 있다. 이러한 메커니즘에 의해, 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지는 이온 전도성을 갖는 양호한 피막을 음극 위에 선택적으로 형성할 수 있다. 이에 따라, 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지는 사이클 수명 특성을 향상시킬 수 있다.The lithium secondary battery according to one embodiment can decompose the compound represented by Chemical Formula 1 selectively on the negative electrode by containing the compound represented by Chemical Formula 1, that is, the first chemical additive in the negative electrode, specifically, the negative electrode slurry. Further, the decomposed compound represented by the formula (1) can be mixed with LiSO 3 F or LiFSI, that is, the second additive contained in the negative electrode or the electrolyte to form a good coat having ion conductivity on the negative electrode. With such a mechanism, the lithium secondary battery according to one embodiment can selectively form a good film having ion conductivity on the cathode. Accordingly, the lithium secondary battery according to one embodiment can improve cycle life characteristics.
이하에서는, 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지의 각 구성에 대해 구체적으로 도 1을 참고하여 설명한다.Hereinafter, each configuration of the lithium secondary battery according to one embodiment will be described in detail with reference to FIG.
도 1은 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지의 구성을 나타내는 모식도이다.1 is a schematic diagram showing the configuration of a lithium secondary battery according to one embodiment.
도 1을 참고하면, 리튬 이차 전지(10)는 양극(20), 음극(30) 및 세퍼레이터층(40)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the lithium
리튬 이차 전지(10)의 형태는 특별히 한정되지 않으며, 다시 말해, 원통형, 각형, 라미네이트(laminate)형, 버튼(button)형 등일 수 있다.The shape of the lithium
양극(20)은 집전체(21) 및 상기 집전체 위에 형성되는 양극 활물질층(22)을 포함할 수 있다.The
상기 집전체(21)는 도전체라면 어떤 것이든 가능하며, 예를 들면, 알루미늄(aluminium), 스테인리스강(stainless), 니켈 도금(nickel coated) 강철 등으로 구성될 수 있다.The
상기 양극 활물질층(22)은 양극 활물질을 포함하고, 도전재 및 바인더를 추가로 포함할 수 있다. 상기 양극 활물질, 상기 도전재 및 상기 바인더의 함유량은 특별히 제한되지 않는다.The cathode
상기 양극 활물질은 예를 들면, 리튬을 포함하는 전이금속 산화물 또는 고용체 산화물이지만, 전기 화학적으로 리튬 이온을 흡장 및 방출할 수 있는 물질이라면 특별히 제한되지 않는다. The positive electrode active material is, for example, a transition metal oxide or a solid solution oxide containing lithium, but is not particularly limited as long as it is a material capable of occluding and releasing lithium ions electrochemically.
상기 리튬을 포함하는 전이금속 산화물로는 LiCoO2 등의 리튬 코발트계 복합 산화물, LiNixCoyMnzO2 등의 리튬 니켈 코발트 망간계 복합 산화물, LiNiO2 등의 리튬 니켈계 복합 산화물, 또는 LiMn2O4 등의 리튬 망간계 복합 산화물 등을 들 수 있다. 상기 고용체 산화물은 예를 들면, LiaMnxCoyNizO2(1.150≤a≤1.430, 0.45≤x≤0.6, 0.10≤y≤0.15, 0.20≤z≤0.28), LiMnxCoyNizO2(0.3≤x≤0.85, 0.10≤y≤0.3, 0.10≤z≤0.3), LiMn1 .5Ni0 .5O4 등을 들 수 있다. 상기 양극 활물질은 이들을 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.As the transition metal oxide containing lithium, LiCoO 2 , A lithium nickel cobalt manganese composite oxide such as LiNi x Co y Mn z O 2 , a lithium nickel composite oxide such as LiNiO 2 , or a lithium manganese composite oxide such as LiMn 2 O 4 , . The solid solution oxides include, for example, Li a Mn x Co y Ni z O 2 (1.150? A? 1.430, 0.45? X? 0.6, 0.10? Y? 0.15, 0.20? Z? 0.28), LiMn x Co y Ni z O 2 (0.3≤x≤0.85, 0.10≤y≤0.3, 0.10≤z≤0.3 ), LiMn 1 .5 , and the like Ni 0 .5 O 4. The cathode active material may be used alone or in combination of two or more thereof.
상기 양극 활물질의 함유량은 특별히 제한되지 않고, 리튬 이차 전지의 양극 활물질층에 적용 가능한 함유량일 수 있다.The content of the cathode active material is not particularly limited and may be a content applicable to the cathode active material layer of the lithium secondary battery.
상기 도전재는 예를 들면, 케첸 블랙(Ketjen black), 아세틸렌 블랙(acetylene black) 등의 카본블랙, 천연흑연, 인조흑연, 카본 나노튜브, 그라펜, 카본 나노 섬유 등의 섬유형 탄소, 이들 섬유형 탄소와 카본블랙의 복합체 등을 들 수 있으나, 양극의 도전성을 높이기 위한 것이라면 특별히 제한되지 않는다. The conductive material may be, for example, carbon black such as Ketjen black or acetylene black, fibrous carbon such as natural graphite, artificial graphite, carbon nanotube, graphene or carbon nanofiber, A composite of carbon and carbon black, and the like, but it is not particularly limited as long as it is for increasing the conductivity of the positive electrode.
상기 도전재의 함유량은 특별히 제한되지 않고, 리튬 이차 전지의 양극 활물질층에 적용 가능한 함유량일 수 있다.The content of the conductive material is not particularly limited and may be a content applicable to the positive electrode active material layer of the lithium secondary battery.
상기 바인더는 예를 들면, 폴리비닐리덴플루오라이드, 에틸렌-프로필렌-디엔 삼원 공중합체, 스티렌-부타디엔 고무(styrene-butadiene rubber, SBR), 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(acrylonitrile-butadiene rubber), 플루오르 고무(fluoroelastomer), 폴리비닐아세테이트(polyvinyl acetate), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate), 폴리에틸렌(polyethylene), 니트로셀룰로오스(nitrocellulose) 등을 들 수 있으나, 양극 활물질 및 도전재를 집전체(21) 위에 결착시킬 수 있고, 동시에 양극의 고전위를 견디는 내산화성 및 전해액 안정성을 갖는 것이라면 특별히 제한되지 않는다.The binder may be, for example, polyvinylidene fluoride, ethylene-propylene-diene terpolymer, styrene-butadiene rubber (SBR), acrylonitrile-butadiene rubber, a polyvinyl acetate, a polymethyl methacrylate, a polyethylene, a nitrocellulose and the like can be cited. However, when the positive electrode active material and the conductive material are placed on the
상기 바인더의 함유량은 특별히 제한되지 않고, 리튬 이차 전지의 양극 활물질층에 적용 가능한 함유량일 수 있다.The content of the binder is not particularly limited and may be a content applicable to the positive electrode active material layer of the lithium secondary battery.
양극 활물질층(22)은 예를 들면, 이하의 방법으로 제조될 수 있다. 먼저, 양극 활물질, 도전재 및 바인더를 N-메틸-2-피롤리돈 등과 같은 적당한 유기 용매에 분산시켜 양극 슬러리(slurry)를 제조하고, 상기 양극 슬러리를 집전체(21) 위에 도포하고, 건조 및 압연하여 양극 활물질층을 제조할 수 있다. 상기 압연 후의 양극 활물질층(22)의 밀도는 특별히 제한되지 않고, 리튬 이차 전지의 양극 활물질층에 적용 가능한 밀도일 수 있다.The cathode
상기 음극(30)은 집전체(31) 및 상기 집전체(31) 위에 형성되는 음극 활물질층(32)을 포함할 수 있다.The
상기 집전체(31)는 도전체라면 어떤 것이든 가능하며, 예를 들면, 구리(Cu), 동합금, 알루미늄, 스테인리스강, 니켈 도금 강철 등일 수 있다.The
상기 음극 활물질층(32)은 적어도 음극 활물질과 제1 첨가제인 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있고, 바인더와 제2 첨가제인 LiSO3F 또는 LiFSI을 추가로 포함할 수 있다.The negative electrode
상기 제1 첨가제인 화학식 1로 표시되는 화합물은 음극(30) 내에서 상기 음극 활물질 100 중량부에 대하여 0.01 중량부 이상 1 중량부 이하로 포함될 수 있다.The first additive represented by Formula 1 may be contained in the
[화학식 1][Chemical Formula 1]
상기 화학식 1에서, R은 단일결합, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C4 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C4 할로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C4 알케닐렌기, 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C4 알키닐렌기일 수 있다. 여기서, 상기 할로알킬렌기는 알킬렌기의 수소 원자 중 적어도 하나 이상이 할로겐 원자로 치환된 치환기를 나타낸다.In Formula 1, R represents a single bond, a substituted or unsubstituted C1 to C4 alkylene group, a substituted or unsubstituted C1 to C4 haloalkylene group, a substituted or unsubstituted C2 to C4 alkenylene group, Lt; RTI ID = 0.0 > C2-C4 < / RTI > alkynylene group. Here, the haloalkylene group represents a substituent in which at least one of the hydrogen atoms of the alkylene group is substituted with a halogen atom.
상기 화학식 1에서, R은 구체적으로, 단일결합, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C4 알킬렌기일 수 있다.In Formula 1, R may be specifically a single bond or a substituted or unsubstituted C1 to C4 alkylene group.
더욱 구체적으로, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 옥살산 리튬(lithium oxalate), 숙신산 리튬(lithium succinate) 등을 예로 들 수 있다.More specifically, the compound represented by Formula 1 may be lithium oxalate, lithium succinate, or the like.
음극 활물질층(32)은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함함으로써, 선택적으로 음극(30) 위에서 화학식 1로 표시되는 화합물을 분해시키고, 상기 분해물에 의한 피막을 음극(30) 위에 선택적으로 형성할 수 있다.The negative electrode
상기 음극 활물질은 탄소계 물질, 규소계 물질, 주석계 물질, 리튬금속산화물, 금속 리튬 등을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 탄소계 물질은 예를 들면, 인조흑연, 천연흑연, 인조흑연과 천연흑연의 혼합물, 인조흑연으로 코팅된 천연흑연 등 흑연계 물질을 사용할 수 있다. 상기 규소계 물질은 예를 들면, 규소, 규소 산화물, 규소 함유 합금, 이들과 흑연계 물질의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 상기 규소 산화물은 SiOx(0<x≤2)으로 표시될 수 있다. 상기 주석계 물질은 예를 들면, 주석, 주석 산화물, 주석 함유 합금, 이들과 흑연계 물질의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 상기 리튬금속산화물은 예를 들면, Li4Ti5O12 등 산화티탄계 화합물 등을 들 수 있다. The negative electrode active material may be a carbon-based material, a silicon-based material, a tin-based material, a lithium metal oxide, a metal lithium, or the like, or a mixture of two or more thereof. The carbon-based material may be, for example, graphite based materials such as artificial graphite, natural graphite, a mixture of artificial graphite and natural graphite, and natural graphite coated with artificial graphite. The silicon-based material may be, for example, silicon, a silicon oxide, a silicon-containing alloy, or a mixture of these with a graphite-based material. The silicon oxide may be represented by SiOx (0 < x? 2). The tin-based material may be, for example, tin, tin oxide, a tin-containing alloy, a mixture thereof with a graphite-based material, or the like. The lithium metal oxide includes, for example, a titanium oxide-based compound such as Li 4 Ti 5 O 12 .
구체적으로, 일 구현예에 따른 음극 활물질은 상기 규소계 물질 및 상기 탄소계 물질을 포함할 수 있다. Specifically, the anode active material according to one embodiment may include the silicon-based material and the carbon-based material.
상기 규소계 물질 및 상기 탄소계 물질을 포함하는 음극 활물질은 보다 많은 리튬 이온을 흡장 및 방출 가능하여 전지용량을 향상시킬 수 있으나, 리튬 이온의 흡장 및 방출 시 부피변화가 크기 때문에 사이클 특성이 저하될 수 있다. 일 구현예에 따르면, 리튬 이차 전지(10)는 제1 첨가제로서 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하고, 제2 첨가제로서 LiSO3F 또는 LiFSI를 포함함으로써 충방전을 반복했을 때 전지용량을 유지할 수 있다. 이로 인해, 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지(10)에서는 규소계 물질 및 탄소계 물질을 포함하는 음극 활물질을 적합하게 이용함으로써, 높은 전지용량을 구현할 수 있다.The silicon-based material and the negative electrode active material including the carbon-based material can absorb and release more lithium ions to improve the capacity of the battery. However, since the volume change during insertion and extraction of lithium ions is large, . According to one embodiment, the lithium
상기 바인더는 상기 양극 활물질층(22)을 구성하는 바인더와 동일한 종류를 사용할 수 있다.The binder may be of the same kind as the binder constituting the positive electrode active material layer (22).
상기 바인더의 함유량은 특별히 제한되지 않고, 리튬 이차 전지의 음극 활물질층에 적용되는 함유량이라면 어떠한 것이어도 된다. The content of the binder is not particularly limited and may be any amount as long as it is applied to the negative electrode active material layer of the lithium secondary battery.
상기 음극(30)은 다음과 같이 제조될 수 있다. 먼저, 음극 활물질, 화학식 1로 표시되는 화합물, 선택적으로 LiSO3F 또는 LiFSI, 그리고 바인더를 물 등의 적당한 용매에 분산시켜 슬러리를 제조하고, 상기 슬러리를 집전체(31) 위에 도포하고 건조 및 압연하여 형성할 수 있다. 압연 후의 음극 활물질층(32)의 밀도는 특별히 제한되지 않는다. The
상기 세퍼레이터층(40)은 세퍼레이터(41) 및 전해액(43)을 포함한다.The
상기 세퍼레이터(41)는 특별히 제한되지 않고, 리튬 이차 전지의 세퍼레이터로서 사용되는 것이라면 특별히 제한되지 않고 어떤 것도 사용 가능하다. The
상기 세퍼레이터(41)로는 우수한 고율방전 성능을 나타내는 다공막이나 부직포 등을 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다.As the
또한 상기 세퍼레이터(41)는 Al2O3, Mg(OH)2, SiO2 등의 무기물에 의해 코팅(coating)될 수도 있고, 상기 무기물을 필러(filler)로서 포함할 수도 있다.The
상기 세퍼레이터(41)를 구성하는 재료로는, 예를 들면, 폴리올레핀계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 공중합체, 비닐리덴플루오라이드-퍼플루오로비닐에테르 공중합체, 비닐리덴플루오라이드-테트라플루오로에틸렌 공중합체, 비닐리덴플루오라이드-트리플루오로에틸렌 공중합체, 비닐리덴플루오라이드-플루오로에틸렌 공중합체, 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로아세톤 공중합체, 비닐리덴플루오라이드-에틸렌 공중합체, 비닐리덴플루오라이드-프로필렌 공중합체, 비닐리덴플루오라이드-트리플루오로프로필렌 공중합체, 비닐리덴플루오라이드-테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체, 비닐리덴플루오라이드-에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체 등을 들 수 있다. 상기 폴리올레핀계 수지의 예로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등이 있으며, 상기 폴리에스테르계 수지의 예로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 등이 있다.Examples of the material constituting the
상기 세퍼레이터의 기공율은 특별히 제한되지 않고, 종래의 리튬 이차 전지의 세퍼레이터가 갖는 기공율을 임의로 적용할 수 있다.The porosity of the separator of the conventional lithium secondary battery can be arbitrarily applied without particular limitation.
상기 전해액(43)은 리튬염 및 용매를 포함할 수 있고, 또한 제2 첨가제인 LiSO3F 또는 LiFSI를 추가로 포함할 수도 있다.The
상기 LiSO3F 또는 LiFSI는 전해액(43) 내에서 상기 전해액의 총 중량에 대하여 0.1 중량% 이상 2 중량% 이하로 포함될 수 있다. 또한, 전해액(43) 내에 LiSO3F 또는 LiFSI가 포함되지 않을 경우, LiSO3F 또는 LiFSI는 음극 활물질층(32) 내에서 상기 전해액(43)의 총 중량에 대하여 0.1 중량% 이상 2 중량% 이하로 포함될 수 있다. 다시 말해, 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지(10)에 있어서, LiSO3F 또는 LiFSI는 전해액(43) 및 음극 활물질층(32) 중 적어도 하나에 전해액 총 중량에 대하여 0.1 중량% 이상 2 중량% 이하로 포함될 수 있다.The LiSO 3 F or LiFSI may be contained in the
상기 LiSO3F 또는 LiFSI는 상기 제1 첨가제인 화학식 1로 표시되는 화합물의 분해물에 의해 음극(30) 위로 형성된 피막에 편입되어, 상기 피막에 우수한 이온 전도성을 부여할 수 있다. 따라서, 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지(10)는 선택적으로 음극(30) 위로 우수한 이온 전도성을 갖는 피막을 형성할 수 있으므로, 이온 전도성을 확보하면서 충방전 반복 시 음극 활물질의 부피변화의 영향을 억제할 수 있다. 이에 따라, 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지(10)는 사이클 수명 특성을 향상시킬 수 있다.The LiSO 3 F or LiFSI may be incorporated into the coating formed on the
상기 리튬염은 전해액(43)의 전해질일 수 있다. 상기 리튬염은 예를 들면, LiPF6, LiClO4, LiBF4, LiAsF6, LiSbF6, LiSO3CF3, LiN(SO2CF3), LiN(SO2CF2CF3), LiC(SO2CF2CF3)3, LiC(SO2CF3)3, LiI, LiCl, LiF, LiPF5(SO2CF3), LiPF4(SO2CF3)2 등을 들 수 있다. 이들 리튬염 중 1종 또는 2종 이상이 용해될 수 있다.The lithium salt may be an electrolyte of the
상기 리튬염의 농도는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 0.5 내지 2.0 mol/L의 농도로 사용할 수 있다. The concentration of the lithium salt is not particularly limited, and may be used in a concentration of, for example, 0.5 to 2.0 mol / L.
상기 용매는 상기 리튬염 및 상기 첨가제 각각을 용해하는 비수용매일 수 있다.The solvent may be a non-aqueous solvent which dissolves each of the lithium salt and the additive.
상기 용매는 예를 들면, 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 클로로에틸렌 카보네이트, 비닐렌 카보네이트 등의 환형 카보네이트류; 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트 등의 쇄상 카보네이트류; γ-부티로락톤, γ-발레로락톤 등의 환형 에스테르류; 포름산 메틸(methyl formate), 아세트산 메틸(methyl acetate), 부티르산 메틸(butyric acid methyl) 등의 쇄상 에스테르류; 테트라하이드로푸란 또는 그 유도체; 1,3-디옥산, 1,4-디옥산, 1,2-디메톡시 에탄, 1,4-디부톡시에탄, 메틸 디글라임 등의 에테르류; 아세토니트릴, 벤조니트릴 등의 니트릴류; 디옥솔란 또는 그 유도체; 에틸렌 술파이드, 술포란, 술톤 또는 그 유도체 등을 단독 또는 2종 이상의 혼합물로 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 상기 비수용매를 2종 이상 혼합하여 사용할 경우, 각 용매의 혼합비는 종래의 리튬 이차 전지에서 이용할 수 있는 혼합비로 적용 가능하다. Examples of the solvent include cyclic carbonates such as propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, chloroethylene carbonate and vinylene carbonate; Chain carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate; cyclic esters such as? -butyrolactone and? -valerolactone; Chain esters such as methyl formate, methyl acetate and butyric acid methyl; Tetrahydrofuran or a derivative thereof; Ethers such as 1,3-dioxane, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxyethane, 1,4-dibutoxyethane and methyl diglyme; Nitriles such as acetonitrile and benzonitrile; Dioxolane or derivatives thereof; Ethylene sulfide, sulfolane, sultone or a derivative thereof may be used alone or as a mixture of two or more thereof, but is not limited thereto. When a mixture of two or more nonaqueous solvents is used, the mixing ratio of each solvent can be applied at a mixing ratio that can be used in a conventional lithium secondary battery.
또한 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지(10)에서는 상기 용매로서 할로겐 치환된 환형 카보네이트를 포함할 수 있다. 상기 할로겐 치환된 환형 카보네이트는 구체적으로 4-플루오로-1,3-디옥솔란-2-온을 포함할 수 있다.Also, in the lithium
상기 전해액(43)은 상기 제2 첨가제인 LiSO3F 또는 LiFSI 외에, 음극 SEI(solid electrolyte interface) 형성제, 계면활성제 등 다른 각종 첨가제를 첨가할 수도 있다.In addition to the second additive LiSO 3 F or LiFSI, the
이러한 첨가제의 예로는, 숙신산 무수물(succinic anhydride), 리튬 비스 옥살레이트 보레이트(lithium bis(oxalate)borate), 테트라 플루오로 붕산 리튬(lithium tetrafluoroborate), 디니트릴(dinitrile) 화합물, 프로판 술톤(propane sultone), 부탄 술톤(butane sultone), 프로펜 술톤(propene sultone), 3-술포렌(3-sulfolene), 플루오르화 알릴에테르(fluorinated arylether), 플루오르화 아크릴레이트(fluorinated methacrylate) 등을 들 수 있다.Examples of such additives include succinic anhydride, lithium bis (oxalate) borate, lithium tetrafluoroborate, dinitrile compounds, propane sultone, Butane sultone, propene sultone, 3-sulfolene, fluorinated arylether, fluorinated methacrylate, and the like.
상기 첨가제의 함유량은 일반적인 리튬 이차 전지에 있어서의 첨가제의 함유량으로 사용 가능하다.The content of the additive can be used as a content of an additive in a general lithium secondary battery.
이하, 리튬 이차 전지의 제조 방법에 대해 설명한다. 다만, 리튬 이차 전지의 제조 방법은 이하 방법으로 제한되지 않고, 임의의 제조 방법을 적용하는 것이 가능하다.Hereinafter, a method for producing a lithium secondary battery will be described. However, the manufacturing method of the lithium secondary battery is not limited to the following method, and any manufacturing method can be applied.
양극(20)은 다음과 같이 제조될 수 있다. 먼저, 양극 활물질, 도전재 및 바인더를 혼합한 혼합물을 용매, 예를 들면, N-메틸-2-피롤리돈에 분산시켜 슬러리를 제조한다. 이어서, 상기 슬러리를 집전체(21) 위에 도포하고 건조시켜 양극 활물질층(22)을 형성한다. 이때 도포의 방법은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 나이프 코터법(knife coater)법, 그라비아 코터(gravure coater)법 등을 들 수 있다. 이하의 도포 공정은 동일한 방법으로 수행될 수 있다. 이어서, 압축기에 의해 양극 활물질층(22)을 원하는 밀도가 되도록 압축하여 양극(20)을 제조할 수 있다. The
음극(3)은 양극(20)과 동일하게 제조될 수 있다. 예를 들면, 먼저, 음극 활물질, 제1 첨가제인 화학식 1로 표시되는 화합물 및 바인더를 원하는 비율로 혼합한 것을 물 등의 용매에 분산시켜 슬러리를 제조한다. 이때 상기 슬러리 내에 제2 첨가제인 LiSO3F 또는 LiFSI를 첨가할 수도 있다. LiSO3F 또는 LiFSI가 상기 슬러리 내에 첨가되지 않을 경우 전해액(43) 내에 첨가될 수 있다. 이어서, 상기 슬러리를 집전체(31) 위에 도포하고 건조하여 음극 활물질층(32)을 형성한다. 이어서, 압축기에 의해 음극 활물질층(32)을 상기 범위 내의 밀도가 되도록 압축하여 음극(30)을 형성할 수 있다.The cathode (3) can be manufactured in the same manner as the anode (20). For example, first, a negative electrode active material, a compound represented by the general formula (1) as a first additive, and a binder are mixed in a desired ratio and dispersed in a solvent such as water to prepare a slurry. At this time, the second additive LiSO 3 F or LiFSI may be added to the slurry. If LiSO 3 F or LiFSI is not added to the slurry, it may be added to the
또한 음극 활물질층(32)으로서 금속 리튬을 이용할 경우, 집전체(31)에 금속 리튬 박을 겹칠 수 있다.When metal lithium is used as the anode
계속해서, 세퍼레이터(41)를 양극(20) 및 음극(30) 사이에 끼워넣는 것으로, 전극구조체를 제조한다. 그 다음에, 제조한 전극구조체를 원하는 형태, 예를 들면, 원통형, 각형, 라미네이트형, 버튼형 등으로 가공하고, 상기 형태의 용기에 삽입한다. 또한, 상기 용기 내에 원하는 전해액(43)을 주입하는 것으로, 세퍼레이터(41) 내의 각 기공에 전해액(43)을 함침시킨다. 이에 따라, 리튬 이차 전지(10)가 제조된다.Subsequently, the
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 아니된다. 또한, 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략한다. Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described. However, the embodiments described below are only intended to illustrate or explain the present invention, and thus the present invention should not be limited thereto. In addition, contents not described here can be inferred sufficiently technically if they are skilled in the art, and a description thereof will be omitted.
실시예Example 1 One
LiCoO2를 97.5 중량%, 폴리비닐리덴플루오라이드 1 중량% 및 도전 카본 1.5 중량%를 N-메틸-2-피롤리돈에 분산시켜 슬러리를 제조한 다음, 상기 슬러리를 집전체인 알루미늄 집전박 위에 도포 및 건조하여, 양극 활물질층을 형성하였다. 이어서, 압축기에 의해 양극 활물질층을 압축함으로써 양극 활물질층의 밀도를 4.2 g/cm3로 하여, 양극을 제조하였다.97.5 wt% of LiCoO 2 , 1 wt% of polyvinylidene fluoride, and 1.5 wt% of conductive carbon were dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone to prepare a slurry. Then, the slurry was cast on an aluminum current collector Followed by coating and drying to form a positive electrode active material layer. Subsequently, the positive electrode active material layer was compressed by a compressor to obtain a positive electrode active material layer having a density of 4.2 g / cm < 3 & gt ;.
규소 합금(규소가 70 원자% 함유됨) 20 중량%, 흑연 75 중량%, 폴리아크릴산 리튬 5 중량%를 물에 분산시켜 슬러리를 제조하였다. 이때 상기 슬러리에 옥살산 리튬을 상기 규소 합금 및 흑연의 총량 100 중량부에 대하여 0.01 중량부 첨가하였다. 이어서, 상기 슬러리를 집전체인 구리박 위에 도포 및 건조하여, 음극 활물질층을 형성하였다. 이어서, 압축기에 의해 음극 활물질층을 압축함으로써 음극 활물질층의 밀도를 1.6 g/cm3로 하여, 음극을 제조하였다.20% by weight of a silicon alloy (containing 70% by atom of silicon), 75% by weight of graphite and 5% by weight of lithium polyacrylate were dispersed in water to prepare a slurry. At this time, lithium oxalate was added to the slurry in an amount of 0.01 part by weight based on 100 parts by weight of the total amount of the silicon alloy and graphite. Subsequently, the slurry was coated on a copper foil as a current collector and dried to form a negative electrode active material layer. Subsequently, the negative electrode active material layer was compressed by a compressor to obtain a negative electrode active material layer having a density of 1.6 g / cm < 3 & gt ;.
세퍼레이터로서 다공질 폴리에틸렌 필름(polyethylene film)(두께 12㎛)을 준비하고, 세퍼레이터를 양극 및 음극 사이에 배치하여 전극구조체를 제조하고, 전지 용기에 수납하였다.As a separator, a polyethylene film (thickness: 12 mu m) was prepared, and a separator was disposed between the positive electrode and the negative electrode to prepare an electrode structure and housed in a battery container.
에틸렌 카보네이트(EC), 디에틸카보네이트(DEC) 및 에틸메틸 카보네이트(EMC)를 30:20:50의 부피비로 혼합한 용매에, 헥사플루오로 인산 리튬(LiPF6)을 1.0 mol/L의 농도로 용해하여 전해액을 제조하였다. 제조된 전해액에 제2 첨가제로서 LiFSI를 상기 전해액(EC+DMC+EMC+LiPF6)의 총 중량에 대하여 1 중량%로 첨가하였다.Lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was added to a mixed solvent of ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC) and ethyl methyl carbonate (EMC) in a volume ratio of 30:20:50 at a concentration of 1.0 mol / L And dissolved to prepare an electrolytic solution. LiFSI as a second additive was added to the prepared electrolytic solution at 1 wt% based on the total weight of the electrolytic solution (EC + DMC + EMC + LiPF 6 ).
이어서, 전지 용기 내에 상기 조성의 전해액을 주입하여, 세퍼레이터 내의 각 기공에 전해액을 함침시킴으로써, 리튬 이차 전지를 제작하였다.Subsequently, an electrolyte solution having the above composition was injected into the battery container, and each of the pores in the separator was impregnated with an electrolytic solution to prepare a lithium secondary battery.
실시예Example 2 내지 7 및 2 to 7 and 비교예Comparative Example 1 내지 5 1 to 5
실시예 1에서 첨가제의 함유량을 하기 표 1에서와 같이 변경한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차 전지를 제작하였다. 실시예 7은 옥살산 리튬 대신 숙신산 리튬을 음극 활물질, 즉, 규소 합금 및 흑연의 총량 100 중량부에 대하여 0.1 중량부로 첨가한 것만 상이하다.A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, except that the content of the additive in Example 1 was changed as shown in Table 1 below. Example 7 is different from lithium succinate in that lithium succinate was added in an amount of 0.1 part by weight based on 100 parts by weight of the total amount of the negative electrode active material, that is, silicon alloy and graphite, in place of lithium oxalate.
실시예Example 8 내지 13 및 8 to 13 and 비교예Comparative Example 6 내지 9 6 to 9
실시예 8은 LiFSI 대신 LiSO3F를 첨가한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차 전지를 제작하였다.A lithium secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that LiSO 3 F was added instead of LiFSI in Example 8.
또한 실시예 9 내지 13 및 비교예 6 내지 9는 첨가제의 함유량을 하기 표 2에서와 같이 변경한 것을 제외하고는, 실시예 8과 동일한 방법으로 리튬 이차 전지를 제작하였다.In Examples 9 to 13 and Comparative Examples 6 to 9, a lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 8, except that the content of the additive was changed as shown in Table 2 below.
평가 1: 사이클 수명 시험Evaluation 1: Cycle life test
실시예 1 내지 13 및 비교예 1 내지 10에 따른 리튬 이차 전지에 대하여 방전 용량 유지율을 평가하였다.The lithium secondary batteries according to Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 to 10 were evaluated for the discharge capacity retention ratio.
구체적으로, 25℃ 온도에서, 전류밀도 0.4 mA/cm2에서, 전지전압 4.4V 내지 3.0V 사이에서 충방전을 2회 실시하였다. 이후, 25℃ 온도에서, 전류밀도 4.0 mA/cm2에서, 전지전압 4.4V 내지 3.0V 사이에서 충방전을 반복하였다. 여기서, 충방전 100 사이클 후의 방전 용량을 1회 째의 충방전시의 방전 용량으로 나눈 값으로 방전 용량 유지율을 산출하였다. 그 결과를 하기 표 1 및 표 2에 나타내었다.Specifically, charging and discharging were carried out twice at a temperature of 25 캜, at a current density of 0.4 mA / cm 2 , and at a battery voltage of 4.4 V to 3.0 V. Thereafter, charging and discharging were repeated at a temperature of 25 캜, a current density of 4.0 mA / cm 2 , and a battery voltage of 4.4 V to 3.0 V. Here, the discharge capacity retention rate was calculated by dividing the discharge capacity after 100 cycles of charging and discharging by the discharge capacity at the first charging and discharging. The results are shown in Tables 1 and 2 below.
하기 표 1은 제2 첨가제로서 LiFSI를 전해액 내에 첨가한 실시예 1 내지 7 및 비교예 1 내지 6의 평가 결과이며, 하기 표 2는 제2 첨가제로서 LiSO3F를 첨가한 실시예 8 내지 13 및 비교예 6 내지 9의 평가 결과이다.The following Table 1 shows the results of the evaluation of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 6 in which LiFSI was added as the second additive in the electrolytic solution and Examples 8 to 13 in which LiSO 3 F was added as the second additive, And the evaluation results of Comparative Examples 6 to 9.
상기 표 1에서, 제1 첨가제인 옥살산 리튬 및 숙신산 리튬의 첨가량은 음극 활물질의 총량 100 중량부에 대한 중량비로 나타내었고, 제2 첨가제인 LiFSI 및 LiSO3F의 첨가량은 전해액의 총 중량(EC+DMC+EMC+LiPF6)에 대한 중량비로 나타내었다. 또한 "-"은 첨가제를 첨가하지 않음을 나타낸 것이다.In Table 1, the addition amounts of lithium oxalate and lithium succinate as the first additives are shown in terms of the weight ratio with respect to the total amount of 100 parts by weight of the negative electrode active material, and the addition amounts of LiFSI and LiSO 3 F as the second additives are as follows: DMC + EMC + LiPF 6 ). "-" indicates that no additive is added.
상기 표 1을 참고하면, 실시예 1 내지 7은 비교예 1 내지 6와 비교하여 방전용량 유지율이 향상됨을 알 수 있다. 따라서, 제1 첨가제로서 화학식 1로 표시되는 화합물이 음극 내에 첨가되고 제2 첨가제로서 LiFSI가 전해액 내에 첨가된 실시예 1 내지 7에 따른 리튬 이차 전지에서는 사이클 수명 특성이 향상됨을 알 수 있다.Referring to Table 1, it can be seen that the discharge capacity retention ratios of Examples 1 to 7 are improved as compared with Comparative Examples 1 to 6. Therefore, it can be seen that the cycle life characteristics are improved in the lithium secondary batteries according to Examples 1 to 7 in which the compound represented by Formula 1 as the first additive is added in the negative electrode and LiFSI as the second additive is added in the electrolyte solution.
또한, 실시예 1 내지 3 및 7과 비교예 2 및 3을 참고하면, 실시예 1 내지 3 및 7은 제1 첨가제인 화학식 1로 표시되는 화합물의 첨가량이 일 구현예에 따른 범위 내이므로 방전용량 유지율이 향상되어 사이클 수명 특성이 향상됨을 알 수 있다. 반면, 비교예 2 및 3은 화학식 1로 표시되는 화합물의 첨가량이 일 구현예에 따른 범위를 벗어나므로 방전용량 유지율이 향상되지 않아 사이클 수명 특성이 양호하지 않음을 알 수 있다.Further, referring to Examples 1 to 3 and 7 and Comparative Examples 2 and 3, in Examples 1 to 3 and 7, since the addition amount of the compound represented by Formula 1 as the first additive is within the range according to one embodiment, The retention ratio is improved and the cycle life characteristics are improved. On the other hand, in Comparative Examples 2 and 3, since the addition amount of the compound represented by the formula (1) is out of the range according to one embodiment, the discharge capacity retention rate is not improved and the cycle life characteristics are not good.
또한 실시예 4 내지 6과 비교예 4 및 5를 참고하면, 실시예 4 내지 6은 제2 첨가제인 LiFSI의 첨가량이 일 구현예에 따른 범위 내이므로 방전용량 유지율이 향상되어 사이클 수명 특성이 향상됨을 알 수 있다. 반면, 비교예 4 및 5는 LiFSI의 첨가량이 일 구현예에 따른 범위를 벗어나므로 방전용량 유지율이 향상되지 않아 사이클 수명 특성이 양호하지 않음을 알 수 있다.Also, referring to Examples 4 to 6 and Comparative Examples 4 and 5, in Examples 4 to 6, since the addition amount of LiFSI as the second additive is within the range according to one embodiment, the discharge capacity retention ratio is improved and cycle life characteristics are improved Able to know. On the other hand, in Comparative Examples 4 and 5, since the addition amount of LiFSI deviates from the range according to one embodiment, the discharge capacity retention rate is not improved and the cycle life characteristics are not good.
상기 표 2를 참고하면, 실시예 8 내지 13은 비교예 7 내지 10와 비교하여 방전용량 유지율이 향상됨을 알 수 있다. 따라서, 제1 첨가제로서 화학식 1로 표시되는 화합물이 음극 내에 첨가되고 제2 첨가제로서 LiSO3F가 음극 내에 첨가된 실시예 8 내지 13에 따른 리튬 이차 전지에서는 사이클 수명 특성이 향상됨을 알 수 있다.Referring to Table 2, it can be seen that the discharge capacity retention ratios of Examples 8 to 13 are improved compared to Comparative Examples 7 to 10. Therefore, it can be seen that the cycle life characteristics are improved in the lithium secondary batteries according to Examples 8 to 13 in which the compound represented by Formula 1 is added as the first additive in the negative electrode and LiSO 3 F is added as the second additive in the negative electrode.
또한, 실시예 8 내지 10과 비교예 7 및 8을 참고하면, 실시예 8 내지 10은 제1 첨가제인 화학식 1로 표시되는 화합물의 첨가량이 일 구현예에 따른 범위 내이므로 방전용량 유지율이 향상되어 사이클 수명 특성이 향상됨을 알 수 있다. 반면, 비교예 7 및 8은 화학식 1로 표시되는 화합물의 첨가량이 일 구현예에 따른 범위를 벗어나므로 방전용량 유지율이 향상되지 않아 사이클 수명 특성이 양호하지 않음을 알 수 있다.Further, referring to Examples 8 to 10 and Comparative Examples 7 and 8, in Examples 8 to 10, since the addition amount of the compound represented by Formula 1 as the first additive is within the range according to one embodiment, the discharge capacity retention ratio is improved The cycle life characteristics are improved. On the other hand, in Comparative Examples 7 and 8, since the addition amount of the compound represented by the formula (1) is out of the range according to one embodiment, the discharge capacity retention ratio is not improved and the cycle life characteristics are not good.
또한 실시예 11 내지 13과 비교예 9 및 10을 참고하면, 실시예 11 내지 13은 제2 첨가제인 LiSO3F의 첨가량이 일 구현예에 따른 범위 내이므로 방전용량 유지율이 향상되어 사이클 수명 특성이 향상됨을 알 수 있다. 반면, 비교예 9 및 10은 LiSO3F의 첨가량이 일 구현예에 따른 범위를 벗어나므로 방전용량 유지율이 향상되지 않아 사이클 수명 특성이 양호하지 않음을 알 수 있다.Also, referring to Examples 11 to 13 and Comparative Examples 9 and 10, in Examples 11 to 13, since the addition amount of LiSO 3 F as the second additive is within the range according to one embodiment, the discharge capacity retention ratio is improved, It can be seen that it is improved. On the other hand, in Comparative Examples 9 and 10, since the added amount of LiSO 3 F is out of the range according to one embodiment, the discharge capacity retention ratio is not improved and the cycle life characteristics are not good.
이상의 평가 결과로부터, 일 구현예에 따르면, 제1 첨가제로서 화학식 1로 표시되는 화합물을 음극 내에 음극 활물질의 총량 100 중량부에 대하여 0.01 중량부 이상 1 중량부 이하로 포함하고, 제2 첨가제로서 LiFSI 또는 LiSO3F을 전해액 및 음극 중 적어도 하나에 전해액의 총 중량에 대하여 0.1 중량% 이상 2 중량% 이하로 포함함으로써, 리튬 이차 전지의 사이클 특성을 향상시킴을 알 수 있다. From the above evaluation results, according to one embodiment, the compound represented by the general formula (1) is contained as the first additive in an amount of 0.01 to 1 part by weight based on 100 parts by weight of the total amount of the negative electrode active material, and LiFSI Or LiSO 3 F is contained in at least one of the electrolyte solution and the cathode in an amount of 0.1 wt% to 2 wt% based on the total weight of the electrolytic solution, thereby improving the cycle characteristics of the lithium secondary battery.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다. 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, And falls within the scope of the invention.
10 리튬 이차 전지
20 양극
21 집전체
22 양극 활물질층
30 음극
31 집전체
32 음극 활물질층
40 세퍼레이터층
41 세퍼레이터
43 전해액10 lithium secondary battery
20 anode
21 Home
22 cathode active material layer
30 cathode
31 Home Full
32 Anode active material layer
40 Separator layer
41 Separator
43 electrolyte solution
Claims (4)
전해액을 포함하고,
상기 음극은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 상기 음극 활물질 100 중량부에 대하여 0.01 중량부 이상 1 중량부 이하로 더 포함하고,
상기 전해액 및 상기 음극 중 적어도 하나는 플루오로술폰산 리튬 또는 리튬 비스(플루오로술포닐)이미드를 상기 전해액 총 중량에 대하여 0.1 중량% 이상 2 중량% 이하로 포함하는 리튬 이차 전지.
[화학식 1]
(상기 화학식 1에서,
R은 단일결합, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C4 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C4 할로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C4 알케닐렌기, 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C4 알키닐렌기이다.)A negative electrode comprising a negative electrode active material including a silicon-based material and a carbon-based material; And
Comprising an electrolytic solution,
Wherein the negative electrode further comprises 0.01 to 1 part by weight of a compound represented by the following formula (1) based on 100 parts by weight of the negative electrode active material,
Wherein at least one of the electrolyte and the negative electrode contains lithium fluorosulfonate or lithium bis (fluorosulfonyl) imide in an amount of 0.1 wt% or more and 2 wt% or less based on the total weight of the electrolytic solution.
[Chemical Formula 1]
(In the formula 1,
R represents a single bond, a substituted or unsubstituted C1 to C4 alkylene group, a substituted or unsubstituted C1 to C4 haloalkylene group, a substituted or unsubstituted C2 to C4 alkenylene group, or a substituted or unsubstituted C2 to C4 alkynylene group It is a nylene group.)
상기 화학식 1에서 R은 단일결합, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C4 알킬렌기인 리튬 이차 전지.The method of claim 1,
In Formula 1, R is a single bond or a substituted or unsubstituted C1 to C4 alkylene group.
상기 전해액은 할로겐 치환된 환형 카보네이트를 포함하는 리튬 이차 전지.The method of claim 1,
Wherein the electrolytic solution comprises a halogen-substituted cyclic carbonate.
상기 할로겐 치환된 환형 카보네이트는 4-플루오로-1,3-디옥솔란-2-온을 포함하는 리튬 이차 전지.4. The method of claim 3,
The halogen-substituted cyclic carbonate includes 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US14/961,669 US10276871B2 (en) | 2014-12-09 | 2015-12-07 | Rechargeable lithium battery |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014248837A JP6595176B2 (en) | 2014-12-09 | 2014-12-09 | Lithium ion secondary battery |
JPJP-P-2014-248837 | 2014-12-09 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20160069996A true KR20160069996A (en) | 2016-06-17 |
KR102525619B1 KR102525619B1 (en) | 2023-04-24 |
Family
ID=56124752
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020150148210A KR102525619B1 (en) | 2014-12-09 | 2015-10-23 | Rechargeable lithium battery |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6595176B2 (en) |
KR (1) | KR102525619B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102645681B1 (en) * | 2022-09-13 | 2024-03-11 | 제이엘켐 주식회사 | Disulfonyl-based additive for lithium secondary battery, electrolyte for lithium secondary battery including the same and lithium secondary batter including the same |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6975525B2 (en) * | 2015-10-02 | 2021-12-01 | 株式会社日本触媒 | Lithium ion secondary battery |
JP6659608B2 (en) | 2017-03-21 | 2020-03-04 | 株式会社東芝 | Rechargeable batteries, battery packs and vehicles |
JP6994153B2 (en) * | 2017-12-11 | 2022-02-03 | トヨタ自動車株式会社 | Non-aqueous electrolyte secondary battery |
US20200335823A1 (en) * | 2017-12-12 | 2020-10-22 | Central Glass Company, Limited | Electrolyte Solution for Nonaqueous Electrolyte Batteries and Nonaqueous Electrolyte Battery Using Same |
JP7264899B2 (en) * | 2018-07-30 | 2023-04-25 | 三井化学株式会社 | Non-aqueous electrolyte for batteries and lithium secondary batteries |
WO2020110917A1 (en) * | 2018-11-30 | 2020-06-04 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Secondary battery and electrolyte solution |
JP7454796B2 (en) * | 2019-01-31 | 2024-03-25 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Non-aqueous electrolyte secondary battery and electrolyte used therein |
CN114335719A (en) * | 2021-11-29 | 2022-04-12 | 惠州市豪鹏科技有限公司 | Lithium ion battery electrolyte and lithium ion battery |
WO2024090206A1 (en) * | 2022-10-25 | 2024-05-02 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Negative electrode for secondary battery, and secondary battery |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004165151A (en) * | 2002-10-23 | 2004-06-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Nonaqueous electrolyte secondary battery and electrolyte used therein |
JP2006134684A (en) * | 2004-11-05 | 2006-05-25 | Sony Corp | Negative electrode and battery |
JP2012238458A (en) * | 2011-05-11 | 2012-12-06 | Sony Corp | Secondary battery, electronic apparatus, electric tool, electric vehicle, and power storage system |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001229963A (en) * | 2000-02-15 | 2001-08-24 | Asahi Kasei Corp | Nonaqueous secondary battery |
JP5625487B2 (en) * | 2010-05-25 | 2014-11-19 | 株式会社豊田中央研究所 | Negative electrode for lithium ion secondary battery, lithium ion secondary battery, and method for producing negative electrode for lithium ion secondary battery |
JP5472041B2 (en) * | 2010-10-28 | 2014-04-16 | 三菱化学株式会社 | Non-aqueous electrolyte and non-aqueous electrolyte secondary battery using the same |
WO2012172723A1 (en) * | 2011-06-15 | 2012-12-20 | パナソニック株式会社 | Non-aqueous solvent and non-aqueous electrolytic solution for electrical storage devices, and electrical storage device, lithium secondary battery and electric double-layer capacitor each utilizing said non-aqueous solvent and said non-aqueous electrolytic solution |
JP6099887B2 (en) * | 2011-06-24 | 2017-03-22 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | Power storage device |
JP5998645B2 (en) * | 2012-05-30 | 2016-09-28 | セントラル硝子株式会社 | Non-aqueous electrolyte battery electrolyte and non-aqueous electrolyte battery using the same |
JP2014002890A (en) * | 2012-06-18 | 2014-01-09 | Toshiba Corp | Negative electrode material for nonaqueous electrolyte secondary battery, negative electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary battery, negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery, nonaqueous electrolyte secondary battery, and battery pack |
JP6120065B2 (en) * | 2013-04-09 | 2017-04-26 | トヨタ自動車株式会社 | Nonaqueous electrolyte secondary battery and manufacturing method thereof |
-
2014
- 2014-12-09 JP JP2014248837A patent/JP6595176B2/en active Active
-
2015
- 2015-10-23 KR KR1020150148210A patent/KR102525619B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004165151A (en) * | 2002-10-23 | 2004-06-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Nonaqueous electrolyte secondary battery and electrolyte used therein |
JP2006134684A (en) * | 2004-11-05 | 2006-05-25 | Sony Corp | Negative electrode and battery |
JP2012238458A (en) * | 2011-05-11 | 2012-12-06 | Sony Corp | Secondary battery, electronic apparatus, electric tool, electric vehicle, and power storage system |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102645681B1 (en) * | 2022-09-13 | 2024-03-11 | 제이엘켐 주식회사 | Disulfonyl-based additive for lithium secondary battery, electrolyte for lithium secondary battery including the same and lithium secondary batter including the same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR102525619B1 (en) | 2023-04-24 |
JP2016110900A (en) | 2016-06-20 |
JP6595176B2 (en) | 2019-10-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102525619B1 (en) | Rechargeable lithium battery | |
KR102434887B1 (en) | Negative electrode for rechargeable lithium battery and rechargeable lithium battery | |
CN108886166B (en) | Nonaqueous electrolyte additive, and nonaqueous electrolyte for lithium secondary battery and lithium secondary battery containing same | |
JP6398985B2 (en) | Lithium ion secondary battery | |
KR101772754B1 (en) | Method for producing positive electrode active material layer for lithium ion battery, and positive electrode active material layer for lithium ion battery | |
KR102276985B1 (en) | Nonaqueous electrolyte for lithium secondary battery, and lithium secondary battery comprising the same | |
KR101581780B1 (en) | electrolyte for lithium secondary battery and lithium secondary battery containing the same | |
JP2019536239A (en) | Electrolyte additive and non-aqueous electrolyte for lithium secondary battery containing the same | |
JP2009140919A (en) | Nonaqueous secondary battery | |
JP6380377B2 (en) | Lithium ion secondary battery | |
JP5664685B2 (en) | Nonaqueous electrolyte solution and lithium ion secondary battery | |
JP5472554B1 (en) | Non-aqueous electrolyte secondary battery | |
KR102112207B1 (en) | Non-aqueous electrolyte solution and lithium secondary battery comprising the same | |
US10276871B2 (en) | Rechargeable lithium battery | |
JP2016048624A (en) | Lithium secondary battery | |
KR102296815B1 (en) | Rechargeable lithium ion battery | |
KR101542071B1 (en) | Electrolyte for long cycle life secondary battery and secondary battery containing the same | |
KR102230038B1 (en) | Lithium secondary battery | |
JP6191602B2 (en) | Lithium ion secondary battery | |
JP2020071944A (en) | Nonaqueous electrolyte lithium ion secondary battery | |
KR102501252B1 (en) | Non-aqueous electrolyte for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising the same | |
KR101683534B1 (en) | electrolyte for lithium secondary battery and lithium secondary battery containing the same | |
US20190260080A1 (en) | Non-aqueous Electrolyte and Lithium Secondary Battery Including the Same | |
CN111886744A (en) | Electrolyte composition for lithium-ion electrochemical cells | |
KR20140120668A (en) | Anode Electrodes for Secondary Battery and Lithium Secondary Battery Containing The Same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
AMND | Amendment | ||
E601 | Decision to refuse application | ||
X091 | Application refused [patent] | ||
AMND | Amendment | ||
X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
GRNT | Written decision to grant |