KR20190007904A - Novel bicyclic boron derivatives compounds, method for preparing the same and electrolyte for secondary battery comprising the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 신규한 이환형 보론 유도체 화합물, 이의 제조방법, 이를 포함하는 이차전지용 전해액 첨가제 및 전해액에 관한 것이다. The present invention relates to a novel bicyclic boron derivative compound, a process for producing the same, an electrolyte additive for a secondary battery comprising the same, and an electrolyte solution.
최근 수 십년간 인류는 환경 오염 방지를 위해 대체 에너지원을 통한 차세대 운송 수단에 대한 연구를 활발하게 진행하여 왔다. In recent decades, mankind has actively pursued research on next-generation transportation methods through alternative energy sources to prevent environmental pollution.
특히, 리튬 이온을 이용한 이차 전지는 충전과 방전이 가능한 전기 에너지원으로서 스마트폰이나 소형 전자 기기들의 전원으로 사용되어 왔다. 나아가 다량의 소형 이차전지나 중대형 이차전지를 주 전원으로 사용한 전기 자동차의 개발은 석유 연료를 대체할 차세대 운송 수단으로 주목받게 되었다. In particular, secondary batteries using lithium ions have been used as power sources for smart phones and small electronic devices as an electric energy source capable of charging and discharging. Furthermore, the development of an electric vehicle using a large amount of small secondary batteries or a middle- or large-sized secondary battery as a main power source has attracted attention as a next-generation transportation means to replace petroleum fuel.
최근 전 세계적으로 전기 자동차의 수요가 지속적으로 늘어나고 있으며, 이를 위한 사회적 제도, 장치 인프라, 새로운 정책 등을 수립하고 사용 규격 등을 통일하려는 노력이 이루어지고 있다. 더불어, 전지 관련 기술에 대한 연구와 투자가 지속적으로 이루어지고 있으며, 이차 전지를 기반으로 한 자율 주행차, 전기 버스 등에 대한 연구 개발이 활발해지고 있다. In recent years, demand for electric vehicles has been continuously increasing worldwide. Efforts are being made to establish social systems, device infrastructure, new policies, and unify usage standards. In addition, research and investment on battery technology are continuously being carried out, and research and development on autonomous vehicles and electric buses based on secondary batteries have become active.
앞서 언급하였듯이 이차전지는 전기 자동차, 스마트폰, 소형 전자기기 등 그 쓰임새가 매우 다양하여 제품의 종류, 크기, 사용 조건 등에 따라 다양한 전지의 특성이 요구되고 있다. As mentioned above, secondary batteries have various uses such as electric vehicles, smart phones, and small electronic devices, and various battery characteristics are required depending on kinds of products, sizes, and usage conditions.
특히, 이차전지를 사용하는 전기 자동차의 경우에는 짧은 시간에 사용자가 원하는 주행 속도에 도달하고, 한번 충전으로 장거리 운행을 가능하게 하는 것이 가장 큰 과제이다. 그러나, 주행 환경에 따른 저온 및 고온에서의 자동차 전지의 성능을 유지하는 것과 한번의 충전으로 오랜 시간 방전이 가능한 고용량의 전지 개발에 대한 문제가 여전히 남아 있다. Particularly, in the case of an electric vehicle using a secondary battery, it is a greatest challenge to reach a desired traveling speed in a short time and to enable long-distance operation by charging once. However, there remains a problem of developing a high capacity battery capable of maintaining the performance of an automobile battery at a low temperature and a high temperature according to a driving environment, and discharging for a long time by a single charge.
이에 이차전지 연구 분야에서는 고출력 특성을 부여함과 동시에 고온에서 저장 특성, 즉, 용량 유지율 개선과 단위 부피당 배터리 용량을 향상시키기 위한 이차전지용 첨가제, 및/또는 이차전지 전해액에 대한 연구를 계속하고 있다. In the field of secondary battery research, research on secondary battery additives and / or secondary battery electrolytes to improve storage characteristics at a high temperature, that is, improvement of capacity retention rate and capacity of a battery per unit volume is being continued.
일례로, 국제 공개특허 제 WO2015/065093 호 및 유럽 공개특허 제 2,211,401 호는 리튬옥살라토인산염(또는 붕산염)이나 설톤 또는 설페이트 구조를 포함하는 플루오로붕산염(또는 인산염) 유도체를 포함하는 전해질을 개시하고 있다. 나아가, 미국 공개특허 제 2015-0037690 호는 리튬옥살라토붕산염 및 디플루오로붕산염을 포함하는 전해액을 사용한 전지의 고용량 특성, 및 양극의 고전압 안정성의 개선에 관한 내용을 개시하고 있다. 또한, 미국 등록특허 제 6,783,896 호는 붕산 리튬 형태의 다양한 유도체를 전해액에 포함시켜 열 저항성과 전해질 가수분해 저항성을 향상시키고, 수명특성을 향상시켜 전지의 유통기한을 증가시킬 수 있음을 개시하고 있다. 또한, 국제 공개특허 제 WO2010/137571 호는 리튬옥살라토인산염이나 고리형 설페이트 구조를 포함하는 첨가제를 전해액에 첨가하여 전지를 고온에서 보관하다가 저온에서 사용하였을 때, 전지 내부의 저항이 늘어나는 것을 방지하여 전지의 출력을 개선할 할 수 있음을 개시하고 있다. 뿐만 아니라, 국제 공개특허 제 WO2015/093885 호는 고리 형태로 되어 있는 보론 유도체 구조를 포함하는 이차 전지 전해액을 이용하여 충방전 속도 및 수명 특성은 유지하면서 고온 및 저온에서의 용량 유지율 특성과 전지가 부풀어 오는 현상(swelling)을 개선할 수 있음을 개시하고 있다. 또한, 한국 공개특허 제2014-0142556호는 디보레인 구조를 가진 구조체들은 개시하고, 이를 포함한 이차전지 전해액이 고온안정성, 저온방전용량 및 수명 특성을 우수하게 개선할 수 있음을 개시하고 있다. For example, WO2015 / 065093 and European Patent No. 2,211,401 disclose an electrolyte comprising a fluoroborate (or phosphate) derivative comprising lithium oxalate phosphate (or borate) or a sulphone or sulfate structure . Furthermore, U.S. Published Patent Application No. 2015-0037690 discloses a high capacity characteristic of a battery using an electrolyte solution containing lithium oxalato borate and a difluoroborate salt, and improvement of high voltage stability of the anode. In addition, U.S. Patent No. 6,783,896 discloses that various derivatives of lithium borate are incorporated in an electrolyte solution to improve heat resistance and electrolyte hydrolysis resistance, and to improve lifetime characteristics, thereby increasing battery shelf life. In addition, WO2010 / 137571 discloses that when an additive containing lithium oxalate phosphate or a cyclic sulfate structure is added to an electrolytic solution to keep the battery at a high temperature, the resistance inside the battery is prevented from increasing when the battery is used at a low temperature Thereby improving the output of the battery. In addition, WO2015 / 093885 discloses a secondary battery comprising a boron derivative structure having a cyclic boron derivative structure, which is capable of maintaining the charge / discharge speed and lifetime characteristics, while maintaining capacity retention characteristics at high temperature and low temperature, It is possible to improve swelling. Korean Patent Laid-Open Publication No. 2014-0142556 discloses structures having a diborane structure, and discloses that a secondary battery electrolyte containing the same has excellent high-temperature stability, low-temperature discharge capacity, and long life characteristics.
그러나, 아직까지 이차전지 기술은 극한 상황이나 돌발적인 환경 변화에 대해 소비자들이 요구하는 안정적인 성능을 충분하게 구현하지 못하고 있다. 특히, 고출력 특성과 고온에서의 안정적인 용량 유지 특성이 요구되는 전기 자동차 산업 분야에서 자동차의 주 전원으로서 이차전지의 특성을 완벽하게 발현하지 못한다는 단점을 가지고 있었다. 따라서, 어떠한 극한 상황 및/또는 급변하는 환경 조건 하에서도 고출력 특성, 저장 특성 및 고전압 특성에서 우수한 성능을 유지할 수 있는 이차전지 전해액의 개발이 필수적이다.However, the rechargeable battery technology has not yet sufficiently implemented the stable performance required by consumers for extreme situations or sudden environmental changes. In particular, it has a disadvantage in that it can not fully manifest the characteristics of a secondary battery as a main power source of an automobile in the field of electric automobile industry where high output characteristics and stable capacity maintenance characteristics at high temperature are required. Therefore, it is essential to develop a secondary battery electrolyte capable of maintaining excellent performance in high output characteristics, storage characteristics, and high voltage characteristics under any extreme conditions and / or rapidly changing environmental conditions.
이에, 본 발명자는 이차전지의 출력 특성, 저장 특성 및 고전압 특성을 개선하기 위한 연구를 지속적으로 수행하여, 이차전지의 상기 특성들을 향상시킬 수 있는 첨가제를 개발하고, 이를 이차전지용 전해액에 적용함으로써 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the present inventors have continued to carry out studies to improve the output characteristics, storage characteristics, and high-voltage characteristics of the secondary battery to develop additives that can improve the characteristics of the secondary battery and apply it to an electrolyte for a secondary battery Thereby completing the invention.
따라서, 본 발명의 목적은 이차전지용 전해액에 포함되어 전지의 출력 특성을 개선시킬 수 있는 신규한 이환형 보론 유도체 화합물, 이의 제조방법, 이를 포함하는 이차전지용 전해액 첨가제 및 전해액을 제공하는 것이다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a novel dibasic boron derivative compound contained in an electrolyte solution for a secondary battery to improve the output characteristics of the battery, a method for producing the same, an electrolyte additive for a secondary battery comprising the same, and an electrolyte solution.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 하기 화학식 1의 구조를 갖는 화합물을 제공한다:In order to achieve the above object, the present invention provides a compound having the structure of the following formula:
[화학식 1][Chemical Formula 1]
상기 화학식 1에서,In Formula 1,
Q 및 A는 각각 독립적으로 카보닐, 글리옥살, 티오닐, 설퓨릴, 디플루오로보론, 테트라플루오로포스포레인, 하이드록시 보론 또는 하이드록시 포스포닐이고, Q and A are each independently selected from the group consisting of carbonyl, glyoxal, thionyl, sulfuryl, difluoroboron, tetrafluorophosphorane, hydroxyboron or hydroxyphosphonyl,
상기 하이드록시 보론 및 하이드록시 포스포닐의 하이드록실기는 C1-10 알킬, C1-10 알콕시, C6-10 아릴, C6-10 아릴옥시, C2-10 알케닐, C1-3 알킬설포닐, 니트릴, -C(O)OR1, -C(O)R2, -Si(R3)3, -SO3H, 트리플루오로알킬, 수소 또는 할로겐 원자로 치환될 수 있으며, Wherein the hydroxyl group of the hydroxyboron and the hydroxyphosphonyl is selected from the group consisting of C 1-10 alkyl, C 1-10 alkoxy, C 6-10 aryl, C 6-10 aryloxy, C 2-10 alkenyl, C 1-3 (O) OR 1 , -C (O) R 2 , -Si (R 3 ) 3 , -SO 3 H, trifluoroalkyl, hydrogen or a halogen atom,
상기 R1, R2 및 R3은 각각 독립적으로 C1-6 알킬, C6-10 아릴, C1-6 알콕시, 아세틸옥시, 모노-할로아세틸옥시, 디-할로아세틸옥시 및 트리-할로아세틸옥시로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 치환기를 가질 수 있다.Wherein R 1 , R 2 and R 3 are each independently selected from the group consisting of C 1-6 alkyl, C 6-10 aryl, C 1-6 alkoxy, acetyloxy, mono-haloacetyloxy, di- ≪ / RTI > oxy, and the like.
나아가, 상기 다른 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 옥살산, 설퍼디옥사이드, 진한 황산, 및 디메틸카보네이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상; 및 테트라키스 (디메틸아미노) 디보론을 헥산 또는 톨루엔 용매 중에서 반응시키는 단계를 포함하는 상기 화학식 1의 화합물의 제조방법을 제공한다.Further, in order to accomplish the above other objects, the present invention provides a process for producing a polyimide film comprising at least one selected from the group consisting of oxalic acid, sulfur dioxide, concentrated sulfuric acid, and dimethyl carbonate; And a step of reacting tetrakis (dimethylamino) diboron in a solvent of hexane or toluene.
또한, 상기 또 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명은 상기 화학식 1로 표시되는 이차전지용 전해액 첨가제, 비수계 용매 및 리튬염을 포함하는 이차전지용 전해액을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided an electrolyte solution for a secondary battery comprising an electrolyte additive for a secondary battery represented by Formula 1, a non-aqueous solvent, and a lithium salt.
나아가, 상기 또 다른 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 상기 이차전지용 전해액을 포함하는 이차전지를 제공한다.In order to achieve the above-mentioned further object, the present invention provides a secondary battery comprising the electrolyte for the secondary battery.
본 발명에 따른 화합물을 포함하는 이차전지용 전해액 첨가제는 전지의 출력 특성 및 고온에서의 저장 특성과 고전압 특성을 향상시킬 수 있어, 이를 전기 자동차용 전지에 사용할 경우 급가속 출발 시에 필요한 전류량을 충분히 확보할 수 있다. 또한, 고온에서도 전지의 성능을 장시간 유지시킬 뿐만 아니라 기존 전지의 작동 전압보다 높은 전압에서도 우수한 용량 유지율을 가짐으로써 전지가 갖는 단위 부피당 용량을 향상시킬 수 있으므로, 전기 자동차용 이차전지에 유용하게 사용될 수 있다. The electrolyte additive for a secondary battery comprising the compound according to the present invention can improve the output characteristics of the battery, the storage characteristics at high temperature and the high voltage characteristics, and when the battery is used in an electric vehicle battery, sufficient amount of current can do. Further, since the capacity per unit volume of the battery can be improved by maintaining the performance of the battery for a long time at a high temperature as well as having an excellent capacity retention ratio at a voltage higher than the operating voltage of the existing battery, the battery can be advantageously used for an electric vehicle secondary battery have.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명은 하기 화학식 1의 구조를 갖는 화합물을 제공한다:The present invention provides compounds having the structure of Formula 1:
[화학식 1][Chemical Formula 1]
상기 화학식 1에서,In Formula 1,
Q 및 A는 각각 독립적으로 카보닐, 글리옥살, 티오닐, 설퓨릴, 디플루오로보론, 테트라플루오로포스포레인, 하이드록시 보론 또는 하이드록시 포스포닐이고, Q and A are each independently selected from the group consisting of carbonyl, glyoxal, thionyl, sulfuryl, difluoroboron, tetrafluorophosphorane, hydroxyboron or hydroxyphosphonyl,
상기 하이드록시 보론 및 하이드록시 포스포닐의 하이드록실기는 C1-10 알킬, C1-10 알콕시, C6-10 아릴, C6-10 아릴옥시, C2-10 알케닐, C1-3 알킬설포닐, 니트릴, -C(O)OR1, -C(O)R2, -Si(R3)3, -SO3H, 트리플루오로알킬, 수소 또는 할로겐 원자로 치환될 수 있으며, Wherein the hydroxyl group of the hydroxyboron and the hydroxyphosphonyl is selected from the group consisting of C 1-10 alkyl, C 1-10 alkoxy, C 6-10 aryl, C 6-10 aryloxy, C 2-10 alkenyl, C 1-3 (O) OR 1 , -C (O) R 2 , -Si (R 3 ) 3 , -SO 3 H, trifluoroalkyl, hydrogen or a halogen atom,
상기 R1, R2 및 R3은 각각 독립적으로 C1-6 알킬, C6-10 아릴, C1-6 알콕시, 아세틸옥시, 모노-할로아세틸옥시, 디-할로아세틸옥시 및 트리-할로아세틸옥시로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 치환기를 가질 수 있다.Wherein R 1 , R 2 and R 3 are each independently selected from the group consisting of C 1-6 alkyl, C 6-10 aryl, C 1-6 alkoxy, acetyloxy, mono-haloacetyloxy, di- ≪ / RTI > oxy, and the like.
구체적으로, 상기 화학식 1의 구조를 갖는 화합물은 이환형 보론 유도체일 수 있고, 상기 Q 및 A는 각각 독립적으로 , , , , , , , , 또는 일 수 있다. Specifically, the compound having the structure of Formula 1 may be a bicyclic boron derivative, Q and A are each independently , , , , , , , , or Lt; / RTI >
보다 구체적으로, 상기 Q 및 A는 서로 같을 수 있다. 보다 더 구체적으로, 상기 화학식 1은 ,, ,,,,,, 또는 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.More specifically, Q and A may be equal to each other. More specifically, in Formula 1, , , , , , , , , or But is not limited thereto.
본 발명은 옥살산, 설퍼디옥사이드, 진한 황산, 및 디메틸카보네이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상; 및 테트라키스 (디메틸아미노) 디보론을 헥산 또는 톨루엔 용매 중에서 반응시키는 단계를 포함하는 상기 화학식 1의 화합물의 제조방법을 제공한다. The present invention includes at least one selected from the group consisting of oxalic acid, sulfur dioxide, concentrated sulfuric acid, and dimethyl carbonate; And a step of reacting tetrakis (dimethylamino) diboron in a solvent of hexane or toluene.
구체적으로, 상기 화학식 1의 화합물은 다음과 같은 (1) 내지 (4)의 단계를 포함하는 제조방법을 통해 제조될 수 있다. Specifically, the compound of formula (1) may be prepared by a process comprising the following steps (1) to (4).
상기 제조방법은 (1) 헥산 또는 톨루엔 용매 중에서, 옥살산, 설퍼디옥사이드, 진한 황산, 또는 디메틸카보네이트 및 테트라키스 (디메틸아미노) 디보론을 혼합하여 반응시키는 단계, (2) N2 환경 하에서 온도를 40 내지 80℃, 또는 50 내지 60℃로 유지하는 단계, (3) 이후 상기 단계 (2)의 온도를 유지하면서 24시간 동안 반응시킨 다음, 상온으로 온도를 낮추는 단계, 및 (4) 용매를 감압증류한 후, 디클로로메탄 및 헥산으로 재결정하고 진공건조하는 단계를 포함할 수 있다. Step of the above production method (1) hexane or toluene solvent, oxalic acid, sulfur dioxide, concentrated sulfuric acid, or dimethyl carbonate, and tetrakis (dimethylamino) mixed to react the diboron, a temperature under a N 2 environment, (2) 40 Maintaining the temperature at the temperature of the step (2) for 24 hours, and then lowering the temperature to room temperature; and (4) subjecting the solvent to distillation under reduced pressure , Followed by recrystallization from dichloromethane and hexane and vacuum drying.
나아가, 본 발명은 상기 화학식 1의 구조를 갖는 이차전지용 전해액 첨가제를 제공할 수 있다. Furthermore, the present invention can provide an electrolyte additive for a secondary battery having the structure of Formula 1 above.
상기 화학식 1의 이환형 보론 유도체를 포함하는 이차전지용 전해액 첨가제는 전지, 특히 이차전지의 출력 특성, 고온 저장 특성 및 고전압 특성을 향상시킬 수 있다.The electrolyte additive for a secondary battery comprising the bicyclic boron derivative of Formula 1 can improve the output characteristics, high-temperature storage characteristics, and high-voltage characteristics of a battery, particularly a secondary battery.
또한, 본 발명은 상기 화학식 1로 표시되는 이차전지용 전해액 첨가제, 비수계 용매 및 리튬염을 포함하는 이차전지용 전해액을 제공한다. Also, the present invention provides an electrolyte solution for a secondary battery comprising an electrolyte additive for a secondary battery represented by Formula 1, a non-aqueous solvent, and a lithium salt.
상기 화학식 1로 표시되는 이차전지용 전해액 첨가제는 앞서 설명한 바와 같다. The electrolyte additive for the secondary battery represented by Formula 1 is as described above.
상기 비수계 용매는 리튬염 및 전해질 첨가제에 대한 용해도가 높은 것이 바람직하다. 예를 들면, 프로필 프로피오네이트(propyl propionate), 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate), 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate), 에틸메틸 카보네이트(ethylmethyl carbonate), 디메틸 카보네이트(dimethyl carbonate), 감마-부티로락톤(gamma-butyrolactone), 디에틸 카보네이트(diethyl carbonate) 등을 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 구체적으로, 에틸메틸 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트 등의 선형 카보네이트; 및 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트 등의 고리형 카보네이트; 또는 프로필 프로피오네이트와 같은 프로피오네이트계 용매의 혼합물을 사용할 수 있다.It is preferable that the non-aqueous solvent has a high solubility in the lithium salt and the electrolyte additive. For example, propyl propionate, ethylene carbonate, propylene carbonate, ethylmethyl carbonate, dimethyl carbonate, gamma-butyrolactone, butyrolactone, diethyl carbonate, etc. may be used singly or in combination. Specifically, linear carbonates such as ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate, and diethyl carbonate; And cyclic carbonates such as propylene carbonate and ethylene carbonate; Or a mixture of propionate-based solvents such as propyl propionate can be used.
비수계 용매는 탈수된 것을 사용하는 것이 바람직하며, 구체적으로, 비수계 용매 중 수분 농도는 300ppm 이하일 수 있다. 비수계 용매의 수분 농도가 상기 범위 내이면 전지 내 리튬염의 분해를 막아 전해액 성능의 최적화를 이룰 수 있으며, 상기 이차전지용 전해액 첨가제의 가수분해 또한 막을 수 있다.The non-aqueous solvent is desirably dehydrated, and specifically, the moisture concentration in the non-aqueous solvent may be 300 ppm or less. If the moisture concentration of the nonaqueous solvent is within the above range, the electrolyte salt can be prevented from being decomposed to optimize the performance of the electrolyte. Hydrolysis of the electrolyte additive for the secondary battery can also be prevented.
상기 리튬염은 전해액의 이온 전도성을 향상시키기 위한 것으로서, 예를 들면, LiClO4, LiCF3SO3, LiPF6, LiBF4, LiFSi, LiTFSi, LiAsF6, LiN(CF3SO2)2 등을 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다.The lithium salt is used for improving the ion conductivity of the electrolytic solution. For example, the lithium salt may be used alone or in combination of two or more of LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiFSi, LiTFSi, LiAsF 6 , LiN (CF 3 SO 2 ) Or may be used in combination.
전해액에서 상기 리튬염의 농도(함량)는 0.3 M 내지 10.0 M(mol/liter), 구체적으로 0.7 M 내지 2.5 M일 수 있다. 상기 함량 범위로 리튬염을 포함시킴으로써, 전해액의 리튬 이온 전도성을 적절한 수준으로 향상시킬 수 있다. The concentration (content) of the lithium salt in the electrolytic solution may be 0.3 M to 10.0 M (mol / liter), specifically 0.7 M to 2.5 M. By including the lithium salt in the above content range, the lithium ion conductivity of the electrolytic solution can be improved to an appropriate level.
상기 전해액 첨가제는, 전해액 총량을 기준으로 0.01 내지 30 중량%, 0.01 내지 20 중량%, 0.01 내지 15 중량%, 0.01 내지 10 중량%, 0.04 내지 20 중량%, 0.04 내지 15 중량%, 0.04 내지 10 중량%, 0.05 내지 10 중량%, 0.01 내지 6 중량%, 0.05 내지 6 중량%, 0.05 내지 3 중량%, 0.04 내지 1.2 중량% 또는 0.8 내지 1.2 중량%의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 함량 범위로 첨가제를 포함함으로써, 저항을 억제하여 출력 특성을 개선할 수 있고, 상기 전해액을 포함하는 이차전지의 저장 특성을 적절하게 유지할 수 있다. 또한, 전해액의 고전압 특성 향상 효과를 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 전해액에 대한 첨가제의 용해도 감소가 적어 이차전지 제조 비용을 감소시킬 수 있다. The electrolyte additive may be added in an amount of 0.01 to 30 wt%, 0.01 to 20 wt%, 0.01 to 15 wt%, 0.01 to 10 wt%, 0.04 to 20 wt%, 0.04 to 15 wt%, 0.04 to 10 wt% 0.05 to 10% by weight, 0.01 to 6% by weight, 0.05 to 6% by weight, 0.05 to 3% by weight, 0.04 to 1.2% by weight or 0.8 to 1.2% by weight. By including the additive in the above content range, the resistance can be suppressed and the output characteristics can be improved, and the storage characteristics of the secondary battery including the electrolyte can be suitably maintained. In addition, it is possible to secure the effect of improving the high-voltage characteristics of the electrolytic solution, and also it is possible to reduce the solubility of the additive in the electrolytic solution, thereby reducing the manufacturing cost of the secondary battery.
본 발명의 이차전지용 전해액은, 비수계 용매, 리튬염 및 상기 이차전지용 전해액 첨가제를 혼합하고 교반함으로써 제조될 수 있다.The electrolyte for a secondary battery of the present invention can be produced by mixing and stirring a non-aqueous solvent, a lithium salt, and an electrolyte additive for the secondary battery.
상기 이차전지용 전해액은 이차전지의 출력특성, 저장특성 등을 향상시킬 수 있는 것이면 첨가제로서 더 포함할 수 있고, 예컨대, 리튬디플루오로 옥살레이토 보레이트(lithium difluoro(oxalato)borate; LiDFOB), 리튬 비스옥살레이토 보레이트(lithium bis(oxalato)borate; LiB(C2O4)2, LiBOB), 플루오로에틸렌카보네이트(fluoro ethylene carbonate; FEC), 비닐렌 카보네이트(vinylene carbonate; VC), 비닐에틸렌 카보네이트(vinyl ethylene carbonate; VEC), 디비닐 설폰(divinyl sulfone), 에틸렌 설파이트(ethylene sulfite), 프로필렌 설파이트(propylene sulfite), 디알릴 설포네이트 (diallyl sulfonate), 에탄 설톤(ethane sultone), 프로판 설톤(propane sulton, PS), 부탄 설톤(butane sulton), 에텐 설톤(ethene sultone), 에틸렌 설페이트(ethylene sulfate), 부텐 설톤(butene sulton), 리튬디플루오로 포스페이트(lithium difluorophosphate; LiDFP), 리튬 디플루오로 비스 옥살라토포스페이트(lithium difluoro bis(oxalato)phosphate; LiDFOP), 리튬 테트라플루오로 옥살라토 포스페이트(lithium tetrafluoro oxalato phosphate; LiTFOP) 및 프로펜 설톤(propene sultone, PRS)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다. The electrolyte for the secondary battery may further include additives as long as it can improve the output characteristics, storage characteristics and the like of the secondary battery. Examples of the electrolyte include lithium difluoro (oxalato) borate (LiDFOB), lithium bis Lithium bis (oxalato) borate, LiB (C 2 O 4 ) 2 , LiBOB), fluoro ethylene carbonate (FEC), vinylene carbonate (VC), vinyl ethylene carbonate ethylene carbonate (VEC), divinyl sulfone, ethylene sulfite, propylene sulfite, diallyl sulfonate, ethane sultone, propane sulphonate, butane sultone, ethene sultone, ethylene sulfate, butene sulton, lithium difluorophosphate (LiDFP), lithium Selected from the group consisting of lithium difluoro bis (oxalato) phosphate (LiDFOP), lithium tetrafluoro oxalato phosphate (LiTFOP), and propene sultone (PRS) And may further comprise at least one additive.
전술한 본 발명의 이차전지용 전해액을, 양극, 음극 및 그 사이에 분리막을 포함하는 전극 조립체에 주입하여 이차전지를 제조할 수 있다. 본 발명의 이차전지는 모든 종류의 이차전지를 포함하며, 구체적으로, 리튬 이온 전지, 리튬 이온 폴리머 전지, 또는 리튬 폴리머 전지일 수 있다.The secondary battery battery of the present invention can be manufactured by injecting the above-described electrolyte for a secondary battery of the present invention into an electrode assembly including a cathode, a cathode and a separator therebetween. The secondary battery of the present invention includes all kinds of secondary batteries, and specifically, it may be a lithium ion battery, a lithium ion polymer battery, or a lithium polymer battery.
상기 양극은 리튬 이온을 가역적으로 흡장 및 탈리할 수 있는 양극활물질을 포함하며, 이러한 양극활물질로는 코발트, 망간, 철, 알루미늄 및 니켈로 이루어진 군 중 선택되는 1종 이상; 또는 리튬 복합 금속 산화물을 사용할 수 있다. 금속 사이의 고용율은 다양하게 이루어질 수 있으며, 이들 금속 외에 K, Na, Ca, Sn, V, Ge, Ga, B, As, Zr, Cr, Sr, V 및 희토류 원소로 이루어진 군에서 선택되는 원소를 더 포함할 수 있다.The positive electrode includes a positive electrode active material capable of reversibly intercalating and deintercalating lithium ions. Examples of the positive electrode active material include at least one selected from the group consisting of cobalt, manganese, iron, aluminum and nickel; Or a lithium composite metal oxide may be used. The employment ratio between the metals can be varied and the elements selected from the group consisting of K, Na, Ca, Sn, V, Ge, Ga, B, As, Zr, Cr, Sr, V and rare- .
상기 음극은 리튬 이온을 흡장 및 탈리할 수 있는 음극활물질을 포함하며, 이러한 음극활물질로는 결정질 또는 비정질의 탄소; 탄소 복합체의 탄소계 음극활물질(열적으로 분해된 탄소, 코크스, 흑연); 연소된 유기 중합체 화합물; 탄소 섬유; 산화 주석 화합물; 리튬 금속; 또는 리튬 합금을 사용할 수 있다. 예를 들면, 비정질 탄소로는 하드카본, 코크스, 1,500℃ 이하에서 소성한 메조카본 마이크로비드(mesocarbon microbead; MCMB), 메조상 피치계 탄소섬유(mesophase pitch-based carbon fiber; MPCF) 등을 들 수 있다. 상기 결정질 탄소로는 흑연계 재료가 있으며, 구체적으로, 천연흑연, 인조흑연, 흑연화 코크스, 흑연화 MCMB, 흑연화 MPCF 등을 들 수 있다. 상기 리튬 합금 중 리튬과 합금을 이루는 다른 원소로는 실리콘, 티타늄, 아연, 비스무스, 카드뮴, 안티몬, 납, 주석, 갈륨 또는 인듐이 사용될 수 있다. 상기 분리막은 양극과 음극 사이의 단락을 방지하기 위한 것으로, 폴리올레핀계인 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등의 고분자막 또는 이들의 다중막; 미세다공성 필름; 직포; 및 부직포 등이 사용될 수 있다.The negative electrode includes a negative electrode active material capable of intercalating and deintercalating lithium ions. Examples of the negative electrode active material include crystalline or amorphous carbon; Carbon composite anode active material (thermally decomposed carbon, coke, graphite); Burned organic polymer compounds; Carbon fiber; Tin oxide compounds; Lithium metal; Or a lithium alloy may be used. Examples of the amorphous carbon include hard carbon, coke, mesocarbon microbead (MCMB) calcined at 1,500 ° C or lower, and mesophase pitch-based carbon fiber (MPCF). have. Examples of the crystalline carbon include graphite-based materials, and specific examples thereof include natural graphite, artificial graphite, graphitized coke, graphitized MCMB, and graphitized MPCF. Among the lithium alloys, silicon, titanium, zinc, bismuth, cadmium, antimony, lead, tin, gallium or indium may be used as other elements constituting the alloy with lithium. The separation membrane is a polyolefin-based polymer membrane such as polypropylene or polyethylene or a multiple membrane thereof for preventing a short circuit between the anode and the cathode. Microporous film; web; And a nonwoven fabric may be used.
본 발명의 이차전지용 전해액 첨가제는 전지의 출력 특성 및 고온에서의 저장 특성과 고전압 특성을 향상시킬 수 있어, 이를 전기 자동차용 전지에 사용할 경우 급가속 출발 시에 필요한 전류량을 충분히 확보할 수 있다. 또한, 고온에서도 전지의 성능을 장시간 유지시킬 뿐만 아니라 기존 전지의 작동 전압보다 높은 전압에서도 우수한 용량 유지율을 가짐으로써 전지가 갖는 단위 부피당 용량을 향상시킬 수 있어, 전기 자동차용 이차전지에 유용하게 사용될 수 있다. The electrolyte additive for a secondary battery of the present invention can improve the output characteristics of a battery, storage characteristics at high temperatures and high voltage characteristics, and when used in a battery for an electric vehicle, sufficient amount of current can be secured at the time of rapid acceleration. In addition, not only the performance of the battery is maintained for a long time at a high temperature but also the excellent capacity retention ratio is maintained at a voltage higher than the operating voltage of the conventional battery, thereby improving the capacity per unit volume of the battery. have.
이하, 구체적인 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of specific examples and comparative examples. The following examples are intended to further illustrate the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention.
[[ 합성예Synthetic example ]]
합성예Synthetic example 1. One. 이환형Morbid type 보론 에스테르(화학식 2의 화합물)의 제조 Preparation of boron ester (compound of formula 2)
100ml의 둥근바닥플라스크를 사용하여 20ml의 헥산(hexane)에 3.6g의 옥살산(oxalic acid, 40mmol)과 3.96g의 테트라키스 (디메틸아미노) 디보론(tetrakis (dimethylamino) diboron, 20mmol)을 녹인 뒤, N2 환경 하에서 온도를 50℃로 승온하였다. 50℃에서 24시간동안 반응을 진행한 후, 온도를 상온으로 낮추었다. 용매를 감압증류로 제거하고, 디클로로메탄(dichloromethane)과 헥산으로 재결정하여 하기 화학식 2로 표시되는 화합물(이환형 보론 에스테르) 2.1g을 얻었다.3.6 g of oxalic acid (40 mmol) and 3.96 g of tetrakis (dimethylamino) diboron (20 mmol) were dissolved in 20 ml of hexane using a 100 ml round bottom flask, the temperature was raised to 50 ℃ under a N 2 environment. After the reaction was carried out at 50 ° C for 24 hours, the temperature was lowered to room temperature. The solvent was removed by distillation under reduced pressure, and recrystallization from dichloromethane and hexane yielded 2.1 g of a compound represented by the following formula (2) (bicyclic boron ester).
[화학식 2] (2)
합성예Synthetic example 2. 2. 이환형Morbid type 보론 에스테르(화학식 3의 화합물)의 제조 Preparation of boron ester (compound of formula 3)
100ml의 둥근바닥플라스크를 사용하여 40ml의 톨루엔(toluene)에 3.6g의 디메틸카보네이트(Dimethylcarbonte, 40mmol)과 3.96g의 테트라키스 (디메틸아미노) 디보론(tetrakis (dimethylamino) diboron, 20mmol)을 녹인 뒤, N2 환경 하에서 온도를 50℃로 승온하였다. 50℃에서 24시간동안 반응을 진행한 후, 톨루엔을 감압증류로 제거하고, 진공건조하여 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물(이환형 보론 에스테르) 2.3g을 얻었다.3.6 g of dimethyl carbonate (40 mmol) and 3.96 g of tetrakis (dimethylamino) diboron (20 mmol) were dissolved in 40 ml of toluene using a 100 ml round bottom flask, the temperature was raised to 50 ℃ under a N 2 environment. After the reaction was carried out at 50 DEG C for 24 hours, toluene was removed by distillation under reduced pressure and vacuum drying was conducted to obtain 2.3 g of a compound represented by the following formula (3) (bicyclic boron ester).
[화학식 3](3)
합성예Synthetic example 3. 3. 이환형Morbid type 보론 Boron 설포네이트(화학식 4의 화합물)의The sulfonate (compound of formula 4) 제조 Produce
100ml의 둥근바닥플라스크를 사용하여 20ml의 헥산(hexane)에 54.7g의 설퍼디옥사이드 용액(H2SO3, >6% 40mmol)과 3.96g의 테트라키스 (디메틸아미노) 디보론(tetrakis (dimethylamino) diboron, 20mmol)을 녹인 뒤, N2 환경 하에서 온도를 50℃로 승온하였다. 50℃에서 24시간동안 반응을 진행한 후, 온도를 상온으로 낮추었다. 용매를 감압증류로 제거하고, 디클로로메탄 (dichloromethane)과 헥산으로 재결정하여 하기 화학식 4로 표시되는 화합물(이환형 보론 설포네이트) 1.3 g을 얻었다.(H 2 SO 3 ,> 6% 40 mmol) and 3.96 g of tetrakis (dimethylamino) diboron were added to 20 ml of hexane using a 100 ml round bottom flask , 20 mmol) were dissolved, and the temperature was raised to 50 캜 under an N 2 environment. After the reaction was carried out at 50 ° C for 24 hours, the temperature was lowered to room temperature. The solvent was removed by distillation under reduced pressure, and the residue was recrystallized from dichloromethane and hexane to obtain 1.3 g of a compound represented by the following formula (4) (bicyclic boron sulfonate).
[화학식 4][Chemical Formula 4]
합성예Synthetic example 4. 4. 이환형Morbid type 보론 Boron 설포네이트(화학식 5의 화합물)의The sulfonate (compound of formula 5) 제조 Produce
100ml의 둥근바닥플라스크를 사용하여 20ml의 헥산(hexane)에 4.0g의 진한 황산(H2SO4, >98% 40mmol)과 3.96g의 테트라키스 (디메틸아미노) 디보론(tetrakis (dimethylamino) diboron, 20mmol)을 녹인 뒤, N2 환경 하에서 온도를 50℃로 승온하였다. 50℃에서 24시간동안 반응을 진행한 후, 온도를 상온으로 낮추었다. 용매를 감압증류로 제거하고, 디클로로메탄(dichloromethane)과 헥산으로 재결정하여 하기 화학식 5로 표시되는 화합물(이환형 보론 설포네이트) 1.8 g을 얻었다.(H 2 SO 4 ,> 98% of 40 mmol) and 3.96 g of tetrakis (dimethylamino) diboron were added to 20 ml of hexane using a 100 ml round bottom flask, 20 mmol) was dissolved, and the temperature was raised to 50 캜 under an N 2 environment. After the reaction was carried out at 50 ° C for 24 hours, the temperature was lowered to room temperature. The solvent was removed by distillation under reduced pressure, and the residue was recrystallized from dichloromethane and hexane to obtain 1.8 g of a compound represented by the following formula (5) (bicyclic boron sulfonate).
[화학식 5][Chemical Formula 5]
[[ 실시예Example ]]
실시예Example 1 One
에틸렌 카보네이트 43g, 에틸메틸 카보네이트 59g 및 디에틸 카보네이트 38g을 혼합하여 혼합액을 제조하고, 상기 혼합액에 15.2g의 LiPF6을 투입하여, 1.0M LiPF6 전해액을 제조하였다. 그 다음, 상기 전해액에 상기 합성예 1에서 제조한 이환형 보론 에스테르를 상기 전해액 총 중량을 기준으로 0.05 중량%의 함량으로 첨가하여, 이차전지용 전해액을 제조하였다.43 g of ethylene carbonate, 59 g of ethylmethyl carbonate and 38 g of diethyl carbonate were mixed to prepare a mixed solution, and 15.2 g of LiPF 6 was added to the mixed solution to prepare a 1.0 M LiPF 6 electrolytic solution. Then, the electrolyte solution was added with the dibasic boron ester prepared in Synthesis Example 1 in an amount of 0.05% by weight based on the total weight of the electrolytic solution to prepare an electrolyte solution for a secondary battery.
실시예Example 2 2
상기 합성예 1에서 제조한 이환형 보론 에스테르를 전해액 총량을 기준으로 1 중량%의 함량으로 첨가한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 이차전지용 전해액을 제조하였다.An electrolyte for a secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1, except that the bicyclic boron ester prepared in Synthesis Example 1 was added in an amount of 1 wt% based on the total amount of the electrolytic solution.
실시예Example 3 3
상기 합성예 1에서 제조한 이환형 보론 에스테르를 전해액 총량을 기준으로 3 중량%의 함량으로 첨가한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 이차전지용 전해액을 제조하였다.An electrolyte for a secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1, except that the bicyclic boron ester prepared in Synthesis Example 1 was added in an amount of 3% by weight based on the total amount of the electrolytic solution.
실시예Example 4 4
상기 합성예 1에서 제조한 이환형 보론 에스테르를 전해액 총량을 기준으로 6 중량%의 함량으로 첨가한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 이차전지용 전해액을 제조하였다.An electrolytic solution for a secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1, except that the bicyclic boron ester prepared in Synthesis Example 1 was added in an amount of 6% by weight based on the total amount of the electrolytic solution.
실시예Example 5 5
상기 합성예 1에서 제조한 이환형 보론 에스테르를 전해액 총량을 기준으로 9 중량%의 함량으로 첨가한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 이차전지용 전해액을 제조하였다.An electrolytic solution for a secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that the bicyclic boron ester prepared in Synthesis Example 1 was added in an amount of 9 wt% based on the total amount of the electrolytic solution.
실시예Example 6 6
상기 합성예 1에서 제조한 이환형 보론 에스테르(화학식 2의 화합물) 대신 상기 합성예 2에서 제조한 이환형 보론 에스테르(화학식 3의 화합물)를 첨가한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 이차전지용 전해액을 제조하였다.Except that the dibasic boron ester (compound of formula (III)) prepared in Synthesis Example 2 was used instead of the compound of formula (2) prepared in Synthesis Example 1, To prepare an electrolyte for a secondary battery.
실시예Example 7 7
상기 합성예 2에서 제조한 이환형 보론 에스테르를 전해액 총량을 기준으로 1 중량%의 함량으로 첨가한 것을 제외하고는, 실시예 6과 동일한 방법으로 이차전지용 전해액을 제조하였다.An electrolyte for a secondary battery was prepared in the same manner as in Example 6, except that the bicyclic boron ester prepared in Synthesis Example 2 was added in an amount of 1% by weight based on the total amount of the electrolytic solution.
실시예Example 8 8
상기 합성예 2에서 제조한 이환형 보론 에스테르를 전해액 총량을 기준으로 3 중량%의 함량으로 첨가한 것을 제외하고는, 실시예 6과 동일한 방법으로 이차전지용 전해액을 제조하였다.An electrolyte for a secondary battery was prepared in the same manner as in Example 6 except that the bicyclic boron ester prepared in Synthesis Example 2 was added in an amount of 3% by weight based on the total amount of the electrolytic solution.
실시예Example 9 9
상기 합성예 2에서 제조한 이환형 보론 에스테르를 전해액 총량을 기준으로 6 중량%의 함량으로 첨가한 것을 제외하고는, 실시예 6과 동일한 방법으로 이차전지용 전해액을 제조하였다.An electrolyte for a secondary battery was prepared in the same manner as in Example 6, except that the bicyclic boron ester prepared in Synthesis Example 2 was added in an amount of 6% by weight based on the total amount of the electrolytic solution.
실시예Example 10 10
상기 합성예 2에서 제조한 이환형 보론 에스테르를 전해액 총량을 기준으로 9 중량%의 함량으로 첨가한 것을 제외하고는, 실시예 6과 동일한 방법으로 이차전지용 전해액을 제조하였다. An electrolyte for a secondary battery was prepared in the same manner as in Example 6, except that the bicyclic boron ester prepared in Synthesis Example 2 was added in an amount of 9 wt% based on the total amount of the electrolytic solution.
실시예Example 11 11
상기 합성예 1에서 제조한 이환형 보론 에스테르(화학식 2의 화합물) 대신 상기 합성예 3에서 제조한 이환형 보론 설포네이트(화학식 4의 화합물)를 첨가한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 이차전지용 전해액을 제조하였다.Except that the dibasic boron sulfonate (compound of formula (IV)) prepared in Synthesis Example 3 was used instead of the dibasic boron ester (compound of Formula 2) prepared in Synthesis Example 1, To prepare an electrolyte solution for a secondary battery.
실시예Example 12 12
상기 합성예 3에서 제조한 이환형 보론 설포네이트를 전해액 총량을 기준으로 1 중량%의 함량으로 첨가한 것을 제외하고는, 실시예 11과 동일한 방법으로 이차전지용 전해액을 제조하였다.An electrolytic solution for a secondary battery was prepared in the same manner as in Example 11, except that the bicyclic sulfonate prepared in Synthesis Example 3 was added in an amount of 1% by weight based on the total amount of the electrolytic solution.
실시예Example 13 13
상기 합성예 3에서 제조한 이환형 보론 설포네이트를 전해액 총량을 기준으로 3 중량%의 함량으로 첨가한 것을 제외하고는, 실시예 11과 동일한 방법으로 이차전지용 전해액을 제조하였다.An electrolytic solution for a secondary battery was prepared in the same manner as in Example 11 except that the bicyclic sulfonic acid sulfonate prepared in Synthesis Example 3 was added in an amount of 3% by weight based on the total amount of the electrolytic solution.
실시예Example 14 14
상기 합성예 3에서 제조한 이환형 보론 설포네이트를 전해액 총량을 기준으로 6 중량%의 함량으로 첨가한 것을 제외하고는, 실시예 11과 동일한 방법으로 이차전지용 전해액을 제조하였다.An electrolytic solution for a secondary battery was prepared in the same manner as in Example 11 except that the bicyclic sulfonic acid sulfonate prepared in Synthesis Example 3 was added in an amount of 6% by weight based on the total amount of the electrolytic solution.
실시예Example 15 15
상기 합성예 3에서 제조한 이환형 보론 설포네이트를 전해액 총량을 기준으로 9 중량%의 함량으로 첨가한 것을 제외하고는, 실시예 11과 동일한 방법으로 이차전지용 전해액을 제조하였다.An electrolytic solution for a secondary battery was prepared in the same manner as in Example 11 except that the bicyclic sulfonic acid sulfonate prepared in Synthesis Example 3 was added in an amount of 9% by weight based on the total amount of the electrolytic solution.
실시예Example 16 16
상기 합성예 1에서 제조한 이환형 보론 에스테르(화학식 2의 화합물) 대신 상기 합성예 4에서 제조한 이환형 보론 설포네이트(화학식 5의 화합물)를 첨가한 것을 제외하고는, 실시예 16과 동일한 방법으로 이차전지용 전해액을 제조하였다.The same procedure as in Example 16 was carried out except that the dibasic boron sulfonate (compound of the formula 5) prepared in the above Synthesis Example 4 was used instead of the dibasic boron ester (the compound of the formula 2) prepared in the above Synthesis Example 1 To prepare an electrolyte solution for a secondary battery.
실시예Example 17. 17.
상기 합성예 4에서 제조한 이환형 보론 설포네이트를 전해액 총량을 기준으로 1 중량%의 함량으로 첨가한 것을 제외하고는, 실시예 16과 동일한 방법으로 이차전지용 전해액을 제조하였다.An electrolyte for a secondary battery was prepared in the same manner as in Example 16, except that the bicyclic sulfonic acid sulfonate prepared in Synthesis Example 4 was added in an amount of 1% by weight based on the total amount of the electrolytic solution.
실시예Example 18. 18.
상기 합성예 4에서 제조한 이환형 보론 설포네이트를 전해액 총량을 기준으로 3 중량%의 함량으로 첨가한 것을 제외하고는, 실시예 16과 동일한 방법으로 이차전지용 전해액을 제조하였다.An electrolyte for a secondary battery was prepared in the same manner as in Example 16, except that the bicyclic sulfonic acid sulfonate prepared in Synthesis Example 4 was added in an amount of 3% by weight based on the total amount of the electrolytic solution.
실시예Example 19. 19.
상기 합성예 4에서 제조한 이환형 보론 설포네이트를 전해액 총량을 기준으로 6 중량%의 함량으로 첨가한 것을 제외하고는, 실시예 16과 동일한 방법으로 이차전지용 전해액을 제조하였다.An electrolyte for a secondary battery was prepared in the same manner as in Example 16, except that the bicyclic sulfonate prepared in Synthesis Example 4 was added in an amount of 6% by weight based on the total amount of the electrolytic solution.
실시예Example 20. 20.
상기 합성예 4에서 제조한 이환형 보론 설포네이트를 전해액 총량을 기준으로 9 중량%의 함량으로 첨가한 것을 제외하고는, 실시예 16과 동일한 방법으로 이차전지용 전해액을 제조하였다.An electrolytic solution for a secondary battery was prepared in the same manner as in Example 16 except that the bicyclic sulfonic acid sulfonate prepared in Synthesis Example 4 was added in an amount of 9% by weight based on the total amount of the electrolytic solution.
비교예Comparative Example 1. One.
전해액 첨가제를 첨가하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 이차전지용 전해액을 제조하였다.An electrolyte solution for a secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1, except that the electrolyte additive was not added.
비교예Comparative Example 2. 2.
상기 화학식 2, 3, 4 또는 5로 표시되는 전해액 첨가제 대신 리튬 디플루오로 인산염을 전해액 총량을 기준으로 0.2 중량%의 함량으로 첨가한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 이차전지용 전해액을 제조하였다.An electrolyte for a secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that lithium difluorophosphate was added in an amount of 0.2% by weight based on the total amount of the electrolytic solution instead of the electrolyte additive represented by the formula 2, 3, 4 or 5 .
비교예Comparative Example 3. 3.
상기 화학식 2, 3, 4 또는 5로 표시되는 전해액 첨가제 대신 리튬 비스옥살레이토 보레이트을 전해액 총량을 기준으로 1 중량%의 함량으로 첨가한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 이차전지용 전해액을 제조하였다. Except that lithium bis oxalate borate was added in an amount of 1 wt% based on the total amount of the electrolytic solution instead of the electrolyte additive represented by the formula 2, 3, 4, or 5, to prepare an electrolyte for a secondary battery Respectively.
[[ 실험예Experimental Example ]]
실험예Experimental Example 1. 이차전지의 임피던스 측정 1. Impedance Measurement of Secondary Battery
양극 활물질로 LiNi5Co2Mn3와 LiMnO2을 1:1(중량비)로 혼합한 양극재와 음극 활물질로 인조흑연을 사용한 음극재를 사용하여 통상의 방법으로 1.3Ah 파우치 전지를 조립하고, 상기 실시예 1 내지 20 및 비교예 1 내지 3의 이차전지용 전해액을 각각 6g씩 주입하여 이차전지를 완성하였다. 이후 전지 화성공정을 수행하고, 25℃에서 1.3Ah 파우치 전지의 만충전대비 60% 충전상태 전압을 유지한 채 3C(C-rate)으로 10초간 방전했을 때 얻어지는 임피던스를 PNE-0505 충방전기(제조사: (주)PNE 솔루션)로 측정하였다. 또한, 상기 전지의 임피던스 측정 이후, 60℃ 오븐에서 7일 및 14일 보관 후 각각의 방전 임피던스를 위와 동일한 방법으로 측정하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.A 1.3Ah pouch battery was assembled by using a cathode material in which LiNi 5 Co 2 Mn 3 and LiMnO 2 were mixed as a cathode active material in a ratio of 1: 1 (weight ratio) and an anode material using artificial graphite as an anode active material, 6 g of the electrolyte solution for each of the secondary batteries of Examples 1 to 20 and Comparative Examples 1 to 3 was injected to complete the secondary battery. Then, the impedance obtained when discharging at 3 C (C-rate) for 10 seconds while maintaining the 60% charged state voltage of the 1.3Ah pouch battery at 25 ° C was compared with that of the PNE-0505 charge / discharge device : PNE solution Co., Ltd.). After measuring the impedance of the battery, the discharge impedances of the batteries were measured in the same manner as described above after being stored for 7 days and 14 days in a 60 ° C oven. The results are shown in Table 1 below.
상기 표 1에서 보는 바와 같이, 본 발명의 첨가제를 포함하는 실시예 1 내지 20의 이차전지용 전해액을 사용한 전지의 경우, 비교예 1 내지 3과 비교하여, 고온(60℃) 보관 후 방전 시 임피던스가 대부분 작은 것을 확인할 수 있다. 이로부터 본 발명의 전해액 첨가제를 포함하는 이차전지는 방전 과정에서 전극과 전해질 계면의 낮은 저항 특성으로 인해 전지의 출력 특성이 향상되었음을 알 수 있다. As shown in Table 1, in the case of the battery using the electrolyte for the secondary battery of Examples 1 to 20 including the additive of the present invention, the impedance at the time of storage after storage at a high temperature (60 ° C) Most of them are small. From this, it can be seen that the secondary battery including the electrolyte additive of the present invention improved the output characteristics of the battery due to the low resistance characteristics of the interface between the electrode and the electrolyte during the discharge process.
실험예Experimental Example 2. 이차전지의 고온 저장특성(용량 보존특성) 평가 2. Evaluation of high-temperature storage characteristics (capacity preservation characteristics) of secondary batteries
상기 실험예 1과 동일한 방법으로 전지 화성공정까지 끝낸 이차전지(1.3Ah 파우치 전지)를 만충전 상태로 65℃ 챔버에서 0.5 C, 4.2 V로 충전시키고, 5 C, 2.7 V로 방전시켰다. 이후 초기용량 대비 충·방전 500회 시의 방전용량을 PNE-0505 충방전기(제조사: (주)PNE 솔루션)로 측정하였다. 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. The secondary battery (1.3Ah pouch battery), which had been subjected to the cellization process in the same manner as in Experimental Example 1, was charged with 0.5 C and 4.2 V in a 65 ° C chamber in a fully charged state and discharged at 5 C and 2.7 V, respectively. After that, the discharge capacity at 500 times of charging / discharging with respect to the initial capacity was measured with a PNE-0505 charge / discharge device (manufactured by PNE Co., Ltd.). The results are shown in Table 2 below.
상기 표 2에서 보는 바와 같이, 본 발명의 첨가제를 포함하는 실시예 1 내지 20의 이차전지용 전해액을 사용한 전지의 경우, 비교예 1 내지 3과 비교하여, 고온 사이클에서의 방전용량이 대부분 우수함을 확인할 수 있다. 이로부터 본 발명의 전해액 첨가제를 포함하는 이차전지는 고온에서 전지의 충·방전 과정 중 발생하는 전기화학적 열화 반응을 감소시켜 고온에서도 장시간 전해액의 이온 전도도가 유지되고 있어, 고온에서 오랜 충·방전 이후에도 안정한 충·방전 용량을 구현할 수 있음을 알 수 있다. As shown in Table 2, in the batteries using the secondary battery electrolyte of Examples 1 to 20 including the additive of the present invention, it was confirmed that the discharge capacity in the high-temperature cycle was mostly excellent as compared with Comparative Examples 1 to 3 . From this, it can be seen that the secondary battery including the electrolyte additive of the present invention reduces the electrochemical deterioration reaction occurring during charging and discharging of the battery at a high temperature and maintains the ion conductivity of the electrolyte for a long time at a high temperature. It can be understood that a stable charge / discharge capacity can be realized.
실험예Experimental Example 3. 이차전지의 고전압(4.4V) 특성 평가 3. Evaluation of high voltage (4.4V) characteristics of secondary battery
양극 활물질로 LiCoO2를 사용한 양극재와 음극 활물질로 인조흑연을 사용한 음극재를 사용하여 통상의 방법으로 1.3Ah 파우치 전지를 조립하고, 상기 실시예 1 내지 20 및 비교예 1 내지 3의 이차전지용 전해액을 각각 6g씩 주입하여 이차전지를 완성하였다. 이후 전지 화성공정까지 끝낸 이차전지(1.3Ah 파우치 전지)를 만충전 상태로 60℃ 챔버에서 4.4V 충전 0.5 C, 2.7 V 방전 0.5 C의 속도로 충·방전을 실시하였다. 이후 초기용량 대비 충·방전 500회 시의 방전용량을 PNE-0505 충방전기(제조사: (주)PNE 솔루션)로 측정하여 비율을 하기 표 2에 나타내었다. 이후 초기용량 대비 충·방전 500회 시의 방전용량을 PNE-0505 충방전기(제조사: (주)PNE 솔루션)로 측정하였다. 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다. A 1.3 Ah pouch battery was assembled by a conventional method using a cathode material using LiCoO 2 as a cathode active material and an anode material using artificial graphite as a cathode active material, and the electrolyte for a secondary battery of Examples 1 to 20 and Comparative Examples 1 to 3 Were injected into the secondary battery to complete the secondary battery. Thereafter, the rechargeable battery (1.3Ah pouch battery) which had been subjected to the cellization process was charged and discharged at a rate of 0.5 C charged at 4.4 V and at 0.5 C discharged at 2.7 V in a 60 ° C chamber under full charge. The discharge capacity at 500 charge / discharge cycles with respect to the initial capacity was measured with a PNE-0505 charge / discharge device (manufactured by PNE Co., Ltd.), and the ratios are shown in Table 2 below. After that, the discharge capacity at 500 times of charging / discharging with respect to the initial capacity was measured with a PNE-0505 charge / discharge device (manufactured by PNE Co., Ltd.). The results are shown in Table 3 below.
상기 표 3에서 보는 바와 같이, 본 발명의 첨가제를 포함하는 실시예 1 내지 20의 이차전지용 전해액을 사용한 전지의 경우, 비교예 1 내지 3과 비교하여, 고전압 사이클에서의 방전용량이 80% 이상으로 유지됨으로써 안정적인 용량 회복성을 보였다. 이는 본 발명의 전해액 첨가제를 전해액에 첨가함으로써 고전압에서 전지가 충·방전될 때 발생하는 양극 소재 부식 현상을 방지하여 고전압 조건에서 장시간 전지의 용량 특성을 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 전지의 단위 부피당 에너지 밀도를 높여 장거리 주행이 가능하게 함을 예상할 수 있게 한다. 이로써 본 발명의 첨가제를 사용함으로써 고전압에서 오랜 충·방전 이후에도 안정한 충·방전 용량을 구현함을 확인할 수 있다.As shown in Table 3, in the case of the battery using the electrolyte for the secondary battery of Examples 1 to 20 including the additive of the present invention, as compared with Comparative Examples 1 to 3, the discharge capacity in the high voltage cycle was 80% And it showed stable capacity recovery. This is because by adding the electrolyte additive of the present invention to the electrolyte solution, it is possible to prevent corrosion phenomenon of the anode material occurring when the battery is charged and discharged at a high voltage, thereby maintaining the capacity characteristics of the battery for a long time under high voltage conditions, So that it can be expected to make long distance travel possible. Thus, it can be confirmed that the use of the additive of the present invention realizes a stable charge / discharge capacity even after a long charge / discharge cycle at a high voltage.
Claims (8)
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
Q 및 A는 각각 독립적으로
카보닐, 글리옥살, 티오닐, 설퓨릴, 디플루오로보론, 테트라플루오로포스포레인, 하이드록시 보론 또는 하이드록시 포스포닐이고,
상기 하이드록시 보론 및 하이드록시 포스포닐의 하이드록실기는 C1-10 알킬, C1-10 알콕시, C6-10 아릴, C6-10 아릴옥시, C2-10 알케닐, C1-3 알킬설포닐, 니트릴, -C(O)OR1, -C(O)R2, -Si(R3)3, -SO3H, 트리플루오로알킬, 수소 또는 할로겐 원자로 치환될 수 있으며,
상기 R1, R2 및 R3은 각각 독립적으로 C1-6 알킬, C6-10 아릴, C1-6 알콕시, 아세틸옥시, 모노-할로아세틸옥시, 디-할로아세틸옥시 및 트리-할로아세틸옥시로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 치환기를 가질 수 있다.1. A compound having the structure of Formula 1:
[Chemical Formula 1]
In Formula 1,
Q and A are each independently
Carbonyl, glyoxal, thionyl, sulfuryl, difluoroboron, tetrafluorophosphorane, hydroxyboron or hydroxyphosphonyl,
Wherein the hydroxyl group of the hydroxyboron and the hydroxyphosphonyl is selected from the group consisting of C 1-10 alkyl, C 1-10 alkoxy, C 6-10 aryl, C 6-10 aryloxy, C 2-10 alkenyl, C 1-3 (O) OR 1 , -C (O) R 2 , -Si (R 3 ) 3 , -SO 3 H, trifluoroalkyl, hydrogen or a halogen atom,
Wherein R 1 , R 2 and R 3 are each independently selected from the group consisting of C 1-6 alkyl, C 6-10 aryl, C 1-6 alkoxy, acetyloxy, mono-haloacetyloxy, di- ≪ / RTI > oxy, and the like.
Q 및 A는 각각 독립적으로
, , , , , , , , 또는 인, 화합물.The method according to claim 1,
Q and A are each independently
, , , , , , , , or Lt; / RTI >
상기 화학식 1의 구조를 갖는 화합물이 ,, ,,, ,, , 또는인, 화합물.The method according to claim 1,
The compound having the structure of the above formula (1) , , , , , , , , or Lt; / RTI >
[화학식 1]
At least one selected from the group consisting of oxalic acid, sulfur dioxide, concentrated sulfuric acid, and dimethyl carbonate; And tetrakis (dimethylamino) diboron in a solvent of hexane or toluene.
[Chemical Formula 1]
비수계 용매; 및
리튬염을 포함하는, 이차전지용 전해액:
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
Q 및 A는 각각 독립적으로
카보닐, 글리옥살, 티오닐, 설퓨릴, 디플루오로보론, 테트라플루오로포스포레인, 하이드록시 보론 또는 하이드록시 포스포닐이고,
상기 하이드록시 보론 및 하이드록시 포스포닐의 하이드록실기는 C1-10 알킬, C1-10 알콕시, C6-10 아릴, C6-10 아릴옥시, C2-10 알케닐, C1-3 알킬설포닐, 니트릴, -C(O)OR1, -C(O)R2, -Si(R3)3, -SO3H, 트리플루오로알킬, 수소 또는 할로겐 원자로 치환될 수 있으며,
상기 R1, R2 및 R3은 각각 독립적으로 C1-6 알킬, C6-10 아릴, C1-6 알콕시, 아세틸옥시, 모노-할로아세틸옥시, 디-할로아세틸옥시 및 트리-할로아세틸옥시로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 치환기를 가질 수 있다.An electrolyte additive for a secondary battery represented by Formula 1 below;
Non-aqueous solvent; And
Electrolyte for secondary battery comprising lithium salt:
[Chemical Formula 1]
In Formula 1,
Q and A are each independently
Carbonyl, glyoxal, thionyl, sulfuryl, difluoroboron, tetrafluorophosphorane, hydroxyboron or hydroxyphosphonyl,
Wherein the hydroxyl group of the hydroxyboron and the hydroxyphosphonyl is selected from the group consisting of C 1-10 alkyl, C 1-10 alkoxy, C 6-10 aryl, C 6-10 aryloxy, C 2-10 alkenyl, C 1-3 (O) OR 1 , -C (O) R 2 , -Si (R 3 ) 3 , -SO 3 H, trifluoroalkyl, hydrogen or a halogen atom,
Wherein R 1 , R 2 and R 3 are each independently selected from the group consisting of C 1-6 alkyl, C 6-10 aryl, C 1-6 alkoxy, acetyloxy, mono-haloacetyloxy, di- ≪ / RTI > oxy, and the like.
상기 첨가제가 이차전지용 전해액 총량 대비 0.01 내지 30 중량%의 함량으로 포함되는, 이차전지용 전해액.6. The method of claim 5,
Wherein the additive is contained in an amount of 0.01 to 30% by weight based on the total amount of the electrolyte for a secondary battery.
상기 이차전지용 전해액이 리튬디플루오로 옥살레이토 보레이트(lithium difluoro(oxalato)borate), 리튬 비스옥살레이토 보레이트(lithium bis(oxalato)borate), 플루오로에틸렌카보네이트(fluoro ethylene carbonate), 비닐렌 카보네이트(vinylene carbonate), 비닐에틸렌 카보네이트(vinyl ethylene carbonate), 디비닐 설폰(divinyl sulfone), 에틸렌 설파이트(ethylene sulfite), 프로필렌 설파이트(propylene sulfite), 디알릴 설포네이트 (diallyl sulfonate), 에탄 설톤(ethane sultone), 프로판 설톤(propane sulton), 부탄 설톤(butane sulton), 에텐 설톤(ethene sultone), 에틸렌 설페이트(ethylene sulfate), 부텐 설톤(butene sulton), 리튬디플루오로 포스페이트(lithium difluorophosphate), 리튬 디플루오로 비스 옥살라토포스페이트(lithium difluoro bis(oxalato)phosphate), 리튬 테트라플루오로 옥살라토 포스페이트(lithium tetrafluoro oxalato phosphate) 및 프로펜 설톤(propene sultone)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는, 이차전지용 전해액.6. The method of claim 5,
Wherein the electrolyte for the secondary battery is selected from the group consisting of lithium difluoro (oxalato) borate, lithium bis (oxalato) borate, fluoro ethylene carbonate, vinylene carbonate carbonate, vinyl ethylene carbonate, divinyl sulfone, ethylene sulfite, propylene sulfite, diallyl sulfonate, ethane sultone, Propane sultone, butane sultone, ethene sultone, ethylene sulfate, butene sulton, lithium difluorophosphate, lithium difluoroacetate, Lithium difluoro bis (oxalato) phosphate, lithium tetrafluoro oxalato phosphate and lithium tetrafluorooxalate phosphate. And at least one selected from the group consisting of propene sultone.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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N231 | Notification of change of applicant |