KR20190055733A - Electrolyte additive for lithium battery, electrolyte solution comprising additive and Lithium battery comprising additive - Google Patents
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Abstract
Description
리튬전지 전해질 첨가제, 이를 포함하는 유기전해액 및 리튬전지에 관한 것이다.A lithium battery electrolyte additive, an organic electrolytic solution containing the same, and a lithium battery.
리튬전지는 비디오 카메라, 휴대폰, 노트북 컴퓨터 등 휴대용 전자기기의 구동 전원으로 사용된다. 재충전이 가능한 리튬이차전지는 기존의 납 축전지, 니켈-카드뮴 전지, 니켈수소 전지, 니켈아연 전지 등과 비교하여 단위 중량당 에너지 밀도가 3배 이상 높고 고속 충전이 가능하다.Lithium batteries are used as power sources for portable electronic devices such as video cameras, mobile phones, and notebook computers. The rechargeable lithium secondary battery has three times higher energy density per unit weight than conventional lead batteries, nickel-cadmium batteries, nickel metal hydride batteries and nickel-zinc batteries.
에너지 밀도가 높은 리튬이차전지를 제조하기 위하여 증가된 방전 용량을 제공하는 양극활물질이 사용된다. 증가된 방전 용량을 가지는 양극활물질은 상대적으로 전기화학적 안정성이 낮다. 따라서, 리튬이차전지의 충방전 과정에서 양극활물질과 전해질의 부반응이 발생하여 리튬이차전지의 안정성이 저하된다. 따라서, 증가된 방전 용량을 제공하는 양극활물질을 포함하는 리튬이차전지의 안정성을 개선시키는 방법이 요구된다.A cathode active material is used which provides an increased discharge capacity to produce a lithium secondary battery having a high energy density. The cathode active material having an increased discharge capacity has a relatively low electrochemical stability. Therefore, during the charging / discharging process of the lithium secondary battery, a side reaction occurs between the cathode active material and the electrolyte, thereby deteriorating the stability of the lithium secondary battery. Therefore, there is a need for a method for improving the stability of a lithium secondary battery comprising a cathode active material that provides an increased discharge capacity.
한 측면은 새로운 리튬전지 전해질 첨가제를 제공하는 것이다.One aspect is to provide a new lithium battery electrolyte additive.
다른 한 측면은 유기전해액을 제공하는 것이다.Another aspect is to provide an organic electrolytic solution.
또 다른 한 측면은 리튬전지를 제공하는 것이다.Another aspect is to provide a lithium battery.
한 측면에 따라,According to one aspect,
하기 화학식 1로 표시되는 술폰계 화합물인 리튬전지 전해질 첨가제가 제공된다:There is provided a lithium battery electrolyte additive which is a sulfonic compound represented by the following general formula:
<화학식 1>≪ Formula 1 >
상기 식에서,In this formula,
R1은 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 5의 알킬기, 할로겐으로 치환 또는 비치화된 탄소수 4 내지 10의 시클로알킬기, 또는 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 10의 아릴기, 또는 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 10의 헤테로아릴기이며,R 1 is an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms which is substituted or unsubstituted with halogen, a cycloalkyl group having 4 to 10 carbon atoms which is substituted or unsubstituted with halogen, or an aryl group having 5 to 10 carbon atoms which is substituted or unsubstituted with halogen, A substituted or unsubstituted heteroaryl group having 2 to 10 carbon atoms,
R2는 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 10의 알케닐기이다.R 2 is an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms which is substituted or unsubstituted with halogen.
다른 한 측면에 따라,According to another aspect,
리튬염; 유기용매; 및Lithium salts; Organic solvent; And
상기에 따른 첨가제를 포함하는 유기전해액이 제공된다.An organic electrolytic solution containing the above-mentioned additive is provided.
또 다른 한 측면에 따라,According to another aspect,
양극활물질을 포함하는 양극; A cathode comprising a cathode active material;
음극활물질을 포함하는 음극; 및 A negative electrode comprising a negative electrode active material; And
상기 양극과 음극 사이에 배치되는 유기전해액;을 포함하며,And an organic electrolyte disposed between the anode and the cathode,
상기 유기전해액이 상기에 따른 첨가제를 포함하는 리튬전지가 제공된다.There is provided a lithium battery in which the organic electrolytic solution contains the above-mentioned additive.
한 측면에 따르면 술폰계 화합물을 포함하는 유기전해액을 채용함에 의하여 리튬전지의 부반응이 억제되고 수명 특성이 향상된다.According to one aspect, by employing an organic electrolytic solution containing a sulfonic compound, the side reaction of the lithium battery is suppressed and the life characteristic is improved.
도 1은 예시적인 구현예에 따른 리튬전지의 모식도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 리튬전지
2: 음극
3: 양극
4: 세퍼레이터
5: 전지케이스
6: 캡 어셈블리1 is a schematic diagram of a lithium battery according to an exemplary embodiment.
Description of the Related Art
1: Lithium battery 2: cathode
3: anode 4: separator
5: Battery case 6: Cap assembly
이하에서 예시적인 구현예들에 따른 리튬전지용 전해액 첨가제, 이를 포함하는 유기 전해액 및 상기 유기전해액을 채용한 리튬 전지에 관하여 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, an electrolyte additive for a lithium battery according to exemplary embodiments, an organic electrolyte containing the same, and a lithium battery employing the organic electrolyte will be described in more detail.
일구현예에 따른 리튬전지용 전해액 첨가제는, 하기 화학식 1로 표시되는 술폰계 화합물이다:An electrolyte additive for a lithium battery according to an embodiment is a sulfone compound represented by the following formula (1):
<화학식 1>≪ Formula 1 >
상기 식에서, R1은 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 5의 알킬기, 할로겐으로 치환 또는 비치화된 탄소수 4 내지 10의 시클로알킬기, 또는 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 10의 아릴기, 또는 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 10의 헤테로아릴기이며, R2는 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 10의 알케닐기이다.Wherein R 1 is an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms which is substituted or unsubstituted with halogen, a cycloalkyl group having 4 to 10 carbon atoms which is substituted or unsubstituted with halogen, or an aryl group having 5 to 10 carbon atoms Or a heteroaryl group having 2 to 10 carbon atoms which is substituted or unsubstituted with halogen and R 2 is an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms which is substituted or unsubstituted with halogen.
니켈 및 하나 이상의 다른 전이금속을 함유하며, 니켈의 함량이 전이금속의 전체 몰 수에 대하여 80mol% 이상인 리튬전이금속산화물을 양극활물질로서 사용함에 의하여 고출력 및 고용량을 갖는 리튬전지를 제작할 수 있다. 일반적으로 리튬전지에서, 니켈의 함량이 높은 리튬전이금속산화물은 표면 구조가 불안정하여 전지의 충방전 과정에서 부반응에 의한 가스 발생이 증가하고 니켈과 같은 전이금속의 용출이 더 심화된다. 따라서, 리튬전지의 수명 특성이 저하된다.Nickel, and at least one other transition metal, and a lithium transition metal oxide having a nickel content of 80 mol% or more based on the total molar amount of the transition metal is used as a cathode active material, a lithium battery having a high output and a high capacity can be produced. Generally, in a lithium battery, a lithium transition metal oxide having a high content of nickel has an unstable surface structure, so that generation of gas due to side reaction during charging and discharging of the battery increases, and elution of transition metals such as nickel is further intensified. Therefore, the lifetime characteristics of the lithium battery are deteriorated.
이에 반해, 상술한 일구현예에 따른 리튬전지용 전해액 첨가제를 포함하는 리튬전지는, 초기 저항의 증가가 억제되고, 부반응에 의한 가스 발생이 억제되고 수명 특성이 향상된다.On the other hand, the lithium battery including the electrolyte additive for lithium battery according to one embodiment described above suppresses an increase in initial resistance, suppresses generation of gas due to side reaction, and improves life characteristics.
예를 들어, 화학식 1로 표시되는 술폰계 화합물은 하기 화학식 2로 표시되는 술폰계 화합물일 수 있다:For example, the sulfone-based compound represented by the formula (1) may be a sulfone-based compound represented by the following formula (2)
<화학식 2>(2)
상기 식에서, R3은 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 5의 알킬기, 또는 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 10의 아릴기이며, R4는 공유결합, 탄소수 1 내지 5의 알킬렌기, 또는 탄소수 2 내지 10의 알케닐렌기이다.Wherein R 3 is an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms which is substituted or unsubstituted with halogen or an aryl group having 5 to 10 carbon atoms which is substituted or unsubstituted with halogen, and R 4 is a covalent bond, an alkylene group having 1 to 5 carbon atoms , Or an alkenylene group having 2 to 10 carbon atoms.
예를 들어, 화학식 1로 표시되는 술폰계 화합물은 하기 화학식 3 내지 9으로 표시되는 술폰계 화합물일 수 있다:For example, the sulfone-based compound represented by the formula (1) may be a sulfone-based compound represented by the following formulas (3) to (9)
<화학식 3> <화학식 4>(3) ≪ Formula 4 >
<화학식 5> <화학식 6>≪ Formula 5 > (6)
<화학식 7> <화학식 8>≪ Formula 7 > (8)
<화학식 9>≪ Formula 9 >
다른 구현예에 따른 유기전해액은, 리튬염; 유기용매; 및 상술한 첨가제를 포함한다.An organic electrolytic solution according to another embodiment includes a lithium salt; Organic solvent; And the above-mentioned additives.
유기전해액이 상술한 리튬전지용 전해액 첨가제를 포함함에 의하여 유기전해액을 포함하는 리튬전지의, 초기 저항의 증가가 억제되고, 부반응에 의한 가스 발생이 억제되고 수명 특성이 향상된다.Since the organic electrolyte includes the above-described electrolyte additive for lithium batteries, increase in initial resistance of a lithium battery including an organic electrolytic solution is suppressed, gas generation due to side reactions is suppressed, and lifetime characteristics are improved.
예를 들어 유기전해액은 화학식 1 내지 9로 표시되는 술폰계 화합물의 함량이 유기전해액 총 중량을 기준으로 3wt% 이하로 한정됨에 의하여, 부반응에 의한 가스 발생이 억제되고 리튬전지의 수명 특성이 더욱 향상된다.For example, in the organic electrolytic solution, the content of the sulfonic compound represented by the general formulas (1) to (9) is limited to 3 wt% or less based on the total weight of the organic electrolytic solution, thereby suppressing gas generation due to side reactions and further improving the lifetime characteristics of the lithium battery do.
유기전해액에서, 화학식 1 내지 9로 표시되는 술폰계 화합물의 함량은 유기전해액 총 중량을 기준으로 0.1wt% 내지 3wt%, 0.1wt% 내지 2.9wt%, 0.1wt% 내지 2.8wt%, 0.1wt% 내지 2.7wt%, 0.1wt% 내지 2wt%, 0.1wt% 내지 1.5wt%, 또는 0.2wt% 내지 1wt% 일 수 있다. 화학식 1 내지 9로 표시되는 술폰계 화합물의 함량이 이러한 범위를 가짐에 의하여 가스 발생이 억제되고 우수한 수명 특성을 가지는 리튬전지가 제공될 수 있다. 따라서, 수명 특성의 실질적인 변화 없이 가스 발생을 억제할 수 있다. In the organic electrolytic solution, the content of the sulfonic compound represented by the general formulas (1) to (9) is 0.1 to 3 wt%, 0.1 to 2.9 wt%, 0.1 wt% to 2.8 wt%, 0.1 wt% To 2.7 wt%, 0.1 wt% to 2 wt%, 0.1 wt% to 1.5 wt%, or 0.2 wt% to 1 wt%. When the content of the sulfonic compound represented by the general formulas (1) to (9) is within this range, a lithium battery having gas generation suppressed and having excellent lifetime characteristics can be provided. Therefore, gas generation can be suppressed without substantial change in lifetime characteristics.
유기전해액이 포함하는 유기용매는 예를 들어 하기 화학식 17로 표시되는 고리형 카보네이트 화합물을 포함할 수 있다:The organic solvent contained in the organic electrolytic solution may include, for example, a cyclic carbonate compound represented by the following formula (17): < EMI ID =
<화학식 17>≪ Formula 17 >
상기 식에서, X1 및 X2는 서로 독립적으로 수소 또는 할로겐이며, X1 및 X2 중에서 하나 이상이 F이다.Wherein X 1 and X 2 are independently of each other hydrogen or halogen, and at least one of X 1 and X 2 is F.
유기용매가 상기 화학식 17로 표시되는 고리형 카보네이트 화합물을 포함함에 의하여 리튬전지의 수명 특성 및 저항 억제 효과가 향상될 수 있다. 예를 들어, 화학식 17로 표시되는 고리형 카보네이트 화합물에서 X1은 수소, X2는 F일 수 있다.By including the cyclic carbonate compound represented by the above formula (17) in the organic solvent, lifetime characteristics and resistance suppressing effect of the lithium battery can be improved. For example, in the cyclic carbonate compound represented by the general formula (17), X 1 may be hydrogen and X 2 may be F.
화학식 17로 표시되는 고리형 카보네이트 화합물의 함량은 유기용매 총 부피를 기준으로 10vol% 이하, 9vol% 이하, 0.1 내지 8vol% 이하, 7vol% 이하, 6vol% 이하, 또는 5vol% 이하일 수 있다. 예를 들어, 화학식 17로 표시되는 고리형 카보네이트 화합물의 함량은 유기용매 총 부피를 기준으로 0.1 내지 10vol%, 0.1 내지 9vol%, 0.1 내지 8vol%, 0.1 내지 7vol%, 0.1 내지 6vol%, 또는 0.1 내지 5vol%일 수 있다. 화학식 17로 표시되는 고리형 카보네이트 화합물의 함량이 이러한 범위를 가짐에 의하여 리튬전지의 수명 특성 및 저항 억제 효과가 더욱 향상될 수 있다. The content of the cyclic carbonate compound represented by the general formula (17) may be 10 vol% or less, 9 vol% or less, 0.1 to 8 vol% or less, 7 vol% or less, 6 vol% or less, or 5 vol% or less based on the total volume of the organic solvent. For example, the content of the cyclic carbonate compound represented by the general formula (17) is 0.1 to 10 vol%, 0.1 to 9 vol%, 0.1 to 8 vol%, 0.1 to 7 vol%, 0.1 to 6 vol%, or 0.1 To 5 vol%. When the content of the cyclic carbonate compound represented by the general formula (17) is in this range, the lifetime characteristics and the resistance suppressing effect of the lithium battery can be further improved.
유기전해액이 하기 화학식 18로 표시되는 고리형 카보네이트 화합물을 더 포함할 수 있다:The organic electrolytic solution may further comprise a cyclic carbonate compound represented by the following formula (18): < EMI ID =
<화학식 18>≪ Formula 18 >
상기 식에서, X3 및 X4는 서로 독립적으로 수소, 할로겐 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬기이다.In the above formula, X 3 and X 4 are, independently of each other, hydrogen, halogen or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms.
유기전해액이 화학식 18로 표시되는 고리형 카보네이트 화합물을 포함함에 의하여 리튬전지의 수명 특성 및 저항 억제 효과가 향상될 수 있다. 예를 들어, 화학식 18로 표시되는 고리형 카보네이트 화합물에서 X3 및 X4는 수소일 수 있다.By including the cyclic carbonate compound represented by the general formula (18) in the organic electrolytic solution, lifetime characteristics and resistance suppressing effect of the lithium battery can be improved. For example, in the cyclic carbonate compound represented by the general formula (18), X 3 and X 4 may be hydrogen.
화학식 18로 표시되는 고리형 카보네이트 화합물의 함량이 유기전해액 총 중량을 기준으로 3wt% 이하, 2.5wt% 이하, 2wt% 이하, 또는 1.5wt% 이하일 수 있다. 예를 들어, 화학식 18로 표시되는 고리형 카보네이트 화합물의 함량이 유기전해액 총 중량을 기준으로 0.1 내지 3wt%, 0.1 내지 2.5wt%, 0.1 내지 2wt%, 또는 0.1 내지 1.5wt%일 수 있다. 화학식 18로 표시되는 고리형 카보네이트 화합물의 함량이 이러한 범위를 가짐에 의하여 리튬전지의 수명 특성 및 저항 억제 효과가 더욱 향상될 수 있다.The content of the cyclic carbonate compound represented by the general formula (18) may be 3 wt% or less, 2.5 wt% or less, 2 wt% or less, or 1.5 wt% or less based on the total weight of the organic electrolytic solution. For example, the content of the cyclic carbonate compound represented by the general formula (18) may be 0.1 to 3 wt%, 0.1 to 2.5 wt%, 0.1 to 2 wt%, or 0.1 to 1.5 wt% based on the total weight of the organic electrolytic solution. When the content of the cyclic carbonate compound represented by the general formula (18) is within this range, the lifetime characteristics and resistance suppressing effect of the lithium battery can be further improved.
유기용매는 카보네이트계 용매, 에스테르계 용매, 에테르계 용매, 및 케톤계 용매, 중에서 선택된 하나 이상일 수 있다.The organic solvent may be at least one selected from a carbonate-based solvent, an ester-based solvent, an ether-based solvent, and a ketone-based solvent.
카보네이트계 용매로서 에틸메틸카보네이트(EMC), 메틸프로필카보네이트(MPC), 에틸프로필카보네이트(EPC), 디메틸카보네이트(DMC), 디에틸카보네이트(DEC), 디프로필카보네이트(DPC), 프로필렌카보네이트(PC), 에틸렌카보네이트(EC), 부틸렌카보네이트(BC) 등이 사용될 수 있으며, 에스테르계 용매로서 메틸프로피오네이트, 에틸프로피오네이트, 에틸부티레이트, 메틸아세테이트, 에틸아세테이트, n-프로필아세테이트, 디메틸아세테이트, 감마부티로락톤, 데카놀라이드(decanolide), 감마발레로락톤, 메발로노락톤(mevalonolactone), 카프로락톤(caprolactone), 등이 사용될 수 있으며, 에테르계 용매로서 디부틸 에테르, 테트라글라임, 디글라임, 디메톡시에탄, 2-메틸테트라히드로퓨란, 테트라히드로퓨란 등이 사용될 수 있으며, 케톤계 용매로는 시클로헥사논 등이 사용될 수 있으며, 니트릴계 용매로서 아세토니트릴(AN), 석시노니트릴(SN), 아디포니트릴 등이 사용될 수 있다. 기타 용매로서 디메틸술폭사이드, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, 테트라하이드로퓨란 등이 사용될 수 있으나 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술 분야에서 유기용매로 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다. 예를 들어, 유기용매는 사슬형 카보네이트 50 내지 95vol% 및 고리형 카보네이트 5 내지 50vol%, 사슬형 카보네이트 55 내지 95vol% 및 고리형 카보네이트 5 내지 45vol%, 사슬형 카보네이트 60 내지 95vol% 및 고리형 카보네이트 5 내지 40vol%, 사슬형 카보네이트 65 내지 95vol% 및 고리형 카보네이트 5 내지 35vol%, 또는 사슬형 카보네이트 70 내지 95vol% 및 고리형 카보네이트 5 내지 30vol%, 를 포함할 수 있다. 예를 들어, 유기용매는 3가지 이상의 유기용매의 혼합용매일 수 있다.(EMC), methyl propyl carbonate (MPC), ethyl propyl carbonate (EPC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate (DPC), propylene carbonate (PC) Ethyl carbonate, ethyl acetate, n-propyl acetate, dimethylacetate, methyl ethyl ketone, methyl ethyl ketone, methyl ethyl ketone, Gamma-butyrolactone, decanolide, gamma valerolactone, mevalonolactone, caprolactone, and the like can be used. As the ether solvent, dibutyl ether, tetraglyme, Dimethoxyethane, 2-methyltetrahydrofuran, tetrahydrofuran and the like can be used. As the ketone solvent, cyclohexanone and the like may be used , And the like acetonitrile (AN), three Sino nitrile (SN), adiponitrile can be used as the nitrile type solvent. As other solvents, dimethylsulfoxide, dimethylformamide, dimethylacetamide, tetrahydrofuran and the like can be used, but not limited thereto, and any solvent which can be used in the art can be used. For example, the organic solvent may include 50 to 95 vol% of chain carbonate and 5 to 50 vol% of cyclic carbonate, 55 to 95 vol% of chain carbonate and 5 to 45 vol% of cyclic carbonate, 60 to 95 vol% of chain carbonate, 5 to 40 vol% of chain carbonate, 65 to 95 vol% of chain carbonate and 5 to 35 vol% of cyclic carbonate, or 70 to 95 vol% of chain carbonate and 5 to 30 vol% of cyclic carbonate. For example, the organic solvent can be mixed for three or more organic solvents each day.
예를 들어, 유기전해액이 하기 화학식 3 내지 9로 표시되는 술폰계 화합물 0.1 내지 3.0wt% 및 하기 화학식 18a로 표시되는 화합물 0.1 내지 2.0wt%를 포함하며, 유기전해액이 포함하는 유기용매가 하기 화학식 17a로 표시되는 화합물 1 내지 10vol%를 포함할 수 있다:For example, the organic electrolytic solution contains 0.1 to 3.0% by weight of the sulfonic compound represented by the following general formulas (3) to (9) and 0.1 to 2.0% by weight of the compound represented by the following general formula (18a) And 1 to 10 vol% of the compound represented by 17a:
<화학식 3>
<화학식 4>(3)
≪
<화학식 5>
<화학식 6>≪
<화학식 7>≪ Formula 7 >
<화학식 8> <화학식 9>(8) ≪ Formula 9 >
<화학식 17a> <화학식 18a><Formula 17a> <Formula 18a>
리튬염은 LiPF6, LiBF4, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, LiC2F5SO3, Li(FSO2)2N, LiC4F9SO3, LiN(SO2CF2CF3)2, 및 화학식 19 내지 22로 표시되는 화합물 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다:Lithium salts are LiPF 6, LiBF 4, LiCF 3 SO 3, Li (
<화학식 19> <화학식 20>(19) (20)
<화학식 21> <화학식 22>≪ Formula 21 > (22)
리튬염의 농도는 0.01 내지 5.0 M, 0.05 내지 5.0 M, 0.1 내지 5.0 M, 또는 0.1 내지 2.0 M 일 수 있으나, 반드시 이러한 범위로 한정되는 것은 아니며 필요에 따라 적절한 농도가 사용될 수 있다. 이러한 농도 범위 내에서 더욱 향상된 전지 특성이 얻어질 수 있다.The concentration of the lithium salt may be 0.01 to 5.0 M, 0.05 to 5.0 M, 0.1 to 5.0 M, or 0.1 to 2.0 M, but is not necessarily limited to such a range and an appropriate concentration may be used if necessary. Within this concentration range, improved battery characteristics can be obtained.
유기전해액은 숙신산 무수물과 같은 고리형 산 무수물(cyclic acid anhydride)을 포함하지 않을 수 있다. 유기전해액은 고리형 술폰(cyclic sulfone)을 포함하지 않을 수 있다. 유기전해액은 고리형 술포네이트(cyclic sulfonate)를 포함하지 않을 수 있다. 유기전해액을 설톤(sultone)을 포함하지 않을 수 있다.The organic electrolytic solution may not contain a cyclic acid anhydride such as succinic anhydride. The organic electrolytic solution may not contain cyclic sulfone. The organic electrolytic solution may not contain a cyclic sulfonate. The organic electrolytic solution may not contain sultone.
다른 일구현예에 따른 리튬전지는 양극활물질을 포함하는 양극; 음극활물질을 포함하는 음극; 및 양극과 음극 사이에 배치되는 유기전해액;을 포함하며, 유기전해액이 상술한 첨가제를 포함한다.A lithium battery according to another embodiment includes a positive electrode including a positive electrode active material; A negative electrode comprising a negative electrode active material; And an organic electrolytic solution disposed between the anode and the cathode, wherein the organic electrolytic solution includes the above-described additive.
리튬전지가 상술한 리튬전지용 전해액 첨가제를 포함함에 의하여, 리튬전지의 초기 저항 증가가 억제되고, 부반응에 의한 가스 발생이 억제되고, 수명 특성이 향상된다.양극활물질은 니켈 및 다른 전이금속을 포함하는 리튬전이금속산화물을 포함한다. 니켈 및 다른 전이금속을 포함하는 리튬전이금속산화물에서 니켈의 함량은 전이금속의 전체 몰 수에 대하여 60mol% 이상, 65mol% 이상, 70mol% 이상, 75mol% 이상, 80mol% 이상, 82mol% 이상, 85mol% 이상, 87mol% 이상, 또는 90mol% 이상일 수 있다.By including the above-described electrolyte additive for a lithium battery, the initial resistance increase of the lithium battery is suppressed, the gas generation due to the side reaction is suppressed, and the lifetime characteristic is improved. Lithium transition metal oxide. In the lithium transition metal oxide containing nickel and other transition metals, the content of nickel is at least 60 mol%, at least 65 mol%, at least 70 mol%, at least 75 mol%, at least 80 mol%, at least 82 mol%, at least 85 mol % Or more, 87 mol% or more, or 90 mol% or more.
예를 들어, 리튬전이금속산화물이 하기 화학식 23으로 표시될 수 있다:For example, a lithium transition metal oxide may be represented by the following formula:
<화학식 23>≪ Formula 23 >
LiaNixCoyMzO2 - bAb Li a Ni x Co y M z O 2 - b a b
화학식 23에서, 1.0≤a≤1.2, 0≤b≤0.2, 0.6≤x<1, 0<y≤0.3, 0<z≤0.3, x+y+z=1, M은 망간(Mn), 바나듐(V), 마그네슘(Mg), 갈륨(Ga), 실리콘(Si), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 철(Fe), 크롬(Cr), 구리(Cu), 아연(Zn), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al) 및 보론(B)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이고, A는 F, S, Cl, Br 또는 이들의 조합이다. 예를 들어, 0.7≤x<1, 0<y≤0.3, 0<z≤0.3; 0.8≤x<1, 0<y≤0.3, 0<z≤0.3; 0.8≤x<1, 0<y≤0.2, 0<z≤0.2; 0.83≤x<0.97, 0<y≤0.15, 0<z≤0.15; 또는 0.85≤x<0.95, 0<y≤0.1, 0<z≤0.1;일 수 있다.Wherein M is at least one element selected from the group consisting of Mn, Mn, (V), Mg, Ga, Si, W, Mo, Fe, Cr, Cu, (Ti), aluminum (Al) and boron (B), and A is F, S, Cl, Br or a combination thereof. For example, 0.7? X <1, 0 <y? 0.3, 0 <z? 0.3; 0.8? X <1, 0 <y? 0.3, 0 <z? 0.3; 0.8? X <1, 0 <y? 0.2, 0 <z? 0.2; 0.83? X <0.97, 0 <y? 0.15, 0 <z? 0.15; Or 0.85? X <0.95, 0 <y? 0.1, 0 <z? 0.1.
예를 들어, 리튬전이금속산화물이 하기 화학식 24 내지 25으로 표시되는 화합물일 수 있다:For example, the lithium transition metal oxide may be a compound represented by the following Chemical Formulas 24 to 25:
<화학식 24>≪ EMI ID =
LiNixCoyMnzO2 LiNi x Co y Mn z O 2
<화학식 25>≪ Formula 25 >
LiNixCoyAlzO2 LiNi x Co y Al z O 2
상기 식들에서, 0.6≤x≤0.95, 0<y≤0.2, 0<z≤0.1이다. 예를 들어, 0.7≤x≤0.95, 0<y≤0.3, 0<z≤0.3이다. 예를 들어, 0.8≤x≤0.95, 0<y≤0.3, 0<z≤0.3이다. 예를 들어, 0.82≤x≤0.95, 0<y≤0.15, 0<z≤0.15이다. 예를 들어, 0.85≤x≤0.95, 0<y≤0.1, 0<z≤0.1이다.In the above equations, 0.6? X? 0.95, 0 <y? 0.2, 0 <z? 0.1. For example, 0.7? X? 0.95, 0 <y? 0.3, and 0 <z? 0.3. For example, 0.8? X? 0.95, 0 <y? 0.3, 0 <z? 0.3. For example, 0.82? X? 0.95, 0 <y? 0.15, and 0 <z? 0.15. For example, 0.85? X? 0.95, 0 <y? 0.1, and 0 <z? 0.1.
예를 들어, 리튬전이금속산화물은 LiNi0 . 7Co0 . 2Mn0 . 1O2, LiNi0 . 88Co0 . 08Mn0 . 04O2, LiNi0.8Co0.15Mn0.05O2, LiNi0 . 8Co0 . 1Mn0 . 1O2, LiNi0 . 88Co0 . 1Mn0 . 02O2, LiNi0 . 8Co0 . 15Al0 . 05O2, LiNi0.8Co0.1Mn0.2O2 또는 LiNi0 . 88Co0 . 1Al0 . 02O2일 수 있다.For example, the lithium transition metal oxide LiNi 0. 7 Co 0 . 2 Mn 0 . 1 O 2 , LiNi 0 . 88 Co 0 . 08 Mn 0 . 04 O 2 , LiNi 0.8 Co 0.15 Mn 0.05 O 2 , LiNi 0 . 8 Co 0 . 1 Mn 0 . 1 O 2 , LiNi 0 . 88 Co 0 . 1 Mn 0 . 02 O 2 , LiNi 0 . 8 Co 0 . 15 Al 0 . 05 O 2 , LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.2 O 2 or LiNi 0 . 88 Co 0 . 1 Al 0 . 02 < / RTI > O2 .
음극활물질은 실리콘계 화합물, 탄소계 화합물, 실리콘계 화합물과 탄소계 화합물의 복합체 및 실리콘 산화물(SiOx, 0<x<2) 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 탄소계 화합물은 흑연 등일 수 있다.The negative electrode active material may include at least one selected from the group consisting of a silicon compound, a carbon compound, a composite of a silicon compound and a carbon compound, and a silicon oxide (SiO x , 0 <x <2). The carbon-based compound may be graphite or the like.
실리콘계 화합물과 탄소계 물질의 복합체는 실리콘 나노입자가 탄소계 화합물 상부에 배치된 구조를 갖는 복합체, 실리콘 입자가 탄소계 화합물 표면과 내부에 포함된 복합체, 실리콘 입자가 탄소계 화합물로 코팅되어 탄소계 화합물 내부에 포함된 복합체일 수 있다. 실리콘계 화합물과 탄소계 물질의 복합체는 탄소계 화합물 입자 상에 평균입경이 약 200nm 이하 실리콘 나노입자를 분산한 후 카본 코팅하여 얻어지는 활물질, 실리콘(Si) 입자가 그래파이트 상부 및 내부에 존재하는 활물질 등일 수 있다. 실리콘계 화합물과 탄소계 화합물의 복합체의 2차 입자 평균 입경은 5um 내지 20um일 수 있다. 실리콘 나노입자의 평균 입경은 5nm 이상, 10nm 이상, 20nm 이상, 50nm 이상, 또는 70nm 이상일 수 있다. 실리콘 나노입자의 평균 입경은 200nm 이하, 150nm 이하, 100nm 이하, 50nm 이하, 20nm 이하, 10nm 이하일 수 있다. 예를 들어, 실리콘 나노입자의 평균 입경은 100nm 내지 150nm일 수 있다. The composite of the silicon-based compound and the carbon-based material is a composite having a structure in which the silicon nanoparticles are disposed on the carbon-based compound, a composite in which the silicon particles are contained in the surface of the carbon-based compound and a silicon- Or may be a complex contained within the compound. The composite of the silicon-based compound and the carbon-based material can be obtained by dispersing silicon nanoparticles having an average particle diameter of about 200 nm or less on the carbon-based compound particles and then carbon coating the active material, silicon (Si) have. The secondary particle average particle diameter of the composite of the silicone compound and the carbon-based compound may be from 5 to 20 탆. The average particle diameter of the silicon nanoparticles may be 5 nm or more, 10 nm or more, 20 nm or more, 50 nm or more, or 70 nm or more. The average particle diameter of the silicon nanoparticles may be 200 nm or less, 150 nm or less, 100 nm or less, 50 nm or less, 20 nm or less, 10 nm or less. For example, the average particle diameter of the silicon nanoparticles may be 100 nm to 150 nm.
실리콘계 화합물과 탄소계 화합물의 복합체의 2차 입자 평균 입경은 5um 내지 18um, 7um 내지 18um, 7um 내지 15um, 또는 10um 내지 13um일 수 있다.The secondary particle average particle diameter of the composite of the silicone compound and the carbon-based compound may be from 5 탆 to 18 탆, from 7 탆 to 18 탆, from 7 탆 to 15 탆, or from 10 탆 to 13 탆.
리튬전지의 25℃에서 300 사이클 충방전 후 DCIR(direct current internal resistance) 상승율은 155% 이하, 150% 이하, 예를 들어 105 내지 150%일 수 있다.After the lithium battery has been charged and discharged at 25 DEG C for 300 cycles, the DCIR (direct current internal resistance) increase rate may be 155% or less, 150% or less, for example, 105 to 150%.
리튬전지의 전지 단위 부피 당 에너지 밀도가 500Wh/L 이상, 550Wh/L 이상, 600Wh/L 이상, 650Wh/L 이상, 또는 700Wh/L 이상일 수 있다. 리튬전지가 500Wh/L 이상의 높은 에너지 밀도를 제공함에 의하여 높은 출력을 제공할 수 있다.The energy density per unit volume of the lithium battery may be 500Wh / L or more, 550Wh / L or more, 600Wh / L or more, 650Wh / L or more, or 700Wh / L or more. A lithium battery can provide a high output by providing a high energy density of 500 Wh / L or more.
상기 리튬전지는 그 형태가 특별히 제한되지는 않으며, 리튬이온전지, 리튬이온폴리머전지, 리튬설퍼전지 등을 포함한다. The shape of the lithium battery is not particularly limited, and includes a lithium ion battery, a lithium ion polymer battery, a lithium sulfur battery, and the like.
일구현예에 따른 리튬이차전지는 다음과 같은 방법에 의하여 제조될 수 있다.The lithium secondary battery according to one embodiment can be manufactured by the following method.
먼저 양극이 준비된다.First, the anode is prepared.
예를 들어, 양극 활물질, 도전제, 바인더 및 용매가 혼합된 양극 활물질 조성물이 준비된다. 상기 양극 활물질 조성물이 양극 집전체 위에 직접 코팅되어 양극이 제조된다. 다르게는, 상기 양극활물질 조성물이 별도의 지지체 상에 캐스팅된 다음, 상기 지지체로부터 박리된 필름이 금속 집전체상에 라미네이션되어 양극이 제조될 수 있다. 상기 양극은 상기에서 열거한 형태에 한정되는 것은 아니고 상기 형태 이외의 형태일 수 있다.For example, a cathode active material composition in which a cathode active material, a conductive agent, a binder and a solvent are mixed is prepared. The positive electrode active material composition is coated directly on the positive electrode collector to produce a positive electrode. Alternatively, the cathode active material composition may be cast on a separate support, and then a film peeled from the support may be laminated on the metal current collector to produce a cathode. The anode is not limited to those described above, but may be in a form other than the above.
상기 양극 활물질은 상술한 니켈 리치 리튬 니켈 복합 산화물 이외에 일반적인 리튬 함유 금속산화물을 함께 사용할 수 있다. 리튬 함유 금속 산화물은 예를 들어, 코발트, 망간, 니켈, 및 이들의 조합에서 선택되는 금속과 리튬과의 복합 산화물 중 2종 이상의 것을 사용할 수 있다. The cathode active material may include a common lithium-containing metal oxide in addition to the nickel-rich lithium-nickel composite oxide described above. As the lithium-containing metal oxide, for example, two or more kinds of complex oxides of metal and lithium selected from cobalt, manganese, nickel, and combinations thereof may be used.
양극 활물질은 구체적인 예로서, LiaA1 - bBbD2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 및 0 ≤ b ≤ 0.5이다); LiaE1 - bBbO2 - cDc(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05이다); LiE2 - bBbO4 - cDc(상기 식에서, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05이다); LiaNi1 -b- cCobBcDα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤ 2이다); LiaNi1 -b- cCobBcO2 - αFα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNi1 -b- cCobBcO2 - αF2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNi1 -b-cMnbBcDα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤ 2이다); LiaNi1 -b- cMnbBcO2 - αFα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNi1 -b- cMnbBcO2 - αF2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNibEcGdO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0.001 ≤ d ≤ 0.1이다.); LiaNibCocMndGeO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0 ≤ d ≤0.5, 0.001 ≤ e ≤ 0.1이다.); LiaNiGbO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaCoGbO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaMnGbO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaMn2GbO4(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); QO2; QS2; LiQS2; V2O5; LiV2O5; LiIO2; LiNiVO4; Li(3-f)J2(PO4)3(0 ≤ f ≤ 2); Li(3-f)Fe2(PO4)3(0 ≤ f ≤ 2); LiFePO4의 화학식 중 어느 하나로 표현되는 화합물을 들 수 있다:The cathode active material is, for example, Li a A 1 - b B b D 2 (in the formula, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, and 0 ≤ b ≤ 0.5); Li a E 1 - b B b O 2 - c D c where 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05; LiE 2 - b B b O 4 - c D c where 0? B? 0.5, 0? C? 0.05; Li a Ni 1 -b- c Co b B c D ? Wherein, in the formula, 0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05, 0 <? Li a Ni 1 -b- c Co b B c O 2 - ? F ? Wherein, in the formula, 0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05, 0 <? Li a Ni 1 -b- c Co b B c O 2 - ? F 2 wherein 0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05, 0 <? Li a Ni 1 -bc Mn b B c D ? Wherein, in the formula, 0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05, 0 <? Li a Ni 1 -b- c Mn b B c O 2 - ? F ? Wherein, in the formula, 0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05, 0 <? Li a Ni 1 -b- c Mn b B c O 2 - ? F 2 wherein 0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05, 0 <? Li a Ni b E c G d O 2 wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, and 0.001 ≤ d ≤ 0.1; Li a Ni b Co c Mn d GeO 2 wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0 ≤ d ≤ 0.5, and 0.001 ≤ e ≤ 0.1; Li a NiG b O 2 (in the above formula, 0.90? A? 1.8, and 0.001? B? 0.1); Li a CoG b O 2 wherein, in the above formula, 0.90? A? 1.8, and 0.001? B? 0.1; Li a MnG b O 2 (in the above formula, 0.90? A? 1.8, 0.001? B? 0.1); Li a Mn 2 G b O 4 wherein, in the above formula, 0.90? A? 1.8, and 0.001? B? 0.1; QO 2; QS 2 ; LiQS 2 ; V 2 O 5 ; LiV 2 O 5 ; LiIO 2 ; LiNiVO 4; Li (3-f) J 2 (PO 4 ) 3 (0? F? 2); Li (3-f) Fe 2 (PO 4 ) 3 (0? F? 2); In the formula of LiFePO 4 it may be a compound represented by any one:
상기 화학식에 있어서, A는 Ni, Co, Mn, 또는 이들의 조합이고; B는 Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, 희토류 원소 또는 이들의 조합이고; D는 O, F, S, P, 또는 이들의 조합이고; E는 Co, Mn, 또는 이들의 조합이고; F는 F, S, P, 또는 이들의 조합이고; G는 Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V, 또는 이들의 조합이고; Q는 Ti, Mo, Mn, 또는 이들의 조합이고; I는 Cr, V, Fe, Sc, Y, 또는 이들의 조합이며; J는 V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, 또는 이들의 조합이다.In the above formula, A is Ni, Co, Mn, or a combination thereof; B is Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, a rare earth element or a combination thereof; D is O, F, S, P, or a combination thereof; E is Co, Mn, or a combination thereof; F is F, S, P, or a combination thereof; G is Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V, or combinations thereof; Q is Ti, Mo, Mn, or a combination thereof; I is Cr, V, Fe, Sc, Y, or a combination thereof; J is V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, or a combination thereof.
예를 들어, LiCoO2, LiMnxO2x(x=1 또는 2), LiNi1 - xMnxO2x(0<x<1), LiNi1 -x-yCoxMnyO2 (0≤x≤0.5, 0≤y≤0.5, 1-x-y>0.5), LiFePO4 등이다.For example, LiCoO 2 , LiMn x O 2x (x = 1 or 2), LiNi 1 - x Mn x O 2x (0 <x <1), LiNi 1 -xy Co x Mn y O 2 0.5, 0≤y≤0.5, a 1-xy> 0.5),
물론 상기 화합물 표면에 코팅층을 갖는 것도 사용할 수 있고, 또는 상기 화합물과 코팅층을 갖는 화합물을 혼합하여 사용할 수도 있다. 이 코팅층은 코팅 원소의 옥사이드, 하이드록사이드, 코팅 원소의 옥시하이드록사이드, 코팅 원소의 옥시카보네이트, 또는 코팅 원소의 하이드록시카보네이트의 코팅 원소 화합물을 포함할 수 있다. 이들 코팅층을 이루는 화합물은 비정질 또는 결정질일 수 있다. 상기 코팅층에 포함되는 코팅 원소로는 Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, V, Sn, Ge, Ga, B, As, Zr 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 코팅층 형성 공정은 상기 화합물에 이러한 원소들을 사용하여 양극 활물질의 물성에 악영향을 주지 않는 방법(예를 들어 스프레이 코팅, 침지법 등)으로 코팅할 수 있으면 어떠한 코팅 방법을 사용하여도 무방하며, 이에 대하여는 당해 분야에 종사하는 사람들에게 잘 이해될 수 있는 내용이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.Of course, a compound having a coating layer on the surface of the compound may be used, or a compound having a coating layer may be mixed with the compound. The coating layer may comprise an oxide, a hydroxide of the coating element, an oxyhydroxide of the coating element, an oxycarbonate of the coating element, or a coating element compound of the hydroxycarbonate of the coating element. The compound constituting these coating layers may be amorphous or crystalline. The coating layer may contain Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, V, Sn, Ge, Ga, B, As, Zr or a mixture thereof. The coating layer forming step may be any coating method as long as it can coat the above compound by a method that does not adversely affect physical properties of the cathode active material (for example, spray coating, dipping, etc.) by using these elements, It will be understood by those skilled in the art that a detailed description will be omitted.
도전제는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙; 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.The conductive agent is not particularly limited as long as it has electrical conductivity without causing a chemical change in the battery, for example, graphite such as natural graphite or artificial graphite; Carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, summer black; Conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber; Carbon fluoride; Metal powders such as 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.
도전제의 함량은 양극 활물질 조성물의 총중량을 기준으로 하여 1 내지 20 중량%이다. The content of the conductive agent is 1 to 20% by weight based on the total weight of the cathode active material composition.
상기 바인더로는 활물질과 도전제 등의 결합과 집전체에 대한 활물질 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질 조성물 총중량을 기준으로 하여 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF), 폴리비닐리덴클로라이드, 폴리벤지미다졸, 폴리이미드, 폴리비닐아세테이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아닐린, 아크릴로니트릴부타디엔스티렌, 페놀 수지, 에폭시 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리페닐렌설파이드, 폴리아미드이미드, 폴리에테르이미드, 폴리에테르술폰, 폴리아미드, 폴리아세탈, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다. The binder is a component that assists in binding of the active material and the conductive agent and bonding of the active material to the current collector, and is usually added in an amount of 1 to 30 wt% based on the total weight of the cathode active material composition. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride (PVdF), polyvinylidene chloride, polybenzimidazole, polyimide, polyvinyl acetate, polyacrylonitrile, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC) But are not limited to, starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, polyethylene, polypropylene, polystyrene, polymethylmethacrylate, polyaniline, acrylonitrile butadiene styrene, phenol resin, epoxy resin, polyethylene terephthalate , Polytetrafluoroethylene, polyphenylene sulfide, polyamideimide, polyetherimide, polyether sulfone, polyamide, polyacetal, polyphenylene oxide, polybutylene terephthalate, ethylene-propylene-diene terpolymer ), Sulfonated EPDM, styrene butadiene rubber (SBR), fluorine rubber, various copolymers and the like.
상기 용매로는 N-메틸피롤리돈, 아세톤 또는 물 등이 사용될 수 있으나, 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 사용될 수 있는 것이라면 모두 사용될 수 있다. 용매의 함량은 예를 들어 양극 활물질 100 중량부를 기준으로 10 내지 100 중량부이다. 용매의 함량이 상기 범위일 때 활물질층을 형성하는 것이 용이하다.As the solvent, N-methylpyrrolidone, acetone, water or the like may be used, but not limited thereto, and any solvent which can be used in the technical field can be used. The content of the solvent is, for example, 10 to 100 parts by weight based on 100 parts by weight of the positive electrode active material. When the content of the solvent is within the above range, it is easy to form the active material layer.
상기, 양극 활물질, 도전제, 바인더 및 용매의 함량은 리튬이차전지에서 통상적으로 사용되는 수준이다. 리튬이차전지의 용도 및 구성에 따라 상기 도전제, 바인더 및 용매 중 하나 이상이 생략될 수 있다.The content of the positive electrode active material, the conductive agent, the binder and the solvent is a level commonly used in a lithium secondary battery. Depending on the application and configuration of the lithium secondary battery, one or more of the conductive agent, the binder, and the solvent may be omitted.
예를 들어, N-메틸피롤리돈(NMP)을 용매로 사용하고, PVdF 또 PVdF 공중합체를 바인더로 사용하고, 카본블랙, 아세틸렌 블랙를 도전제로 사용할 수 있다. 예를 들어, 양극 활물질 94 중량%, 바인더 3 중량%, 도전제 3 중량%를 분말 상태로 혼합한 후, 고형분이 70 중량%가 되도록 NMP를 넣어 슬러리를 만든 뒤, 이 슬러리를 코팅, 건조, 압연해서 양극을 제작할 수 있다.For example, N-methylpyrrolidone (NMP) may be used as a solvent, PVdF or PVdF copolymer may be used as a binder, and carbon black or acetylene black may be used as a conductive agent. For example, 94% by weight of the positive electrode active material, 3% by weight of the binder and 3% by weight of the conductive agent were mixed in powder form, NMP was added thereto so as to have a solid content of 70% by weight, The anode can be rolled.
상기 양극 집전체는 일반적으로 3 ㎛ ~ 50 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.The cathode current collector generally has a thickness of 3 mu m to 50 mu m. Such a positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical change in the battery, and may be formed of a material such as stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon, or a surface of aluminum or stainless steel Treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like may be used. The current collector may have fine irregularities on the surface thereof to increase the adhesive force of the cathode active material, and various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a nonwoven fabric are possible.
제조된 양극 활물질 조성물이 로딩레벨(loading level)은 30mg/cm2 이상, 예를 들어 35mg/cm2 이상, 구체적으로 40mg/cm2 이상이다. 전극 밀도는 3g/cc 이상, 예를 들어 3.5g/cc 이상이다. 에너지 밀도를 중시하는 설계로서는 로딩레벨(loading level) 35mg/cm2 이상 50mg/cm2 이하, 밀도는 3.5g/cc 이상 4.2g/cc 이하 같은 설계가 선호 된다. 예를 들면, 로딩레벨 37mg/cc, 밀도 3.6g/cc로서 양면 코팅된 극판일 수 있다.The loading level of the prepared cathode active material composition is 30 mg / cm 2 or more, for example, 35 mg / cm 2 or more, specifically 40 mg / cm 2 or more. The electrode density is 3 g / cc or more, for example, 3.5 g / cc or more. For energy density-intensive designs, a loading level of 35 mg / cm 2 to 50 mg / cm 2 or less and a density of 3.5 g / cc to 4.2 g / cc or less is preferred. For example, it may be a double-sided coated plate with a loading level of 37 mg / cc and a density of 3.6 g / cc.
상기와 같은 양극 활물질의 로딩 수준 및 전극 밀도의 범위를 만족할 경우, 이러한 양극 활물질을 포함하는 전지는 500 wh/L 이상의 높은 셀 에너지 밀도를 발휘할 수 있다. 그리고 상기 리튬이차전지에서 45℃에서 300 사이클 충방전 후 DCIR(direct current internal resistance) 상승율은 165% 이하이다. When the loading level of the cathode active material and the range of the electrode density are satisfied, the battery including such a cathode active material can exhibit a high cell energy density of 500 wh / L or more. In the lithium secondary battery, the DCIR (direct current internal resistance) increase rate after charging and discharging at 45 ° C is 165% or less.
다음으로 음극이 준비된다.Next, the cathode is prepared.
예를 들어, 음극 활물질, 도전제, 바인더 및 용매를 혼합하여 음극활물질 조성물이 준비된다. 상기 음극 활물질 조성물이 음극 집전체 상에 직접 코팅 및 건조되어 음극이 제조된다. 다르게는, 상기 음극활물질 조성물이 별도의 지지체상에 캐스팅된 다음, 상기 지지체로부터 박리된 필름이 금속 집전체상에 라미네이션되어 음극판이 제조될 수 있다.For example, a negative electrode active material composition is prepared by mixing a negative electrode active material, a conductive agent, a binder and a solvent. The negative electrode active material composition is coated directly on the negative electrode collector and dried to produce a negative electrode. Alternatively, the negative electrode active material composition may be cast on a separate support, and then the film peeled off from the support may be laminated on the metal current collector to produce a negative electrode plate.
음극 활물질은 예를 들어 실리콘계 화합물, 실리콘 산화물 (SiOx(0<x<2), 실리콘계 화합물과 탄소계 물질의 복합체일 수 있다. 여기에서 실리콘 입자의 사이즈(예를 들어 평균 입경)는 200nm 미만, 예를 들어 10 내지 150 nm이다. 용어 사이즈는 실리콘 입자가 구형인 경우에는 평균입경을 나타내고 실리콘 입자가 비구형인 경우에는 평균 장축 길이를 나타낼 수 있다.The negative electrode active material may be, for example, a silicon compound, a silicon oxide (SiO x (0 <x <2), a composite of a silicon compound and a carbonaceous material. , For example from 10 to 150 nm. The term size refers to the average particle size when the silicone particles are spherical and to the average long axis length when the particles are non-spherical.
실리콘 입자의 사이즈가 상기 범위일 때 수명 특성이 우수하여 일구현예에 따른 전해질을 사용한 경우 리튬이차전지의 수명이 더욱 더 개선된다.When the size of the silicon particles is within the above range, the life characteristics are excellent, and when the electrolyte according to one embodiment is used, the lifetime of the lithium secondary battery is further improved.
상기 탄소계 재료로는 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 상기 결정질 탄소는 무정형, 판상, 인편상(flake), 구형 또는 섬유형의 천연 흑연 또는 인조 흑연과 같은 흑연일 수 있으며, 상기 비정질 탄소는 소프트 카본(soft carbon: 저온 소성 탄소) 또는 하드 카본(hard carbon), 메조페이스 피치(mesophase pitch) 탄화물, 소성된 코크스 등일 수 있다.The carbon-based material may be crystalline carbon, amorphous carbon, or a mixture thereof. The crystalline carbon may be graphite such as natural graphite or artificial graphite in the form of amorphous, plate-like, flake, spherical or fibrous type, and the amorphous carbon may be soft carbon or hard carbon carbon, mesophase pitch carbide, calcined coke, and the like.
실리콘계 화합물과 탄소계 물질의 복합체는 예를 들어 실리콘 입자가 그래파이트 상부에 배치된 구조를 갖는 복합체 또는 실리콘 입자가 그래파이트 표면과 내부에 포함된 복합체를 들 수 있다. 상기 복합체는 예를 들어 그래파이트 입자 상에 평균입경이 약 200nm 이하, 예를 들어 100 내지 200nm, 구체적으로 150nm인 Si 입자를 분산한 후 카본 코팅한 활물질 또는 실리콘(Si) 입자가 그래파이트 상부 및 내부에 존재하는 활물질을 들 수 있다. 이러한 복합체는 상품명 SCN1 (Si particle on Graphite) 또는 SCN2 (Si particle inside as well as on Graphite) 으로 입수가능하다. SCN1 은 그래파이트 입자 상에 평균입경이 약 150nm인 Si 입자를 분산한 후 카본 코팅한 활물질이다. 그리고 SCN2는 평균입경이 약 150nm인 Si 입자가 그래파이트 상부 및 내부에 존재하는 활물질이다. The composite of the silicon-based compound and the carbon-based material may be, for example, a composite having a structure in which silicon particles are disposed on the graphite surface, or a composite in which silicon particles are contained in and on the graphite surface. The composite may be prepared by dispersing Si particles having an average particle size of about 200 nm or less, for example, 100 to 200 nm, specifically 150 nm, on graphite particles, and then carbon-coating the active material or silicon (Si) The active material is present. Such a composite is available under the trade name SCN1 (Si particle on Graphite) or SCN2 (Si particle inside as well as on graphite). SCN1 is a carbon-coated active material obtained by dispersing Si particles having an average particle size of about 150 nm on graphite particles. And SCN2 is an active material in which Si particles having an average particle size of about 150 nm are present on and in the graphite.
상기 음극 활물질은 상술한 음극 활물질 이외에 당해 기술분야에서 리튬이차전지의 음극 활물질로 사용될 수 있는 것이라면 함께 사용가능하는 것도 가능하다. 예를 들어, Si, Sn, Al, Ge, Pb, Bi, Sb, Si-Y 합금(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 내지 16족 원소, 전이금속, 전이금속 산화물 희토류 원소 또는 이들의 조합 원소이며, Si는 아님), Sn-Y 합금(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 내지 16족 원소, 전이금속, 희토류 원소 또는 이들의 조합 원소이며, Sn은 아님) 등일 수 있다. 상기 원소 Y로는 Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Po, 또는 이들의 조합일 수 있다.The negative electrode active material may be used together with the negative electrode active material as long as it can be used as a negative electrode active material of a lithium secondary battery in the related art. (For example, Y is an alkali metal, an alkaline earth metal, a Group 13 to Group 16 element, a transition metal, a transition metal oxide rare earth element, or a mixture thereof) of Si, Sn, Al, Ge, Pb, Bi, Sb, And Y is an alkali metal, an alkaline earth metal, an element of group 13 to group 16, a transition metal, a rare earth element or a combination element thereof, and is not Sn), and the like. The element Y may be at least one element selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ge, P, As, Sb, Bi, Te, Po, or a combination thereof.
예를 들어, 상기 음극 활물질은 리튬 티탄 산화물, 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물 등일 수 있다.For example, the negative electrode active material may be lithium titanium oxide, vanadium oxide, lithium vanadium oxide, or the like.
음극 활물질 조성물에서 도전제 및 바인더는 상기 양극 활물질 조성물의 경우와 동일한 것을 사용할 수 있다.The conductive agent and the binder in the negative electrode active material composition may be the same as those in the positive electrode active material composition.
다만, 음극 활물질 조성물에서는 물을 용매로 사용할 수 있다. 예를 들어, 물을 용매로 사용하고, 카르복시메틸셀룰로오즈(CMC)ㅡ 스티렌부타디엔러버(SBR), 아크릴레이트계 중합체, 메타크릴레이트계 중합체를 바인더로 사용하고, 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 그래파이트를 도전제로 사용할 수 있다. However, in the negative electrode active material composition, water may be used as a solvent. For example, when water is used as a solvent, and carboxymethyl cellulose (CMC) - styrene butadiene rubber (SBR), acrylate polymer, or methacrylate polymer is used as a binder, and carbon black, acetylene black, You can use zero.
상기 음극 활물질, 도전제, 바인더 및 용매의 함량은 리튬이차전지에서 통상적으로 사용하는 수준이다. 리튬이차전지의 용도 및 구성에 따라 상기 도전제, 바인더 및 용매 중 하나 이상이 생략될 수 있다.The content of the negative electrode active material, the conductive agent, the binder and the solvent is a level commonly used in a lithium secondary battery. Depending on the application and configuration of the lithium secondary battery, one or more of the conductive agent, the binder, and the solvent may be omitted.
예를 들어, 음극 활물질 94 중량%, 바인더 3 중량%, 도전제 3 중량%를 분말 상태로 혼합한 후, 고형분이 약 70중량%가 되도록 물을 넣어 슬러리를 만든 뒤, 이 슬러리를 코팅, 건조, 압연해서 음극 극판을 제작할 수 있다.For example, after mixing 94 wt% of the negative electrode active material, 3 wt% of the binder and 3 wt% of the conductive material in powder form, water is added so that the solid content is about 70 wt%, slurry is formed, , And rolled into a negative electrode plate.
상기 음극 집전체는 일반적으로 3㎛ ~ 50㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 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 negative electrode current collector is generally made to have a thickness of 3 mu m to 50 mu m. Such an anode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change in the battery, and may be formed of a material such as copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, fired carbon, surface of copper or stainless steel A surface treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like, an 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.
음극 활물질 조성물의 로딩레벨(loading level)은 양극 활물질 조성물의 로딩레벨에 따라 설정된다. 음극 활물질 조성물 g당 용량에 따라 12mg/cm2 이상, 예를 들어 15mg/cm2 이상 범위이다. 전극 밀도는 1.5g/cc 이상 예를 들어 1.6g/cc 이상에 될 수 있다. 에너지 밀도를 중시하는 설계로서 밀도는 1.65g/cc 이상 1.9g/cc 이하 같은 설계가 선호 된다. The loading level of the negative electrode active material composition is set according to the loading level of the positive electrode active material composition. Cm 2 or more, for example, 15 mg / cm 2 or more, depending on the capacity per g of the negative electrode active material composition. The electrode density can be 1.5 g / cc or more, for example, 1.6 g / cc or more. As a design that places importance on energy density, the density is preferably 1.65 g / cc or more and 1.9 g / cc or less.
상기와 같은 음극활물질의 로딩 수준 및 전극 밀도의 범위를 만족할 경우, 이러한 음극활물질을 포함하는 전지는 500 wh/L 이상의 높은 셀 에너지 밀도를 발휘할 수 있다.When the loading level of the negative electrode active material and the range of the electrode density are satisfied, the battery including such an anode active material can exhibit a high cell energy density of 500 wh / L or more.
다음으로, 상기 양극과 음극 사이에 삽입될 분리막이 준비된다.Next, a separation membrane to be inserted between the positive electrode and the negative electrode is prepared.
상기 분리막은 리튬 전지에서 통상적으로 사용되는 것이라면 모두 사용 가능하다. 전해질의 이온 이동에 대하여 저저항이면서 전해액 함습 능력이 우수한 것이 사용될 수 있다. 예를 들어, 유리 섬유, 폴리에스테르, 테프론, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 이들의 조합물 중에서 선택된 것으로서, 부직포 또는 직포 형태이어도 무방하다. 예를 들어, 리튬이온전지에는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등과 같은 권취 가능한 분리막이 사용되며, 리튬이온폴리머전지에는 전해질 함침 능력이 우수한 분리막이 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 분리막은 하기 방법에 따라 제조될 수 있다.The separator is usable as long as it is commonly used in a lithium battery. A material having low resistance against the ion movement of the electrolyte and excellent in the ability to impregnate the electrolyte may be used. For example, selected from glass fiber, polyester, Teflon, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene (PTFE), or a combination thereof, and may be nonwoven fabric or woven fabric. For example, a separable membrane such as polyethylene, polypropylene or the like can be used for the lithium ion battery, and a separator membrane having excellent electrolyte impregnation ability can be used for the lithium ion polymer battery. For example, the separation membrane can be produced according to the following method.
고분자 수지, 충진제 및 용매를 혼합하여 분리막 조성물이 준비된다. 상기 분리막 조성물이 전극 상부에 직접 코팅 및 건조되어 분리막이 형성될 수 있다. 또는, 상기 분리막 조성물이 지지체상에 캐스팅 및 건조된 후, 상기 지지체로부터 박리시킨 분리막 필름이 전극 상부에 라미네이션되어 분리막이 형성될 수 있다.A polymer resin, a filler and a solvent are mixed to prepare a separator composition. The separation membrane composition may be directly coated on the electrode and dried to form a separation membrane. Alternatively, after the separation membrane composition is cast and dried on a support, a separation membrane film peeled from the support may be laminated on the electrode to form a separation membrane.
상기 분리막 제조에 사용되는 고분자 수지는 특별히 한정되지 않으며, 전극판의 결합재에 사용되는 물질들이 모두 사용될 수 있다. 예를 들어, 비닐리덴플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트 또는 이들의 혼합물 등이 사용될 수 있다.The polymer resin used in the production of the separator is not particularly limited, and any material used for the binder of the electrode plate may be used. For example, vinylidene fluoride / hexafluoropropylene copolymer, polyvinylidene fluoride (PVDF), polyacrylonitrile, polymethyl methacrylate or mixtures thereof may be used.
음극 활물질 조성물의 로딩레벨(loading level)은 양극 활물질 조성물의 로딩레벨에 따라 설정된다. 음극 활물질 조성물 g당 용량에 따라 12mg/cm2 이상, 예를 들어 15mg/cm2 이상 범위이다. 전극 밀도는 1.5g/cc 이상 예를 들어 1.6g/cc 이상에 될 수 있다. 에너지 밀도를 중시하는 설계로서 밀도는 1.65g/cc 이상 1.9g/cc 이하 같은 설계가 선호 된다. The loading level of the negative electrode active material composition is set according to the loading level of the positive electrode active material composition. Cm 2 or more, for example, 15 mg / cm 2 or more, depending on the capacity per g of the negative electrode active material composition. The electrode density can be 1.5 g / cc or more, for example, 1.6 g / cc or more. As a design that places importance on energy density, the density is preferably 1.65 g / cc or more and 1.9 g / cc or less.
다음으로, 상술한 전해질이 준비된다.Next, the above-described electrolyte is prepared.
일구현예에 따르면 전해질은 상술한 전해질 이외에 비수 전해액, 고체 전해질, 무기 고체 전해질을 추가로 포함할 수 있다.According to one embodiment, the electrolyte may further include a non-aqueous electrolyte, a solid electrolyte, and an inorganic solid electrolyte in addition to the electrolyte described above.
상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.Examples of the organic solid electrolyte include a polymer including a polyethylene derivative, a polyethylene oxide derivative, a polypropylene oxide derivative, a phosphate ester polymer, a polyester sulfide, a polyvinyl alcohol, a polyvinylidene fluoride, and an ionic dissociation group Can be used.
상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등이 사용될 수 있다.Examples of the inorganic solid electrolyte include Li 3 N, LiI, Li 5 NI 2 , Li 3 N-LiI-LiOH, LiSiO 4 , Li 2 SiS 3 , Li 4 SiO 4 , Li 4 SiO 4 -LiI- such as LiOH, Li 3 PO 4 -Li 2 S-
도 1에서 보여지는 바와 같이 상기 리튬이차전지 (1)는 양극 (3), 음극 (2) 및 분리막 (4)를 포함한다. 상술한 양극 (3), 음극 (2) 및 분리막 (4)가 와인딩되거나 접혀서 전지 케이스 (5)에 수용된다. 이어서, 상기 전지 케이스 (5)에 전해질이 주입되고 캡(cap) 어셈블리 (6)로 밀봉되어 리튬이차전지 (1)가 완성된다. 상기 전지 케이스는 원통형, 각형, 박막형 등일 수 있다. 예를 들어, 상기 리튬이차전지는 대형박막형전지일 수 있다. 상기 리튬이차전지는 리튬이온전지일 수 있다.As shown in FIG. 1, the lithium
상기 양극 및 음극 사이에 분리막이 배치되어 전지구조체가 형성될 수 있다. 상기 전지구조체가 바이셀 구조로 적층된 다음, 전해질에 함침되고, 얻어진 결과물이 파우치에 수용되어 밀봉되면 리튬이온폴리머전지가 완성된다.A separator may be disposed between the anode and the cathode to form a battery structure. The cell structure is laminated in a bi-cell structure, then impregnated with an electrolyte, and the obtained result is received in a pouch and sealed to complete a lithium ion polymer battery.
또한, 상기 전지 구조체는 복수개 적층되어 전지팩을 형성하고, 이러한 전지팩이 고용량 및 고출력이 요구되는 모든 기기에 사용될 수 있다. 예를 들어, 노트북, 스마트폰, 전기차량 등에 사용될 수 있다.In addition, a plurality of battery assemblies may be stacked to form a battery pack, and such battery pack may be used for all devices requiring high capacity and high output. For example, a notebook, a smart phone, an electric vehicle, and the like.
일구현예에 따른 리튬이차전지는 일반적인 니켈 리치 리튬 니켈 복합 산화물을 양극 활물질로 채용한 리튬이차전지와 비교하여, DCIR 상승율이 현저히 감소하여, 우수한 전지 특성을 발휘할 수 있다.The lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention significantly reduces the rate of DCIR increase and exhibits excellent battery characteristics as compared with a lithium secondary battery employing a general nickel-rich lithium-nickel composite oxide as a cathode active material.
상기 양극, 음극, 전해질을 적용한 리튬이차전지의 작동전압은 예를 들어 하한은 2.5-2.8V 내지 상한은 4.1-4.4V 이며, 에너지밀도는 500 wh/L 이상으로 우수하다. The operating voltage of the lithium secondary battery to which the positive electrode, the negative electrode and the electrolyte are applied is, for example, 2.5-2.8V as a lower limit and 4.1-4.4V as an upper limit, and an energy density is 500w / L or more.
또한, 상기 리튬이차전지는 예를 들어, 전지적 모터에 의해 동력을 받아 움직이는 파워 툴(power tool); 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 등을 포함하는 전기차; 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(Escooter)를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(electric golf cart); 전력저장용 시스템 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Further, the lithium secondary battery may be a power tool, for example, powered by an electric motor and moving; An electric vehicle including an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV), and the like; An electric motorcycle including an electric bike (E-bike) and an electric scooter (Escooter); An electric golf cart; And a power storage system, but the present invention is not limited thereto.
본 명세서에서 알킬은 완전 포화된 분지형 또는 비분지형 (또는 직쇄 또는 선형) 탄화수소를 말한다. As used herein, alkyl refers to fully saturated branched or unbranched (or straight chain or linear) hydrocarbons.
"알킬"의 비제한적인 예로는 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, n-부틸, 이소부틸, sec-부틸, n-펜틸, 이소펜틸, 네오펜틸, n-헥실, 3-메틸헥실, 2,2-디메틸펜틸, 2,3-디메틸펜틸, n-헵틸 등을 들 수 있다.Non-limiting examples of "alkyl" include methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, isobutyl, sec-butyl, n- pentyl, 2,2-dimethylpentyl, 2,3-dimethylpentyl, n-heptyl and the like.
"알킬"중 하나 이상의 수소 원자는 할로겐 원자, 할로겐 원자로 치환된 C1-C20의 알킬기(예: CCF3, CHCF2, CH2F, CCl3 등), C1-C20의 알콕시, C2-C20의 알콕시알킬, 히드록시기, 니트로기, 시아노기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진, 히드라존, 카르복실기나 그의 염, 술포닐기, 설파모일(sulfamoyl)기, 술폰산기나 그의 염, 인산이나 그의 염, 또는 C1-C20의 알킬기, C2-C20 알케닐기, C2-C20 알키닐기, C1-C20의 헤테로알킬기, C6-C20의 아릴기, C6-C20의 아릴알킬기, C6-C20의 헤테로아릴기, C7-C20의 헤테로아릴알킬기, C6-C20의 헤테로아릴옥시기, C6-C20의 헤테로아릴옥시알킬기 또는 C6-C20의 헤테로아릴알킬기로 치환될 수 있다."Alkyl" at least one hydrogen atom of an alkyl group of a halogen atom, halogen-substituted C1-C20 (for example: CCF 3, CHCF 2, CH 2 F,
용어 "할로겐"는 불소, 브롬, 염소, 요오드 등을 포함한다. The term " halogen " includes fluorine, bromine, chlorine, iodine and the like.
"알콕시"는 "알킬-O-"을 나타내며, 알킬은 상술한 바와 같다. 알콕시기는 예를 들어 메톡시기, 에톡시기, 2-프로폭시기, 부톡시기, t-부톡시기, 펜틸옥시기, 헥실옥시기 등을 들 수 있다. 상기 알콕시중 하나 이상의 수소 원자는 상술한 알킬기의 경우와 동일한 치환기로 치환될 수 있다.&Quot; Alkoxy " denotes " alkyl-O- ", wherein alkyl is as described above. Examples of the alkoxy group include a methoxy group, an ethoxy group, a 2-propoxy group, a butoxy group, a t-butoxy group, a pentyloxy group and a hexyloxy group. At least one hydrogen atom of the alkoxy may be substituted with the same substituent as the alkyl group described above.
"알케닐"은 적어도 하나의 탄소-탄소 이중결합을 갖는 분지형 또는 비분지형 탄화수소를 말한다. 알케닐기의 비제한적인예로는 비닐, 알릴, 부테닐, 프로페닐, 이소부테닐 등을 들 수 있고, 상기 알케닐중 하나 이상의 수소 원자는 상술한 알킬기의 경우와 동일한 치환기로 치환될 수 있다.&Quot; Alkenyl " refers to branched or unbranched hydrocarbons having at least one carbon-carbon double bond. Non-limiting examples of the alkenyl group include vinyl, allyl, butenyl, propenyl, isobutenyl, etc., and at least one hydrogen atom of the alkenyl may be substituted with the same substituent as the alkyl group described above.
"알키닐"은 적어도 하나의 탄소-탄소 삼중결합을 갖는 분지형 또는 비분지형 탄화수소를 말한다. 상기 "알키닐"의 비제한적인 예로는 에티닐, 부티닐, 이소부티닐, 이소프로피닐 등을 들 수 있다. &Quot; Alkynyl " refers to branched or unbranched hydrocarbons having at least one carbon-carbon triple bond. Non-limiting examples of the "alkynyl" include ethynyl, butynyl, isobutynyl, isopropynyl, and the like.
"알키닐"중 하나 이상의 수소 원자는 상술한 알킬기의 경우와 동일한 치환기로 치환될 수 있다. "아릴"은 방향족 고리가 하나 이상의 탄소고리에 선택적으로 융합된 그룹도 포함한다. "아릴"의 비제한적인 예로서, 페닐, 나프틸, 테트라히드로나프틸 등이 있다. 또한 "아릴"기중 하나 이상의 수소 원자는 상술한 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다.At least one hydrogen atom of " alkynyl " may be substituted with the same substituent as in the alkyl group described above. &Quot; Aryl " also includes groups wherein the aromatic ring is optionally fused to one or more carbon rings. Non-limiting examples of " aryl " include phenyl, naphthyl, tetrahydronaphthyl, and the like. Also, at least one hydrogen atom in the " aryl " group may be substituted with the same substituent as in the case of the above-mentioned alkyl group.
"헤테로아릴"은 N, O, P 또는 S 중에서 선택된 하나 이상의 헤테로원자를 포함하고, 나머지 고리원자가 탄소인 모노사이클릭(monocyclic) 또는 바이사이클릭(bicyclic) 유기 그룹을 의미한다. 상기 헤테로아릴기는 예를 들어 1-5개의 헤테로원자를 포함할 수 있고, 5-10 고리 멤버(ring member)를 포함할 수 있다. 상기 S 또는 N은 산화되어 여러가지 산화 상태를 가질 수 있다.&Quot; Heteroaryl " means a monocyclic or bicyclic organic group containing one or more heteroatoms selected from N, O, P, or S and the remaining ring atoms carbon. The heteroaryl group may contain, for example, from 1 to 5 hetero atoms, and may include 5-10 ring members. The S or N may be oxidized to have various oxidation states.
헤테로아릴의 예로는 티에닐, 푸릴, 피롤릴, 이미다졸릴, 피라졸릴, 티아졸릴, 이소티아졸릴, 1,2,3-옥사디아졸릴, 1,2,4-옥사디아졸릴, 1,2,5-옥사디아졸릴, 1,3,4-옥사디아졸릴기, 1,2,3-티아디아졸릴, 1,2,4-티아디아졸릴, 1,2,5-티아디아졸릴, 1,3,4-티아디아졸릴, 이소티아졸-3-일, 이소티아졸-4-일, 이소티아졸-5-일, 옥사졸-2-일, 옥사졸-4-일, 옥사졸-5-일, 이소옥사졸-3-일, 이소옥사졸-4-일, 이소옥사졸-5-일, 1,2,4-트리아졸-3-일, 1,2,4-트리아졸-5-일, 1,2,3-트리아졸-4-일, 1,2,3-트리아졸-5-일, 테트라졸릴, 피리드-2-일, 피리드-3-일, 2-피라진-2일, 피라진-4-일, 피라진-5-일, 2- 피리미딘-2-일, 4- 피리미딘-2-일, 또는 5-피리미딘-2-일을 들 수 있다.Examples of heteroaryl include thienyl, furyl, pyrrolyl, imidazolyl, pyrazolyl, thiazolyl, isothiazolyl, 1,2,3-oxadiazolyl, 1,2,4-oxadiazolyl, , 5-oxadiazolyl, 1,3,4-oxadiazolyl group, 1,2,3-thiadiazolyl, 1,2,4-thiadiazolyl, 1,2,5-thiadiazolyl, Thiadiazolyl, isothiazol-3-yl, isothiazol-4-yl, isothiazol-5-yl, oxazol- Yl, isoxazol-3-yl, 1,2,4-triazol-5-yl, Yl, pyrid-3-yl, 2-pyrazin-4-yl, 1,2,3-triazol-5-yl, tetrazolyl, 2-yl, pyrazin-4-yl, pyrazin-5-yl, 2-pyrimidin-2-yl, 4-pyrimidin-2-yl or 5-pyrimidin-2-yl.
용어 "헤테로아릴"은 헤테로방향족 고리가 하나 이상의 아릴, 지환족(cyclyaliphatic), 또는 헤테로사이클에 선택적으로 융합된 경우를 포함한다. The term " heteroaryl " includes those where the heteroaromatic ring is optionally fused to one or more aryl, cycloaliphatic, or heterocycle.
이하의 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명이 더욱 상세하게 설명된다. 단, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서 이들만으로 본 발명의 범위가 한정되는 것이 아니다.The present invention will be described in more detail by way of the following examples and comparative examples. However, the examples are for illustrating the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.
(유기전해액의 제조)(Preparation of organic electrolytic solution)
제조예Manufacturing example 1: 1.151: 1.15 M M LiPFLiPF 66 , , APSAPS 1wt%1wt% (E1)(E1)
하기 화학식 17a로 표시되는 화합물, 에틸렌 카보네이트(EC), 에틸메틸 카보네이트(EMC), 및 디메틸 카보네이트(DMC)를 각각 5:20:35:40의 부피비로 혼합한 비수계 유기용매에 하기 화학식 18a로 표시되는 화합물을 1.5wt% 및 하기 화학식 9로 표시되는 화합물을 1wt%를 첨가하고, 리튬염으로는 1.15 M LiPF6를 사용하여 유기전해액을 제조하였다.A nonaqueous organic solvent obtained by mixing a compound represented by the following formula (17a), ethylene carbonate (EC), ethylmethyl carbonate (EMC), and dimethyl carbonate (DMC) in a volume ratio of 5:20:35:40, 1.5 wt% of the compound to be displayed, 1 wt% of the compound represented by the following formula (9), and 1.15 M LiPF 6 as the lithium salt were used to prepare an organic electrolytic solution.
<화학식 9> <화학식 17a> <화학식 18a>≪ Formula 9 > <Formula 17a> <Formula 18a>
비교제조예Comparative Manufacturing Example 1: 1.151: 1.15 M M LiPFLiPF 66 , , TMPTMP 1wt%1wt% (E1)(E1)
상기 화학식 9로 표시되는 화합물 1wt% 대신에 트리메틸포스페이트(trimethyl phosphate) 1wt%를 사용한 것을 제외하고는, 제조예 1과 동일한 방법으로 유기전해액을 제조하였다.An organic electrolytic solution was prepared in the same manner as in Production Example 1, except that trimethyl phosphate (1 wt%) was used instead of the compound (1 wt%).
비교 compare 제조예Manufacturing example 2: 1.32: 1.3 M M LiPFLiPF 66 , , DVSFDVSF 1wt%1wt% , VC , VC 0wt%0wt% (E4)(E4)
하기 화학식 17a로 표시되는 화합물, 에틸렌 카보네이트(EC), 에틸메틸 카보네이트(EMC), 및 디메틸 카보네이트(DMC)를 각각 5:20:35:40의 부피비로 혼합한 비수계 유기용매에 하기 화학식 10으로 표시되는 화합물을 1wt%를 첨가하고, 리튬염으로는 1.3 M LiPF6를 사용하여 유기전해액을 제조하였다.In a non-aqueous organic solvent obtained by mixing a compound represented by the following formula (17a), ethylene carbonate (EC), ethyl methyl carbonate (EMC), and dimethyl carbonate (DMC) in a volume ratio of 5:20:35:40 1 wt% of the compound to be displayed was added, and 1.3 M LiPF 6 was used as the lithium salt to prepare an organic electrolytic solution.
<화학식 10> <화학식 17a>≪ Formula 10 > <Formula 17a>
제조예Manufacturing example 2: 1.32: 1.3 M M LiPFLiPF 66 , AMS , AMS 1wt%1wt% , VC , VC 0wt%0wt% (E4)(E4)
상기 화학식 10으로 표시되는 화합물 대신에 하기 화학식 5로 표시되는 화합물 1wt%를 사용한 것을 제외하고는, 비교 제조예 2와 동일한 방법으로 유기전해액을 제조하였다.An organic electrolytic solution was prepared in the same manner as in Comparative Preparation Example 2 except that 1 wt% of a compound represented by the following formula (5) was used in place of the compound represented by the above formula (10).
<화학식 5>≪
제조예Manufacturing example 3: 1.33: 1.3 M M LiPFLiPF 66 , , MVSMVS 1wt%1wt% , VC , VC 0wt%0wt% (E4)(E4)
상기 화학식 10으로 표시되는 화합물 대신에 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물 1wt%를 사용한 것을 제외하고는, 비교 제조예 2와 동일한 방법으로 유기전해액을 제조하였다.An organic electrolytic solution was prepared in the same manner as in Comparative Preparation Example 2 except that 1 wt% of a compound represented by the following formula (3) was used instead of the compound represented by the above formula (10).
<화학식 3>(3)
제조예Manufacturing example 4: 1.34: 1.3 M M LiPFLiPF 66 , , EVSEVS 1wt%1wt% , VC , VC 0wt%0wt% (E4)(E4)
상기 화학식 10으로 표시되는 화합물 대신에 하기 화학식 4로 표시되는 화합물 1wt%를 사용한 것을 제외하고는, 비교 제조예 2와 동일한 방법으로 유기전해액을 제조하였다.An organic electrolytic solution was prepared in the same manner as in Comparative Preparation Example 2, except that 1 wt% of a compound represented by the following formula (4) was used instead of the compound represented by the above formula (10).
<화학식 4>≪
제조예Manufacturing example 5: 1.35: 1.3 M M LiPFLiPF 66 , , PVSPVS 1wt%1wt% , VC , VC 0wt%0wt% (E4)(E4)
상기 화학식 10으로 표시되는 화합물 대신에 하기 화학식 7로 표시되는 화합물 1wt%를 사용한 것을 제외하고는, 비교 제조예 2와 동일한 방법으로 유기전해액을 제조하였다.An organic electrolytic solution was prepared in the same manner as in Comparative Preparation Example 2, except that 1 wt% of a compound represented by the following formula (7) was used instead of the compound represented by the above formula (10).
<화학식 7>≪ Formula 7 >
비교제조예Comparative Manufacturing Example 3: 1.33: 1.3 M M LiPFLiPF 66 , , DVSFDVSF 0wt%0wt% , VC , VC 0wt%0wt% (E4)(E4)
상기 화학식 10으로 표시되는 화합물을 첨가하지 않은 것을 제외하고는, 비교 제조예 2와 동일한 방법으로 유기전해액을 제조하였다.An organic electrolytic solution was prepared in the same manner as in Comparative Preparation Example 2, except that the compound represented by Formula 10 was not added.
제조예Manufacturing example 6: 1.06: 1.0 M M LiPFLiPF 66 , , APSAPS 1wt%1wt% , VC , VC 0wt%0wt% (E5)(E5)
하기 화학식 17a로 표시되는 화합물, 에틸렌 카보네이트(EC), 에틸메틸 카보네이트(EMC), 및 디메틸 카보네이트(DMC)를 각각 5:20:35:40의 부피비로 혼합한 비수계 유기용매에 하기 화학식 9로 표시되는 화합물을 1wt%를 첨가하고, 리튬염으로는 1.0 M LiPF6를 사용하여 유기전해액을 제조하였다.A nonaqueous organic solvent in which a compound represented by the following general formula (17a), ethylene carbonate (EC), ethylmethyl carbonate (EMC) and dimethyl carbonate (DMC) were mixed at a volume ratio of 5:20:35:40, 1 wt% of a compound to be displayed was added, and 1.0 M LiPF 6 was used as a lithium salt to prepare an organic electrolytic solution.
<화학식 9> <화학식 17a>≪ Formula 9 > <Formula 17a>
제조예Manufacturing example 7: 1.07: 1.0 M M LiPFLiPF 66 , AMS , AMS 1wt%1wt% , VC , VC 0wt%0wt% (E5)(E5)
상기 화학식 9로 표시되는 화합물 대신에 하기 화학식 5로 표시되는 화합물 1wt%를 사용한 것을 제외하고는, 제조예 6과 동일한 방법으로 유기전해액을 제조하였다.An organic electrolytic solution was prepared in the same manner as in Production Example 6, except that 1 wt% of the compound represented by the following formula (5) was used instead of the compound represented by the above formula (9).
<화학식 5>≪
제조예Manufacturing example 8: 1.08: 1.0 M M LiPFLiPF 66 , , MVSMVS 1wt%1wt% , VC , VC 0wt%0wt% (E5)(E5)
상기 화학식 9로 표시되는 화합물 대신에 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물 1wt%를 사용한 것을 제외하고는, 제조예 6과 동일한 방법으로 유기전해액을 제조하였다.An organic electrolytic solution was prepared in the same manner as in Production Example 6 except that 1 wt% of the compound represented by the following formula (3) was used instead of the compound represented by the above formula (9).
<화학식 3>(3)
제조예Manufacturing example 9: 1.09: 1.0 M M LiPFLiPF 66 , , EVSEVS 1wt%1wt% , VC , VC 0wt%0wt% (E5)(E5)
상기 화학식 9로 표시되는 화합물 대신에 하기 화학식 4로 표시되는 화합물 1wt%를 사용한 것을 제외하고는, 제조예 6과 동일한 방법으로 유기전해액을 제조하였다.An organic electrolytic solution was prepared in the same manner as in Production Example 6 except that 1 wt% of a compound represented by the following formula (4) was used instead of the compound represented by the above formula (9).
<화학식 4>≪
제조예Manufacturing example 10: 1.010: 1.0 M M LiPFLiPF 66 , , PVSPVS 1wt%1wt% , VC , VC 0wt%0wt% (E5)(E5)
상기 화학식 9로 표시되는 화합물 대신에 하기 화학식 7로 표시되는 화합물 1wt%를 사용한 것을 제외하고는, 제조예 6과 동일한 방법으로 유기전해액을 제조하였다.An organic electrolytic solution was prepared in the same manner as in Production Example 6 except that 1 wt% of the compound represented by the following formula (7) was used instead of the compound represented by the above formula (9).
<화학식 7>≪ Formula 7 >
비교 compare 제조예Manufacturing example 4: 1.04: 1.0 M M LiPFLiPF 66 , , DVSFDVSF 1wt%1wt% , VC , VC 0wt%0wt% (E5)(E5)
상기 화학식 9로 표시되는 화합물 대신에 하기 화학식 10으로 표시되는 화합물 1wt%를 사용한 것을 제외하고는, 제조예 6과 동일한 방법으로 유기전해액을 제조하였다.An organic electrolytic solution was prepared in the same manner as in Production Example 6 except that 1 wt% of the compound represented by the following formula (10) was used instead of the compound represented by the above formula (9).
<화학식 10>≪ Formula 10 >
(리튬전지(full cell)의 제조)(Manufacture of a Lithium Battery (full cell)
실시예Example 1: 리튬 이차 전지( 1: Lithium secondary battery ( 풀셀Full cell )의 제조, 음극 흑연(), Cathode graphite ( GrGr ))
(양극의 제조)(Preparation of positive electrode)
양극활물질로서 LiNi0 . 88Co0 . 08Mn0 . 04O2 93.0 중량%, 도전재로서 덴카 블랙(Denka black) 4.0 중량% 및 바인더로서 PVDF(Solef 6020, Solvay사 제조) 3.0 중량%를 혼합하여, N-메틸-2-피롤리돈(NMP) 용매에 고형분이 70%가 되도록 투입한 후 기계식 교반기를 사용하여 30분간 분산시켜 양극활물질 조성물을 제조하였다. 양극활물질 조성물을 3-롤 코터(3-roll coater)를 사용하여 두께 12 ㎛의 알루미늄 호일 집전체 상에 로딩 레벨(loading level) 37 mg/cm2이 되도록 양면 코팅하고, 100℃의 열풍건조기에서 0.5시간 동안 건조한 후 진공, 120℃의 조건에서 4시간 동안 다시 한번 건조하고, 압연(roll press)하여 집전체 상에 3.6 g/cc의 밀도를 가지는 양극활물질층이 형성된 양극을 제조하였다.As a cathode active material, LiNi 0 . 88 Co 0 . 08 Mn 0 . 04 O 2 93.0% as a conductive material by weight of Denka black (Denka black) 4.0 wt% as a binder and a mixture of PVDF (Solef 6020, Solvay Co., Ltd.) 3.0% by weight, N- methyl-2-pyrrolidone (NMP) The mixture was poured into a solvent to have a solid content of 70% and dispersed for 30 minutes using a mechanical stirrer to prepare a cathode active material composition. The positive electrode active material composition was coated on both surfaces of an aluminum foil current collector having a thickness of 12 占 퐉 using a 3-roll coater so as to have a loading level of 37 mg / cm 2 and dried in a hot air drier at 100 占 폚 Dried for 0.5 hours, dried once again under vacuum and at 120 ° C for 4 hours, and rolled to produce a positive electrode active material layer having a density of 3.6 g / cc on the current collector.
(음극의 제조)(Preparation of negative electrode)
음극활물질로서 흑연 분말(MC20, 순도 99.9% 이상, Mitsubishi Chemical 제조) 97 중량%, 바인더로서 스티렌부타디엔고무(SBR) 1.5 중량%, 및 카르복시메틸셀룰로오스(CMC) 1.5 중량%를 혼합하여, N-메틸-2-피롤리돈 용매에 고형분이 70%가 되도록 투입한 후 기계식 교반기를 사용하여 60분간 분산시켜 음극 활물질 조성물을 제조하였다. 음극활물질 조성물을 3-롤 코터(3-roll coater)를 사용하여 두께 10 ㎛의 구리호일 집전체 상에 로딩 레벨(loading level) 21.87 mg/cm2이 되도록 양면 코팅하고, 100℃의 열풍건조기에서 0.5시간 동안 건조한 후 진공, 120℃의 조건에서 4시간 동안 다시 한번 건조하고, 압연(roll press)하여 집전체 상에 1.65 g/cc의 밀도를 가지는 음극활물질층이 형성된 음극을 제조하였다.97% by weight of graphite powder (MC20, purity not less than 99.9%, manufactured by Mitsubishi Chemical) as a negative electrode active material, 1.5% by weight of styrene butadiene rubber (SBR) as a binder and 1.5% by weight of carboxymethyl cellulose (CMC) -2-pyrrolidone solvent so as to have a solid content of 70%, and then dispersed for 60 minutes using a mechanical stirrer to prepare an anode active material composition. The anode active material composition was coated on both sides of a copper foil current collector having a thickness of 10 占 퐉 using a 3-roll coater so as to have a loading level of 21.87 mg / cm < 2 > Dried for 0.5 hours, dried again under vacuum at 120 ° C for 4 hours, and rolled to produce a negative electrode having a negative electrode active material layer having a density of 1.65 g / cc on the current collector.
(리튬전지의 조립)(Assembly of Lithium Battery)
제조된 양극, 상기 음극, 및 폴리에틸렌 세퍼레이터 및 전해액으로서 제조예 1에서 제조된 전해액을 사용하여 18650 원통형 리튬전지를 제조하였다.A 18650 cylindrical lithium battery was prepared using the prepared positive electrode, the negative electrode, and the polyethylene separator and the electrolyte prepared in Preparation Example 1 as the electrolyte.
비교예Comparative Example 1 One
제조예 1에서 제조된 유기전해액 대신에 비교 제조예 1 에서 제조된 유기전해액을 각각 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬전지를 제조하였다.A lithium battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that the organic electrolytic solution prepared in Comparative Preparation Example 1 was used in place of the organic electrolytic solution prepared in Preparation Example 1, respectively.
비교예Comparative Example
2: 리튬 이차 전지( 2: Lithium secondary battery (
풀셀Full cell
)의 제조, 음극 탄소-실리콘 복합체 2), An anode carbon-
음극활물질로서 흑연 분말 대신에 흑연 분말(MC20, 순도 99.9% 이상, Mitsubishi Chemical 제조) 83.5 중량부에 탄소 입자와 실리콘 나노입자가 기계화학적으로(mechanochemically) 복합화된 탄소-실리콘 복합체 (BTR사 제조) 약 12.5 중량부를 혼합한 혼합물을 사용하고, 제조예 1에서 제조된 전해액 대신에 비교 제조예 2에서 제조된 전해액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬전지를 제조하였다. Si 나노입자의 평균 입경은 약 200 nm 이었고, 탄소-실리콘 복합체의 평균 입경은 약 5 um 이었다.A carbon-silicon composite (manufactured by BTR) in which carbon particles and silicon nanoparticles were mechanochemically complexed with 83.5 parts by weight of graphite powder (MC20, purity not less than 99.9%, manufactured by Mitsubishi Chemical) instead of graphite powder as an anode active material And 12.5 parts by weight of the electrolyte prepared in Comparative Preparation Example 2 was used instead of the electrolyte prepared in Preparation Example 1 and the electrolyte prepared in Comparative Preparation Example 2 was used in place of the electrolyte prepared in Preparation Example 1. The average particle size of the Si nanoparticles was about 200 nm, and the average particle diameter of the carbon-silicon composite was about 5 μm.
실시예Example 2 내지 5 2 to 5
비교 제조예 2에서 제조된 유기전해액 대신에 제조예 2 내지 5에서 제조된 유기전해액을 각각 사용한 것을 제외하고는 비교예 2와 동일한 방법으로 리튬전지를 제조하였다.A lithium battery was prepared in the same manner as in Comparative Example 2, except that the organic electrolytes prepared in Preparation Examples 2 to 5 were used in place of the organic electrolytes prepared in Comparative Preparation Example 2, respectively.
비교예Comparative Example 3 3
비교 제조예 2에서 제조된 유기전해액 대신에 비교 제조예 3에서 제조된 유기전해액을 사용한 것을 제외하고는 비교예 2와 동일한 방법으로 리튬전지를 제조하였다.A lithium battery was prepared in the same manner as in Comparative Example 2, except that the organic electrolyte prepared in Comparative Preparation Example 3 was used in place of the organic electrolyte prepared in Comparative Preparation Example 2.
실시예Example
6: 리튬 이차 전지( 6: Lithium secondary battery (
풀셀Full cell
)의 제조, 음극 탄소-실리콘 복합체 1), A negative electrode carbon-
음극활물질로서 흑연 분말 대신에 흑연 분말(MC20, 순도 99.9% 이상, Mitsubishi Chemical 제조) 83.5 중량부에 비용량이 1300mAh/g 가 되는 카본 코팅된 실리콘 입자를 포함하는 탄소-실리콘 복합체(BTR사 제조)를 12.5중량부 사용하고, 제조예 1에서 제조된 전해액 대신에 제조예 6에서 제조된 전해액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬전지를 제조하였다.As a negative electrode active material, 83.5 parts by weight of graphite powder (MC20, purity not less than 99.9%, manufactured by Mitsubishi Chemical) was mixed with carbon-silicon composite (manufactured by BTR) containing carbon coated silicon particles with a cost of 1300 mAh / 12.5 parts by weight, and the electrolyte solution prepared in Preparation Example 6 was used in place of the electrolyte solution prepared in Preparation Example 1, a lithium battery was prepared.
실시예Example 7 내지 10 7 to 10
제조예 6에서 제조된 유기전해액 대신에 제조예 7 내지 10에서 제조된 유기전해액을 각각 사용한 것을 제외하고는 실시예 6과 동일한 방법으로 리튬전지를 제조하였다.A lithium battery was prepared in the same manner as in Example 6, except that the organic electrolytic solutions prepared in Preparation Examples 7 to 10 were used in place of the organic electrolytic solutions prepared in Preparation Example 6, respectively.
비교예Comparative Example 4 4
제조예 6에서 제조된 유기전해액 대신에 비교 제조예 4에서 제조된 유기전해액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 6과 동일한 방법으로 리튬전지를 제조하였다.A lithium battery was prepared in the same manner as in Example 6, except that the organic electrolytic solution prepared in Comparative Preparation Example 4 was used in place of the organic electrolytic solution prepared in Production Example 6.
평가예Evaluation example 1: 고온 가스발생량 평가 1: Evaluation of high temperature gas generation
실시예 1 내지 5 및 비교예 1 및 3에서 제조된 리튬전지에 대하여 상온(25℃)에서, 1st 사이클에서 0.5C의 속도(rate)로 4.3V까지 정전류 충전하고, 이어서 4.3V로 유지하면서 전류가 0.05C가 될 때까지 정전압 충전하였으며, 0.5C의 속도로 2.8 V까지 정전류 방전하였다. 이러한 충방전 과정을 2회 더 실시하여 화성 과정을 완료하였다.The lithium batteries prepared in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 3 were charged at a constant current of 4.3 V at a rate of 0.5 C in the first cycle at room temperature (25 캜) Was charged to constant voltage until it became 0.05C, and was discharged at a constant current of 2.8 V at a speed of 0.5C. The charging and discharging process was performed two more times to complete the conversion process.
2nd 사이클은 0.5C의 속도로 4.3V까지 정전류 충전하고, 이어서 4.3V로 유지하면서 전류가 0.05C가 될 때까지 정전압 충전하였으며 0.2C의 속도로 2.8V까지 정전류 방전하였다.The 2 nd cycle was charged to 4.3 V at a speed of 0.5 C, then charged at a constant voltage until the current became 0.05 C while maintaining the voltage at 4.3 V, and discharged at a rate of 0.2 C to a constant current of 2.8 V.
3rd 사이클은 0.5C의 속도로 4.3V까지 정전류 충전하고 이어서 4.3V로 유지하면서 전류가 0.05C가 될 때까지 정전압 충전하였으며 0.2C의 속도로 2.80 V까지 정전류 방전하였다.The 3 rd cycle was charged to 4.3 V at a speed of 0.5 C and then charged at a constant voltage until the current reached 0.05 C while maintaining the voltage at 4.3 V and discharged at a constant current of 2.80 V at a rate of 0.2C.
4th 사이클에서 0.5C의 속도로 4.30 V까지 충전하고 이어서 4.30 V로 유지하면서 전류가 0.05C가 될 때까지 정전압 충전한 후, 상기 충전된 전지를 60℃ 오븐에 10일 동안 보관한 후, 상기 전지를 꺼내 2.8V까지 0.2C의 속도로 방전시킨 후, 지그(jig)에 넣어 터트린 후 내부 가스압 변화를 부피로 환산하여 가스발생량을 측정하였다. The battery was charged to 4.30 V at a rate of 0.5 C in the 4th cycle and then kept at 4.30 V until the current became 0.05 C. The charged battery was stored in a 60 ° C oven for 10 days, And discharged at a rate of 0.2 C up to 2.8 V, put in a jig, and after changing the internal gas pressure into a volume, the amount of generated gas was measured.
평가 결과의 일부를 하기 표 1 내지 2에 나타내었다. 가스발생량은 비교예의 가스발생량을 기준으로 이에 대하여 상대적으로 감소한 값으로 나타내었다.Some of the evaluation results are shown in Tables 1 and 2 below. The amount of gas generation is represented by a relative decrease relative to the gas generation amount of the comparative example.
표 1에서 보여지는 바와 같이 본원발명의 술폰계 화합물을 포함하는 유기전해액을 채용한 실시예 1 의 리튬전지는 포스페이트계 화합물을 포함하는 유기전해액을 채용한 비교예 1의 리튬전지에 비하여 가스발생량이 현저히 감소하였다. As shown in Table 1, the lithium battery of Example 1 employing the organic electrolytic solution containing the sulfonic compound of the present invention is superior to the lithium battery of Comparative Example 1 employing the organic electrolyte containing the phosphate compound Respectively.
표 2에서 보여지는 바와 같이 본원발명의 술폰계 화합물을 포함하는 유기전해액을 채용한 실시예 2 내지 5의 리튬전지는 술폰계 화합물을 포함하지 않는 유기전해액을 채용한 비교예 3의 리튬전지에 비하여 가스발생량이 현저히 감소하였다.As shown in Table 2, the lithium batteries of Examples 2 to 5 employing the organic electrolytic solution containing the sulfonic compound of the present invention are superior to the lithium battery of Comparative Example 3 employing the organic electrolytic solution containing no sulfonic compound The amount of gas generation was significantly reduced.
평가예Evaluation example 2: 상온(25℃) 2: room temperature (25 캜) 충방전Charging and discharging 특성 평가 Character rating
실시예 6 내지 10, 및 비교예 4에서 제조된 리튬전지를 25℃에서 0.1C rate의 전류로 전압이 4.3V(vs. Li)에 이를 때까지 정전류 충전하고, 이어서 정전압 모드에서 4.3V를 유지하면서 0.05C rate의 전류에서 컷오프(cut-off)하였다. 이어서, 방전시에 전압이 2.8V(vs. Li)에 이를 때까지 0.1C rate의 정전류로 방전하였다(화성단계, 1st 사이클).The lithium batteries manufactured in Examples 6 to 10 and Comparative Example 4 were charged at a constant current of 0.1 C rate at 25 DEG C until the voltage reached 4.3 V (vs. Li), and then 4.3 V was maintained in the constant voltage mode And cut off at a current of 0.05 C rate. Then, the discharge was performed at a constant current of 0.1 C rate until the voltage reached 2.8 V (vs. Li) during the discharge (Mars phase, 1 st cycle).
상기 화성단계의 1st 사이클을 거친 리튬전지를 25℃에서 0.2C rate의 전류로 전압이 4.3V(vs. Li)에 이를 때까지 정전류 충전하고, 이어서 정전압 모드에서 4.3V를 유지하면서 0.05C rate의 전류에서 컷오프(cut-off)하였다. 이어서, 방전시에 전압이 2.8V(vs. Li)에 이를 때까지 0.2C rate의 정전류로 방전하였다(화성단계, 2nd 사이클).The lithium battery having passed through the 1 st cycle of the above-described conversion step was charged at a constant current of 0.2 C at a current of 25 C until the voltage reached 4.3 V (vs. Li), and then maintained at 4.3 C Lt; RTI ID = 0.0 > of < / RTI > Subsequently, discharge was performed at a constant current of 0.2 C rate until the voltage reached 2.8 V (vs. Li) (Mars phase, 2nd cycle).
상기 화성단계를 거친 리튬전지를 25℃에서 0.5C rate의 전류로 전압이 4.3V(vs. Li)에 이를 때까지 정전류 충전하고, 이어서 정전압 모드에서 4.3V를 유지하면서 0.05C rate의 전류에서 컷오프(cut-off)하였다. 이어서, 방전시에 전압이 2.8V(vs. Li)에 이를 때까지 1.0C rate의 정전류로 방전하였다. 이러한 충방전 사이클을 200회 반복하였다.The lithium battery having undergone the above conversion step was charged at a constant current of 0.5 C at a current of 25 C until the voltage reached 4.3 V (vs. Li), and then maintained at 4.3 V in a constant voltage mode, (cut-off). Then, at the time of discharging, the battery was discharged at a constant current of 1.0 C rate until the voltage reached 2.8 V (vs. Li). This charge-discharge cycle was repeated 200 times.
상기 모든 충방전 사이클에서 하나의 충전/방전 사이클 후 10분간의 정지 시간을 두었다.A stopping time of 10 minutes was provided after one charge / discharge cycle in all of the above charge / discharge cycles.
상기 충방전 실험 결과의 일부를 하기 표 3에 나타내었다. 200th 사이클에서의 용량유지율은 하기 수학식 1로 정의된다.Part of the charge-discharge test results are shown in Table 3 below. The capacity retention rate in the 200 th cycle is defined by the following equation (1).
<수학식 1>&Quot; (1) "
용량 유지율=[200th 사이클에서의 방전용량/1st 사이클에서의 방전용량]×100Capacity retention rate = [Discharge capacity in 200 th cycle / Discharge capacity in 1 st cycle] × 100
표3 에서 보여지는 바와 같이 본원발명의 가스 발생을 억제하는 화학식 1로 표시되는 술폰계 화합물을 포함하는 유기전해액을 채용한 실시예 6, 7, 9, 10의 리튬전지는 디비닐 술푼계 화합물을 포함하는 유기전해액을 채용한 비교예 4의 리튬전지에 비하여 상온에서의 수명특성이 향상되었다.As shown in Table 3, the lithium batteries of Examples 6, 7, 9, and 10 employing the organic electrolytic solution containing the sulfonic compound represented by the formula (1) The life characteristic at room temperature was improved as compared with the lithium battery of Comparative Example 4 employing the organic electrolytic solution.
실시예 6에서 제조된 리튬전지의 에너질 밀도는 710 Wh/L 이었다.The energy density of the lithium battery produced in Example 6 was 710 Wh / L.
평가예Evaluation example 3: 상온(25℃) 직류저항(DC-IR) 평가 3: Evaluation of DC resistance (DC-IR) at room temperature (25 ° C)
비교예 2, 및 실시예 2 내지 5에서 제조된 리튬전지에 대하여 상온(25℃)에서, 상기 평가예 1의 60℃ 오븐에 고온 보관하기 전의 리튬전지에 대하여, 초기 직류저항(DC-IR)을 하기 방법으로 측정하였다.The initial DC resistance (DC-IR) of the lithium battery prepared in Comparative Example 2 and Examples 2 to 5 was measured at room temperature (25 占 폚) and before the high temperature storage in the 60 占 폚 oven of Evaluation Example 1, Was measured by the following method.
1st 사이클에서 0.5C의 전류로 SOC(state of charge) 50%의 전압까지 충전한 후 0.02C에서 컷오프한 후 10분 휴지시킨 후,In the first cycle, the battery was charged to a voltage of 50% of a state of charge (SOC) at a current of 0.5 C, followed by cut-off at 0.02 C,
0.5C로 30초간 정전류 방전한 후, 30초 휴지시킨 후, 0.5C로 30초 정전류 충전시키고 10분 휴지시키고,0.5 C for 30 seconds, then stopped for 30 seconds, charged at a constant current of 0.5 C for 30 seconds, allowed to stand for 10 minutes,
1.0C로 30초간 정전류 방전한 후, 30초 휴지시킨 후, 0.5C로 1분 정전류 충전시키고 10분 휴지시키고,1.0 C for 30 seconds, then stopped for 30 seconds, charged at 0.5 C for 1 minute with a constant current, stopped for 10 minutes,
2.0C로 30초간 정전류 방전한 후, 30초 휴지시킨 후, 0.5C로 2분 정전류 충전시키고 10분 휴지시키고,2.0 C for 30 seconds, then stopped for 30 seconds, charged at 0.5 C for 2 minutes with a constant current, stopped for 10 minutes,
3.0C로 30초간 정전류 방전한 후, 30초 휴지시킨 후, 0.5C로 3분 정전류 충전시키고 10분 휴지시켰다.3.0 C for 30 seconds, then 30 seconds of rest, then charged at 0.5 C for 3 minutes, and then stopped for 10 minutes.
각각의 C-rate 별 30초 동안의 평균 전압 강하 값이 직류 전압 값이다. 측정된 직류 전압에서 직류 저항을 계산하여 하기 표 4에 나타내었다.The average voltage drop value for each C-rate for 30 seconds is the DC voltage value. The DC resistance at the measured DC voltage was calculated and is shown in Table 4 below.
[mΩ]Initial DC resistance
[mΩ]
표 4에서 보여지는 바와 같이 실시예 2 내지 5의 리튬전지는 비교예 2의 리튬전지에 비하여 초기 직류 저항이 감소하였다.As shown in Table 4, the lithium batteries of Examples 2 to 5 had lower initial DC resistance as compared with the lithium batteries of Comparative Example 2.
실시예 2 내지 5의 리튬전지는 비교예 2의 리튬전지에 비하여 음극 표면에 형성되는 보호막의 이온전도성이 상대적으로 우수하여 가스 발생을 억제하면서도 초기 내부 저항을 억제하여 사이클 특성이 향상되는 것으로 판단된다.The lithium batteries of Examples 2 to 5 are superior in ion conductivity to the protective film formed on the surface of the negative electrode compared to the lithium battery of Comparative Example 2 and thus the cycle characteristics are improved by suppressing the generation of gas while suppressing the initial internal resistance .
실시예 2 내지 5의 리튬전지는 비교예 2의 리튬전지에 비하여 초기 저항이 현저히 감소되어, 리튬전지의 출력(output power) 특성이 현저히 향상되므로 전지차량(Electric Vehicle)와 같은 고출력이 요구되는 용도에 적합하다.The lithium batteries of Examples 2 to 5 significantly reduced the initial resistance as compared with the lithium battery of Comparative Example 2 and significantly improved the output power characteristics of the lithium battery, Lt; / RTI >
DC-IR 증가율은 하기 수학식 2로 계산된다.The DC-IR increase rate is calculated by the following equation (2).
<수학식 2>&Quot; (2) "
DC-IR 증가율 [%]=[200th 사이클에서의 DCIR/1st 사이클에서의 DCIR]×100DC-IR increase rate [%] = [DCIR in 200 th cycle / DCIR in 1 st cycle] × 100
평가예 2의 실험조건에서 실시예 2의 리튬전지의 25도에서 200 사이클 충방전 후의 DC-IR은 1 사이클에서의 DC-IR의 150% 이었다.Under the experimental conditions of Evaluation Example 2, the DC-IR of the lithium battery of Example 2 after charging and discharging at 25 ° C for 200 cycles was 150% of DC-IR in one cycle.
(유기전해액의 제조)(Preparation of organic electrolytic solution)
제조예Manufacturing example A1: 1.15 M A1: 1.15 M LiPFLiPF 66 , , APSAPS 1wt%1wt% (E1)(E1)
하기 화학식 17a로 표시되는 화합물, 에틸렌 카보네이트(EC), 에틸메틸 카보네이트(EMC), 및 디메틸 카보네이트(DMC)를 각각 5:20:35:40의 부피비로 혼합한 비수계 유기용매에 하기 화학식 18a로 표시되는 화합물을 1.5wt% 및 하기 화학식 9로 표시되는 화합물을 1wt%를 첨가하고, 리튬염으로는 1.15 M LiPF6를 사용하여 유기전해액을 제조하였다.A nonaqueous organic solvent obtained by mixing a compound represented by the following formula (17a), ethylene carbonate (EC), ethylmethyl carbonate (EMC), and dimethyl carbonate (DMC) in a volume ratio of 5:20:35:40, 1.5 wt% of the compound to be displayed, 1 wt% of the compound represented by the following formula (9), and 1.15 M LiPF 6 as the lithium salt were used to prepare an organic electrolytic solution.
<화학식 9> <화학식 17a> <화학식 18a>≪ Formula 9 > <Formula 17a> <Formula 18a>
제조예Manufacturing example A2: 1.15 M A2: 1.15 M LiPFLiPF 66 , AMS , AMS 1wt%1wt% (E1)(E1)
상기 화학식 9로 표시되는 화합물 1wt% 대신에 하기 화학식 5로 표시되는 화합물 1wt%를 사용한 것을 제외하고는, 제조예 A1과 동일한 방법으로 유기전해액을 제조하였다.An organic electrolytic solution was prepared in the same manner as in Production Example A1, except that 1 wt% of a compound represented by the following formula (5) was used instead of 1 wt% of the compound represented by the above formula (9).
<화학식 5>≪
제조예Manufacturing example A3: 1.15 M A3: 1.15 M LiPFLiPF 66 , , PVSPVS 1wt%1wt% (E1)(E1)
상기 화학식 9로 표시되는 화합물 1wt% 대신에 하기 화학식 7로 표시되는 화합물 1wt%를 사용한 것을 제외하고는, 제조예 A1과 동일한 방법으로 유기전해액을 제조하였다.An organic electrolytic solution was prepared in the same manner as in Production Example A1 except that 1 wt% of the compound represented by the following formula (7) was used instead of 1 wt% of the compound represented by the above formula (9).
<화학식 7>≪ Formula 7 >
비교 compare 제조예Manufacturing example A1: 1.15 M A1: 1.15 M LiPFLiPF 66 , , APSAPS 0wt%0wt% (E1)(E1)
상기 화학식 9로 표시되는 화합물을 첨가하지 않은 것을 제외하고는, 제조예 A1과 동일한 방법으로 유기전해액을 제조하였다.An organic electrolytic solution was prepared in the same manner as in Production Example A1, except that the compound represented by Formula 9 was not added.
비교 compare 제조예Manufacturing example A2: 1.15 M A2: 1.15 M LiPFLiPF 66 , , DVSFDVSF 1wt%1wt% (E1)(E1)
상기 화학식 9로 표시되는 화합물 1wt% 대신에 하기 화학식 10으로 표시되는 화합물 1wt%를 사용한 것을 제외하고는, 제조예 A1과 동일한 방법으로 유기전해액을 제조하였다.An organic electrolytic solution was prepared in the same manner as in Production Example A1, except that 1 wt% of a compound represented by the following formula (10) was used instead of 1 wt% of the compound represented by the above formula (9).
<화학식 10>≪ Formula 10 >
비교 compare 제조예Manufacturing example A3: 1.15 M A3: 1.15 M LiPFLiPF 66 , , DVSFDVSF 2wt%2wt% (E1)(E1)
상기 화학식 9로 표시되는 화합물 1wt% 대신에 상기 화학식 10으로 표시되는 화합물 2wt%를 사용한 것을 제외하고는, 제조예 A1과 동일한 방법으로 유기전해액을 제조하였다.An organic electrolytic solution was prepared in the same manner as in Production Example A1, except that 2wt% of the compound represented by Formula 10 was used instead of 1wt% of the compound represented by Formula 9 above.
비교 compare 제조예Manufacturing example A4: 1.15 M A4: 1.15 M LiPFLiPF 66 , , DPSDPS 1wt%1wt% (E1)(E1)
상기 화학식 9로 표시되는 화합물 1wt% 대신에 상기 화학식 11로 표시되는 화합물 1wt%를 사용한 것을 제외하고는, 제조예 A1과 동일한 방법으로 유기전해액을 제조하였다.An organic electrolytic solution was prepared in the same manner as in Production Example A1, except that 1 wt% of the compound represented by Formula 11 was used instead of 1 wt% of the compound represented by Formula 9 above.
<화학식 11>≪ Formula 11 >
제조예Manufacturing example A4: 1.0 M A4: 1.0 M LiPFLiPF 66 , , APSAPS 1wt%1wt% (E2)(E2)
하기 화학식 17a로 표시되는 화합물, 에틸렌 카보네이트(EC), 에틸메틸 카보네이트(EMC), 및 디메틸 카보네이트(DMC)를 각각 5:20:35:40의 부피비로 혼합한 비수계 유기용매에 하기 화학식 18a로 표시되는 화합물을 1.5wt% 및 하기 화학식 9로 표시되는 화합물을 1wt%를 첨가하고, 리튬염으로는 1.0 M LiPF6를 사용하여 유기전해액을 제조하였다.A nonaqueous organic solvent obtained by mixing a compound represented by the following formula (17a), ethylene carbonate (EC), ethylmethyl carbonate (EMC), and dimethyl carbonate (DMC) in a volume ratio of 5:20:35:40, 1.5 wt% of the compound to be displayed, 1 wt% of the compound represented by the following formula (9) was added, and 1.0 M LiPF 6 was used as the lithium salt to prepare an organic electrolytic solution.
<화학식 9> <화학식 17a> <화학식 18a>≪ Formula 9 > <Formula 17a> <Formula 18a>
제조예Manufacturing example A5: 1.0 M A5: 1.0 M LiPFLiPF 66 , AMS , AMS 1wt%1wt% (E2)(E2)
상기 화학식 9로 표시되는 화합물 대신에 하기 화학식 5로 표시되는 화합물 1wt%를 사용한 것을 제외하고는, 제조예 A4와 동일한 방법으로 유기전해액을 제조하였다.An organic electrolytic solution was prepared in the same manner as in Production Example A4, except that 1 wt% of a compound represented by the following formula (5) was used instead of the compound represented by the above formula (9).
<화학식 5>≪
제조예Manufacturing example A6: 1.0 M A6: 1.0 M LiPFLiPF 66 , , MVSMVS 1wt%1wt% (E2)(E2)
상기 화학식 9로 표시되는 화합물 대신에 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물 1wt%를 사용한 것을 제외하고는, 제조예 A4와 동일한 방법으로 유기전해액을 제조하였다.An organic electrolytic solution was prepared in the same manner as in Production Example A4, except that 1 wt% of the compound represented by the following formula (3) was used instead of the compound represented by the above formula (9).
<화학식 3>(3)
제조예Manufacturing example A7: 1.0 M A7: 1.0 M LiPFLiPF 66 , , EVSEVS 1wt%1wt% (E2)(E2)
상기 화학식 9로 표시되는 화합물 대신에 하기 화학식 4로 표시되는 화합물 1wt%를 사용한 것을 제외하고는, 제조예 A4와 동일한 방법으로 유기전해액을 제조하였다.An organic electrolytic solution was prepared in the same manner as in Production Example A4, except that 1 wt% of a compound represented by the following formula (4) was used instead of the compound represented by the above formula (9).
<화학식 4>≪
제조예Manufacturing example A8: 1.0 M A8: 1.0 M LiPFLiPF 66 , , PVSPVS 1wt%1wt% (E2)(E2)
상기 화학식 9로 표시되는 화합물 대신에 하기 화학식 7로 표시되는 화합물 1wt%를 사용한 것을 제외하고는, 제조예 A4와 동일한 방법으로 유기전해액을 제조하였다.An organic electrolytic solution was prepared in the same manner as in Production Example A4, except that 1 wt% of the compound represented by the following formula (7) was used instead of the compound represented by the above formula (9).
<화학식 7>≪ Formula 7 >
비교 compare 제조예Manufacturing example A5: 1.0 M A5: 1.0 M LiPFLiPF 66 , , DVSFDVSF 1wt%1wt% (E2)(E2)
상기 화학식 9로 표시되는 화합물 1wt% 대신에 하기 화학식 10으로 표시되는 화합물 1wt%를 사용한 것을 제외하고는, 제조예 A4와 동일한 방법으로 유기전해액을 제조하였다.An organic electrolytic solution was prepared in the same manner as in Production Example A4, except that 1 wt% of a compound represented by the following formula (10) was used instead of 1 wt% of the compound represented by the above formula (9).
<화학식 10>≪ Formula 10 >
비교 compare 제조예Manufacturing example A6: 1.0 M A6: 1.0 M LiPFLiPF 66 , , APSAPS 0wt%0wt% (E2)(E2)
상기 화학식 9로 표시되는 화합물을 첨가하지 않은 것을 제외하고는, 제조예 A4와 동일한 방법으로 유기전해액을 제조하였다.An organic electrolytic solution was prepared in the same manner as in Production Example A4, except that the compound represented by Formula 9 was not added.
제조예Manufacturing example A9: 1.3 M A9: 1.3 M LiPFLiPF 66 , , APSAPS 1wt%1wt% (E3)(E3)
하기 화학식 17a로 표시되는 화합물, 에틸렌 카보네이트(EC), 에틸메틸 카보네이트(EMC), 및 디메틸 카보네이트(DMC)를 각각 5:20:35:40의 부피비로 혼합한 비수계 유기용매에 하기 화학식 18a로 표시되는 화합물을 1.5wt% 및 하기 화학식 9로 표시되는 화합물을 1wt%를 첨가하고, 리튬염으로는 1.3 M LiPF6를 사용하여 유기전해액을 제조하였다.A nonaqueous organic solvent obtained by mixing a compound represented by the following formula (17a), ethylene carbonate (EC), ethylmethyl carbonate (EMC), and dimethyl carbonate (DMC) in a volume ratio of 5:20:35:40, An organic electrolytic solution was prepared by adding 1.5 wt% of the compound to be displayed and 1 wt% of the compound represented by the following formula (9) and using 1.3 M LiPF 6 as the lithium salt.
<화학식 9> <화학식 17a> <화학식 18a>≪ Formula 9 > <Formula 17a> <Formula 18a>
제조예Manufacturing example A10: 1.3 M A10: 1.3 M LiPFLiPF 66 , AMS , AMS 1wt%1wt% (E3)(E3)
상기 화학식 9로 표시되는 화합물 대신에 하기 화학식 5로 표시되는 화합물 1wt%를 사용한 것을 제외하고는, 제조예 A9와 동일한 방법으로 유기전해액을 제조하였다.An organic electrolytic solution was prepared in the same manner as in Production Example A9 except that 1 wt% of the compound represented by the following formula (5) was used in place of the compound represented by the above formula (9).
<화학식 5>≪
비교제조예Comparative Manufacturing Example A7: 1.3 M A7: 1.3 M LiPFLiPF 66 , , APSAPS 0wt%0wt% (E3)(E3)
상기 화학식 9로 표시되는 화합물을 첨가하지 않은 것을 제외하고는, 제조예 A9와 동일한 방법으로 유기전해액을 제조하였다.An organic electrolytic solution was prepared in the same manner as in Production Example A9, except that the compound represented by Formula 9 was not added.
비교 compare 제조예Manufacturing example A8: 1.3 M A8: 1.3 M LiPFLiPF 66 , , DVSFDVSF 0.5wt%0.5 wt% (E3)(E3)
상기 화학식 9로 표시되는 화합물 대신에 상기 화학식 10으로 표시되는 화합물 0.5wt%를 사용한 것을 제외하고는, 제조예 A9와 동일한 방법으로 유기전해액을 제조하였다.An organic electrolytic solution was prepared in the same manner as in Production Example A9, except that 0.5 wt% of the compound represented by Formula 10 was used instead of the compound represented by Formula 9 above.
제조예Manufacturing example A11: 1.3 M A11: 1.3 M LiPFLiPF 66 , , EVSEVS 1wt%1wt% , VC , VC 0wt%0wt% (E4)(E4)
하기 화학식 17a로 표시되는 화합물, 에틸렌 카보네이트(EC), 에틸메틸 카보네이트(EMC), 및 디메틸 카보네이트(DMC)를 각각 5:20:35:40의 부피비로 혼합한 비수계 유기용매에 하기 화학식 5로 표시되는 화합물을 1wt%를 첨가하고, 리튬염으로는 1.3 M LiPF6를 사용하여 유기전해액을 제조하였다.In a non-aqueous organic solvent obtained by mixing a compound represented by the following formula (17a), ethylene carbonate (EC), ethyl methyl carbonate (EMC), and dimethyl carbonate (DMC) in a volume ratio of 5:20:35:40, 1 wt% of the compound to be displayed was added, and 1.3 M LiPF 6 was used as the lithium salt to prepare an organic electrolytic solution.
<화학식 4>
<화학식 17a>≪
제조예Manufacturing example A12: 1.3 M A12: 1.3 M LiPFLiPF 66 , , APSAPS 1wt%1wt% , VC , VC 0wt%0wt% (E4)(E4)
상기 화학식 4로 표시되는 화합물 대신에 하기 화학식 9로 표시되는 화합물 1wt%를 사용한 것을 제외하고는, 제조예 A11과 동일한 방법으로 유기전해액을 제조하였다.An organic electrolytic solution was prepared in the same manner as in Production Example A11 except that 1 wt% of the compound represented by the following formula (9) was used instead of the compound represented by the above formula (4).
<화학식 9>≪ Formula 9 >
비교 compare 제조예Manufacturing example A9: 1.3 M A9: 1.3 M LiPFLiPF 66 , , DVSFDVSF 1wt%1wt% , VC , VC 0wt%0wt% (E4)(E4)
상기 화학식 4로 표시되는 화합물 대신에 상기 화학식 10으로 표시되는 화합물 1wt%를 사용한 것을 제외하고는, 제조예 A11과 동일한 방법으로 유기전해액을 제조하였다.An organic electrolytic solution was prepared in the same manner as in Production Example A11, except that 1 wt% of the compound represented by Formula 10 was used instead of the compound represented by
제조예Manufacturing example A13: 1.0 M A13: 1.0 M LiPFLiPF 66 , , EVSEVS 1wt%1wt% , VC , VC 0wt%0wt% (E5)(E5)
하기 화학식 17a로 표시되는 화합물, 에틸렌 카보네이트(EC), 에틸메틸 카보네이트(EMC), 및 디메틸 카보네이트(DMC)를 각각 5:20:35:40의 부피비로 혼합한 비수계 유기용매에 하기 화학식 4로 표시되는 화합물을 1wt%를 첨가하고, 리튬염으로는 1.0 M LiPF6를 사용하여 유기전해액을 제조하였다.In a non-aqueous organic solvent obtained by mixing a compound represented by the following formula (17a), ethylene carbonate (EC), ethyl methyl carbonate (EMC), and dimethyl carbonate (DMC) in a volume ratio of 5:20:35:40, 1 wt% of a compound to be displayed was added, and 1.0 M LiPF 6 was used as a lithium salt to prepare an organic electrolytic solution.
<화학식 4>
<화학식 17a>≪
제조예Manufacturing example A14: 1.0 M A14: 1.0 M LiPFLiPF 66 , , EVSEVS 0.6wt%0.6 wt% , VC , VC 0wt%0wt% (E5)(E5)
상기 화학식 4로 표시되는 화합물의 함량을 0.6wt%로 변경한 것을 제외하고는, 제조예 A13과 동일한 방법으로 유기전해액을 제조하였다.An organic electrolytic solution was prepared in the same manner as in Production Example A13, except that the content of the compound represented by
제조예Manufacturing example A15: 1.0 M A15: 1.0 M LiPFLiPF 66 , AMS , AMS 1wt%1wt% , VC , VC 0wt%0wt% (E5)(E5)
상기 화학식 4로 표시되는 화합물 대신에 하기 화학식 5로 표시되는 화합물 1wt%를 사용한 것을 제외하고는, 제조예 A13과 동일한 방법으로 유기전해액을 제조하였다.An organic electrolytic solution was prepared in the same manner as in Production Example A13 except that 1 wt% of the compound represented by the following formula (5) was used instead of the compound represented by the above formula (4).
<화학식 5>≪
제조예Manufacturing example A16: 1.0 M A16: 1.0 M LiPFLiPF 66 , AMS , AMS 0.6wt%0.6 wt% , VC , VC 0wt%0wt% (E5)(E5)
상기 화학식 5로 표시되는 화합물의 함량을 0.6wt%로 변경한 것을 제외하고는, 제조예 A15와 동일한 방법으로 유기전해액을 제조하였다.An organic electrolytic solution was prepared in the same manner as in Production Example A15 except that the content of the compound represented by
제조예Manufacturing example A17: 1.0 M A17: 1.0 M LiPFLiPF 66 , AMS , AMS 0.3wt%0.3 wt% , VC , VC 0wt%0wt% (E5)(E5)
상기 화학식 5로 표시되는 화합물의 함량을 0.3wt%로 변경한 것을 제외하고는, 제조예 A15와 동일한 방법으로 유기전해액을 제조하였다.An organic electrolytic solution was prepared in the same manner as in Production Example A15 except that the content of the compound represented by
제조예Manufacturing example A18: 1.0 M A18: 1.0 M LiPFLiPF 66 , AMS , AMS 0.3wt%0.3 wt% ++ EVSEVS 0.3wt%0.3 wt% , VC , VC 0wt%0wt% (E5)(E5)
상기 화학식 5로 표시되는 화합물의 함량을 0.3wt%로 변경하고 상기 화학식 4로 표시되는 화합물 0.3wt%를 첨가한 것을 제외하고는, 제조예 A15와 동일한 방법으로 유기전해액을 제조하였다.An organic electrolytic solution was prepared in the same manner as in Production Example A15 except that the content of the compound represented by
비교 compare 제조예Manufacturing example A10: 1.0 M A10: 1.0 M LiPFLiPF 66 , AMS , AMS 0wt%0wt% ++ EVSEVS 0wt%0wt% , VC , VC 0wt%0wt% (E5)(E5)
상기 화학식 4로 표시되는 화합물을 사용하지 않은 것을 제외하고는, 제조예 A13과 동일한 방법으로 유기전해액을 제조하였다.An organic electrolytic solution was prepared in the same manner as in Production Example A13, except that the compound represented by
(리튬전지(full cell)의 제조)(Manufacture of a Lithium Battery (full cell)
실시예Example A1: 리튬 이차 전지( A1: Lithium secondary battery ( 풀셀Full cell )의 제조, 양극 ), The anode NCMNCM (( Ni88Ni88 ) 음극 흑연() Negative electrode graphite ( GrGr ))
(양극의 제조)(Preparation of positive electrode)
양극활물질로서 LiNi0 . 88Co0 . 08Mn0 . 04O2 93.0 중량%, 도전재로서 덴카 블랙(Denka black) 4.0 중량% 및 바인더로서 PVDF(Solef 6020, Solvay사 제조) 3.0 중량%를 혼합하여, N-메틸-2-피롤리돈(NMP) 용매에 고형분이 70%가 되도록 투입한 후 기계식 교반기를 사용하여 30분간 분산시켜 양극활물질 조성물을 제조하였다. 양극활물질 조성물을 3-롤 코터(3-roll coater)를 사용하여 두께 12 ㎛의 알루미늄 호일 집전체 상에 양면 코팅하고, 100℃의 열풍건조기에서 0.5시간 동안 건조한 후 진공, 120℃의 조건에서 4시간 동안 다시 한번 건조하고, 압연(roll press)하여 집전체 상에 양극활물질층이 형성된 양극을 제조하였다.As a cathode active material, LiNi 0 . 88 Co 0 . 08 Mn 0 . 04 O 2 93.0% as a conductive material by weight of Denka black (Denka black) 4.0 wt% as a binder and a mixture of PVDF (Solef 6020, Solvay Co., Ltd.) 3.0% by weight, N- methyl-2-pyrrolidone (NMP) The mixture was poured into a solvent to have a solid content of 70% and dispersed for 30 minutes using a mechanical stirrer to prepare a cathode active material composition. The positive electrode active material composition was coated on both sides of an aluminum foil current collector having a thickness of 12 탆 using a 3-roll coater, dried in a hot air drier at 100 캜 for 0.5 hour, Dried again, and rolled to produce a positive electrode having a positive electrode active material layer on the current collector.
(음극의 제조)(Preparation of negative electrode)
음극활물질로서 흑연 분말(MC20, 순도 99.9% 이상, Mitsubishi Chemical 제조) 97 중량%, 바인더로서 스티렌부타디엔고무(SBR) 1.5 중량%, 및 카르복시메틸셀룰로오스(CMC) 1.5 중량%를 혼합하여, N-메틸-2-피롤리돈 용매에 고형분이 70%가 되도록 투입한 후 기계식 교반기를 사용하여 60분간 분산시켜 음극 활물질 조성물을 제조하였다. 음극활물질 조성물을 3-롤 코터(3-roll coater)를 사용하여 두께 10 ㎛의 구리호일 집전체 상에 양면 코팅하고, 100℃의 열풍건조기에서 0.5시간 동안 건조한 후 진공, 120℃의 조건에서 4시간 동안 다시 한번 건조하고, 압연(roll press)하여 집전체 상에 음극활물질층이 형성된 음극을 제조하였다.97% by weight of graphite powder (MC20, purity not less than 99.9%, manufactured by Mitsubishi Chemical) as a negative electrode active material, 1.5% by weight of styrene butadiene rubber (SBR) as a binder and 1.5% by weight of carboxymethyl cellulose (CMC) -2-pyrrolidone solvent so as to have a solid content of 70%, and then dispersed for 60 minutes using a mechanical stirrer to prepare an anode active material composition. The anode active material composition was coated on both sides of a copper foil current collector having a thickness of 10 占 퐉 using a 3-roll coater and dried in a hot-air drier at 100 占 폚 for 0.5 hour. Subsequently, And then rolled to produce a negative electrode having a negative electrode active material layer on the current collector.
(리튬전지의 조립)(Assembly of Lithium Battery)
제조된 양극, 상기 음극, 및 폴리에틸렌 세퍼레이터 및 전해액으로서 제조예 A1에서 제조된 전해액을 사용하여 18650 원통형 리튬전지를 제조하였다. 리튬전지의 용량은 약 0.5 Ah 이고, 전류밀도(로딩량)는 4.4 mAh/cm2 이 되도록 제조하였다.A 18650 cylindrical lithium battery was prepared using the prepared positive electrode, the negative electrode, and the polyethylene separator and the electrolyte prepared in Production Example A1 as the electrolyte. The capacity of the lithium battery was about 0.5 Ah and the current density (loading amount) was 4.4 mAh / cm 2 .
비교예Comparative Example A1 내지 A4 A1 to A4
제조예 A1에서 제조된 유기전해액 대신에 비교제조예 A1 내지 A4에서 제조된 유기전해액을 각각 사용한 것을 제외하고는 실시예 A1과 동일한 방법으로 리튬전지를 제조하였다.Lithium batteries were prepared in the same manner as in Example A1 except that the organic electrolytes prepared in Comparative Preparations A 1 to A 4 were used in place of the organic electrolytes prepared in Production Example A1.
실시예Example A2: 리튬 이차 전지( A2: Lithium secondary battery ( 풀셀Full cell )의 제조, 양극 ), The anode NCMNCM (( Ni88Ni88 ) 음극 흑연() Negative electrode graphite ( GrGr ))
실시예 A1과 동일한 방법으로 리튬전지를 제조하였다. 리튬전지의 용량은 약 0.5 Ah 이고, 다만, 전류밀도(로딩량)는 3.4 mAh/cm2 이 되도록 조절하였다.A lithium battery was produced in the same manner as in Example A1. The capacity of the lithium battery was about 0.5 Ah, but the current density (loading amount) was adjusted to be 3.4 mAh / cm 2 .
실시예Example A3 내지 A4 A3 to A4
제조예 A1에서 제조된 유기전해액 대신에 제조예 A2 및 A3에서 제조된 유기전해액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 A2와 동일한 방법으로 리튬전지를 제조하였다.Lithium batteries were prepared in the same manner as in Example A2 except that the organic electrolytes prepared in Production Examples A2 and A3 were used instead of the organic electrolytes prepared in Production Example A1.
비교예Comparative Example A5 내지 A7 A5 to A7
제조예 A1에서 제조된 유기전해액 대신에 비교제조예 A2, A1 및 A4에서 각각 제조된 유기전해액을 각각 사용한 것을 제외하고는 실시예 A2와 동일한 방법으로 리튬전지를 제조하였다.Lithium batteries were prepared in the same manner as in Example A2 except that organic electrolytic solutions prepared in Comparative Preparation Examples A2, A1 and A4 were respectively used instead of the organic electrolytic solutions prepared in Production Example A1.
실시예Example
A5: 리튬 이차 전지( A5: Lithium secondary battery (
풀셀Full cell
)의 제조, 양극 ), The anode
NCMNCM
((
Ni88Ni88
) 음극 탄소-실리콘 복합체 1) Negative carbon-
음극활물질로서 흑연 분말 대신에 흑연 분말(MC20, 순도 99.9% 이상, Mitsubishi Chemical 제조) 83.5 중량부에 비용량이 1300mAh/g 가 되는 카본 코팅된 실리콘 입자를 포함하는 탄소-실리콘 복합체(BTR사 제조)를 12.5중량부를 혼합한 혼합물을 사용하고, 제조예 A1에서 제조된 전해액 대신에 제조예 A4에서 제조된 전해액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 A1과 동일한 방법으로 리튬전지를 제조하였다. 리튬전지의 용량은 약 0.5 Ah 이고, 전류밀도(로딩량)는 3.4 mAh/cm2 이 되도록 조절하였다.As a negative electrode active material, 83.5 parts by weight of graphite powder (MC20, purity not less than 99.9%, manufactured by Mitsubishi Chemical) was mixed with carbon-silicon composite (manufactured by BTR) containing carbon coated silicon particles with a cost of 1300 mAh / 12.5 parts by weight was used instead of the electrolytic solution prepared in Production Example A1, and the electrolytic solution prepared in Production Example A4 was used in place of the electrolytic solution prepared in Production Example A1. The capacity of the lithium battery was about 0.5 Ah and the current density (loading amount) was adjusted to be 3.4 mAh / cm 2 .
실시예Example A6 내지 A9 A6 to A9
제조예 A4에서 제조된 유기전해액 대신에 제조예 A5 및 A8에서 제조된 유기전해액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 A5와 동일한 방법으로 리튬전지를 제조하였다.A lithium battery was produced in the same manner as in Example A5 except that the organic electrolytic solution prepared in Production Examples A5 and A8 was used instead of the organic electrolytic solution prepared in Production Example A4.
비교예Comparative Example A8 내지 A9 A8 to A9
제조예 A4에서 제조된 유기전해액 대신에 비교제조예 A5 및 A6에서 각각 제조된 유기전해액을 각각 사용한 것을 제외하고는 실시예 A5와 동일한 방법으로 리튬전지를 제조하였다.A lithium battery was prepared in the same manner as in Example A5 except that the organic electrolytic solutions prepared in Comparative Preparation Examples A5 and A6 were respectively used instead of the organic electrolytic solutions prepared in Production Example A4.
실시예Example A10: 리튬 이차 전지( A10: Lithium secondary battery ( 풀셀Full cell )의 제조, 양극 NCA(), The anode NCA ( Ni88Ni88 ) 음극 흑연() Negative electrode graphite ( GrGr ))
양극활물질로서 LiNi0 . 88Co0 . 08Mn0 . 04O2 대신에 LiNi0 . 88Co0 . 08Al0 . 04O2 를 사용하고, 제조예 A1에서 제조된 전해액 대신에 제조예 A9에서 제조된 전해액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 A1과 동일한 방법으로 리튬전지를 제조하였다. As a cathode active material, LiNi 0 . 88 Co 0 . 08 Mn 0 . 04 LiNi 0 instead of O 2 . 88 Co 0 . 08 A1 0 . 04 O 2 and that the electrolyte prepared in Production Example A9 was used in place of the electrolyte prepared in Production Example A1, a lithium battery was produced.
리튬전지의 용량은 약 0.5 Ah 이고, 전류밀도(로딩량)는 3.4 mAh/cm2 이 되도록 조절하였다.The capacity of the lithium battery was about 0.5 Ah and the current density (loading amount) was adjusted to be 3.4 mAh / cm 2 .
실시예Example A11 A11
제조예 A9에서 제조된 유기전해액 대신에 제조예 A10에서 제조된 유기전해액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 A10과 동일한 방법으로 리튬전지를 제조하였다.A lithium battery was prepared in the same manner as in Example A10 except that the organic electrolyte prepared in Preparation Example A10 was used instead of the organic electrolyte prepared in Preparation Example A9.
비교예Comparative Example A10 내지 A11 A10 to A11
제조예 A9에서 제조된 유기전해액 대신에 비교제조예 A7 및 A8에서 제조된 유기전해액을 각각 사용한 것을 제외하고는 실시예 A10과 동일한 방법으로 리튬전지를 제조하였다.A lithium battery was prepared in the same manner as in Example A10 except that the organic electrolytes prepared in Comparative Preparations A7 and A8 were used in place of the organic electrolytes prepared in Preparation Example A9.
실시예Example
A12: 리튬 이차 전지( A12: Lithium secondary battery (
풀셀Full cell
)의 제조, 양극 NCA(), The anode NCA (
Ni92Ni92
) 음극 탄소-실리콘 복합체 1) Negative carbon-
양극활물질로서 LiNi0 . 88Co0 . 08Mn0 . 04O2 대신에 LiNi0 . 92Co0 . 04Al0 . 04O2 를 사용하고, 음극활물질로서 흑연 분말 대신에 흑연 분말(MC20, 순도 99.9% 이상, Mitsubishi Chemical 제조) 83.5 중량부에 비용량이 1300mAh/g 가 되는 카본 코팅된 실리콘 입자를 포함하는 탄소-실리콘 복합체(BTR사 제조)를 12.5중량부를 혼합한 혼합물을 사용하고, 제조예 A1에서 제조된 전해액 대신에 제조예 A11에서 제조된 전해액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 A1과 동일한 방법으로 리튬전지를 제조하였다. As a cathode active material, LiNi 0 . 88 Co 0 . 08 Mn 0 . 04 LiNi 0 instead of O 2 . 92 Co 0 . 04 A1 0 . 04 O 2 and 83.5 parts by weight of graphite powder (MC20, purity not less than 99.9%, manufactured by Mitsubishi Chemical) instead of graphite powder as a negative electrode active material, and carbon-coated silicon particles having a charge amount of 1300 mAh / (Manufactured by BTR) was used in place of the electrolyte prepared in Production Example A1, and the electrolyte solution prepared in Production Example A11 was used in place of the electrolyte solution prepared in Production Example A1, to prepare a lithium battery Respectively.
리튬전지의 용량은 약 5.3 Ah 이고, 전류밀도(로딩량)는 4.6 mAh/cm2 이 되도록 조절하였다.The capacity of the lithium battery was about 5.3 Ah and the current density (loading amount) was adjusted to 4.6 mAh / cm 2 .
실시예Example A13 A13
제조예 A11에서 제조된 유기전해액 대신에 제조예 A12에서 제조된 유기전해액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 A12와 동일한 방법으로 리튬전지를 제조하였다.A lithium battery was prepared in the same manner as in Example A12, except that the organic electrolyte prepared in Preparation Example A12 was used in place of the organic electrolyte prepared in Preparation Example A11.
비교예Comparative Example A12 A12
제조예 A11에서 제조된 유기전해액 대신에 비교제조예 A9에서 제조된 유기전해액을 각각 사용한 것을 제외하고는 실시예 A12와 동일한 방법으로 리튬전지를 제조하였다.A lithium battery was prepared in the same manner as in Example A12, except that the organic electrolytic solution prepared in Comparative Preparation Example A9 was used in place of the organic electrolytic solution prepared in Production Example A11.
실시예Example A14: 리튬 이차 전지( A14: Lithium secondary battery ( 풀셀Full cell )의 제조, 양극 ), The anode NCMNCM (( Ni60Ni60 ) 음극 흑연() Negative electrode graphite ( GrGr ))
양극활물질로서 LiNi0 . 88Co0 . 08Mn0 . 04O2 흑연 분말 대신에 LiNi0 . 60Co0 . 20Mn0 . 20O2 를 사용하고, 제조예 A1에서 제조된 전해액 대신에 제조예 A13에서 제조된 전해액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 A1과 동일한 방법으로 리튬전지를 제조하였다.As a cathode active material, LiNi 0 . 88 Co 0 . 08 Mn 0 . Instead of 04 O 2 graphite powder, LiNi 0 . 60 Co 0 . 20 Mn 0 . 20 O 2 and that the electrolyte prepared in Production Example A13 was used in place of the electrolyte prepared in Production Example A1, a lithium battery was prepared.
리튬전지의 용량은 약 4.1 Ah 이고, 전류밀도(로딩량)는 4.5 mAh/cm2 이 되도록 조절하였다.The capacity of the lithium battery was about 4.1 Ah and the current density (loading amount) was adjusted to 4.5 mAh / cm 2 .
실시예Example A15 A15
제조예 A13에서 제조된 유기전해액 대신에 제조예 A15에서 제조된 유기전해액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 A14와 동일한 방법으로 리튬전지를 제조하였다.A lithium battery was produced in the same manner as in Example A14, except that the organic electrolytic solution prepared in Production Example A15 was used in place of the organic electrolytic solution prepared in Production Example A13.
비교예Comparative Example A13 A13
제조예 A13에서 제조된 유기전해액 대신에 비교제조예 A10에서 제조된 유기전해액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 A14와 동일한 방법으로 리튬전지를 제조하였다.A lithium battery was prepared in the same manner as in Example A14, except that the organic electrolytic solution prepared in Comparative Preparation Example A10 was used instead of the organic electrolytic solution prepared in Production Example A13.
실시예Example
A16: 리튬 이차 전지( A16: Lithium secondary battery (
풀셀Full cell
)의 제조, 양극 ), The anode
NCMNCM
((
Ni88Ni88
) 음극 탄소-실리콘 복합체 1) Negative carbon-
음극활물질로서 흑연 분말 대신에 흑연 분말(MC20, 순도 99.9% 이상, Mitsubishi Chemical 제조) 83.5 중량부에 비용량이 1300mAh/g 가 되는 카본 코팅된 실리콘 입자를 포함하는 탄소-실리콘 복합체(BTR사 제조)를 12.5중량부를 혼합한 혼합물을 사용하고, 제조예 A1에서 제조된 전해액 대신에 제조예 A13에서 제조된 전해액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 A1과 동일한 방법으로 리튬전지를 제조하였다. 다만, 원통형이 아닌 스택형 리튬전지를 제조하였다.As a negative electrode active material, 83.5 parts by weight of graphite powder (MC20, purity not less than 99.9%, manufactured by Mitsubishi Chemical) was mixed with carbon-silicon composite (manufactured by BTR) containing carbon coated silicon particles with a cost of 1300 mAh / 12.5 parts by weight was used instead of the electrolyte prepared in Preparation Example A1 and the electrolyte prepared in Preparation Example A13 was used in place of the electrolyte prepared in Preparation Example A1. However, a non-cylindrical stacked lithium battery was produced.
리튬전지의 용량은 약 1 Ah 이고, 전류밀도(로딩량)는 6.0 mAh/cm2 이 되도록 조절하였다.The capacity of the lithium battery was about 1 Ah and the current density (loading amount) was adjusted to 6.0 mAh / cm 2 .
실시예Example A17 내지 A20 A17 to A20
제조예 A13에서 제조된 유기전해액 대신에 제조예 A14, A16, A17, 및 A18에서 제조된 유기전해액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 A16과 동일한 방법으로 리튬전지를 제조하였다.Lithium batteries were prepared in the same manner as in Example A16 except that the organic electrolytes prepared in Production Examples A14, A16, A17, and A18 were used in place of the organic electrolytes prepared in Production Example A13.
비교예Comparative Example A14 A14
제조예 A13에서 제조된 유기전해액 대신에 비교제조예 A10에서 제조된 유기전해액을 각각 사용한 것을 제외하고는 실시예 A16과 동일한 방법으로 리튬전지를 제조하였다.A lithium battery was prepared in the same manner as in Example A16, except that the organic electrolytic solution prepared in Comparative Preparation Example A10 was used in place of the organic electrolytic solution prepared in Production Example A13.
평가예Evaluation example A1: 고온 가스발생량 평가 A1: Evaluation of the amount of hot gas generated
실시예 A1 내지 A20 및 비교예 A1 내지 A11에서 제조된 리튬전지에 대하여 상온(25℃)에서, 1st 사이클에서 0.5C의 속도(rate)로 4.3V까지 정전류 충전하고, 이어서 4.3V로 유지하면서 전류가 0.05C가 될 때까지 정전압 충전하였으며, 0.5C의 속도로 2.8 V까지 정전류 방전하였다. 이러한 충방전 과정을 2회 더 실시하여 화성 과정을 완료하였다.The lithium batteries prepared in Examples A1 to A20 and Comparative Examples A1 to A11 were charged at a constant current of 4.3 V at a rate of 0.5 C in the first cycle at room temperature (25 캜) Was charged to constant voltage until it became 0.05C, and was discharged at a constant current of 2.8 V at a speed of 0.5C. The charging and discharging process was performed two more times to complete the conversion process.
2nd 사이클은 0.5C의 속도로 4.3V까지 정전류 충전하고, 이어서 4.3V로 유지하면서 전류가 0.05C가 될 때까지 정전압 충전하였으며 0.2C의 속도로 2.8V까지 정전류 방전하였다.The 2 nd cycle was charged to 4.3 V at a speed of 0.5 C, then charged at a constant voltage until the current became 0.05 C while maintaining the voltage at 4.3 V, and discharged at a rate of 0.2 C to a constant current of 2.8 V.
3rd 사이클은 0.5C의 속도로 4.3V까지 정전류 충전하고 이어서 4.3V로 유지하면서 전류가 0.05C가 될 때까지 정전압 충전하였으며 0.2C의 속도로 2.80 V까지 정전류 방전하였다.The 3 rd cycle was charged to 4.3 V at a speed of 0.5 C and then charged at a constant voltage until the current reached 0.05 C while maintaining the voltage at 4.3 V and discharged at a constant current of 2.80 V at a rate of 0.2C.
4th 사이클에서 0.5C의 속도로 4.30 V까지 충전하고 이어서 4.30 V로 유지하면서 전류가 0.05C가 될 때까지 정전압 충전한 후, 상기 충전된 전지를 60℃ 오븐에 10일 동안 보관한 후, 상기 전지를 꺼내 2.8V까지 방전시킨 후, 지그(jig)에 넣어 터트린 후 내부 가스압 변화를 부피로 환산하여 가스발생량을 측정하였다.The battery was charged to 4.30 V at a rate of 0.5 C in the 4th cycle and then kept at 4.30 V until the current became 0.05 C. The charged battery was stored in a 60 ° C oven for 10 days, And discharging it to 2.8 V. After putting it in a jig, it was converted into the volume of the internal gas pressure, and the amount of generated gas was measured.
평가 결과의 일부를 하기 표 6, 7, 9, 및 11에 나타내었다. 가스발생량은 비교예의 가스발생량을 기준으로 이에 대하여 상대적으로 감소한 값으로 나타내었다.Some of the evaluation results are shown in Tables 6, 7, 9, and 11 below. The amount of gas generation is represented by a relative decrease relative to the gas generation amount of the comparative example.
평가예Evaluation example A2: 상온(25℃) A2: room temperature (25 DEG C) 충방전Charging and discharging 특성 평가 Character rating
실시예 A1 내지 A20 및 비교예 A1 내지 A11에서 제조된 리튬전지를 25℃에서 0.1C rate의 전류로 전압이 4.3V(vs. Li)에 이를 때까지 정전류 충전하고, 이어서 정전압 모드에서 4.3V를 유지하면서 0.05C rate의 전류에서 컷오프(cut-off)하였다. 이어서, 방전시에 전압이 2.8V(vs. Li)에 이를 때까지 0.1C rate의 정전류로 방전하였다(화성단계, 1st 사이클).The lithium batteries prepared in Examples A1 to A20 and Comparative Examples A1 to A11 were charged at a constant current of 0.1 C rate at 25 DEG C until the voltage reached 4.3 V (vs. Li), and then 4.3 V in constant voltage mode And cut off at a current of 0.05 C rate. Then, the discharge was performed at a constant current of 0.1 C rate until the voltage reached 2.8 V (vs. Li) during the discharge (Mars phase, 1 st cycle).
상기 화성단계의 1st 사이클을 거친 리튬전지를 25℃에서 0.2C rate의 전류로 전압이 4.3V(vs. Li)에 이를 때까지 정전류 충전하고, 이어서 정전압 모드에서 4.3V를 유지하면서 0.05C rate의 전류에서 컷오프(cut-off)하였다. 이어서, 방전시에 전압이 2.8V(vs. Li)에 이를 때까지 0.2C rate의 정전류로 방전하였다(화성단계, 2nd 사이클).The lithium battery having passed through the 1 st cycle of the above-described conversion step was charged at a constant current of 0.2 C at a current of 25 C until the voltage reached 4.3 V (vs. Li), and then maintained at 4.3 C Lt; RTI ID = 0.0 > of < / RTI > Subsequently, discharge was performed at a constant current of 0.2 C rate until the voltage reached 2.8 V (vs. Li) (Mars phase, 2nd cycle).
상기 화성단계를 거친 리튬전지를 25℃에서 0.5C rate의 전류로 전압이 4.3V(vs. Li)에 이를 때까지 정전류 충전하고, 이어서 정전압 모드에서 4.3V를 유지하면서 0.05C rate의 전류에서 컷오프(cut-off)하였다. 이어서, 방전시에 전압이 2.8V(vs. Li)에 이를 때까지 1.0C rate의 정전류로 방전하였다. 이러한 충방전 사이클을 200회 반복하였다.The lithium battery having undergone the above conversion step was charged at a constant current of 0.5 C at a current of 25 C until the voltage reached 4.3 V (vs. Li), and then maintained at 4.3 V in a constant voltage mode, (cut-off). Then, at the time of discharging, the battery was discharged at a constant current of 1.0 C rate until the voltage reached 2.8 V (vs. Li). This charge-discharge cycle was repeated 200 times.
상기 모든 충방전 사이클에서 하나의 충전/방전 사이클 후 10분간의 정지 시간을 두었다.A stopping time of 10 minutes was provided after one charge / discharge cycle in all of the above charge / discharge cycles.
상기 충방전 실험 결과의 일부를 하기 표 5, 7, 9, 11 및 13에 나타내었다. 200th 사이클에서의 용량유지율은 하기 수학식 1로 정의된다.Some of the above charge / discharge test results are shown in Tables 5, 7, 9, 11 and 13. The capacity retention rate in the 200 th cycle is defined by the following equation (1).
<수학식 1>&Quot; (1) "
용량 유지율=[200th 사이클에서의 방전용량/1st 사이클에서의 방전용량]×100Capacity retention rate = [Discharge capacity in 200 th cycle / Discharge capacity in 1 st cycle] × 100
평가예Evaluation example A3: 상온 A3: Normal temperature 충방전Charging and discharging 후 가스발생량 평가 Evaluation of gas generation
실시예 A1 내지 A20 및 비교예 A1 내지 A11에서 제조된 리튬전지를 평가예 A2의 상온 충방전 특성 평가를 완료한 후, 지그(jig)에 넣어 터트린 후 내부 가스압 변화를 부피로 환산하여 가스발생량을 측정하였다.The lithium batteries prepared in Examples A1 to A20 and Comparative Examples A1 to A11 were charged in a jig after completing evaluation of charging / discharging characteristics at the room temperature of Evaluation Example A2, and then the internal gas pressure change was converted into a volume, Respectively.
평가 결과의 일부를 하기 표 5에 나타내었다. 가스발생량은 비교예의 가스발생량을 기준으로 이에 대하여 상대적으로 감소한 값으로 나타내었다.Some of the evaluation results are shown in Table 5 below. The amount of gas generation is represented by a relative decrease relative to the gas generation amount of the comparative example.
평가예Evaluation example A4: 상온(25℃) 초기 직류저항(DC-IR) 평가 A4: Initial DC resistance (DC-IR) evaluation at room temperature (25 ° C)
실시예 A1 내지 A20 및 비교예 A1 내지 A11에서 제조된 리튬전지에 대하여 상온(25℃)에서, 상기 평가예 A1의 60℃ 오븐에 고온 보관하기 전의 리튬전지에 대하여, 초기 직류저항(DC-IR)을 하기 방법으로 측정하였다.The lithium batteries prepared in Examples A1 to A20 and Comparative Examples A1 to A11 were subjected to initial DC resistance (DC-IR ) Was measured by the following method.
1st 사이클에서 0.5C의 전류로 SOC(state of charge) 50%의 전압까지 충전한 후 0.02C에서 컷오프한 후 10분 휴지시킨 후,In the first cycle, the battery was charged to a voltage of 50% of a state of charge (SOC) at a current of 0.5 C, followed by cut-off at 0.02 C,
0.5C로 30초간 정전류 방전한 후, 30초 휴지시킨 후, 0.5C로 30초 정전류 충전시키고 10분 휴지시키고,0.5 C for 30 seconds, then stopped for 30 seconds, charged at a constant current of 0.5 C for 30 seconds, allowed to stand for 10 minutes,
1.0C로 30초간 정전류 방전한 후, 30초 휴지시킨 후, 0.5C로 1분 정전류 충전시키고 10분 휴지시키고,1.0 C for 30 seconds, then stopped for 30 seconds, charged at 0.5 C for 1 minute with a constant current, stopped for 10 minutes,
2.0C로 30초간 정전류 방전한 후, 30초 휴지시킨 후, 0.5C로 2분 정전류 충전시키고 10분 휴지시키고,2.0 C for 30 seconds, then stopped for 30 seconds, charged at 0.5 C for 2 minutes with a constant current, stopped for 10 minutes,
3.0C로 30초간 정전류 방전한 후, 30초 휴지시킨 후, 0.5C로 3분 정전류 충전시키고 10분 휴지시켰다.3.0 C for 30 seconds, then 30 seconds of rest, then charged at 0.5 C for 3 minutes, and then stopped for 10 minutes.
각각의 C-rate 별 30초 동안의 평균 전압 강하 값이 직류 전압 값이다. 측정된 직류 전압에서 직류 저항을 계산하여 결과의 일부를 하기 표 5, 6, 8, 10, 및 11에 나타내었다.The average voltage drop value for each C-rate for 30 seconds is the DC voltage value. The DC resistance at the measured DC voltage was calculated and some of the results are shown in Tables 5, 6, 8, 10, and 11 below.
평가예Evaluation example 5: 60℃5: 60 ° C 고온 안정성 평가(고온 High temperature stability evaluation (high temperature 용량회복율Capacity recovery rate 평가) evaluation)
실시예 A14 내지 A15 및 비교예 A10에서 제조된 리튬전지에 대하여 상온(25℃)에서, 1st 사이클에서 0.5C의 속도(rate)로 4.3V까지 정전류 충전하고, 이어서 4.3V로 유지하면서 전류가 0.05C가 될 때까지 정전압 충전하였으며, 0.5C의 속도로 2.8 V까지 정전류 방전하였다.The lithium batteries prepared in Examples A14 to A15 and Comparative Example A10 were charged at a constant current of 4.3 V at a rate of 0.5 C in a 1st cycle at room temperature (25 캜) C, and discharged at a constant current of 2.8 V at a speed of 0.5C.
2nd 사이클은 0.5C의 속도로 4.3V까지 정전류 충전하고, 이어서 4.3V로 유지하면서 전류가 0.05C가 될 때까지 정전압 충전하였으며 0.2C의 속도로 2.8V까지 정전류 방전하였다.The 2 nd cycle was charged to 4.3 V at a speed of 0.5 C, then charged at a constant voltage until the current became 0.05 C while maintaining the voltage at 4.3 V, and discharged at a rate of 0.2 C to a constant current of 2.8 V.
3rd 사이클은 0.5C의 속도로 4.3V까지 정전류 충전하고 이어서 4.3V로 유지하면서 전류가 0.05C가 될 때까지 정전압 충전하였으며 0.2C의 속도로 2.8 V까지 정전류 방전하였다. 상기 3rd 사이클에서의 방전용량을 표준용량으로 간주하였다.The 3 rd cycle was charged to 4.3 V at a rate of 0.5 C, then charged at 4.3 V, constant-voltage charged until the current reached 0.05 C, and discharged to 2.8 V at a rate of 0.2 C. The discharge capacity in the 3 rd cycle was regarded as a standard capacity.
4th 사이클에서 0.5C의 속도로 4.30 V까지 충전하고 이어서 4.30 V로 유지하면서 전류가 0.05C가 될 때까지 정전압 충전한 후,Charged to 4.30 V at a speed of 0.5 C in the fourth cycle, and then charged at a constant voltage until the current became 0.05 C while maintaining the voltage at 4.30 V. Then,
상기 충전된 전지를 60℃ 오븐에 30일 동안 보관한 후, 상기 전지를 꺼내 0.1C 의 속도로 2.80 V까지 4th 사이클의 방전을 진행하였다.After the charged battery was stored in an oven at 60 ° C for 30 days, the battery was taken out and discharged at a rate of 0.1C to 2.80 V for a 4th cycle.
충방전 평가 결과를 하기 표 12에 나타내었다. 고온 보관 후 용량유지율은 하기 수학식 3으로 정의된다.The charge / discharge evaluation results are shown in Table 12 below. The capacity retention rate after high temperature storage is defined by the following equation (3).
<수학식 3>&Quot; (3) "
용량 회복율[%]= [4th 사이클에서 고온방치 후 방전용량 / 표준용량] × 100 (상기 표준용량은 3rd 사이클에서의 방전용량이다)Capacity recovery rate [%] = [discharging capacity after leaving at high temperature for 4th cycle / standard capacity] 占 100 (the standard capacity is discharging capacity at 3 rd cycle)
표 5에서 보여지는 바와 같이 본원발명의 술폰계 화합물을 포함하는 유기전해액을 채용한 실시예 A1 의 리튬전지는 비교예 A1 내지 A4의 리튬전지에 비하여 향상된 수명특성을 보여주었다.As shown in Table 5, the lithium battery of Example A1 employing the organic electrolytic solution containing the sulfonic compound of the present invention showed improved lifetime characteristics as compared with the lithium batteries of Comparative Examples A1 to A4.
실시예 A1 의 리튬전지는 비교예 A2 내지 A4의 리튬전지에 비하여 초기 저항이 감소하였고, 비교예 A1의 리튬전지와도 유사한 수준이었다.The initial resistance of the lithium battery of Example A1 was lower than that of the lithium batteries of Comparative Examples A2 to A4, and was similar to that of Comparative Example A1.
실시예 A1 의 리튬전지는 비교예 A1 및 A4의 리튬전지에 비하여 가스발생량이 현저히 감소하였다.The lithium battery of Example A1 significantly reduced the gas generation amount as compared with the lithium batteries of Comparative Examples A1 and A4.
리튬전지의 초기 저항이 높을 경우 리튬전지의 출력(output power) 특성이 현저히 저하되므로 전지차량(Electric Vehicle)와 같은 고출력이 요구되는 용도에 적용이 어렵다.When the initial resistance of the lithium battery is high, the output power characteristic of the lithium battery is significantly deteriorated, so that it is difficult to apply it to applications requiring high output such as an electric vehicle.
표 6에서 보여지는 바와 같이 본원발명의 술폰계 화합물을 포함하는 유기전해액을 채용한 실시예 A2 내지 A4의 리튬전지는 비교예 A5의 리튬전지에 비하여 초기저항이 현저히 감소하였다.As shown in Table 6, the lithium batteries of Examples A2 to A4 employing the organic electrolytic solution containing the sulfonic compound of the present invention had a remarkably reduced initial resistance as compared with the lithium battery of Comparative Example A5.
실시예 A2 내지 A4의 리튬전지는 비교예 A6 및 A7의 리튬전지에 비하여 가스발생량이 현저히 감소하였다.Compared with the lithium batteries of Comparative Examples A6 and A7, the lithium batteries of Examples A2 to A4 significantly decreased the gas generation amount.
표 7에서 보여지는 바와 같이 본원발명의 술폰계 화합물을 포함하는 유기전해액을 채용한 실시예 A5, A6, A8 및 A9의 리튬전지는 비교예 A8의 리튬전지에 비하여 수명 특성도 향상되었다.As shown in Table 7, the life characteristics of the lithium batteries of Examples A5, A6, A8 and A9 employing the organic electrolytic solution containing the sulfonic compound of the present invention were improved compared with those of the lithium battery of Comparative Example A8.
실시예 A5, A6, A8 및 A9의 리튬전지는 비교예 A9의 리튬전지에 비하여 가스발생량이 현저히 감소하였다.The lithium batteries of Examples A5, A6, A8 and A9 had significantly reduced gas generation as compared with the lithium batteries of Comparative Example A9.
표 8에서 보여지는 바와 같이 본원발명의 술폰계 화합물을 포함하는 유기전해액을 채용한 실시예 A5, A6, A8 및 A9의 리튬전지는 비교예 A8의 리튬전지에 비하여 초기 저항이 감소하였다.As shown in Table 8, the lithium batteries of Examples A5, A6, A8 and A9 employing the organic electrolytic solution containing the sulfonic compound of the present invention had a lower initial resistance than the lithium battery of Comparative Example A8.
리튬전지의 초기 저항이 높을 경우 리튬전지의 출력(output power) 특성이 현저히 저하되므로 전지차량(Electric Vehicle)와 같은 고출력이 요구되는 용도에 적용이 어렵다.When the initial resistance of the lithium battery is high, the output power characteristic of the lithium battery is significantly deteriorated, so that it is difficult to apply it to applications requiring high output such as an electric vehicle.
표 9에서 보여지는 바와 같이 본원발명의 술폰계 화합물을 포함하는 유기전해액을 채용한 실시예 A11의 리튬전지는 비교예 A10 및 A11의 리튬전지에 비하여 수명 특성이 향상되었다.As shown in Table 9, the lithium battery of Example A11 employing the organic electrolytic solution containing the sulfonate compound of the present invention had improved life characteristics as compared with the lithium batteries of Comparative Examples A10 and A11.
실시예 A11의 리튬전지는 비교예 A10의 리튬전지에 비하여 가스발생량이 현저히 감소하였다.The amount of gas generated in the lithium battery of Example A11 was significantly lower than that of the lithium battery of Comparative Example A10.
표 10에서 보여지는 바와 같이 본원발명의 술폰계 화합물을 포함하는 유기전해액을 채용한 실시예 A10 내지 A11의 리튬전지는 비교예 A11의 리튬전지에 비하여 초기저항이 감소하였다.As shown in Table 10, the lithium batteries of Examples A10 to A11 employing the organic electrolytic solution containing the sulfonic compound of the present invention had a lower initial resistance than the lithium battery of Comparative Example A11.
리튬전지의 초기 저항이 높을 경우 리튬전지의 출력(output power) 특성이 현저히 저하되므로 전지차량(Electric Vehicle)와 같은 고출력이 요구되는 용도에 적용이 어렵다.When the initial resistance of the lithium battery is high, the output power characteristic of the lithium battery is significantly deteriorated, so that it is difficult to apply it to applications requiring high output such as an electric vehicle.
표 11에서 보여지는 바와 같이 본원발명의 술폰계 화합물을 포함하는 유기전해액을 채용한 실시예 A12 내지 A13의 리튬전지는 비교예 A12의 리튬전지에 비하여 초기저항이 감소하고 수명 특성도 향상되었다.As shown in Table 11, the lithium batteries of Examples A12 to A13 employing the organic electrolytic solution containing the sulfonic compound of the present invention had a reduced initial resistance and improved life characteristics as compared with the lithium battery of Comparative Example A12.
실시예 A12 내지 A13의 리튬전지는 비교예 A12의 리튬전지에 비하여 가스발생량도 유사하였다.The lithium batteries of Examples A12 to A13 were similar in gas generation amount to those of the lithium battery of Comparative Example A12.
표 12에서 보여지는 바와 같이 본원발명의 술폰계 화합물을 포함하는 유기전해액을 채용한 실시예 A14 내지 A15의 리튬전지는 비교예 A13의 리튬전지에 비하여 고온 보관 후 용량회복율이 향상되었다.As shown in Table 12, the lithium batteries of Examples A14 to A15 employing the organic electrolytic solution containing the sulfonic compound of the present invention improved the capacity recovery rate after storage at high temperature in comparison with the lithium battery of Comparative Example A13.
표 13에서 보여지는 바와 같이 본원발명의 술폰계 화합물을 포함하는 유기전해액을 채용한 실시예 A16 내지 A20의 리튬전지는 비교예 A14의 리튬전지에 비하여 수명 특성이 향상되었다.As shown in Table 13, the lithium batteries of Examples A16 to A20 employing the organic electrolytic solution containing the sulfonic compound of the present invention had improved life characteristics as compared with the lithium batteries of Comparative Example A14.
Claims (22)
<화학식 1>
상기 식에서,
R1은 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 5의 알킬기, 할로겐으로 치환 또는 비치화된 탄소수 4 내지 10의 시클로알킬기, 또는 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 10의 아릴기, 또는 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 10의 헤테로아릴기이며,
R2는 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 10의 알케닐기이다.A lithium battery electrolyte additive represented by the following formula (1):
≪ Formula 1 >
In this formula,
R 1 is an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms which is substituted or unsubstituted with halogen, a cycloalkyl group having 4 to 10 carbon atoms which is substituted or unsubstituted with halogen, or an aryl group having 5 to 10 carbon atoms which is substituted or unsubstituted with halogen, A substituted or unsubstituted heteroaryl group having 2 to 10 carbon atoms,
R 2 is an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms which is substituted or unsubstituted with halogen.
<화학식 2>
상기 식에서,
R3은 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 5의 알킬기, 또는 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 10의 아릴기이며,
R4는 공유결합, 탄소수 1 내지 5의 알킬렌기, 또는 탄소수 2 내지 10의 알케닐렌기이다.The lithium battery electrolyte additive of claim 1, wherein the sulfonic compound represented by Formula 1 is a sulfonic compound represented by Formula 2,
(2)
In this formula,
R 3 is an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms which is substituted or unsubstituted with halogen or an aryl group having 5 to 10 carbon atoms which is substituted or unsubstituted with halogen,
R 4 is a covalent bond, an alkylene group having 1 to 5 carbon atoms, or an alkenylene group having 2 to 10 carbon atoms.
<화학식 3> <화학식 4>
<화학식 5> <화학식 6>
<화학식 7> <화학식 8>
<화학식 9>
The lithium battery electrolyte additive of claim 1, wherein the sulfone compound represented by Formula 1 is a compound represented by Formula 3 to 9:
≪ Formula 3 >< Formula 4 >
≪ Formula 5 >< EMI ID =
≪ Formula 7 >< EMI ID =
≪ Formula 9 >
상기 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 따른 첨가제를 포함하는 유기전해액.Lithium salts; Organic solvent; And
An organic electrolytic solution comprising the additive according to any one of claims 1 to 3.
<화학식 17>
상기 식에서,
X1 및 X2는 서로 독립적으로 수소 또는 할로겐이며, X1 및 X2 중에서 하나 이상이 F이다.The organic electrolytic solution according to claim 1, wherein the organic solvent comprises a cyclic carbonate compound represented by Formula 17:
≪ Formula 17 >
In this formula,
X 1 and X 2 are each independently hydrogen or halogen, and at least one of X 1 and X 2 is F;
<화학식 18>
상기 식에서,
X3 및 X4는 서로 독립적으로 수소, 할로겐 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬기이다.The organic electrolytic solution according to claim 1, wherein the organic electrolytic solution further comprises a cyclic carbonate compound represented by Formula 18:
≪ Formula 18 >
In this formula,
X 3 and X 4 are independently of each other hydrogen, halogen or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms.
<화학식 3> <화학식 4>
<화학식 5> <화학식 6>
<화학식 7>
<화학식 8> <화학식 9>
<화학식 17a> <화학식 18a>
The organic electrolytic solution according to claim 1, wherein the organic electrolytic solution contains 0.1 to 3.0% by weight of a sulfonic compound represented by the following general formulas (3) to (9) and 0.1 to 2.0% by weight of a compound represented by the following general formula 1 to 10 vol% of a compound represented by the following formula:
≪ Formula 3 >< Formula 4 >
≪ Formula 5 >< EMI ID =
≪ Formula 7 >
≪ Formula 8 >< EMI ID =
≪ Formula 17a >< EMI ID =
<화학식 19> <화학식 20>
<화학식 21> <화학식 22>
The method of claim 1, wherein the lithium salt, LiPF 6, LiBF 4, LiCF 3 SO 3, Li (CF 3 SO 2) 2 N, LiC 2 F 5 SO 3, Li (FSO 2) 2 N, LiC 4 F 9 SO 3 , LiN (SO 2 CF 2 CF 3 ) 2 , and compounds represented by the following formulas (19) to (22):
≪ Formula 19 >< EMI ID =
≪ Formula 21 >< EMI ID =
음극활물질을 포함하는 음극; 및
상기 양극과 음극 사이에 배치되는 유기전해액;을 포함하며,
상기 유기전해액이 상기 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 따른 첨가제를 포함하는 리튬전지.A cathode comprising a cathode active material;
A negative electrode comprising a negative electrode active material; And
And an organic electrolyte disposed between the anode and the cathode,
Wherein the organic electrolytic solution comprises the additive according to any one of claims 1 to 3.
상기 양극활물질이, 니켈 및 하나 이상의 다른 전이금속을 함유하는 리튬전이금속산화물을 포함하며, 상기 니켈의 함량이 전이금속의 전체 몰 수에 대하여 80mol% 이상인 리튬전지.The method according to claim 1,
Wherein the positive electrode active material comprises a lithium transition metal oxide containing nickel and at least one other transition metal, and the content of nickel is 80 mol% or more based on the total number of moles of the transition metal.
<화학식 23>
LiaNixCoyMzO2 - bAb
상기 화학식 23에서,
1.0≤a≤1.2, 0≤b≤0.2, 0.6≤x<1, 0<y≤0.3, 0<z≤0.3, x+y+z=1, M은 망간(Mn), 바나듐(V), 마그네슘(Mg), 갈륨(Ga), 실리콘(Si), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 철(Fe), 크롬(Cr), 구리(Cu), 아연(Zn), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al) 및 보론(B)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이고, A는 F, S, Cl, Br 또는 이들의 조합이다.The lithium battery according to claim 1, wherein the lithium transition metal oxide is represented by the following formula (23):
≪ Formula 23 >
Li a Ni x Co y M z O 2 - b a b
In the formula (23)
M is at least one element selected from the group consisting of manganese (Mn), vanadium (V), zirconium (Zr), and zirconium (Mg), gallium (Ga), silicon (Si), tungsten (W), molybdenum (Mo), iron (Fe), chromium (Cr), copper (Cu), zinc (Zn) Aluminum (Al) and boron (B), and A is F, S, Cl, Br or a combination thereof.
<화학식 24>
LiNixCoyMnzO2
<화학식 25>
LiNixCoyAlzO2
상기 식들에서, 0.6≤x≤0.95, 0<y≤0.2, 0<z≤0.1이다.The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the lithium transition metal oxide is a compound represented by any of the following Chemical Formulas 24 to 25:
≪ EMI ID =
LiNi x Co y Mn z O 2
≪ Formula 25 >
LiNi x Co y Al z O 2
In the above equations, 0.6? X? 0.95, 0 <y? 0.2, 0 <z? 0.1.
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