KR20180065755A - non-aqueous liquid electrolyte and lithium secondary battery comprising the same - Google Patents

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안경호
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Abstract

The present invention relates to a non-aqueous electrolyte liquid with improved ion transfer properties of an electrolyte, and a lithium secondary battery including the same. The non-aqueous electrolyte liquid for a secondary battery includes a lithium salt and an organic solvent. Capacity and cycle characteristics are improved.

Description

비수성 전해액 및 이를 포함하는 리튬 이차전지 {non-aqueous liquid electrolyte and lithium secondary battery comprising the same}[0001] The present invention relates to a non-aqueous electrolyte solution and a lithium secondary battery comprising the same,

본 발명은 이온 전달 특성을 개선한 비수성 전해액 및 이를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a non-aqueous electrolytic solution improved in ion transport properties and a lithium secondary battery comprising the same.

최근 에너지 저장 기술에 대한 관심이 갈수록 높아지고 있으며, 휴대폰, 캠코더 및 노트북 PC, 나아가서는 전기자동차의 에너지까지 적용분야가 확대되면서 전기화학소자의 연구와 개발에 대한 노력이 점점 구체화되고 있다.In recent years, interest in energy storage technology has been increasing, and efforts for research and development of electrochemical devices are becoming more and more specific as the applications of cell phones, camcorders, notebook PCs, and electric vehicles are expanded.

전기화학소자는 이러한 측면에서 가장 주목받고 있는 분야이며, 그 중에서도 충방전이 가능한 이차전지에 대한 관심이 대두되고 있다. 특히, 현재 적용되고 있는 이차전지 중에서 1990년대 초에 개발된 리튬 이차전지는 작동 전압이 높고 에너지 밀도가 월등히 크다는 장점으로 각광을 받고 있다. The electrochemical device is one of the most attracting fields in this respect, and attention is focused on a rechargeable secondary battery. Particularly, among the currently applied secondary batteries, lithium secondary batteries developed in the early 1990s are attracting attention because of their high operating voltage and energy density.

상기 리튬 이차전지는 리튬이온을 흡장 및 방출할 수 있는 탄소재 등의 음극, 리튬 함유 산화물 등으로 된 양극 및 혼합 유기용매에 리튬염이 적당량 용해된 비수전해액으로 구성되어 있으며, 양극의 리튬 금속 산화물로부터 리튬 이온이 음극의 흑연 전극으로 삽입(intercalation)되고 탈리(deintercalation)되는 과정을 반복하면서 충방전이 진행된다. The lithium secondary battery includes a negative electrode made of a carbon material capable of absorbing and desorbing lithium ions, a positive electrode made of a lithium-containing oxide or the like, and a nonaqueous electrolyte solution in which an appropriate amount of a lithium salt is dissolved in a mixed organic solvent. The lithium ions are intercalated into the graphite electrode of the negative electrode and deintercalated.

한편, 통상 리튬 이차전지는 높은 작동 전압에서 구동되므로 기존의 수계 전해액은 사용할 수가 없는데, 이는 리튬 이온과 수용액이 격렬하게 반응하기 때문이다. 이에, 최근에는 리튬염을 유기용매에 용해시킨 비수계 유기 전해액이 리튬 이차전지에 사용되고 있다.On the other hand, since a lithium secondary battery is usually driven at a high operating voltage, a conventional aqueous electrolyte can not be used because the lithium ion reacts violently with an aqueous solution. In recent years, a non-aqueous organic electrolyte solution in which a lithium salt is dissolved in an organic solvent is used in a lithium secondary battery.

이러한 유기용매로 카보네이트계 극성 용매가 사용되는 경우, 초기 충전시 음극의 탄소와 전해액이 반응하여 과량의 전하가 사용된다. 이러한 비가역적인 반응에 의해 음극 표면에 고체 전해질 (Solid Electrolyte Interface; SEI)막과 같은 패시베이션 층(passivation layer)이 형성된다.When a carbonate-based polar solvent is used as such an organic solvent, an excess amount of charge is used because the carbon of the cathode reacts with the electrolyte at the time of initial charging. By this irreversible reaction, a passivation layer such as a solid electrolyte interface (SEI) film is formed on the surface of the cathode.

상기 SEI 막은 전해액이 더 이상 분해되지 않고 안정적인 충방전을 유지할 수 있도록 하고, 이온 터널(ion tunnel)의 역할을 수행하여 리튬 이온만을 통과시키고, 리튬 이온을 용매화(solvation)시켜 함께 이동하는 유기용매들이 탄소 음극에 함께 코인터컬레이션되는 것을 막아주기 때문에 음극 구조가 붕괴되는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다.The SEI film allows the electrolyte solution to maintain stable charge / discharge without further decomposition, passes through only lithium ions by acting as an ion tunnel, solubilizes lithium ions, Can be prevented from being co-intercalated together with the carbon cathode, thereby preventing the cathode structure from being collapsed.

그러나 충방전시에 4V 이상의 고전압이 반복적으로 걸리면, 극성 용매와 리튬염에 의해서 만들어진 SEI 막에 균열이 생겨 용매의 환원 반응이 지속되면서 불용성 염이 음극 내외부에서 석출되고, 기체가 발생하며, 음극 구조에 균열이 발생된다. 이러한 균열에 의해 전자적 연결이 저하되면, 음극의 내부 저항이 증가하고, 전지 용량이 감소한다. 또한 용매 분해로 인한 전해질 고갈로 이온 전달이 어렵다는 문제도 발생한다.However, when a high voltage of 4V or more is repeatedly applied during charging and discharging, the SEI film produced by the polar solvent and the lithium salt cracks, and the reduction reaction of the solvent is continued so that the insoluble salt precipitates inside and outside of the cathode, A crack is generated in the substrate. If the electronic connection is deteriorated by such a crack, the internal resistance of the cathode increases, and the battery capacity decreases. Further, there is also a problem that the electrolyte is depleted due to the decomposition of the solvent, making it difficult to transfer ions.

이에, 고온이나 저온 환경, 및 고전압 충전 등과 같은 가혹한 환경에서도 우수한 사이클 수명 특성을 유지하면서, 전해질의 이온 전달 특성을 향상시킬 수 있는 리튬 이차전지 개발에 대한 필요성이 점차 늘어나고 있는 실정이다.Accordingly, there is a growing need for the development of a lithium secondary battery capable of improving ion transfer characteristics of an electrolyte while maintaining excellent cycle life characteristics even under harsh environments such as high temperature and low temperature environments and high voltage charging.

대한민국 특허공개공보 제2012-0099013호Korean Patent Publication No. 2012-0099013

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 해결하고자 하는 제1 기술적 과제는 전해질의 이온 전달 특성을 개선한 비수성 전해액을 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the above-mentioned problems, a first technical object of the present invention is to provide a non-aqueous electrolytic solution improved in ion transport properties of an electrolyte.

또한, 본 발명의 해결하고자 하는 제2 기술적 과제는 상기 비수전해액을 포함함으로써 용량 및 사이클 특성이 개선된 리튬 이차전지를 제공하는 것을 목적으로 한다. Another object of the present invention is to provide a lithium secondary battery having improved capacity and cycle characteristics by including the nonaqueous electrolyte solution.

상기 해결하고자 하는 과제를 해결하기 위하여, In order to solve the problem to be solved,

본 발명의 일실시예에서,In one embodiment of the invention,

리튬염; 및 유기 용매를 포함하는 이차전지용 비수 전해액에 있어서,Lithium salts; And a nonaqueous electrolyte solution for a secondary battery comprising an organic solvent,

상기 유기 용매는 에테르 화합물; 에스테르 화합물; 니트릴계 화합물; 선형 카보네이트 화합물; 및 환형 카보네이트 화합물;로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 제1 유기용매 및 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 제2 유기용매를 포함하며, The organic solvent may be an ether compound; Ester compounds; Nitrile-based compounds; Linear carbonate compounds; And a second organic solvent comprising at least one first organic solvent selected from the group consisting of a cyclic carbonate compound and a compound represented by the following formula 1,

상기 제2 유기용매는 상기 제1 유기용매 및 제2 유기용매의 전체 부피를 기준으로 20 부피% 미만으로 포함되는 것인 이차전지용 비수 전해액을 제공한다.Wherein the second organic solvent comprises less than 20% by volume based on the total volume of the first organic solvent and the second organic solvent.

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

구체적으로, 상기 이차전지용 비수 전해액에 있어서, 상기 제1 유기용매 : 제2 유기용매의 혼합 부피비는 81 : 19 내지 99:1로 포함될 수 있다.Specifically, in the nonaqueous electrolyte solution for a secondary battery, a mixing volume ratio of the first organic solvent to the second organic solvent may be 81: 19 to 99: 1.

또한, 본 발명의 일 실시예에서는 In an embodiment of the present invention,

음극, 양극, 상기 음극 및 양극 사이에 개재된 세퍼레이터, 및 본 발명의 비수전해액을 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다.There is provided a negative electrode, a positive electrode, a separator interposed between the negative electrode and the positive electrode, and a lithium secondary battery comprising the nonaqueous electrolyte of the present invention.

본 발명은 세퍼레이터에 함침된 전해질의 이온 전달 특성을 향상시킬 수 있는 제2 유기 용매를 더 포함하는 비수전해액을 제공함으로써, 보다 균일한 리튬 이온의 이동이 가능하게 하며, 이로 인해 사이클 수명 및 용량 특성이 향상된 리튬 이차전지를 제조할 수 있다.The present invention provides a nonaqueous electrolyte solution which further comprises a second organic solvent capable of improving ion transfer characteristics of the electrolyte impregnated in the separator, thereby enabling more uniform movement of lithium ions, This improved lithium secondary battery can be manufactured.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 안 된다.
도 1은 본 발명의 실험예 2에 따른 전지 수명 특성 결과를 나타내는 그래프이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate exemplary embodiments of the invention and, together with the description of the invention, It should not be construed as limited.
1 is a graph showing battery life characteristics results according to Experimental Example 2 of the present invention.

이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms and the inventor may appropriately define the concept of the term in order to best describe its invention It should be construed as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

구체적으로, 본 발명의 일 실시예에서는Specifically, in one embodiment of the present invention

리튬염; 및 유기 용매를 포함하는 이차전지용 비수 전해액에 있어서,Lithium salts; And a nonaqueous electrolyte solution for a secondary battery comprising an organic solvent,

상기 유기 용매는 에테르 화합물; 에스테르 화합물; 니트릴계 화합물; 선형 카보네이트 화합물; 및 환형 카보네이트 화합물;로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 제1 유기용매 및 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 제2 유기용매를 포함하며, The organic solvent may be an ether compound; Ester compounds; Nitrile-based compounds; Linear carbonate compounds; And a second organic solvent comprising at least one first organic solvent selected from the group consisting of a cyclic carbonate compound and a compound represented by the following formula 1,

상기 제2 유기용매는 상기 제1 유기용매 및 제2 유기용매의 전체 부피를 기준으로 20 부피% 미만으로 포함되는 것인 이차전지용 비수 전해액을 제공한다.Wherein the second organic solvent comprises less than 20% by volume based on the total volume of the first organic solvent and the second organic solvent.

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure pat00002
Figure pat00002

일반적으로, 이차전지의 충방전 사이클 반복 시에 음극에서 급격한 수축 팽창 현상을 동반하게 되고, 이때 SEI 막이 붕괴되면 전해액 분해에 의하여 새로운 SEI 막이 재생성 된다. 이로 인해 전해액이 점차 고갈되면서, 전해액 내에 존재하는 리튬 이온이 소모되기 때문에, 사이클이 진행됨에 따라 이차전지의 용량은 감소된다.Generally, when the secondary battery is repeatedly charged and discharged, the cathode undergoes rapid expansion and contraction, and when the SEI film collapses, a new SEI film is regenerated by electrolytic decomposition. As a result, the electrolyte is gradually depleted and lithium ions present in the electrolyte are consumed, so the capacity of the secondary battery decreases as the cycle progresses.

이러한 전해질 고갈은 유기 용매 중에서는 주로 환형 카보네이트에서 일어난다고 볼 수 있다. 이는 이차전지의 수명 테스트 중 수명이 급감하는 시점에서의 이차전지를 분해하여 전해액을 분석해 본 결과, 환형 카보네이트 용매로 사용된 플루오로에틸렌 카보네이트가 모두 소모된 점으로부터 유추될 수 있다.Such electrolyte depletion can be seen to occur mainly in cyclic carbonate in organic solvents. This can be deduced from the fact that the life of the secondary battery is shortened during the life test, and the secondary battery is disassembled and the electrolyte is analyzed. As a result, all the fluoroethylene carbonate used as the cyclic carbonate solvent is consumed.

이에, 본 발명에서는 비수 전해액의 유기용매로서 상기 제2 유기용매를 더 포함함으로써, 세퍼레이터에 함침된 전해액의 이온 전달 특성을 향상시킬 수 있으며, 이로 인해 리튬 이온 이동의 균일도가 향상되고 사이클 수명 특성이 증대되는 효과를 부여할 수 있다.Accordingly, in the present invention, by further including the second organic solvent as the organic solvent of the non-aqueous electrolyte, it is possible to improve the ion transfer characteristic of the electrolyte solution impregnated in the separator, thereby improving the uniformity of lithium ion movement, It is possible to give an increased effect.

이때, 상기 본 발명의 이차전지용 비수 전해액에서, 상기 제1 유기용매 : 제2 유기용매의 혼합 부피비는 81:19 내지 99:1일 수 있다. 만약, 상기 제2 유기용매의 부피비가 1 미만인 경우 전도도 발현율 상승 효과가 작아지게 될 수 있고, 제2 유기용매의 부피비가 19를 초과하면 화합물 자체의 낮은 전도도에 의하여 벌크 및 함침전도도가 낮아져 전지 내 이온전달 특성이 오히려 감소될 수 있다.At this time, in the nonaqueous electrolyte for a secondary battery of the present invention, the mixing volume ratio of the first organic solvent to the second organic solvent may be 81:19 to 99: 1. If the volume ratio of the second organic solvent is less than 1, the effect of increasing the conductivity can be reduced. If the volume ratio of the second organic solvent is more than 19, the bulk and the impregnation conductivity are lowered due to the low conductivity of the compound itself, Ion transport properties can be rather reduced.

한편, 본 발명의 비수전해액에 있어서, 상기 리튬염은 리튬 이차전지용 전해액에 통상적으로 사용되는 것들이 제한 없이 사용될 수 있으며, 예를 들어 양이온으로 Li+를 포함하고, 음이온으로는 F-, Cl-, Br-, I-, NO3 -, N(CN)2 -, BF4 -, ClO4 -, AlO4 -, AlCl4 -, PF6 -, SbF6 -, AsF6 -, BF2C2O4 -, BC4O8 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 -, C4F9SO3 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, (F2SO2)2N-, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -, SCN- 및 (CF3CF2SO2)2N-로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나 또는 이들 중 적어도 2종 이상을 포함할 수 있으며, 구체적으로 상기 리튬염은 LiPF6, LiAsF6, LiCF3SO3, LiN(FSO2)2, LiN(CF3SO2)2, LiBF6, LiSbF6, LiN(C2F5SO2)2, LiAlO4, LiAlCl4, LiSO3CF3 및 LiClO4로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나 또는 이들 중 적어도 2종 이상을 포함할 수 있다.On the other hand, in the non-aqueous liquid electrolyte of the present invention, the lithium salt is in can be used without limitation, those which are commonly used in a lithium secondary battery electrolyte, for example comprising a Li + as the cation, the anion is F -, Cl -, Br -, I -, NO 3 -, N (CN) 2 -, BF 4 -, ClO 4 -, AlO 4 -, AlCl 4 -, PF 6 -, SbF 6 -, AsF 6 -, BF 2 C 2 O 4 -, BC 4 O 8 - , (CF 3) 2 PF 4 -, (CF 3) 3 PF 3 -, (CF 3) 4 PF 2 -, (CF 3) 5 PF -, (CF 3) 6 P -, CF 3 SO 3 -, C 4 F 9 SO 3 -, CF 3 CF 2 SO 3 -, (CF 3 SO 2) 2 N -, (F 2 SO 2) 2 N -, CF 3 CF 2 (CF 3) 2 CO -, (CF 3 SO 2) 2 CH -, CF 3 (CF 2) 7 SO 3 -, CF 3 CO 2 -, CH 3 CO 2 -, SCN - , and (CF 3 CF 2 SO 2) 2 N - , or at least two or more of them. Specifically, the lithium salt may be at least one selected from the group consisting of LiPF 6 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiN (FSO 2 ) 2 , LiN CF 3 SO 2 ) 2 , LiBF 6 , LiSbF 6 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiAlO 4 , LiAlCl 4 , LiSO 3 CF 3, and LiClO 4 , or at least two or more of them.

상기 리튬염은 리튬 이차전지용 비수전해액 내에서 0.5M 내지 3M로 포함될 수 있다. 만약, 상기 리튬염의 농도가 0.5M 이하인 경우 전지의 저온 출력 개선 및 고온 사이클 특성의 개선의 효과가 충분하지 않을 수 있고, 3M을 초과하는 경우 전지의 충방전시 전해액 내의 부반응이 과도하게 발생하여 스웰링(swelling) 현상이 일어날 수 있거나, 또는 전해액 중에서 금속으로 이루어진 양극 또는 음극 집전체의 부식을 유발할 수 있다.The lithium salt may be contained in the non-aqueous electrolyte for lithium secondary battery at 0.5M to 3M. If the concentration of the lithium salt is less than 0.5M, the effect of improving the low-temperature power of the battery and improving the high-temperature cycle characteristics may not be sufficient. If the concentration exceeds 3M, side reactions in the electrolyte occur excessively during charging / discharging of the battery, A swelling phenomenon may occur, or corrosion of a positive electrode or negative electrode current collector made of a metal in an electrolyte solution may occur.

또한, 본 발명의 비수전해액에 있어서, 상기 제1 유기 용매는 리튬 이차전지용 전해액에 통상적으로 사용되는 것들을 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들면 에테르 화합물, 에스테르 화합물, 니트릴계 화합물, 선형 카보네이트 화합물, 또는 환형 카보네이트 화합물 등을 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 그 중에서 대표적으로는 환형 카보네이트 화합물, 선형 카보네이트 화합물, 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. In the nonaqueous electrolyte solution of the present invention, the first organic solvent may be any of those conventionally used for an electrolyte for a lithium secondary battery without limitation, and examples thereof include ether compounds, ester compounds, nitrile compounds, linear carbonate compounds, Cyclic carbonate compounds, etc. may be used alone or in combination of two or more. Among them, typical examples include a cyclic carbonate compound, a linear carbonate compound, or a mixture thereof.

상기 유기 용매 중 에테르 화합물은 디메틸 에테르, 디에틸 에테르, 디프로필 에테르, 메틸에틸 에테르, 메틸프로필 에테르 및 에틸프로필 에테르로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The ether compound in the organic solvent may be selected from the group consisting of dimethyl ether, diethyl ether, dipropyl ether, methyl ethyl ether, methyl propyl ether and ethyl propyl ether, or a mixture of two or more thereof. But is not limited thereto.

상기 에스테르 화합물은 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 프로필 아세테이트, 메틸 프로피오네이트, 에틸 프로피오네이트, 프로필 프로피오네이트, 부틸 프로피오네이트와 같은 선형 에스테르; 및 γ-부티로락톤, γ-발레로락톤, γ-카프로락톤, σ-발레로락톤, ε-카프로락톤과 같은 환형 에스테르 화합물;로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The ester compound may be a linear ester such as methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, propyl propionate, butyl propionate; And a cyclic ester compound such as? -Butyrolactone,? -Valerolactone,? -Caprolactone,? -Valerolactone,? -Caprolactone, or a mixture of two or more thereof But is not limited thereto.

상기 니트릴계 화합물은 아세토니트릴, 프로피오니트릴, 부티로니트릴, 발레로니트릴, 카프릴로니트릴, 헵탄니트릴, 사이클로펜탄 카보니트릴, 사이클로헥산 카보니트릴, 2-플루오로벤조니트릴, 4-플루오로벤조니트릴, 다이플루오로벤조니트릴, 트리플루오로벤조니트릴, 페닐아세토니트릴, 2-플루오로페닐아세토니트릴, 및 4-플루오로페닐아세토니트릴로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.The nitrile compound may be at least one compound selected from the group consisting of acetonitrile, propionitrile, butyronitrile, valeronitrile, caprylonitrile, heptanenitrile, cyclopentanecarbonitrile, cyclohexanecarbonitrile, 2-fluorobenzonitrile , At least one selected from the group consisting of difluorobenzonitrile, trifluorobenzonitrile, phenylacetonitrile, 2-fluorophenylacetonitrile, and 4-fluorophenylacetonitrile.

상기 선형 카보네이트 화합물의 구체적인 예로는 디메틸 카보네이트(dimethyl carbonate, DMC), 디에틸 카보네이트(diethyl carbonate, DEC), 디프로필 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트(EMC), 메틸프로필 카보네이트 및 에틸프로필 카보네이트 로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물 등이 대표적으로 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. Specific examples of the linear carbonate compound are selected from the group consisting of dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate, ethyl methyl carbonate (EMC), methyl propyl carbonate and ethyl propyl carbonate Or a mixture of two or more of them may be used. However, the present invention is not limited thereto.

또한, 상기 환형 카보네이트 화합물의 구체적인 예로는 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate, EC), 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate, PC), 1,2-부틸렌 카보네이트, 2,3-부틸렌 카보네이트, 1,2-펜틸렌카보네이트, 2,3-펜틸렌 카보네이트, 비닐렌 카보네이트 및 플루오로에틸렌 카보네이트 (FEC)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물이 있다.Specific examples of the cyclic carbonate compound include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), 1,2-butylene carbonate, 2,3-butylene carbonate, 1,2-pentylene A carbonate, a carbonate, a 2,3-pentylene carbonate, a vinylene carbonate, and a fluoroethylene carbonate (FEC), or a mixture of two or more thereof.

특히, 상기 카보네이트계 유기용매 중 환형 카보네이트인 에틸렌 카보네이트 및 프로필렌 카보네이트는 고점도의 유기용매로서 유전율이 높아 전해질 내의 리튬염을 잘 해리시키므로 바람직하게 사용될 수 있으며, 이러한 환형 카보네이트와 에틸메틸 카보네이트, 디메틸 카보네이트 또는 디에틸 카보네이트와 같은 저점도, 저유전율 선형 카보네이트를 적당한 비율로 혼합하여 사용하면 높은 전기 전도율을 갖는 전해액을 만들 수 있어 더욱 바람직하게 사용될 수 있다.Particularly, the above-mentioned cyclic carbonates such as ethylene carbonate and propylene carbonate are high-viscosity organic solvents having a high dielectric constant and can dissociate the lithium salt in the electrolyte well. Therefore, cyclic carbonates and ethylmethyl carbonate, dimethyl carbonate or When a low viscosity, low dielectric constant linear carbonate such as diethyl carbonate is mixed in an appropriate ratio, an electrolytic solution having a high electric conductivity can be prepared, which is more preferably used.

또한, 본 발명의 일 실시예에서는In an embodiment of the present invention,

양극, 음극, 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 세퍼레이터 및A positive electrode, a negative electrode, a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode,

본 발명의 비수전해액을 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다. A lithium secondary battery comprising the non-aqueous electrolyte of the present invention is provided.

구체적으로, 본 발명의 리튬 이차전지는 양극, 음극 및 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터로 이루어진 전극 구조체에 본 발명의 비수전해액을 주입하여 제조할 수 있다. Specifically, the lithium secondary battery of the present invention can be manufactured by injecting the non-aqueous electrolyte of the present invention into an electrode structure composed of a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode.

이때, 상기 양극은 양극 집전체 상에 양극활물질, 선택적으로 바인더, 도전재 및 용매 등을 포함하는 양극 합제를 코팅하여 제조할 수 있다.At this time, the positive electrode may be manufactured by coating a positive electrode active material on the positive electrode current collector, and optionally a positive electrode material mixture including a binder, a conductive material, and a solvent.

상기 양극 집전체는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. The positive electrode collector is not particularly limited as long as it has electrical conductivity without causing chemical change in the battery. For example, the positive electrode collector may be formed of a metal such as carbon, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon, , Nickel, titanium, silver, or the like may be used.

상기 양극 활물질은 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물로서, 구체적으로는 코발트, 망간, 니켈 또는 알루미늄과 같은 1종 이상의 금속과 리튬을 포함하는 리튬 복합금속 산화물을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 리튬 복합금속 산화물은 리튬-망간계 산화물(예를 들면, LiMnO2, LiMn2O4 등), 리튬-코발트계 산화물(예를 들면, LiCoO2 등), 리튬-니켈계 산화물(예를 들면, LiNiO2 등), 리튬-니켈-망간계 산화물(예를 들면, LiNi1 - YMnYO2(여기에서, 0<Y<1), LiMn2 - zNizO4(여기에서, 0<Z<2) 등), 리튬-니켈-코발트계 산화물(예를 들면, LiNi1 - Y1CoY1O2(여기에서, 0<Y1<1) 등), 리튬-망간-코발트계 산화물(예를 들면, LiCo1-Y2MnY2O2(여기에서, 0<Y2<1), LiMn2 - z1Coz1O4(여기에서, 0<Z1<2) 등), 리튬-니켈-망간-코발트계 산화물(예를 들면, Li(NipCoqMnr1)O2(여기에서, 0<p<1, 0<q<1, 0<r1<1, p+q+r1=1) 또는 Li(Nip1Coq1Mnr2)O4(여기에서, 0<p1<2, 0<q1<2, 0<r2<2, p1+q1+r2=2) 등), 또는 리튬-니켈-코발트-전이금속(M) 산화물(예를 들면, Li(Nip2Coq2Mnr3Ms2)O2(여기에서, M은 Al, Fe, V, Cr, Ti, Ta, Mg 및 Mo로 이루어지는 군으로부터 선택되고, p2, q2, r3 및 s2는 각각 독립적인 원소들의 원자분율로서, 0<p2<1, 0<q2<1, 0<r3<1, 0<s2<1, p2+q2+r3+s2=1이다) 등) 등을 들 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 화합물이 포함될 수 있다. 이중에서도 전지의 용량 특성 및 안정성을 높일 수 있다는 점에서 상기 리튬 복합금속 산화물은 LiCoO2, LiMnO2, LiNiO2, 리튬 니켈망간코발트 산화물(예를 들면, Li(Ni0.6Mn0.2Co0.2)O2, Li(Ni0.5Mn0.3Co0.2)O2, Li(Ni0.7Mn0.15Co0.15)O2 또는 Li(Ni0.8Mn0.1Co0.1)O2 등), 또는 리튬 니켈코발트알루미늄 산화물(예를 들면, LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 등) 등일 수 있으며, 리튬 복합금속 산화물을 형성하는 구성원소의 종류 및 함량비 제어에 따른 개선 효과의 현저함을 고려할 때 상기 리튬 복합금속 산화물은 Li(Ni0.6Mn0.2Co0.2)O2, Li(Ni0.5Mn0.3Co0.2)O2, Li(Ni0.7Mn0.15Co0.15)O2 또는 Li(Ni0.8Mn0.1Co0.1)O2 등일 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.The cathode active material is a compound capable of reversibly intercalating and deintercalating lithium, and may specifically include a lithium composite metal oxide including lithium and at least one metal such as cobalt, manganese, nickel, or aluminum have. More specifically, the lithium composite metal oxide may be at least one selected from the group consisting of lithium-manganese-based oxides (for example, LiMnO 2 and LiMn 2 O 4 ), lithium-cobalt oxides (for example, LiCoO 2 ), lithium- (for example, LiNiO 2 and the like), lithium-nickel-manganese-based oxide (for example, LiNi 1-Y Mn Y O 2 (where, 0 <Y <1), LiMn 2-z Ni z O 4 ( here, 0 <Z <2) and the like), lithium-nickel-cobalt oxide (e.g., LiNi 1-Y1 Co Y1 O 2 (here, 0 <Y1 <1) and the like), lithium-manganese-cobalt oxide (e. g., LiCo 1-Y2 Mn Y2 O 2 (here, 0 <Y2 <1), LiMn 2 - z1 Co z1 O 4 ( here, 0 <z1 <2) and the like), lithium-nickel -manganese-cobalt oxide (e.g., Ni p Co q Mn r1 (Li) O 2 (here, 0 <p <1, 0 <q <1, 0 <r1 <1, p + q + r1 = 1) or Li (Ni p1 Co q1 Mn r2) O 4 (here, 0 <p1 <2, 0 <q1 <2, 0 <r2 <2, p1 + q1 + r2 = 2) , etc.), or a lithium- nickel-cobalt-transition metal (M) oxide (e.g., Li (Ni Co p2 q2 Mn r3 M s2) O 2 (here Wherein M is selected from the group consisting of Al, Fe, V, Cr, Ti, Ta, Mg and Mo, p2, q2, r3 and s2 are atomic fractions of independent elements, 0 <p2 < Q2 <1, 0 <r3 <1, 0 <s2 <1, p2 + q2 + r3 + s2 = 1), etc., and any one or more of these compounds may be included. The lithium composite metal oxide may be LiCoO 2 , LiMnO 2 , LiNiO 2 , lithium nickel manganese cobalt oxide (for example, Li (Ni 0.6 Mn 0.2 Co 0.2 ) O 2 , Li (Ni 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 ) O 2, Li (Ni 0.7 Mn 0.15 Co 0.15) O 2 or Li (Ni 0.8 Mn 0.1 Co 0.1 ) O 2 ), or lithium nickel cobalt aluminum oxide (e.g., LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2, etc.), and considering the remarkable improvement effect according to the kind and content ratio control of constituent elements forming the lithium composite metal oxide, the lithium composite metal oxide is Li (Ni 0.6 Mn 0.2 Co 0.2 ) O 2 , Li (Ni 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 ) O 2, Li (Ni 0.7 Mn 0.15 Co 0.15) O 2 or Li (Ni 0.8 Mn 0.1 Co 0.1 ) O 2 and the like, any one or a mixture of two or more may be used of which have.

상기 양극 활물질은 각각의 양극 합제의 전체 중량을 기준으로 80 중량% 내지 99중량%로 포함될 수 있다.The cathode active material may include 80 wt% to 99 wt% based on the total weight of each cathode mix.

상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 합제의 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌-부타디엔 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.The binder is a component that assists in bonding of the active material and the conductive material to the binder and the binder, and is usually added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the positive electrode mixture. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene (Ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene-butadiene rubber, fluorine rubber, various copolymers and the like.

상기 도전재는 통상적으로 양극 합제의 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. The conductive material is usually added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the positive electrode material mixture.

이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 그라파이트; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼니스 블랙, 램프 블랙, 서멀 블랙 등의 탄소계 물질; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다. 시판되고 있는 도전재의 구체적인 예로는 아세틸렌 블랙 계열인 쉐브론 케미칼 컴퍼니(Chevron Chemical Company)나 덴카 블랙(Denka Singapore Private Limited), 걸프 오일 컴퍼니(Gulf Oil Company) 제품 등), 케트젠블랙(Ketjenblack), EC 계열(아르막 컴퍼니(Armak Company) 제품), 불칸(Vulcan) XC-72(캐보트 컴퍼니(Cabot Company) 제품) 및 수퍼(Super) P(Timcal 사 제품) 등이 있다.Such a conductive material is not particularly limited as long as it has electrical conductivity without causing a chemical change in the battery, and includes, for example, graphite; Carbon-based materials such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and thermal black; Conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber; Metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; Conductive whiskey such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives and the like can be used. Concrete examples of commercially available conductive materials include acetylene black series such as Chevron Chemical Company, Denka Singapore Private Limited, Gulf Oil Company, etc.), Ketjenblack, EC (Armak Company), Vulcan XC-72 (Cabot Company), and Super P (Timcal).

상기 용매는 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone) 등의 유기용매를 포함할 수 있으며, 상기 양극 활물질, 및 선택적으로 바인더 및 도전재 등을 포함할 때 바람직한 점도가 되는 양으로 사용될 수 있다. 예를 들면, 양극 활물질, 및 선택적으로 바인더 및 도전재를 포함하는 고형분의 농도가 50 중량% 내지 95 중량%, 바람직하게 70 중량% 내지 90 중량%가 되도록 포함될 수 있다.The solvent may include an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), and may be used in an amount that is preferred to contain the cathode active material, and optionally, a binder and a conductive material. For example, the concentration of the solid material including the cathode active material, and optionally the binder and the conductive material may be 50 wt% to 95 wt%, preferably 70 wt% to 90 wt%.

상기 음극은 예를 들어, 음극 집전체 상에 음극 활물질, 바인더, 도전재 및 용매 등을 포함하는 음극 합제를 코팅하여 제조할 수 있다.The negative electrode may be prepared, for example, by coating a negative electrode current collector with a negative electrode mixture including a negative electrode active material, a binder, a conductive material, and a solvent.

상기 음극 집전체는 일반적으로 3 내지 500㎛의 두께를 가진다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The anode current collector generally has a thickness of 3 to 500 mu m. The negative electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical change in the battery. Examples of the negative electrode current collector include copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon, copper or stainless steel Surface-treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like, aluminum-cadmium alloy, or the like can be used. In addition, like the positive electrode collector, fine unevenness can be formed on the surface to enhance the bonding force of the negative electrode active material, and it can be used in various forms such as films, sheets, foils, nets, porous bodies, foams and nonwoven fabrics.

상기 음극 활물질로는 천연흑연 또는 인조흑연 등의 탄소질 재료; 리튬 함유 티타늄 복합 산화물(LTO); Cu, Si, Sn, Li, Zn, Mg, Cd, Ce, Ni 또는 Fe인 금속류; 상기 금속류로 구성된 합금류; 상기 금속류의 산화물; 및 상기 금속류와 탄소와의 복합체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 음극 활물질을 들 수 있다.Examples of the negative electrode active material include carbonaceous materials such as natural graphite or artificial graphite; Lithium-containing titanium composite oxide (LTO); Cu, Si, Sn, Li, Zn, Mg, Cd, Ce, Ni or Fe; An alloy composed of the above metals; Oxides of the metals; And a composite of the above metals and carbon.

상기 음극 활물질은 음극 합제의 전체 중량을 기준으로 80 중량% 내지 99중량%로 포함될 수 있다.The negative electrode active material may include 80% by weight to 99% by weight based on the total weight of the negative electrode material mixture.

상기 바인더는 도전재, 활물질 및 집전체 간의 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 음극 합제의 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 폴리머(EPDM), 술폰화-EPDM, 스티렌-부타디엔 고무, 불소 고무, 이들의 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.The binder is a component for assisting the bonding between the conductive material, the active material and the current collector, and is usually added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the negative electrode material mixture. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene Examples thereof include ethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene polymer (EPDM), sulfonated-EPDM, styrene-butadiene rubber, fluorine rubber and various copolymers thereof.

상기 도전재는 음극 활물질의 도전성을 더욱 향상시키기 위한 성분으로서, 음극 합제의 전체 중량을 기준으로 1 내지 20 중량%로 첨가될 수 있다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서멀 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.The conductive material is a component for further improving the conductivity of the negative electrode active material, and may be added in an amount of 1 to 20 wt% based on the total weight of the negative electrode material mixture. Such a conductive material is not particularly limited as long as it has electrical conductivity without causing chemical changes in the battery, for example, graphite such as natural graphite or artificial graphite; Carbon black such as acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and thermal black; Conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber; Metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; Conductive whiskey such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives and the like can be used.

상기 용매는 물 또는 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone) 등의 유기용매를 포함할 수 있으며, 상기 음극 활물질, 및 선택적으로 바인더 및 도전재 등을 포함할 때 바람직한 점도가 되는 양으로 사용될 수 있다. 예를 들면, 음극 활물질, 및 선택적으로 바인더 및 도전재를 포함하는 고형분의 농도가 50 중량% 내지 95 중량%, 바람직하게 70 중량% 내지 90 중량%가 되도록 포함될 수 있다.The solvent may include water or an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), and may be used in an amount that makes it desirable to contain the negative electrode active material, and optionally, a binder and a conductive material . For example, the concentration of the solid material including the negative electrode active material, and optionally the binder and the conductive material may be 50 wt% to 95 wt%, preferably 70 wt% to 90 wt%.

또한, 상기 세퍼레이터는 음극과 양극을 분리하고 리튬 이온의 이동 통로를 제공하는 것으로, 통상 리튬 이차전지에서 세퍼레이터로 사용되는 것이라면 특별한 제한없이 사용가능하며, 특히 전해질의 이온 이동에 대하여 저저항이면서 전해액 함습 능력이 우수한 것이 바람직하다. The separator separates the negative electrode and the positive electrode and provides a moving path of lithium ions. The separator can be used without particular limitation as long as it is used as a separator in a lithium secondary battery. Especially, the separator has low resistance against electrolyte migration, It is preferable that the ability is excellent.

구체적으로는 다공성 고분자 필름, 예를 들어 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체 및 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름 또는 이들의 2층 이상의 적층 구조체가 사용될 수 있다. 또 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포가 사용될 수도 있다. Specifically, porous polymer films such as porous polymer films made of polyolefin-based polymers such as ethylene homopolymers, propylene homopolymers, ethylene / butene copolymers, ethylene / hexene copolymers and ethylene / methacrylate copolymers, May be used. Further, a nonwoven fabric made of a conventional porous nonwoven fabric, for example, glass fiber of high melting point, polyethylene terephthalate fiber, or the like may be used.

상기 세퍼레이터의 두께는 10 내지 60㎛의 범위일 수 있으며, 보다 구체적으로는 10 내지 40㎛ 일 수 있다. 두께가 상기 범위 내인 경우, 에너지 밀도가 우수해질 수 있다.The thickness of the separator may be in the range of 10 to 60 占 퐉, and more specifically in the range of 10 to 40 占 퐉. When the thickness is within the above range, the energy density can be enhanced.

이때, 내열성 또는 기계적 강도 확보를 위해 무기물이 추가로 코팅된 유무기 복합 세퍼레이터가 사용될 수도 있으며, 선택적으로 단층 또는 다층 구조로 사용될 수 있다.At this time, an organic / inorganic composite separator coated with an inorganic material may be used for securing heat resistance or mechanical strength, and it may be selectively used as a single layer or a multilayer structure.

상기 무기물은 유무기 복합 세퍼레이터의 기공을 균일하게 제어하고 내열성을 향상시키는 역할을 할 수 있는 물질이라면 특별히 한정되지 않고 사용될 수 있다. 예컨대, 상기 무기물은 비제한적인 예로는 SiO2, Al2O3, TiO2, BaTiO3, Li2O, LiF, LiOH, Li3N, BaO, Na2O, Li2CO3, CaCO3, LiAlO2, SrTiO3, SnO2, CeO2, MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO2, SiC, 및 이들의 유도체와 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 들 수 있다.The inorganic material is not particularly limited as long as it is a material capable of uniformly controlling the pores of the organic / inorganic composite separator and improving the heat resistance. For example, the inorganic material is a non-limiting example is SiO 2, Al 2 O 3, TiO 2, BaTiO 3, Li 2 O, LiF, LiOH, Li 3 N, BaO, Na 2 O, Li 2 CO 3, CaCO 3, At least one selected from the group consisting of LiAlO 2 , SrTiO 3 , SnO 2 , CeO 2 , MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO 2 , SiC and their derivatives and mixtures thereof.

상기 무기물의 평균 직경은 0.001㎛ 내지 10 ㎛ 일 수 있으며, 보다 구체적으로는 0.001㎛ 내지 1㎛ 일 수 있다. 무기물의 평균 직경이 상기 범위 이내이면 코팅 용액 내의 분산성이 향상되고, 코팅 공정에서의 문제 발생을 최소화할 수 있다. 또한, 최종 세퍼레이터의 물성을 균일하게 할 수 있을 뿐만 아니라, 무기입자가 부직포의 기공에 균일하게 분포되어 부직포의 기계적 물성을 향상시킬 수 있으며, 유무기 복합 세퍼레이터의 기공의 크기를 용이하게 조절 가능한 이점이 있다.The average diameter of the inorganic material may be 0.001 탆 to 10 탆, and more specifically 0.001 탆 to 1 탆. If the average diameter of the inorganic materials is within the above range, the dispersibility in the coating solution is improved and the occurrence of problems in the coating process can be minimized. In addition, the physical properties of the final separator can be made uniform, the inorganic particles can be uniformly distributed in the pores of the nonwoven fabric to improve the mechanical properties of the nonwoven fabric, and the advantage of easily controlling the size of the pores of the non- .

상기 유무기 복합 세퍼레이터의 기공의 평균 직경은 0.001 내지 10㎛의 범위일 수 있으며, 보다 구체적으로는 0.001 내지 1㎛ 일 수 있다. 상기 유무기 복합 세퍼레이터의 기공의 평균 직경이 상기 범위 이내이면 기체 투과도 및 이온 전도도를 원하는 범위로 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 유무기 복합 세퍼레이터를 이용하여 전지를 제조 시, 양극과 음극의 접촉에 의한 전지의 내부 단락 가능성을 없앨 수 있다.The average diameter of the pores of the organic / inorganic composite separator may be in the range of 0.001 to 10 탆, more specifically 0.001 to 1 탆. When the average diameter of the pores of the organic / inorganic hybrid separator is within the above range, gas permeability and ion conductivity can be controlled within a desired range, and when the battery is manufactured using the organic / inorganic composite separator, It is possible to eliminate the possibility of an internal short circuit of the battery by the battery.

상기 유무기 복합 세퍼레이터의 기공도는 30 내지 90부피%의 범위 내 일수 있다. 기공도가 상기 범위 내인 경우, 이온 전도성이 높아지며 기계적 강도가 우수해질 수 있다.The porosity of the organic / inorganic composite separator may be in the range of 30 to 90% by volume. When the porosity is within the above range, the ion conductivity can be increased and the mechanical strength can be enhanced.

본 발명의 리튬 이차전지의 외형은 특별한 제한이 없으나, 캔을 사용한 원통형, 각형, 파우치(pouch)형 또는 코인(coin)형 등이 될 수 있다.The external shape of the lithium secondary battery of the present invention is not particularly limited, but may be a cylindrical shape, a square shape, a pouch shape, a coin shape, or the like using a can.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. However, the embodiments according to the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below. The embodiments of the present invention are provided to enable those skilled in the art to more fully understand the present invention.

실시예Example

실시예Example 1. One.

(전해액의 제조)(Preparation of electrolytic solution)

에틸렌 카보네이트(EC):에틸메틸 카보네이트(EMC)를 30:70 중량비로 혼합한 제1 유기 용매와 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 제2 유기용매를 95:5 부피비로 혼합하여 혼합 유기 용매를 제조하였다. 이어서, 상기 혼합 유기용매에 LiPF6를 1.0M 농도가 되도록 용해하여 본 발명의 비수전해액을 제조하였다.A first organic solvent prepared by mixing ethylene carbonate (EC): ethyl methyl carbonate (EMC) at a weight ratio of 30:70 and a second organic solvent containing a compound represented by the following general formula (1) were mixed at a volume ratio of 95: . Next, LiPF 6 was dissolved in the mixed organic solvent to a concentration of 1.0 M to prepare a non-aqueous electrolyte of the present invention.

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure pat00003
Figure pat00003

(양극)(anode)

용제인 N-메틸-2-피롤리돈 (NMP) 100 중량부를 기준으로 양극 활물질 (LiCoO2) : 도전재 (카본 블랙) : 바인더 (PVDF)를 96 : 2 : 2 중량비로 혼합한 양극 합제 40 중량부를 첨가하여 양극 합제를 제조하였다. 상기 양극 합제를 두께가 20㎛인 양극 집전체 (Al 박막)에 도포하고, 건조 및 롤 프레스(roll press)를 실시하여 양극을 제조하였다.(Positive electrode active material (LiCoO 2 ): conductive material (carbon black): binder (PVDF)) in a weight ratio of 96: 2: 2 based on 100 parts by weight of N-methyl- Were added to prepare a positive electrode material mixture. The positive electrode mixture was applied to a positive electrode current collector (Al thin film) having a thickness of 20 占 퐉, followed by drying and roll pressing to prepare a positive electrode.

(음극 제조)(Cathode manufacture)

20㎛ 두께의 구리 집전체 위에 20㎛ 두께의 리튬 금속을 압연하여 음극을 제조하였다.A 20 mu m-thick lithium metal was rolled on a copper collector having a thickness of 20 mu m to prepare a negative electrode.

(이차전지 제조)(Secondary Battery Manufacturing)

전술한 방법으로 제조한 양극과 음극을 다공성 폴리에틸렌 (PE) 세퍼레이터와 함께 순차적으로 적층하는 통상적인 방법으로 이차전지를 제조한 후, 상기 제조된 비수전해액 과량 주액하여 파우치형 리튬 이차전지의 제조하였다.A secondary battery was produced by sequentially laminating the positive electrode and the negative electrode manufactured by the above-described method together with a porous polyethylene (PE) separator in sequence, and then pouring an excess amount of the prepared nonaqueous electrolyte solution to prepare a pouch type lithium secondary battery.

실시예Example 2. 2.

상기 실시예 1에서 전해액의 제조 시에 제1 유기 용매와 제2 유기용매를 90:10 부피비로 혼합하여 혼합 유기 용매를 제조하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 비수전해액 및 이를 포함하는 이차전지를 제조하였다.Except that the first organic solvent and the second organic solvent were mixed at a ratio of 90:10 by volume in the preparation of the electrolytic solution in Example 1 to prepare a mixed organic solvent, And a secondary battery including the same was manufactured.

비교예Comparative Example 1. One.

상기 실시예 1에서 비수전해액 제조 시에 제2 유기용매를 포함하지 않는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 비수 전해액 및 이를 포함하는 리튬 이차전지를 제조하였다.A non-aqueous electrolyte and a lithium secondary battery including the non-aqueous electrolyte were prepared in the same manner as in Example 1, except that the second organic solvent was not included in the preparation of the non-aqueous electrolyte in Example 1.

비교예Comparative Example 2. 2.

상기 실시예 1에서 비수전해액 제조 시에 제1 유기용매 : 제2 유기용매를 80:20 부피비로 혼합하여 혼합 유기 용매를 제조하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 비수 전해액 및 이를 포함하는 리튬 이차전지를 제조하였다.A non-aqueous electrolyte and a non-aqueous electrolyte were prepared in the same manner as in Example 1, except that the first organic solvent and the second organic solvent were mixed at a ratio of 80:20 by volume in the preparation of the non-aqueous electrolyte in Example 1, And a lithium secondary battery containing the same was prepared.

실험예Experimental Example

실험예Experimental Example 1.  One.

상기 실시예 1 및 2 에서 제조된 비수전해액과, 비교예 1 및 2에서 제조된 비수전해액의 벌크 및 함침전도도를 측정하였다. 함침전도도는 세퍼레이터에 전해액이 함침되었을 때 나타나는 이온 전달 특성으로, 세퍼레이터에 전해액이 충분히 함침된 후 벌크 저항을 측정하여 전도도로 환산하였다.The bulk and impregnation conductivities of the nonaqueous electrolyte prepared in Examples 1 and 2 and the nonaqueous electrolyte prepared in Comparative Examples 1 and 2 were measured. Impregnation Conductivity is the ion transfer characteristic that appears when the electrolyte is impregnated in the separator. After the electrolyte is sufficiently impregnated into the separator, the bulk resistance is measured and converted into the conductivity.

제1 용매 함량The first solvent content 제2 용매 함량Second solvent content 벌크전도도
(10-3 S/m)
Bulk conductivity
(10 &lt; -3 &gt; S / m)
함침 전도도
(10-3 S/m)
Impregnation conductivity
(10 &lt; -3 &gt; S / m)
전도도 발현율
(%)
Conductivity rate
(%)
실시예1Example 1 95 부피%95 vol% 5 부피%5 vol% 8.838.83 1.381.38 15.6315.63 실시예2Example 2 90 부피%90% 10 부피%10 vol% 8.338.33 1.211.21 14.5314.53 비교예1Comparative Example 1 100 부피%100 vol% -- 9.039.03 1.131.13 12.5112.51 비교예2Comparative Example 2 80 부피%80 vol% 20 부피%20 vol% 7.387.38 0.990.99 13.4113.41

상기 표 1에서 전도도 발현율이란 세퍼레이터에 전해액이 함침된 상태에서의 전도도인 함침전도도와 액체전해액 자체의 벌크전도도의 비로 나타낸다. 이때 전도도 발현율이 높은 것은 세퍼레이터의 기공을 효율적으로 사용한다는 것이고, 이로 인해 리튬 이온의 이동 균일도가 높아지는 효과를 얻을 수 있다. In Table 1, the conductivity developing rate is the ratio of the impregnation conductivity, which is the conductivity when the separator is impregnated with the electrolyte, and the bulk conductivity of the liquid electrolyte itself. At this time, a high rate of occurrence of conductivity indicates that the pores of the separator are efficiently used, and the effect of increasing the movement uniformity of lithium ions can be obtained.

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 제2 유기용매를 포함하는 실시예 1 및 2의 비수전해액과 비교예 2의 비수전해액의 경우, 제2 유기용매를 포함하지 않은 비교예 1의 비수전해액과 비교하여 벌크전도도가 감소하고, 함침 전도도 및 전도도 발현율이 향상되는 것을 알 수 있다. 이러한 결과로부터, 비수전해액 내에 제2 유기용매가 포함되는 경우, 세퍼레이터의 기공을 효율적으로 사용하여, 리튬 이온의 이동 균일도를 향상시킬 수 있음을 예측할 수 있다.As shown in Table 1, in the case of the non-aqueous electrolyte of Examples 1 and 2 including the second organic solvent and the non-aqueous electrolyte of Comparative Example 2, compared with the non-aqueous electrolyte of Comparative Example 1 which did not include the second organic solvent The bulk conductivity is decreased, and the impregnation conductivity and the conductivity expression ratio are improved. From these results, it can be predicted that when the second organic solvent is contained in the non-aqueous electrolyte, the pores of the separator can be efficiently used to improve the movement uniformity of lithium ions.

한편, 제2 유기용매를 20 부피%를 포함하는 비교예 2의 비수전해액의 경우, 화합물 자체의 낮은 전도도에 의하여 벌크 전도도, 함침전도도 및 전도도 발현율이 실시예 1 및 2와 비교하여 현저히 저하되는 것을 알 수 있다. On the other hand, in the case of the nonaqueous electrolyte solution of Comparative Example 2 containing 20% by volume of the second organic solvent, the bulk conductivity, the impregnation conductivity and the conductivity rate were significantly lowered compared to Examples 1 and 2 due to the low conductivity of the compound itself Able to know.

실험예Experimental Example 2. 전지 수명 특성 평가 2. Evaluation of battery life characteristics

상기 실시예 2에서 제조된 리튬 이차전지와, 비교예 1 및 2에서 제조된 리튬 이차전지를 각각 0.2C/4.2V 정전류/정전압 조건으로 전류가 0.2C 전류의 1/20mA에 달할 때까지 충전한 다음, 0.5C/3V 정전류 조건으로 방전하였다. 그 결과를 하기 도 1에 나타내었다. The lithium secondary battery prepared in Example 2 and the lithium secondary batteries prepared in Comparative Examples 1 and 2 were charged at 0.2 C / 4.2 V constant current / constant voltage until the current reached 1/20 mA of 0.2 C current Then, discharge was performed under the condition of 0.5 C / 3 V constant current. The results are shown in Fig.

도 1을 참고하면, 실시예 2에서 제조된 이차전지는 비교예 1 및 2의 이차전지 대비 수명 성능이 향상되었다. 이러한 결과로부터, 본 발명의 제2 유기용매를 포함하는 비수전해액을 구비한 실시예 2의 이차전지는 리튬 이온 이동의 균일도 향상 및 함침전도도 향상으로 인하여 수명 성능이 향상된다는 것을 알 수 있다. 또한 제2 유기용매가 20 부피% 포함된 비교예 2의 이차전지는 벌크 및 함침전도도의 감소로 수명특성이 오히려 저하된 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 1, the secondary battery manufactured in Example 2 has improved lifetime performance as compared with the secondary batteries of Comparative Examples 1 and 2. From these results, it can be seen that the secondary battery of Example 2 having the non-aqueous electrolyte containing the second organic solvent of the present invention has improved lifetime performance due to improved uniformity of lithium ion transfer and improved impregnation conductivity. In addition, the secondary battery of Comparative Example 2 containing 20 vol% of the second organic solvent showed a deterioration in the lifetime characteristics due to the decrease in bulk and impregnation conductivity.

Claims (9)

리튬염; 및 유기 용매를 포함하는 이차전지용 비수 전해액에 있어서,
상기 유기 용매는 에테르 화합물; 에스테르 화합물; 니트릴계 화합물; 선형 카보네이트 화합물; 및 환형 카보네이트 화합물;로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 제1 유기용매 및 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 제2 유기용매를 포함하며,
상기 제2 유기용매는 상기 제1 유기용매 및 제2 유기용매의 전체 부피를 기준으로 20 부피% 미만으로 포함되는 것인 이차전지용 비수 전해액.
[화학식 1]
Figure pat00004

Lithium salts; And a nonaqueous electrolyte solution for a secondary battery comprising an organic solvent,
The organic solvent may be an ether compound; Ester compounds; Nitrile-based compounds; Linear carbonate compounds; And a second organic solvent comprising at least one first organic solvent selected from the group consisting of a cyclic carbonate compound and a compound represented by the following formula 1,
Wherein the second organic solvent comprises less than 20% by volume based on the total volume of the first organic solvent and the second organic solvent.
[Chemical Formula 1]
Figure pat00004

청구항 1에 있어서,
상기 제1 유기용매 : 제2 유기용매의 혼합 부피비는 81:19 내지 99:1인 것인 이차전지용 비수 전해액.
The method according to claim 1,
Wherein the mixing ratio of the first organic solvent to the second organic solvent is 81:19 to 99: 1.
청구항 1에 있어서,
상기 리튬염은 양이온으로 Li+를 포함하고,
음이온으로 F-, Cl-, Br-, I-, NO3 -, N(CN)2 -, BF4 -, ClO4 -, AlO4 -, AlCl4 -, PF6 -, SbF6 -, AsF6 -, BF2C2O4 -, BC4O8 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 -, C4F9SO3 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, (F2SO2)2N-, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -, SCN- 및 (CF3CF2SO2)2N-로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는 것인 비수전해액.
The method according to claim 1,
Wherein the lithium salt comprises Li &lt; + &gt; as a cation,
As the anion, it is possible to use F - , Cl - , Br - , I - , NO 3 - , N (CN) 2 - , BF 4 - , ClO 4 - , AlO 4 - , AlCl 4 - , PF 6 - , SbF 6 - 6 -, BF 2 C 2 O 4 -, BC 4 O 8 -, (CF 3) 2 PF 4 -, (CF 3) 3 PF 3 -, (CF 3) 4 PF 2 -, (CF 3) 5 PF -, (CF 3) 6 P -, CF 3 SO 3 -, C 4 F 9 SO 3 -, CF 3 CF 2 SO 3 -, (CF 3 SO 2) 2 N -, (F 2 SO 2) 2 N -, CF 3 CF 2 (CF 3) 2 CO -, (CF 3 SO 2) 2 CH -, CF 3 (CF 2) 7 SO 3 -, CF 3 CO 2 -, CH 3 CO 2 -, SCN - and (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 N - .
청구항 1에 있어서,
상기 에테르 화합물은 디메틸 에테르, 디에틸 에테르, 디프로필 에테르, 메틸에틸 에테르, 메틸프로필 에테르 및 에틸프로필 에테르로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 포함하는 것인 비수전해액.
The method according to claim 1,
Wherein the ether compound comprises any one selected from the group consisting of dimethyl ether, diethyl ether, dipropyl ether, methyl ethyl ether, methyl propyl ether and ethyl propyl ether, or a mixture of two or more thereof.
청구항 1에 있어서,
상기 에스테르 화합물은 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 프로필 아세테이트, 메틸 프로피오네이트, 에틸 프로피오네이트, 프로필 프로피오네이트 및 부틸 프로피오네이트로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 선형 에스테르; 및 γ-부티로락톤, γ-발레로락톤, γ-카프로락톤, σ-발레로락톤, 및 ε-카프로락톤으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 환형 에스테르 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 포함하는 것인 비수전해액.
The method according to claim 1,
Wherein the ester compound is at least one linear ester selected from the group consisting of methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, propyl propionate and butyl propionate; And at least one cyclic ester compound selected from the group consisting of? -Butyrolactone,? -Valerolactone,? -Caprolactone,? -Valerolactone, and? -Caprolactone, &Lt; / RTI &gt; and mixtures thereof.
청구항 1에 있어서,
상기 니트릴계 화합물은 아세토니트릴, 프로피오니트릴, 부티로니트릴, 발레로니트릴, 카프릴로니트릴, 헵탄니트릴, 사이클로펜탄 카보니트릴, 사이클로헥산 카보니트릴, 2-플루오로벤조니트릴, 4-플루오로벤조니트릴, 다이플루오로벤조니트릴, 트리플루오로벤조니트릴, 페닐아세토니트릴, 2-플루오로페닐아세토니트릴, 및 4-플루오로페닐아세토니트릴로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 화합물을 포함하는 것인 비수전해액.
The method according to claim 1,
The nitrile compound may be at least one compound selected from the group consisting of acetonitrile, propionitrile, butyronitrile, valeronitrile, caprylonitrile, heptanenitrile, cyclopentanecarbonitrile, cyclohexanecarbonitrile, 2-fluorobenzonitrile , At least one compound selected from the group consisting of fluorobenzonitrile, trifluorobenzonitrile, phenylacetonitrile, 2-fluorophenylacetonitrile, and 4-fluorophenylacetonitrile.
청구항 1에 있어서,
상기 환형 카보네이트 화합물은 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 1,2-부틸렌 카보네이트, 2,3-부틸렌 카보네이트, 1,2-펜틸렌카보네이트, 2,3-펜틸렌 카보네이트, 비닐렌 카보네이트 및 플루오로에틸렌 카보네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 포함하는 것인 비수전해액.
The method according to claim 1,
The cyclic carbonate compound may be at least one selected from the group consisting of ethylene carbonate, propylene carbonate, 1,2-butylene carbonate, 2,3-butylene carbonate, 1,2-pentylene carbonate, 2,3-pentylene carbonate, vinylene carbonate and fluoroethylene A carbonate, and mixtures of two or more thereof.
청구항 1에 있어서,
상기 선형 카보네이트 화합물은 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 디프로필 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트, 메틸프로필 카보네이트 및 에틸프로필 카보네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 포함하는 것인 비수전해액.
The method according to claim 1,
Wherein the linear carbonate compound comprises any one selected from the group consisting of dimethyl carbonate, diethyl carbonate, dipropyl carbonate, ethyl methyl carbonate, methyl propyl carbonate and ethyl propyl carbonate, or a mixture of two or more thereof.
음극, 양극, 상기 음극 및 양극 사이에 개재된 세퍼레이터, 및 비수전해액을 포함하는 리튬 이차전지에 있어서,
상기 비수전해액은 청구항 1의 비수전해액을 포함하는 것인 리튬 이차전지.
A lithium secondary battery comprising a negative electrode, a positive electrode, a separator interposed between the negative electrode and the positive electrode, and a non-aqueous electrolyte,
And the nonaqueous electrolyte solution comprises the nonaqueous electrolyte solution of claim 1.
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