KR20190133659A - Additive for electrolyte of lithium battery, organic electrolytic solution comprising the same and Lithium battery using the solution - Google Patents
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Abstract
Description
유기 전해액 및 상기 전해액을 채용한 리튬 전지에 관한 것이다.The present invention relates to an organic electrolyte and a lithium battery employing the electrolyte.
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. Rechargeable lithium secondary batteries are more than three times higher in energy density per unit weight and can be charged faster than conventional lead-acid batteries, nickel-cadmium batteries, nickel-hydrogen batteries and nickel zinc batteries.
리튬전지는 높은 구동 전압에서 작동되므로 리튬과 반응성이 높은 수계 전해액이 사용될 수 없다. 리튬전지에는 일반적으로 유기전해액이 사용된다. 유기전해액은 리튬염이 유기용매에 용해되어 제조된다. 유기용매는 고전압에서 안정적이며, 이온전도도와 유전율이 높고 점도가 낮은 것이 바람직하다.Since lithium batteries operate at high driving voltages, aqueous electrolytes highly reactive with lithium cannot be used. In general, an organic electrolyte is used for a lithium battery. The organic electrolyte is prepared by dissolving lithium salt in an organic solvent. The organic solvent is preferably stable at high voltage, has high ion conductivity, high dielectric constant, and low viscosity.
리튬전지에 카보네이트 계통의 극성 비수계 용매를 포함하는 유기전해액이 사용되면 초기 충전시 음극/양극과 유기전해액 사이의 부반응에 의해 전하가 과량 사용되는 비가역반응이 진행된다.When an organic electrolyte containing a carbonate-based polar non-aqueous solvent is used in a lithium battery, an irreversible reaction in which an excessive charge is used by a side reaction between an anode / anode and an organic electrolyte during initial charging is performed.
비가역반응에 의해 음극 표면에 고체전해질막층(Solid Electrolyte Interface layer; 이하 SEI층)과 같은 패시베이션층(passivation layer)이 형성된다. 또한, 상기 비가역반응에 의해 양극 표면에 보호층(protection layer)이 형성된다. An irreversible reaction forms a passivation layer such as a solid electrolyte interface layer (SEI layer) on the surface of the cathode. In addition, a protection layer is formed on the surface of the anode by the irreversible reaction.
종래의 유기전해액을 사용하여 형성되는 SEI층 및/또는 보호층은 고온에서 쉽게 열화되었다. 즉, SEI층 및/또는 보호층은 고온에서 안정성이 저하되었다.SEI layers and / or protective layers formed using conventional organic electrolytes were easily degraded at high temperatures. In other words, the SEI layer and / or the protective layer were deteriorated in stability at high temperatures.
따라서, 향상된 고온 안정성을 가지는 SEI층 및/또는 보호층을 형성할 수 있는 유기전해액이 요구된다.Therefore, there is a need for an organic electrolyte that can form an SEI layer and / or a protective layer having improved high temperature stability.
한 측면은 새로운 리튬전지 전해질용 첨가제를 포함하는 유기전해액을 제공하는 것이다.One aspect is to provide an organic electrolyte solution containing a novel additive for lithium battery electrolyte.
다른 한 측면은 상기 유기전해액을 포함하는 리튬전지를 제공하는 것이다.Another aspect is to provide a lithium battery comprising the organic electrolyte.
한 측면에 따라,According to one aspect,
제1 리튬염; 유기용매; 및 하기 화학식 1로 표시되는 바이사이클릭 설페이트계 화합물을 포함하는 유기전해액이 제공된다:First lithium salt; Organic solvents; And an organic electrolyte comprising a bicyclic sulfate-based compound represented by Formula 1 below:
<화학식 1><
상기 식에서,Where
A1, A2, A3 및 A4는 서로 독립적으로 공유결합; 치환기로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 5의 알킬렌기; 카르보닐기; 또는 술피닐(sulfinyl)기이며, 단, A1 및 A2 가 동시에 공유결합이 아니며, A3 및 A4 가 동시에 공유결합이 아니다.A 1 , A 2 , A 3 and A 4 are covalently bonded to each other independently; An alkylene group having 1 to 5 carbon atoms unsubstituted or substituted with a substituent; Carbonyl group; Or a sulfinyl group, provided that A 1 and A 2 are not covalent bonds at the same time, and A 3 and A 4 are not covalent bonds at the same time.
다른 한 측면에 따라,According to the other side,
양극; 음극; 및anode; cathode; And
상기에 따른 유기전해액을 포함하는 리튬전지가 제공된다.A lithium battery comprising the organic electrolyte according to the above is provided.
한 측면에 따르면 새로운 구조의 바이사이클릭 설페이트계 첨가제를 포함하는 유기전해액을 사용함에 의하여 리튬전지의 고온특성 및 수명특성이 향상될 수 있다.According to an aspect, by using an organic electrolyte solution including a bicyclic sulfate-based additive having a new structure, high temperature and life characteristics of a lithium battery may be improved.
도 1은 실시예 4 내지 5 및 비교예 2에서 제조된 리튬전지의 상온 방전용량을 나타내는 그래프이다.
도 2는 실시예 4 내지 5 및 비교예 2에서 제조된 리튬전지의 상온 용량유지율을 나타내는 그래프이다.
도 3은 실시예 4 내지 5 및 비교예 2에서 제조된 리튬전지의 고온 방전용량을 나타내는 그래프이다.
도 4는 실시예 4 내지 5 및 비교예 2에서 제조된 리튬전지의 고온 용량유지율을 나타내는 그래프이다.
도 5는 실시예 4 및 비교예 2에서 제조된 리튬전지의 상온 용량유지율을 나타내는 그래프이다.
도 6은 실시예 4 및 비교예 2에서 제조된 리튬전지의 고온 용량유지율을 나타내는 그래프이다.
도 7은 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 graph showing the room temperature discharge capacity of the lithium battery prepared in Examples 4 to 5 and Comparative Example 2.
Figure 2 is a graph showing the room temperature capacity retention rate of the lithium battery prepared in Examples 4 to 5 and Comparative Example 2.
3 is a graph showing the high-temperature discharge capacity of the lithium batteries prepared in Examples 4 to 5 and Comparative Example 2.
Figure 4 is a graph showing the high temperature capacity retention rate of the lithium batteries prepared in Examples 4 to 5 and Comparative Example 2.
Figure 5 is a graph showing the room temperature capacity retention rate of the lithium battery prepared in Example 4 and Comparative Example 2.
6 is a graph showing the high temperature capacity retention rate of the lithium batteries prepared in Example 4 and Comparative Example 2. FIG.
7 is a schematic view of a lithium battery according to an exemplary embodiment.
<Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
1: lithium battery 2: negative electrode
3: anode 4: separator
5: battery case 6: cap assembly
이하에서 예시적인 구현예들에 따른 유기 전해액 및 상기 전해액을 채용한 리튬 전지에 관하여 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, an organic electrolyte and a lithium battery employing the electrolyte according to exemplary embodiments will be described in more detail.
일구현예에 따른 유기전해액은 제1 리튬염; 유기용매; 및 하기 화학식 1로 표시되는 바이사이클릭 설페이트계 화합물을 포함한다:According to an embodiment, the organic electrolyte may include a first lithium salt; Organic solvents; And bicyclic sulfate-based compounds represented by Formula 1 below:
<화학식 1><
상기 식에서, A1, A2, A3 및 A4는 서로 독립적으로 공유결합; 치환기로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 5의 알킬렌기; 카르보닐기; 또는 술피닐(sulfinyl)기이며, 단, A1 및 A2 가 동시에 공유결합이 아니며, A3 및 A4 가 동시에 공유결합이 아니다.Wherein A 1 , A 2 , A 3 and A 4 are independently of each other covalent bonds; An alkylene group having 1 to 5 carbon atoms unsubstituted or substituted with a substituent; Carbonyl group; Or a sulfinyl group, provided that A 1 and A 2 are not covalent bonds at the same time, and A 3 and A 4 are not covalent bonds at the same time.
첨가제로서 바이사이클릭 설페이트계 화합물을 포함하는 리튬전지용 유기전해액이 리튬전지의 고온특성, 수명특성 등의 전지 성능을 향상시킬 수 있다.An organic electrolyte solution for a lithium battery containing a bicyclic sulfate-based compound as an additive can improve battery performance such as high temperature characteristics and lifetime characteristics of a lithium battery.
바이사이클릭 설페이트계 화합물은 두개의 설페이트 고리가 스파이로(spiro) 형태로 연결된 구조를 가질 수 있다.The bicyclic sulfate-based compound may have a structure in which two sulfate rings are connected in a spiro form.
바이사이클릭 설페이트계 화합물이 전해액에 첨가되어 리튬전지의 성능을 향상시키는 이유에 대하여 이하에서 보다 구체적으로 설명하나 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로서 본 발명의 범위가 이하 설명의 범위로 한정되는 것은 아니다.The reason why the bicyclic sulfate-based compound is added to the electrolytic solution to improve the performance of the lithium battery will be described in more detail below. This is to help the understanding of the present invention, and the scope of the present invention is limited to the scope of the following description. no.
바이사이클릭 설페이트계 화합물에 포함된 설페이트 에스테르기는 충전과정에서 음극 표면으로부터 전자를 받아들여 자신이 환원되거나, 이미 환원된 극성 용매 분자와 반응함으로써 음극 표면에 형성되는 SEI 막의 성질에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 상기 설페이트 에스테르기를 포함하는 바이사이클릭 설페이트계 화합물은 극성용매에 비해 음극으로부터 전자를 더욱 용이하게 받아들일 수 있다. 즉, 바이사이클릭 설페이트계 화합물은 극성용매보다 낮은 전압에서 환원되어 극성용매가 환원되기 전에 환원될 수 있다.The sulfate ester group included in the bicyclic sulfate-based compound may affect the properties of the SEI film formed on the surface of the cathode by accepting electrons from the surface of the cathode during charging and reacting with itself or reacting with the already reduced polar solvent molecules. . For example, the bicyclic sulfate-based compound including the sulfate ester group can more easily receive electrons from the negative electrode than the polar solvent. That is, the bicyclic sulfate-based compound may be reduced at a voltage lower than that of the polar solvent and reduced before the polar solvent is reduced.
예를 들어, 상기 바이사이클릭 설페이트계 화합물은 설페이트 에스테르기를 포함함에 의하여 충전시에 라디칼 및/또는 이온으로 더욱 용이하게 환원 및/또는 분해될 수 있다. 따라서, 라디칼 및/또는 이온이 리튬이온과 결합하여 음극에 적합한 SEI층을 형성하여 용매의 추가적인 분해 산물형성을 억제 할 수 있다. 상기 바이사이클릭 설페이트계 화합물은 예를 들어 탄소계 음극 표면에 존재하는 각종 작용기 또는 탄소계 음극과 공유 결합을 형성하거나 전극 표면에 흡착될 수 있다. 이러한 결합 및/또는 흡착에 의하여 유기용매에 의해서만 형성되는 SEI층에 비하여 장기간의 충방전 후에도 견고한 상태를 유지하는 안정성이 향상된 변성 SEI층이 형성될 수 있다. 또한, 이러한 견고한 변성 SEI층은 리튬이온의 인터컬레이션시에 상기 리튬이온을 용매화시킨 유기용매가 전극 내부로 들어가는 것을 보다 효과적으로 차단할 수 있다. 따라서, 상기 변성 SEI층이 유기용매와 음극의 직접적인 접촉을 더욱 효과적으로 차단하므로 리튬이온 흡장/방출의 가역성이 더욱 향상되고 결과적으로 전지의 방전용량이 증가하고 수명특성이 향상될 수 있다.For example, the bicyclic sulfate-based compound may be more easily reduced and / or decomposed into radicals and / or ions upon charge by including sulfate ester groups. Thus, radicals and / or ions can be combined with lithium ions to form a suitable SEI layer on the negative electrode to inhibit further decomposition product formation of the solvent. The bicyclic sulfate-based compound may form a covalent bond with, or be adsorbed to, the electrode surface, for example, with various functional groups or carbon-based cathodes present on the surface of the carbon-based negative electrode. By such bonding and / or adsorption, a modified SEI layer having improved stability that maintains a solid state even after prolonged charging and discharging may be formed as compared with an SEI layer formed only by an organic solvent. In addition, such a rigid modified SEI layer can more effectively block the entry of the organic solvent solvated by the lithium ion into the electrode during the intercalation of the lithium ion. Therefore, since the modified SEI layer more effectively blocks direct contact between the organic solvent and the negative electrode, reversibility of lithium ion occlusion / release can be further improved, and as a result, the discharge capacity of the battery can be increased and the life characteristics can be improved.
또한, 바이사이클릭 설페이트계 화합물은 설페이트 에스테르기를 포함함에 의하여 양극표면에 배위될 수 있으므로 양극 표면에 형성되는 보호층의 성질에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 상기 설페이트 에스테르기가 양극활물질의 전이금속 이온에 배위되어 복합체(complex)를 형성할 수 있다. 이러한 복합체에 의하여 유기용매에 의해서만 형성되는 보호층에 비하여 장기간의 충방전 후에도 견고한 상태를 유지하는 안정성이 향상된 변성(modified) 보호층이 형성될 수 있다. 또한, 이러한 견고한 변성 보호층은 리튬이온의 인터컬레이션시에 상기 리튬이온을 용매화시킨 유기용매가 전극 내부로 들어가는 것을 보다 효과적으로 차단할 수 있다. 따라서, 상기 변성 보호층이 유기용매와 양극의 직접적인 접촉을 더욱 효과적으로 차단하므로 리튬이온 흡장/방출의 가역성이 더욱 향상되고 결과적으로 전지의 안정성이 증가하고 수명특성이 향상될 수 있다.In addition, since the bicyclic sulfate-based compound may be coordinated on the surface of the anode by including a sulfate ester group, it may affect the properties of the protective layer formed on the surface of the anode. For example, the sulfate ester group may be coordinated with transition metal ions of the positive electrode active material to form a complex. By using such a composite, a modified protective layer having improved stability that maintains a solid state even after prolonged charging and discharging may be formed as compared with a protective layer formed only by an organic solvent. In addition, such a rigid modified protective layer can more effectively block the entry of the organic solvent solvated by the lithium ion into the electrode during the intercalation of the lithium ion. Therefore, since the modified protective layer more effectively blocks direct contact between the organic solvent and the positive electrode, reversibility of lithium ion occlusion / release can be further improved, and as a result, battery stability can be increased and life characteristics can be improved.
또한, 바이사이클릭 설페이트계 화합물은 일반적인 설페이트계 화합물에 비하여 복수의 고리가 스파이로(spiro) 형태로 결합되어 있어 상대적으로 큰 분자량을 가지므로 열적으로 안정할 수 있다.In addition, the bicyclic sulfate-based compound may be thermally stable because a plurality of rings are bonded in a spiro form compared to a general sulfate-based compound and have a relatively large molecular weight.
결과적으로, 상기 바이사이클릭 설페이트계 화합물은 음극 표면에 SEI층을 형성하거나 양극 표면에 보호층을 형성할 수 있으며, 향상된 열안정성을 가짐에 의하여 고온에서 리튬전지의 수명특성이 향상될 수 있다.As a result, the bicyclic sulfate-based compound may form an SEI layer on the surface of the cathode or a protective layer on the surface of the anode, and may improve lifespan characteristics of the lithium battery at high temperatures by having improved thermal stability.
유기전해액이 포함하는 화학식 1로 표시되는 바이사이클릭 설페이트계 화합물에서 A1, A2, A3 및 A4 중 하나 이상이 비치환된 탄소수 1 내지 5의 알킬렌기 또는 치환된 탄소수 1 내지 5의 알킬렌기이며, 상기 치환된 탄소수 1 내지 5의 알킬렌기의 치환기가 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 알케닐기, 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 알키닐기, 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 20의 시클로알케닐기, 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 20의 헤테로사이클릴기, 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴기, 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 헤테로아릴기, 또는 하나 이상의 헤테로원자를 포함하는 극성작용기일 수 있다.One or more of A 1 , A 2 , A 3 and A 4 in the bicyclic sulfate-based compound represented by
예를 들어, A1, A2, A3 및 A4 중 하나 이상이 비치환된 탄소수 1 내지 5의 알킬렌기 또는 치환된 탄소수 1 내지 5의 알킬렌기이며, 상기 치환된 탄소수 1 내지 5의 알킬렌기의 치환기가 할로겐, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, tert-부틸기, 트리플루오로메틸기, 테트라플루오로에틸기, 페닐기, 나프틸기, 테트라플루오로페닐기, 피롤릴기, 또는 피리디닐기일 수 있으나, 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 알킬렌기의 치환기로 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다.For example, at least one of A 1 , A 2 , A 3, and A 4 is an unsubstituted alkyl group having 1 to 5 carbon atoms or a substituted alkylene group having 1 to 5 carbon atoms, and substituted alkyl having 1 to 5 carbon atoms. The substituent of the ethylene group is halogen, methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group, tert-butyl group, trifluoromethyl group, tetrafluoroethyl group, phenyl group, naphthyl group, tetrafluorophenyl group, pyrrolyl group, or pyri It may be a diyl group, but is not necessarily limited to any of these may be used as long as it can be used as a substituent of an alkylene group in the art.
예를 들어, 화학식 1로 표시되는 바이사이클릭 설페이트계 화합물에서 알킬렌기의 치환기는 헤테로원자를 포함하는 극성작용기일 수 있으며, 극성작용기의 헤테로원자는 산소, 질소, 인, 황, 실리콘 및 보론으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.For example, in the bicyclic sulfate-based compound represented by
예를 들어, 헤테로원자를 포함하는 극성작용기는 -F, -Cl, -Br, -I, -C(=O)OR16, -OR16, -OC(=O)OR16, -R15OC(=O)OR16, -C(=O)R16, -R15C(=O)R16, -OC(=O)R16, -R15OC(=O)R16, -C(=O)-O-C(=O)R16, -R15C(=O)-O-C(=O)R16, -SR16, -R15SR16, -SSR16, -R15SSR16, -S(=O)R16, -R15S(=O)R16, -R15C(=S)R16, -R15C(=S)SR16, -R15SO3R16, -SO3R16, -NNC(=S)R16, -R15NNC(=S)R16, -R15N=C=S, -NCO, -R15-NCO, -NO2, -R15NO2, -R15SO2R16, -SO2R16, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , 및 로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하며,For example, polar functional groups containing heteroatoms include -F, -Cl, -Br, -I, -C (= 0) OR 16 , -OR 16 , -OC (= 0) OR 16 , -R 15 OC (= O) OR 16 , -C (= O) R 16 , -R 15 C (= O) R 16 , -OC (= O) R 16 , -R 15 OC (= O) R 16 , -C ( = O) -OC (= O) R 16 , -R 15 C (= O) -OC (= O) R 16 , -SR 16 , -R 15 SR 16 , -SSR 16 , -R 15 SSR 16 ,- S (= O) R 16 , -R 15 S (= O) R 16 , -R 15 C (= S) R 16 , -R 15 C (= S) SR 16 , -R 15 SO 3 R 16 ,- SO 3 R 16 , -NNC (= S) R 16 , -R 15 NNC (= S) R 16 , -R 15 N = C = S, -NCO, -R 15 -NCO, -NO 2 , -R 15 NO 2 , -R 15 SO 2 R 16 , -SO 2 R 16 , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , And At least one selected from the group consisting of,
R11 및 R15가 서로 독립적으로 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기; 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 알케닐렌기; 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 알키닐렌기; 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 12의 시클로알킬렌기; 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴렌기; 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 헤테로아릴렌기; 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 7 내지 15의 알킬아릴렌기; 또는 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 7 내지 15의 아랄킬렌기이고,R 11 and R 15 are each independently an alkylene group having 1 to 20 carbon atoms substituted or unsubstituted with halogen; Alkenylene group having 2 to 20 carbon atoms which is unsubstituted or substituted with halogen; An alkynylene group having 2 to 20 carbon atoms which is unsubstituted or substituted with halogen; A cycloalkylene group having 3 to 12 carbon atoms unsubstituted or substituted with halogen; An arylene group having 6 to 40 carbon atoms unsubstituted or substituted with halogen; Heteroarylene group having 2 to 40 carbon atoms unsubstituted or substituted with halogen; An alkylarylene group having 7 to 15 carbon atoms unsubstituted or substituted with halogen; Or an aralkylene group having 7 to 15 carbon atoms unsubstituted or substituted with halogen,
R12, R13, R14 및 R16이 서로 독립적으로 수소; 할로겐; 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬기; 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 알케닐기; 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 알키닐기; 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 12의 시클로알킬기; 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴기; 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 헤테로아릴기; 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 7 내지 15의 알킬아릴기; 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 7 내지 15의 트리알킬실릴기; 또는 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 7 내지 15의 아랄킬기이다.R 12 , R 13 , R 14 and R 16 are each independently hydrogen; halogen; An alkyl group having 1 to 20 carbon atoms unsubstituted or substituted with halogen; Alkenyl groups having 2 to 20 carbon atoms unsubstituted or substituted with halogen; An alkynyl group having 2 to 20 carbon atoms which is unsubstituted or substituted with halogen; A cycloalkyl group having 3 to 12 carbon atoms unsubstituted or substituted with halogen; An aryl group having 6 to 40 carbon atoms unsubstituted or substituted with halogen; C2-C40 heteroaryl group unsubstituted or substituted with halogen; An alkylaryl group having 7 to 15 carbon atoms unsubstituted or substituted with halogen; Trialkylsilyl group having 7 to 15 carbon atoms unsubstituted or substituted with halogen; Or an aralkyl group having 7 to 15 carbon atoms unsubstituted or substituted with halogen.
예를 들어, 헤테로원자를 포함하는 극성작용기에 포함된 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 시클로알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 알킬아릴기, 트리알킬실릴기, 또는 아랄킬기에 치환된 할로겐은 불소(F)일 수 있다.For example, a halogen substituted with an alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, cycloalkyl group, aryl group, heteroaryl group, alkylaryl group, trialkylsilyl group, or aralkyl group included in a polar functional group including a hetero atom is fluorine. (F).
예를 들어, 유기전해액에서 바이사이클릭 설페이트계 화합물은 하기 화학식 2 내지 3으로 표시될 수 있다:For example, the bicyclic sulfate-based compound in the organic electrolyte may be represented by the following formula (2):
<화학식 2>
<화학식 3><
상기 식들에서, B1, B2, B3, B4, D1, 및 D2 은 서로 독립적으로 -C(E1)(E2)-; 카르보닐기; 또는 술피닐(sulfinyl)기이며, E1 및 E2는 서로 독립적으로 수소; 할로겐; 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬기; 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 알케닐기; 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 알키닐기; 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 20의 시클로알케닐기; 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 20의 헤테로사이클릴기; 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴기; 또는 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 헤테로아릴기일 수 있다.In the above formulas, B 1 , B 2 , B 3 , B 4 , D 1 , and D 2 are each independently of the other —C (E 1 ) (E 2 ) —; Carbonyl group; Or a sulfinyl group, and E 1 and E 2 are each independently hydrogen; halogen; An alkyl group having 1 to 20 carbon atoms unsubstituted or substituted with halogen; Alkenyl groups having 2 to 20 carbon atoms unsubstituted or substituted with halogen; An alkynyl group having 2 to 20 carbon atoms which is unsubstituted or substituted with halogen; A cycloalkenyl group having 3 to 20 carbon atoms unsubstituted or substituted with halogen; A heterocyclyl group having 3 to 20 carbon atoms unsubstituted or substituted with halogen; An aryl group having 6 to 40 carbon atoms unsubstituted or substituted with halogen; Or a heteroaryl group having 2 to 40 carbon atoms unsubstituted or substituted with halogen.
예를 들어, 상기 E1 및 E2는 서로 독립적으로 수소; 할로겐; 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기; 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴기; 또는 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 헤테로아릴기일 수 있다.For example, E 1 and E 2 are independently of each other hydrogen; halogen; An alkyl group having 1 to 10 carbon atoms unsubstituted or substituted with halogen; An aryl group having 6 to 40 carbon atoms unsubstituted or substituted with halogen; Or a heteroaryl group having 2 to 40 carbon atoms unsubstituted or substituted with halogen.
예를 들어, 상기 E1 및 E2는 서로 독립적으로 수소, F, Cl, Br, I, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, tert-부틸기, 트리플루오로메틸기, 테트라플루오로에틸기, 페닐기, 나프틸기, 테트라플루오로페닐기, 피롤릴기, 또는 피리디닐기일 수 있다.For example, the E 1 and E 2 are independently of each other hydrogen, F, Cl, Br, I, methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, tert-butyl, trifluoromethyl, tetrafluoro It may be a roethyl group, a phenyl group, a naphthyl group, a tetrafluorophenyl group, a pyrrolyl group, or a pyridinyl group.
예를 들어, 상기 E1 및 E2는 서로 독립적으로 수소, 불소(F), 메틸기, 에틸기, 트리플루오로메틸기, 테트라플루오로에틸기 또는 페닐기일 수 있다.For example, E 1 and E 2 may be independently of each other hydrogen, fluorine (F), methyl group, ethyl group, trifluoromethyl group, tetrafluoroethyl group or phenyl group.
예를 들어, 상기 바이사이클릭 설페이트계 화합물은 하기 화학식 4 내지 5로 표시될 수 있다:For example, the bicyclic sulfate-based compound may be represented by the following
<화학식 4>
<화학식 5><
상기 식들에서, R1, R2, R3, R4, R21, R22, R23, R24, R25, R26, R27, 및 R28 은 서로 독립적으로 수소; 할로겐; 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬기; 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴기; 또는 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 헤테로아릴기일 수 있다.Wherein R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 21 , R 22 , R 23 , R 24 , R 25 , R 26 , R 27 , and R 28 are each independently hydrogen; halogen; An alkyl group having 1 to 20 carbon atoms unsubstituted or substituted with halogen; An aryl group having 6 to 40 carbon atoms unsubstituted or substituted with halogen; Or a heteroaryl group having 2 to 40 carbon atoms unsubstituted or substituted with halogen.
예를 들어, 상기 식들에서, R1, R2, R3, R4, R21, R22, R23, R24, R25, R26, R27, 및 R28 은 서로 독립적으로 수소, F, Cl, Br, I, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, tert-부틸기, 트리플루오로메틸기, 테트라플루오로에틸기, 페닐기, 나프틸기, 테트라플루오로페닐기, 피롤기, 또는 피리딘기일 수 있다.For example, in the above formulas, R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 21 , R 22 , R 23 , R 24 , R 25 , R 26 , R 27 , and R 28 are each independently hydrogen, F, Cl, Br, I, methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group, tert-butyl group, trifluoromethyl group, tetrafluoroethyl group, phenyl group, naphthyl group, tetrafluorophenyl group, pyrrole group, Or a pyridine group.
예를 들어, 상기 식들에서, R1, R2, R3, R4, R21, R22, R23, R24, R25, R26, R27, 및 R28 은 서로 독립적으로 수소, F, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 트리플루오로메틸기, 테트라플루오로에틸기, 또는 페닐기일 수 있다.For example, in the above formulas, R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 21 , R 22 , R 23 , R 24 , R 25 , R 26 , R 27 , and R 28 are each independently hydrogen, F, methyl group, ethyl group, propyl group, trifluoromethyl group, tetrafluoroethyl group, or phenyl group.
구체적으로, 상기 바이사이클릭 설페이트계 화합물은 하기 화학식 6 내지 17로 표시될 수 있다:Specifically, the bicyclic sulfate-based compound may be represented by the
<화학식 6>
<화학식 7><
<화학식 8>
<화학식 9<
<화학식 10> <화학식 11><Formula 10> <Formula 11>
<화학식 12> <화학식 13><Formula 12> <Formula 13>
<화학식 14> <화학식 15><Formula 14> <Formula 15>
<화학식 16> <화학식 17><Formula 16> <Formula 17>
본 명세서에서, "탄소수 a 내지 b"의 a 및 b는 특정 작용기(group)의 탄소수를 의미한다. 즉, 상기 작용기는 a 부터 b까지의 탄소원자를 포함할 수 있다. 예를 들어, "탄소수 1 내지 4의 알킬기"는 1 내지 4의 탄소를 가지는 알킬기, 즉, CH3-, CH3CH2-, CH3CH2CH2-, (CH3)2CH-, CH3CH2CH2CH2-, CH3CH2CH(CH3)- and (CH3)3C-를 의미한다.In this specification, a and b of "carbon number a to b" mean carbon number of a specific group. That is, the functional group may include carbon atoms from a to b. For example, an "alkyl group having 1 to 4 carbon atoms" means an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, that is, CH 3- , CH 3 CH 2- , CH 3 CH 2 CH 2- , (CH 3 ) 2 CH-, CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 —, CH 3 CH 2 CH (CH 3 ) — and (CH 3 ) 3 C—.
특정 라디칼에 대한 명명법은 문맥에 따라 모노라디칼(mon-radical) 또는 디라디칼(di-radical)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 치환기가 나머지 분자에 대하여 두개의 연결지점을 요구하면, 상기 치환기는 디라디칼로 이해되어야 한다. 예를 들어, 2개의 연결지점을 요구하는 알킬기로 특정된 치환기는 -CH2-, -CH2CH2-, -CH2CH(CH3)CH2-, 등과 같은 디라디칼을 포함한다. "아킬렌"과 같은 다른 라디칼 명명법은 명확하게 상기 라디칼이 디라디칼임을 나타낸다.The nomenclature for certain radicals may include mono-radical or di-radical, depending on the context. For example, if a substituent requires two link points for the rest of the molecule, the substituent should be understood as a diradical. For example, substituents specified as alkyl groups that require two linkage points include diradicals, such as —CH 2 — , —CH 2 CH 2 — , —CH 2 CH (CH 3 ) CH 2 — , and the like. Other radical nomenclature, such as "achillene", clearly indicates that the radical is diradical.
본 명세서에서, "알킬기" 또는 "알킬렌기"라는 용어는 분지된 또는 분지되지 않은 지방족 탄화수소기를 의미한다. 일 구현예에서 알킬기는 치환되거나 치환되지 않을 수 있다. 알킬기는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기, 펜틸기, 헥실기, 시클로프로필기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 시클로헵틸기 등을 포함하나 반드시 이들로 한정되지 않으며, 이들 각각은 선택적으로 치환되거나 치환되지 않을 수 있다. 일 구현예에서 알킬기는 1 내지 6의 탄소원자를 가질 수 있다. 예를 들어, 탄소수 1 내지 6의 알킬기는 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소-부틸, sec-부틸, 펜틸, 3-펜틸, 헥실 등일 수 있으나 반드시 이들로 한정되지 않는다.As used herein, the term "alkyl group" or "alkylene group" means a branched or unbranched aliphatic hydrocarbon group. In one embodiment, the alkyl group may be substituted or unsubstituted. Alkyl group includes methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group, isobutyl group, tert-butyl group, pentyl group, hexyl group, cyclopropyl group, cyclopentyl group, cyclohexyl group, cycloheptyl group, etc. It is not necessarily limited to these, each of which may be optionally substituted or unsubstituted. In one embodiment, the alkyl group may have 1 to 6 carbon atoms. For example, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms may be, but is not limited to, methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, iso-butyl, sec-butyl, pentyl, 3-pentyl, hexyl, and the like.
본 명세서에서, "시클로알킬기"라는 용어는 완전히 포화된 카보사이클 고리 또는 고리시스템을 의미한다. 예를 들어, 시클로프로필, 시클로부틸, 시클로펜틸, 시클로헥실을 의미한다.As used herein, the term "cycloalkyl group" means a fully saturated carbocycle ring or ring system. For example, cyclopropyl, cyclobutyl, cyclopentyl, cyclohexyl.
본 명세서에서, "알케닐기"라는 용어는 적어도 하나의 탄소-탄소 이중결합을 포함하는 2 내지 20의 탄소원자를 포함하는 탄화수소기로서 에테닐기, 1-프로페닐기, 2-프로페닐기, 2-메틸-1-프로페닐기, 1-부테닐기, 2-부테닐기, 시클로프로페닐기, 시클로펜테닐기, 시클로헥세닐기, 시클로헵테닐기 등을 포함하나 이들로 한정되지 않는다. 일 구현예에서, 알케닐기는 치환되거나 치환되지 않을 수 있다. 일 구현예에서, 알케닐기는 2 내지 40의 탄소원자를 가질 수 있다.As used herein, the term "alkenyl group" refers to a hydrocarbon group containing 2 to 20 carbon atoms including at least one carbon-carbon double bond, an ethenyl group, 1-propenyl group, 2-propenyl group, 2-methyl- 1-propenyl group, 1-butenyl group, 2-butenyl group, cyclopropenyl group, cyclopentenyl group, cyclohexenyl group, cycloheptenyl group, and the like. In one embodiment, the alkenyl group may be substituted or unsubstituted. In one embodiment, the alkenyl group may have 2 to 40 carbon atoms.
본 명세서에서, "알키닐기"라는 용어는 적어도 하나의 탄소-탄소 삼중결합을 포함하는 2 내지 20의 탄소원자를 포함하는 탄화수소기로서 에티닐기, 1-프로피닐기, 1-부티닐기, 2-부티닐기 등을 포함하나 이들로 한정되지 않는다. 일 구현예에서, 알키닐기는 치환되거나 치환되지 않을 수 있다. 일 구현예에서, 알키닐기는 2 내지 40의 탄소원자를 가질 수 있다.As used herein, the term "alkynyl group" refers to a hydrocarbon group containing 2 to 20 carbon atoms including at least one carbon-carbon triple bond, an ethynyl group, 1-propynyl group, 1-butynyl group, 2-butynyl group And the like, but are not limited to these. In one embodiment, the alkynyl group may be substituted or unsubstituted. In one embodiment, the alkynyl group may have 2 to 40 carbon atoms.
본 명세서에서, "방향족"이라는 용어는 공액(conjugated) 파이 전자 시스템을 가지는 고리 또는 고리 시스템을 의미하며, 탄소고리 방향족(예를 들어, 페닐기) 및 헤테로고리 방향족기 (예를 들어, 피리딘)을 포함한다. 상기 용어는 전체 고리 시스템이 방향족이라면, 단일환고리 또는 융화된 다환고리(즉, 인접하는 원자쌍을 공유하는 고리)를 포함한다.As used herein, the term "aromatic" refers to a ring or ring system having a conjugated pi electronic system, and refers to a carbocyclic aromatic (eg phenyl group) and heterocyclic aromatic group (eg pyridine) Include. The term includes monocyclic or fused polycyclic rings (ie rings that share adjacent pairs of atoms) if the entire ring system is aromatic.
본 명세서에서, "아릴기"라는 용어는 고리 골격이 오직 탄소만을 포함하는 방향족 고리 또는 고리 시스템(즉, 2개의 인접하는 탄소 원자들을 공유하는 2 이상의 융화된(fused) 고리)을 의미한다. 상기 아릴기가 고리 시스템이면, 상기 시스템에서 각각의 고리는 방향족이다. 예를 들어, 아릴기는 페닐기, 비페닐기, 나프틸기, 페날트레닐기(phenanthrenyl), 나프타세닐기(naphthacenyl) 등을 포함하나 이들로 한정되지 않는다. 상기 아릴기는 치환되거나 치환되지 않을 수 있다.As used herein, the term "aryl group" means an aromatic ring or ring system in which the ring backbone contains only carbon (ie, two or more fused rings sharing two adjacent carbon atoms). If the aryl group is a ring system, then each ring in the system is aromatic. For example, aryl groups include, but are not limited to, phenyl groups, biphenyl groups, naphthyl groups, phenanthrenyl groups, naphthacenyl groups, and the like. The aryl group may be substituted or unsubstituted.
본 명세서에서, "헤테로아릴기"라는 용어는 하나의 고리 또는 복수의 융화된 고리를 가지며, 하나 이상의 고리 원자가 탄소가 아닌, 즉 헤테로원자인, 방향족 고리 시스템을 의미한다. 융화된 고리 시스템에서, 하나 이상의 헤테로원자는 오직 하나의 고리에 존재할 수 있다. 예를 들어, 헤테로원자는 산소, 황 및 질소를 포함하나 반드시 이들로 한정되지 않는다. 예를 들어, 헤테로아릴기는 퓨라닐기(furanyl), 티에닐기(thienyl), 이미다졸릴기(imidazolyl), 퀴나졸리닐기(quinazolinyl), 퀴놀리닐기(quinolinyl), 이소퀴놀리닐기(isoquinolinyl), 퀴녹살리닐기(quinoxalinyl), 피리디닐기(pyridinyl), 피롤릴기(pyrrolyl), 옥사졸릴기(oxazolyl), 인돌릴기(indolyl), 등일 수 있으나 이들로 한정되지 않는다.As used herein, the term “heteroaryl group” means an aromatic ring system having one ring or a plurality of fused rings and wherein one or more ring atoms is not carbon, ie a heteroatom. In a fused ring system, one or more heteroatoms may be present in only one ring. For example, heteroatoms include, but are not necessarily limited to, oxygen, sulfur and nitrogen. For example, the heteroaryl group is a furanyl group, a thienyl group, an imidazolyl group, a quinazolinyl group, a quinolinyl group, a quinolinyl group, an isoquinolinyl group, and a quinoxyl group. It may be a salinyl group (quinoxalinyl), pyridinyl (pyridinyl), pyrrolyl (pyrrolyl), oxazolyl group (oxazolyl), indolyl group, and the like, but is not limited thereto.
본 명세서에서, "아랄킬기", "알킬아릴기"라는 용어는 탄소수 7 내지 14의 아랄킬기 등과 같이, 알킬렌기를 경유하여 치환기로서 연결된 아릴기를 의미하며, 벤질기, 2-페닐에틸기, 3-페닐프로필기, 나프틸알킬기를 포함하나 이들로 한정되지 않는다. 일 구현에에서, 알킬렌기는 저급 알킬렌기(즉, 탄소수 1 내지 4의 알킬렌기)이다.As used herein, the term "aralkyl group" and "alkylaryl group" means an aryl group connected as a substituent via an alkylene group, such as an aralkyl group having 7 to 14 carbon atoms, and the like. Benzyl group, 2-phenylethyl group, 3- Phenylpropyl group, naphthylalkyl group, but not limited to these. In one embodiment, the alkylene group is a lower alkylene group (ie, an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms).
본 명세서에서, "시클로알케닐기"는 하나 이상의 이중결합을 가지는 카보사이틀 고리 또는 고리시스템으로서, 방향족 고리가 없는 고리 시스템이다. 예를 들어, 시클로헥세닐기이다.As used herein, a "cycloalkenyl group" is a carbocyclic ring or ring system having one or more double bonds, which is a ring system without an aromatic ring. For example, it is a cyclohexenyl group.
본 명세서에서 "헤테로사이클릴기"는 고리 골격에 하나 이상의 헤테로원자를 포함하는 비방향족 고리 또는 고리시스템이다.A "heterocyclyl group" herein is a non-aromatic ring or ring system comprising one or more heteroatoms in the ring backbone.
본 명세서에서 "할로겐"은 원소주기율표의 17족에서 속하는 안정한 원소로서 예를 들어, 불소, 염소, 브롬 또는 요오드이며, 특히 불소 및/또는 염소이다."Halogen" as used herein is a stable element belonging to Group 17 of the Periodic Table of the Elements, for example fluorine, chlorine, bromine or iodine, in particular fluorine and / or chlorine.
본 명세서에서, 치환기는 치환되지 않는 모그룹(mother group)에서 하나 이상의 수소가 다른 원자나 작용기를 교환됨에 의하여 유도된다. 다르게 기재하지 않으면, 어떠한 작용기가 "치환된"것으로 여겨질 때, 그것은 상기 작용기가 탄소수 1 내지 40의 알킬기, 탄소수 2 내지 40의 알케닐기, 탄소수 3 내지 40의 시클로알킬기, 탄소수 3 내지 40의 시클로알케닐기, 탄소수 1 내지 40의 알킬기, 탄소수 7 내지 40의 아릴기에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치횐됨을 의미한다. 작용기가 "선택적으로 치환된다"고 기재되는 경우에, 상기 작용기가 상술한 치환기로 치환될 수 있다는 것을 의미한다.In the present specification, a substituent is derived by exchanging one or more hydrogens in another group or group in an unsubstituted mother group. Unless stated otherwise, when any functional group is considered to be "substituted," it is an alkyl group having 1 to 40 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 40 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3 to 40 carbon atoms, a cycloalkyl having 3 to 40 carbon atoms. It is substituted with one or more substituents selected from alkenyl groups, alkyl groups having 1 to 40 carbon atoms, and aryl groups having 7 to 40 carbon atoms. When a functional group is described as "optionally substituted," it is meant that the functional group can be substituted with the substituents described above.
유기전해액에서 첨가제인 화학식 1로 표시되는 바이사이클릭 설페이트계 화합물의 함량은 유기전해액 총 중량을 기준으로 0.01 내지 10 중량%일 수 있으나, 반드시 이러한 범위로 한정되는 것은 아니며 필요에 따라 적절한 양이 사용될 수 있다. 예를 들어, 유기전해액에서 바이사이클릭 설페이트계 화합물의 함량은 유기전해액 총 중량을 기준으로 0.1 내지 10 중량%일 수 있다. 예를 들어, 상기 유기전해액에서 바이사이클릭 설페이트계 화합물의 함량은 유기전해액 총 중량을 기준으로 0.1 내지 7 중량%일 수 있다. 예를 들어, 상기 유기전해액에서 바이사이클릭 설페이트계 화합물의 함량은 유기전해액 총 중량을 기준으로 0.1 내지 5 중량%일 수 있다. 예를 들어, 상기 유기전해액에서 바이사이클릭 설페이트계 화합물의 함량은 유기전해액 총 중량을 기준으로 0.1 내지 3 중량%일 수 있다. 예를 들어, 상기 유기전해액에서 바이사이클릭 설페이트계 화합물의 함량은 유기전해액 총 중량을 기준으로 0.1 내지 2 중량%일 수 있다. 예를 들어, 상기 유기전해액에서 바이사이클릭 설페이트계 화합물의 함량은 유기전해액 총 중량을 기준으로 0.2 내지 1.5 중량%일 수 있다. 상기 함량 범위 내에서 더욱 향상된 전지 특성이 얻어질 수 있다.The content of the bicyclic sulfate-based compound represented by
유기전해액에서 제1 리튬염은 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, LiC4F9SO3, LiAlO2, LiAlCl4, LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)(2≤x≤20, 2≤y≤20), LiCl 및 LiI로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.In the organic electrolyte, the first lithium salt is LiPF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAsF 6 , LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, LiC 4 F 9 SO 3 , LiAlO 2 , LiAlCl 4 , LiN (C × F 2x + 1 SO 2 ) (C y F 2y + 1 SO 2 ) ( 2 ≦ x ≦ 20, 2 ≦ y ≦ 20), LiCl, and LiI. have.
유기전해액에서 제1 리튬염의 농도는 0.01 내지 2.0 M 일 수 있으나, 반드시 이러한 범위로 한정되는 것은 아니며 필요에 따라 적절한 농도가 사용될 수 있다. 상기 농도 범위 내에서 더욱 향상된 전지 특성이 얻어질 수 있다.The concentration of the first lithium salt in the organic electrolyte solution may be 0.01 to 2.0 M, but is not necessarily limited to this range and an appropriate concentration may be used if necessary. Further improved battery characteristics can be obtained within this concentration range.
유기전해액에서 유기용매는 저비점용매를 포함할 수 있다. 상기 저비점용매는 25℃, 1기압에서 비점이 200℃ 이하인 용매를 의미한다.In the organic electrolyte solution, the organic solvent may include a low boiling point solvent. The low boiling point solvent means a solvent having a boiling point of 200 ° C. or lower at 25 ° C. and 1 atmosphere.
예를 들어, 유기용매는 디알킬카보네이트, 고리형카보네이트, 선형 또는 고리형 에스테르, 선형 또는 고리형 아미드, 지방족 니트릴, 선형 또는 고리형 에테르 및 이들의 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.For example, the organic solvent may include one or more selected from the group consisting of dialkyl carbonates, cyclic carbonates, linear or cyclic esters, linear or cyclic amides, aliphatic nitriles, linear or cyclic ethers and derivatives thereof. Can be.
보다 구체적으로, 유기용매는 디메틸카보네이트(DMC), 에틸메틸카보네이트(EMC), 메틸프로필카보네이트, 에틸프로필카보네이트, 디에틸카보네이트(DEC), 디프로필카보네이트, 프로필렌카보네이트(PC), 에틸렌카보네이트(EC), 부틸렌카보네이트, 에틸프로피오네이트, 에틸부티레이트, 아세토니트릴, 석시노니트릴(SN), 디메틸술폭사이드, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, 감마-발레로락톤, 감마-부티로락톤 및 테트라하이드로퓨란으로 구성된 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있으나 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 사용될 수 있는 저비점용매라면 모두 가능하다.More specifically, the organic solvent is dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), methyl propyl carbonate, ethyl propyl carbonate, diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate, propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC) , Butylene carbonate, ethyl propionate, ethyl butyrate, acetonitrile, succinitrile (SN), dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, dimethylacetamide, gamma-valerolactone, gamma-butyrolactone and tetrahydrofuran It may include one or more selected from the group consisting of, but not necessarily limited to any low-solvent solvent that can be used in the art is possible.
상술한 유기 전해액은 바이사이클릭 설페이트계 화합물 외에 다른 첨가제를 추가적으로 포함할 수 있다. 다른 첨가제를 추가적으로 포함함에 의하여 리튬전지의 성능이 더욱 향상될 수 있다.The organic electrolyte described above may further include other additives in addition to the bicyclic sulfate-based compound. By further including other additives, the performance of the lithium battery may be further improved.
유기전해액이 추가적으로 포함하는 첨가제는 고리형 카보네이트 화합물, 제2 리튬염 등일 수 있다.The additive additionally included in the organic electrolyte may be a cyclic carbonate compound, a second lithium salt, or the like.
예를 들어, 유기전해액은 첨가제로서 고리형 카보네이트 화합물을 추가적으로 포함할 수 있다. 첨가제로 사용되는 고리형 카보네이트 화합물은 비닐렌 카보네이트(VC); 할로겐, 시아노기(CN) 및 니트로기(NO2) 중에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환된 비닐렌 카보네이트; 비닐에틸렌 카보네이트(VEC); 할로겐, 시아노기(CN) 및 니트로기(NO2) 중에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환된 비닐에틸렌 카보네이트; 플루오로에틸렌 카보네이트(FEC); 및 할로겐, 시아노기(CN) 및 니트로기(NO2) 중에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환된 플루오로에틸렌 카보네이트; 중에서 선택될 수 있다. 유기전해액이 첨가제로서 고리형 카보네이트 화합물을 추가적으로 포함함에 의하여 유기전해액을 채용하는 리튬전지의 충방전 특성이 더욱 향상될 수 있다.For example, the organic electrolyte may further include a cyclic carbonate compound as an additive. Cyclic carbonate compounds used as additives include vinylene carbonate (VC); Vinylene carbonate substituted with one or more substituents selected from halogen, cyano group (CN) and nitro group (NO 2 ); Vinyl ethylene carbonate (VEC); Vinylethylene carbonate substituted with one or more substituents selected from halogen, cyano group (CN) and nitro group (NO 2 ); Fluoroethylene carbonate (FEC); And fluoroethylene carbonate substituted with one or more substituents selected from halogen, cyano group (CN) and nitro group (NO 2 ); Can be selected from. As the organic electrolyte further includes a cyclic carbonate compound as an additive, the charge and discharge characteristics of the lithium battery employing the organic electrolyte may be further improved.
유기전해액에서 고리형 카보네이트계 화합물의 함량이 상기 유기전해액 총 중량을 기준으로 0.01 내지 5 중량%일 수 있으나, 반드시 이러한 범위로 한정되는 것은 아니며 필요에 따라 적절한 양이 사용될 수 있다. 예를 들어, 유기전해액에서 고리형 카보네이트계 화합물의 함량은 유기전해액 총 중량을 기준으로 0.1 내지 5 중량%일 수 있다. 예를 들어, 상기 유기전해액에서 고리형 카보네이트계 화합물의 함량은 유기전해액 총 중량을 기준으로 0.1 내지 4 중량%일 수 있다. 예를 들어, 상기 유기전해액에서 고리형 카보네이트계 화합물의 함량은 유기전해액 총 중량을 기준으로 0.1 내지 3 중량%일 수 있다. 예를 들어, 상기 유기전해액에서 고리형 카보네이트계 화합물의 함량은 유기전해액 총 중량을 기준으로 0.1 내지 2 중량%일 수 있다. 예를 들어, 상기 유기전해액에서 고리형 카보네이트계 화합물의 함량은 유기전해액 총 중량을 기준으로 0.2 내지 2 중량%일 수 있다. 예를 들어, 상기 유기전해액에서 고리형 카보네이트계 화합물의 함량은 유기전해액 총 중량을 기준으로 0.2 내지 1.5 중량%일 수 있다. 상기 함량 범위 내에서 더욱 향상된 전지 특성이 얻어질 수 있다.The content of the cyclic carbonate-based compound in the organic electrolyte may be 0.01 to 5% by weight based on the total weight of the organic electrolyte, but is not necessarily limited to this range and may be used in an appropriate amount as necessary. For example, the content of the cyclic carbonate-based compound in the organic electrolyte may be 0.1 to 5% by weight based on the total weight of the organic electrolyte. For example, the content of the cyclic carbonate-based compound in the organic electrolyte may be 0.1 to 4% by weight based on the total weight of the organic electrolyte. For example, the content of the cyclic carbonate-based compound in the organic electrolyte may be 0.1 to 3% by weight based on the total weight of the organic electrolyte. For example, the content of the cyclic carbonate-based compound in the organic electrolyte may be 0.1 to 2% by weight based on the total weight of the organic electrolyte. For example, the content of the cyclic carbonate-based compound in the organic electrolyte may be 0.2 to 2% by weight based on the total weight of the organic electrolyte. For example, the content of the cyclic carbonate-based compound in the organic electrolyte may be 0.2 to 1.5% by weight based on the total weight of the organic electrolyte. Further improved battery characteristics can be obtained within this content range.
예를 들어, 유기전해액은 첨가제로서 제2 리튬염을 추가적으로 포함할 수 있다. 제2 리튬염은 제1 리튬염과 구별되는 리튬염으로서 음이온이 옥살레이트(oxalate), PO2F2-, N(SO2F)2- 등일 수 있다. 예를 들어, 제2 리튬염은 하기 화학식 18 내지 25로 표시되는 화합물일 수 있다:For example, the organic electrolyte may further include a second lithium salt as an additive. The second lithium salt is a lithium salt that is distinguished from the first lithium salt, and the anion may be oxalate, PO 2 F 2- , N (SO 2 F) 2-, or the like. For example, the second lithium salt may be a compound represented by the following Chemical Formulas 18 to 25:
<화학식 18> <화학식 19><Formula 18> <Formula 19>
<화학식 20> <화학식 21><Formula 20> <Formula 21>
<화학식 22> <화학식 23><Formula 22> <Formula 23>
<화학식 24> <화학식 25><Formula 24> <Formula 25>
유기전해액에서 제2 리튬염의 함량은 상기 유기전해액 종 중량을 기준으로 0.1 내지 5 중량%일 수 있으나, 반드시 이러한 범위로 한정되는 것은 아니며 필요에 따라 적절한 양이 사용될 수 있다. 예를 들어, 유기전해액에서 제2 리튬염의 함량은 유기전해액 총 중량을 기준으로 0.1 내지 5 중량%일 수 있다. 예를 들어, 상기 유기전해액에서 제2 리튬염의 함량은 유기전해액 총 중량을 기준으로 0.1 내지 4 중량%일 수 있다. 예를 들어, 상기 유기전해액에서 제2 리튬염의 함량은 유기전해액 총 중량을 기준으로 0.1 내지 3 중량%일 수 있다. 예를 들어, 상기 유기전해액에서 제2 리튬염의 함량은 유기전해액 총 중량을 기준으로 0.1 내지 2 중량%일 수 있다. 예를 들어, 상기 유기전해액에서 제2 리튬염의 함량은 유기전해액 총 중량을 기준으로 0.2 내지 2 중량%일 수 있다. 예를 들어, 상기 유기전해액에서 제2 리튬염의 함량은 유기전해액 총 중량을 기준으로 0.2 내지 1.5 중량%일 수 있다. 상기 함량 범위 내에서 더욱 향상된 전지 특성이 얻어질 수 있다.The content of the second lithium salt in the organic electrolyte solution may be 0.1 to 5% by weight based on the weight of the organic electrolyte solution species, but is not necessarily limited to this range and an appropriate amount may be used if necessary. For example, the content of the second lithium salt in the organic electrolyte may be 0.1 to 5 wt% based on the total weight of the organic electrolyte. For example, the content of the second lithium salt in the organic electrolyte may be 0.1 to 4% by weight based on the total weight of the organic electrolyte. For example, the content of the second lithium salt in the organic electrolyte may be 0.1 to 3% by weight based on the total weight of the organic electrolyte. For example, the content of the second lithium salt in the organic electrolyte may be 0.1 to 2% by weight based on the total weight of the organic electrolyte. For example, the content of the second lithium salt in the organic electrolyte may be 0.2 to 2% by weight based on the total weight of the organic electrolyte. For example, the content of the second lithium salt in the organic electrolyte may be 0.2 to 1.5 wt% based on the total weight of the organic electrolyte. Further improved battery characteristics can be obtained within this content range.
유기전해액은 액체 또는 겔 상태일 수 있다. 유기전해액은 상술한 유기용매에 제1 리튬염 및 상술한 첨가제를 첨가하여 제조될 수 있다.The organic electrolyte may be in liquid or gel state. The organic electrolyte may be prepared by adding the first lithium salt and the above-mentioned additives to the organic solvent.
다른 구현예에 따른 리튬전지는 양극; 음극 및 상기에 따른 유기전해액을 포함한다. 리튬전지는 그 형태가 특별히 제한되지는 않으며, 리튬이온전지, 리튬이온폴리머전지, 리튬설퍼전지 등과 같은 리튬이차전지는 물론, 리튬일차 전지도 포함한다.Lithium battery according to another embodiment of the positive electrode; A negative electrode and the organic electrolytic solution according to the above are included. The lithium battery is not particularly limited in form, and includes lithium secondary batteries as well as lithium primary batteries such as lithium ion batteries, lithium ion polymer batteries, lithium sulfur batteries, and the like.
예를 들어, 리튬전지에서 음극은 흑연을 포함할 수 있다. 예를 들어, 리튬전지에서 양극이 니켈 함유 층상구조 리튬전이금속 산화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 리튬전지는 3.80V 이상 의 고전압을 가질 수 있다. 예를 들어, 리튬전지는 4.0V 이상 의 고전압을 가질 수 있다. 예를 들어, 리튬전지는 4.35V 이상 의 고전압을 가질 수 있다.For example, in a lithium battery, the negative electrode may include graphite. For example, in a lithium battery, the anode may include a nickel-containing layered lithium transition metal oxide. For example, lithium battery is more than 3.80V It can have a high voltage of. For example, lithium battery is more than 4.0V It can have a high voltage of. For example, a lithium battery is more than 4.35V It can have a high voltage of.
예를 들어, 리튬전지는 다음과 같은 방법에 의하여 제조될 수 있다.For example, the lithium battery may be manufactured by the following method.
먼저 양극이 준비된다.First, the anode is prepared.
예를 들어, 양극활물질, 도전재, 바인더 및 용매가 혼합된 양극활물질 조성물이 준비된다. 상기 양극활물질 조성물이 금속 집전체 위에 직접 코팅되어 양극판이 제조된다. 다르게는, 상기 양극활물질 조성물이 별도의 지지체 상에 캐스팅된 다음, 상기 지지체로부터 박리된 필름이 금속 집전체상에 라미네이션되어 양극판이 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 material, a binder, and a solvent are mixed is prepared. The cathode active material composition is directly coated on a metal current collector to prepare a cathode plate. 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 a metal current collector to prepare a cathode plate. The anode is not limited to the above enumerated forms and may be in any form other than the foregoing.
상기 양극활물질은 리튬함유 금속산화물로서, 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이면 제한 없이 모두 사용될 수 있다. 예를 들어, 코발트, 망간, 니켈, 및 이들의 조합에서 선택되는 금속과 리튬과의 복합 산화물 중 1종 이상의 것을 사용할 수 있으며, 그 구체적인 예로는, 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 사용할 수 있다:The positive electrode active material is a lithium-containing metal oxide, any one of those commonly used in the art can be used without limitation. For example, one or more of a complex oxide of metal and lithium selected from cobalt, manganese, nickel, and combinations thereof may be used, and specific examples thereof include Li a A 1-b B b D 2 (the Wherein 0.90 ≦ a ≦ 1.8, and 0 ≦ b ≦ 0.5); Li a E 1-b B b 0 2-c D c (wherein 0.90 ≦ a ≦ 1.8, 0 ≦ b ≦ 0.5, 0 ≦ c ≦ 0.05); LiE 2-b B b 0 4-c D c (wherein 0 ≦ b ≦ 0.5, 0 ≦ c ≦ 0.05); Li a Ni 1-bc Co b B c D α (wherein 0.90 ≦ a ≦ 1.8, 0 ≦ b ≦ 0.5, 0 ≦ c ≦ 0.05, and 0 <α ≦ 2); Li a Ni 1-bc Co b B c 0 2-α F α (wherein 0.90 ≦ a ≦ 1.8, 0 ≦ b ≦ 0.5, 0 ≦ c ≦ 0.05, and 0 <α <2); Li a Ni 1-bc Co b B c O 2-α F 2 (wherein 0.90 ≦ a ≦ 1.8, 0 ≦ b ≦ 0.5, 0 ≦ c ≦ 0.05, and 0 <α <2); Li a Ni 1-bc Mn b B c D α (wherein 0.90 ≦ a ≦ 1.8, 0 ≦ b ≦ 0.5, 0 ≦ c ≦ 0.05, and 0 <α ≦ 2); Li a Ni 1-bc Mn b B c O 2-α F α (wherein 0.90 ≦ a ≦ 1.8, 0 ≦ b ≦ 0.5, 0 ≦ c ≦ 0.05, and 0 <α <2); Li a Ni 1-bc Mn b B c O 2-α F 2 (wherein 0.90 ≦ a ≦ 1.8, 0 ≦ b ≦ 0.5, 0 ≦ c ≦ 0.05, and 0 <α <2); 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 (wherein 0.90 ≦ a ≦ 1.8 and 0.001 ≦ b ≦ 0.1); Li a CoG b O 2 (wherein 0.90 ≦ a ≦ 1.8 and 0.001 ≦ b ≦ 0.1); Li a MnG b O 2 (wherein 0.90 ≦ a ≦ 1.8 and 0.001 ≦ b ≦ 0.1); Li a Mn 2 G b O 4 (wherein 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); Compounds represented by any of the formulas of LiFePO 4 can be used:
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, rare earth elements or combinations 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 a combination 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, 2), LiNi1-xMnxO2x(0<x<1), LiNi1-x-yCoxMnyO2 (0≤x≤0.5, 0≤y≤0.5), LiFePO4 등이다.For example, LiCoO 2 , LiMn x O 2x (x = 1, 2), LiNi 1-x Mn x O 2x (0 <x <1), LiNi 1-xy Co x Mn y O 2 (0 ≦ x ≦ 0.5, 0 ≦ y ≦ 0.5), LiFePO 4, and the like.
물론 리튬함유 금속산화물 표면에 코팅층을 갖는 것을 양극활물질로 사용할 수 있고, 또는 리튬함유 금속산화물과 리튬함유 금속산화물 표면에 코팅층을 갖는 화합물을 혼합하여 사용할 수도 있다. 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. 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, those having a coating layer on the surface of the lithium-containing metal oxide may be used as the cathode active material, or may be used by mixing a compound having a coating layer on the surface of the lithium-containing metal oxide and the lithium-containing metal oxide. The coating layer may comprise a coating element compound of oxide of coating element, hydroxide, oxy hydroxide of coating element, oxycarbonate of coating element, or hydroxycarbonate of coating element. The compounds constituting these coating layers may be amorphous or crystalline. As the coating element included in the coating layer, Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, V, Sn, Ge, Ga, B, As, Zr or a mixture thereof may be used. The coating layer forming process may use any coating method as long as it can be coated with the above compounds by a method that does not adversely affect the physical properties of the positive electrode active material (for example, spray coating or dipping method). Detailed descriptions thereof will be omitted since they can be understood by those skilled in the art.
도전재로는 카본블랙, 흑연미립자 등이 사용될 수 있으나, 이들로 한정되지 않으며, 당해 기술분야에서 도전재로 사용될 수 있는 것이라면 모두 사용될 수 있다.Carbon black, graphite fine particles, etc. may be used as the conductive material, but is not limited thereto. Any conductive material may be used as long as it can be used as a conductive material in the art.
바인더로는 비닐리덴 플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌 및 그 혼합물 또는 스티렌 부타디엔 고무계 폴리머 등이 사용될 수 있으나, 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 바인더로 사용될 수 있는 것이라면 모두 사용될 수 있다.Examples of the binder include vinylidene fluoride / hexafluoropropylene copolymer, polyvinylidene fluoride (PVDF), polyacrylonitrile, polymethylmethacrylate, polytetrafluoroethylene and mixtures thereof, or styrene butadiene rubber-based polymers. It can be used, but not limited to these, any one that can be used as a binder in the art can be used.
용매로는 N-메틸피롤리돈, 아세톤 또는 물 등이 사용될 수 있으나, 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 사용될 수 있는 것이라면 모두 사용될 수 있다.As the solvent, N-methylpyrrolidone, acetone or water may be used, but not limited thereto, and any solvent may be used as long as it can be used in the art.
양극 활물질, 도전재, 바인더 및 용매의 함량은 리튬 전지에서 통상적으로 사용되는 수준이다. 리튬전지의 용도 및 구성에 따라 상기 도전재, 바인더 및 용매 중 하나 이상이 생략될 수 있다.The content of the positive electrode active material, the conductive material, the binder, and the solvent is at a level commonly used in lithium batteries. At least one of the conductive material, the binder, and the solvent may be omitted according to the use and configuration of the lithium battery.
다음으로 음극이 준비된다.Next, a cathode is prepared.
예를 들어, 음극활물질, 도전재, 바인더 및 용매를 혼합하여 음극활물질 조성물이 준비된다. 상기 음극활물질 조성물이 금속 집전체 상에 직접 코팅 및 건조되어 음극판이 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 material, a binder, and a solvent. The negative electrode active material composition is directly coated and dried on a metal current collector to prepare a negative electrode plate. Alternatively, the negative electrode active material composition may be cast on a separate support, and then a film peeled from the support may be laminated on a metal current collector to prepare a negative electrode plate.
음극활물질은 당해 기술분야에서 리튬전지의 음극활물질로 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다. 예를 들어, 리튬 금속, 리튬과 합금 가능한 금속, 전이금속 산화물, 비전이금속산화물 및 탄소계 재료로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.The negative electrode active material may be used as long as it can be used as a negative electrode active material of a lithium battery in the art. For example, it may include one or more selected from the group consisting of lithium metal, a metal alloyable with lithium, a transition metal oxide, a non-transition metal oxide, and a carbon-based material.
예를 들어, 상기 리튬과 합금가능한 금속은 Si, Sn, Al, Ge, Pb, Bi, Sb Si-Y 합금(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 전이금속, 희토류 원소 또는 이들의 조합 원소이며, Si는 아님), Sn-Y 합금(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 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, Ti, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Po, 또는 이들의 조합일 수 있다.For example, the metal alloyable with lithium is Si, Sn, Al, Ge, Pb, Bi, Sb Si-Y alloy (The Y is an alkali metal, alkaline earth metal, group 13 element, group 14 element, transition metal, rare earth Element or a combination thereof, not Si), Sn-Y alloy (Y is an alkali metal, alkaline earth metal, group 13 element, group 14 element, transition metal, rare earth element or combination thereof, and not Sn. ) And the like. As the element Y, 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, Ti, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Po, or a combination thereof.
예를 들어, 전이금속 산화물은 리튬 티탄 산화물, 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물 등일 수 있다.For example, the transition metal oxide may be lithium titanium oxide, vanadium oxide, lithium vanadium oxide, or the like.
예를 들어, 비전이금속 산화물은 SnO2, SiOx(0<x<2) 등일 수 있다. For example, the non-transition metal oxide may be SnO 2 , SiO x (0 <x <2), or the like.
예를 들어, 탄소계 재료로는 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 상기 결정질 탄소는 무정형, 판상, 린편상(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.For example, the carbonaceous material may be crystalline carbon, amorphous carbon or a mixture thereof. The crystalline carbon may be graphite such as amorphous, plate-like, flake, spherical or fibrous natural graphite or artificial graphite, and the amorphous carbon may be soft carbon (low temperature calcined carbon) or hard carbon (hard). carbon, mesophase pitch carbide, calcined coke, and the like.
음극활물질 조성물에서 도전재 및 바인더는 상기 양극활물질 조성물의 경우와 동일한 것을 사용할 수 있다.In the negative electrode active material composition, the conductive material and the binder may be the same as in the case of the positive electrode active material composition.
음극활물질, 도전재, 바인더 및 용매의 함량은 리튬 전지에서 통상적으로 사용하는 수준이다. 리튬전지의 용도 및 구성에 따라 상기 도전재, 바인더 및 용매 중 하나 이상이 생략될 수 있다.The content of the negative electrode active material, the conductive material, the binder, and the solvent is at a level commonly used in lithium batteries. At least one of the conductive material, the binder, and the solvent may be omitted according to the use and configuration of the lithium battery.
다음으로, 양극과 음극 사이에 삽입될 세퍼레이터가 준비된다.Next, a separator to be inserted between the positive electrode and the negative electrode is prepared.
세퍼레이터는 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 세퍼레이터가 사용되며, 리튬이온폴리머전지에는 유기전해액 함침 능력이 우수한 세퍼레이터가 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 세퍼레이터는 하기 방법에 따라 제조될 수 있다.The separator can be used as long as it is commonly used in lithium batteries. A low resistance to the ion migration of the electrolyte and excellent in the ability to hydrate the electrolyte can be used. For example, it is selected from glass fiber, polyester, Teflon, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene (PTFE), or a combination thereof, and may be in a nonwoven or woven form. For example, a rollable separator such as polyethylene or polypropylene may be used for a lithium ion battery, and a separator having excellent organic electrolyte solution impregnation ability may be used for a lithium ion polymer battery. For example, the separator may be manufactured according to the following method.
고분자 수지, 충진제 및 용매를 혼합하여 세퍼레이터 조성물이 준비된다. 세퍼레이터 조성물이 전극 상부에 직접 코팅 및 건조되어 세퍼레이터가 형성될 수 있다. 또는, 세퍼레이터 조성물이 지지체상에 캐스팅 및 건조된 후, 상기 지지체로부터 박리시킨 세퍼레이터 필름이 전극 상부에 라미네이션되어 세퍼레이터가 형성될 수 있다.A separator composition is prepared by mixing a polymer resin, a filler, and a solvent. The separator composition may be directly coated and dried on top of the electrode to form a separator. Alternatively, after the separator composition is cast and dried on the support, the separator film separated from the support may be laminated on the electrode to form a separator.
세퍼레이터 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 for preparing the separator is not particularly limited, and any materials 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 and the like can be used.
다음으로, 상술한 유기전해액이 준비된다.Next, the above-mentioned organic electrolyte solution is prepared.
도 7에서 보여지는 바와 같이 상기 리튬전지(1)는 양극(3), 음극(2) 및 세퍼레이터(4)를 포함한다. 상술한 양극(3), 음극(2) 및 세퍼레이터(4)가 와인딩되거나 접혀서 전지케이스(5)에 수용된다. 이어서, 상기 전지케이스(5)에 유기전해액이 주입되고 캡(cap) 어셈블리(6)로 밀봉되어 리튬전지(1)가 완성된다. 상기 전지케이스는 원통형, 각형, 박막형 등일 수 있다.As shown in FIG. 7, the
양극 및 음극 사이에 세퍼레이터가 배치되어 전지구조체가 형성될 수 있다. 전지구조체가 바이셀 구조로 적층된 다음, 유기 전해액에 함침되고, 얻어진 결과물이 파우치에 수용되어 밀봉되면 리튬전지가 완성된다.The separator may be disposed between the positive electrode and the negative electrode to form a battery structure. The battery structure is stacked in a bi-cell structure, and then impregnated in the organic electrolyte, and the resultant is accommodated in a pouch and sealed to complete the lithium battery.
전지구조체는 복수개 적층되어 전지팩을 형성하고, 이러한 전지팩이 고용량 및 고출력이 요구되는 모든 기기에 사용될 수 있다. 예를 들어, 노트북, 스마트폰, 전기차량 등에 사용될 수 있다.A plurality of battery structures are stacked to form a battery pack, and the battery pack may be used in any device requiring high capacity and high power. For example, it can be used in notebooks, smartphones, electric vehicles and the like.
또한, 상기 리튬전지는 수명특성 및 고율특성이 우수하므로 전기차량(electric vehicle, EV)에 사용될 수 있다. 예를 들어, 플러그인하이브리드차량(plug-in hybrid electric vehicle, PHEV) 등의 하이브리드차량에 사용될 수 있다. 또한, 많은 양의 전력 저장이 요구되는 분야에 사용될 수 있다. 예를 들어, 전기 자전거, 전동 공구 등에 사용될 수 있다.In addition, the lithium battery may be used in an electric vehicle (EV) because of its excellent life characteristics and high rate characteristics. For example, it may be used in a hybrid vehicle such as a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV). It can also be used in applications where a large amount of power storage is required. For example, it can be used for electric bicycles, power tools and the like.
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 is described in more detail through the following examples and comparative examples. However, the examples are provided to illustrate the present invention, and the scope of the present invention is not limited only to these examples.
(첨가제의 합성)(Synthesis of additives)
제조예 1: 하기 화학식 3의 화합물 합성Preparation Example 1 Synthesis of Compound of
하기 화학식 3의 화합물은 하기 반응 스킴 1에 따라 제조될 수 있다.The compound of
<반응 스킴 1><
(화합물 A의 합성)(Synthesis of Compound A)
테트라하이드로퓨란(THF)과 디클로로메탄(DCM, CH2Cl2)의 1:1 부피비 혼합 용매에 펜타에리스리톨(pentaerythritol) 68.0 g (0.499 mol) 및 분자체(molecular sieve, Type 4A) 100 g을 투입하고, 20 분 동안 환류시켰다(reflux). 이어서, 염화티오닐(SOCl2) 110 ml (2.8 equiv., 1.40 mol)를 첨가하고, 펜타에리스리톨이 모두 반응할 때까지 8시간 동안 환류시켜 연노란색(light yellow) 용액을 얻었다. 얻어진 연노란색 용액을 여과 및 농축하여 연노란색 고체를 포함하는 잔류물(residue)이 얻었다. 얻어진 잔류물(residue)에 포화 탄산수소나트륨(saturated NaHCO3) 용액 1L를 기포(effervescence)를 최소화하는 속도로 직접 첨가하여 현탁액을 얻었다. 얻어진 현탁액(suspension)을 격렬하게(vigorously) 20분 동안 교반하였다(stirred). 이어서, 현탁액을 여과하고, 여과된 고체를 정제수 1L에 첨가하여 혼합물을 준비하였다. 준비된 혼합물을 20분 동안 격렬하게 교반한 후, 감압여과(suction filtration)하고 공기 중에서 건조시켜 화합물 A 104.61g (0.458 mol, 수율 92%)을 회수하였다.68.0 g (0.499 mol) of pentaerythritol and 100 g of molecular sieve (Type 4A) were added to a 1: 1 volume ratio mixed solvent of tetrahydrofuran (THF) and dichloromethane (DCM, CH 2 Cl 2 ). And reflux for 20 minutes. Then, 110 ml (2.8 equiv., 1.40 mol) of thionyl chloride (SOCl 2 ) were added and refluxed for 8 hours until all pentaerythritol was reacted to obtain a light yellow solution. The resulting pale yellow solution was filtered and concentrated to give a residue containing a pale yellow solid. 1 L of saturated sodium hydrogen carbonate (saturated NaHCO 3 ) solution was added directly to the obtained residue at a rate that minimizes effervescence to obtain a suspension. The resulting suspension was stirred vigorously for 20 minutes. The suspension was then filtered and the filtered solid was added to 1 L of purified water to prepare a mixture. The prepared mixture was stirred vigorously for 20 minutes, then filtered through suction and dried in air to recover 104.61 g (0.458 mol, 92%) of compound A.
화합물 A의 1H 및 13C NMR 데이터는 문헌값과 일치하였다.1 H and 13 C NMR data of Compound A were in agreement with literature values.
(화합물 B의 합성)(Synthesis of Compound B)
상기 반응 스킴 1에 표시된 바와 같이, Canadian Journal of Chemistry, 79, 2001, page 1042에 개시된 방법에 따라 화합물 A 로부터 화학식 6으로 표시되는 화합물 B 를 합성하였다.As indicated in
합성된 화합물을 1,2-디클로로에탄과 아세토나이트릴의 2:1 부피비 혼합 용매에서 재결정하여 전해액 제조에 사용하였다.The synthesized compound was recrystallized in a mixed solvent of 1,2-dichloroethane and acetonitrile in a 2: 1 volume ratio, and used for preparing an electrolyte solution.
<화학식 6><
(유기전해액의 제조)(Production of organic electrolyte)
실시예 1: SEI-1316 1.0wt%Example 1: 1.0 wt% of SEI-1316
에틸렌카보네이트(EC), 에틸메틸카보네이트(EMC) 및 디에틸카보네이트(DEC)의 3:5:2 부피비 혼합용매에, 리튬염으로 0.90M LiPF6 및 하기 화학식 6으로 표시되는 화합물 1중량%를 첨가하여 유기전해액을 제조하였다.To a 3: 5: 2 volume ratio mixed solvent of ethylene carbonate (EC), ethyl methyl carbonate (EMC) and diethyl carbonate (DEC), 0.90 M LiPF 6 and 1% by weight of a compound represented by the following formula (6) are added as a lithium salt: To prepare an organic electrolyte solution.
<화학식 6><
실시예 2: SEI-1316 1.0wt% + VC 0.5wt%Example 2: 1.0 wt% SEI-1316 + 0.5 wt% VC
첨가제를 상기 화학식 6의 화합물 1중량% 및 비닐렌카보네이트(VC) 0.5중량%로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 유기전해액을 제조하였다.An organic electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1, except that the additive was changed to 1% by weight of the compound of
실시예 3: SEI-1316 0.5wt%Example 3: SEI-1316 0.5 wt%
첨가제인 상기 화학식 6의 화합물의 함량을 0.5중량% 로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 유기전해액을 제조하였다.An organic electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1, except that the content of the compound of
비교예 1Comparative Example 1
첨가제인 상기 화학식 6의 화합물을 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 유기전해액을 제조하였다.An organic electrolyte solution was prepared in the same manner as in Example 1, except that the compound of
(리튬 전지의 제조)(Manufacture of Lithium Battery)
실시예 4Example 4
(음극 제조)(Cathode production)
인조 흑연(BSG-L, Tianjin BTR New Energy Technology Co., Ltd.) 98중량%, 스티렌-부타디엔 고무(SBR)바인더(ZEON) 1.0중량% 및 카르복시메틸셀룰로오스(CMC, NIPPON A&L) 1.0중량%를 혼합한 후 증류수에 투입하고 기계식 교반기를 사용하여 60분간 교반하여 음극활물질 슬러리를 제조하였다. 상기 슬러리를 닥터 블레이드를 사용하여 10㎛ 두께의 구리 집전체 위에 약 60㎛ 두께로 도포하고 100℃의 열풍건조기에서 0.5시간 동안 건조한 후 진공, 120℃의 조건에서 4시간 동안 다시 한번 건조하고, 압연(roll press)하여 음극판을 제조하였다.98% by weight of artificial graphite (BSG-L, Tianjin BTR New Energy Technology Co., Ltd.), 1.0% by weight of styrene-butadiene rubber (SBR) binder (ZEON) and 1.0% by weight of carboxymethyl cellulose (CMC, NIPPON A & L) After mixing, the mixture was added to distilled water and stirred for 60 minutes using a mechanical stirrer to prepare a negative electrode active material slurry. The slurry was applied on a 10 μm thick copper current collector using a doctor blade to a thickness of about 60 μm, dried for 0.5 hours in a hot air dryer at 100 ° C., and then dried again under vacuum, 120 ° C. for 4 hours, and rolled. (roll press) to prepare a negative electrode plate.
(양극 제조)(Anode manufacturing)
LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 97.45중량%, 도전재로서 인조흑연(SFG6, Timcal) 분말 0.5중량%, 카본블랙(Ketjenblack, ECP) 0.7중량%, 개질 아크릴로니트릴 고무(BM-720H, Zeon Corporation) 0.25중량%, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF, S6020, Solvay) 0.9중량%, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF, S5130, Solvay) 0.2중량%를 혼합하여 N-메틸-2-피롤리돈 용매에 투입한 후 기계식 교반기를 사용하여 30분간 교반하여 양극활물질 슬러리를 제조하였다. 상기 슬러리를 닥터 블레이드를 사용하여 20㎛ 두께의 알루미늄 집전체 위에 약 60㎛ 두께로 도포하고 100℃의 열풍건조기에서 0.5시간 동안 건조한 후 진공, 120℃의 조건에서 4시간 동안 다시 한번 건조하고, 압연(roll press)하여 양극판을 제조하였다.LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 97.45% by weight, 0.5% by weight of artificial graphite (SFG6, Timcal) powder as conductive material, 0.7% by weight of carbon black (Ketjenblack, ECP), modified acrylonitrile rubber ( BM-720H, Zeon Corporation) 0.25% by weight, polyvinylidene fluoride (PVdF, S6020, Solvay) 0.9% by weight, polyvinylidene fluoride (PVdF, S5130, Solvay) by mixing N-methyl-2 -Pyrrolidone solvent and then stirred for 30 minutes using a mechanical stirrer to prepare a cathode active material slurry. The slurry was applied on a 20 μm thick aluminum current collector using a doctor blade, dried about 0.5 μm in a hot air dryer at 100 ° C., and then dried again under vacuum, 120 ° C. for 4 hours, and rolled. (roll press) to prepare a positive electrode plate.
세퍼레이터로서 양극측에 세라믹이 코팅된 두께 14㎛ 폴리에틸렌 세퍼레이터 및 전해액으로서 상기 실시예 1에서 제조된 유기전해액을 사용하여 리튬전지를 제조하였다.A lithium battery was manufactured using a 14 μm-thick polyethylene separator coated with a ceramic on the positive electrode side as a separator and the organic electrolyte solution prepared in Example 1 as an electrolyte solution.
실시예 5 내지 6Examples 5-6
실시예 1에서 제조된 유기전해액 대신에 실시예 2 내지 3에서 제조된 유기전해액을 각각 사용한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일한 방법으로 리튬전지를 제조하였다.A lithium battery was manufactured in the same manner as in Example 4, except that the organic electrolytes prepared in Examples 2 to 3 were used instead of the organic electrolytes prepared in Example 1.
비교예 2Comparative Example 2
실시예 1에서 제조된 유기전해액 대신에 비교예 1에서 제조된 유기전해액을 각각 사용한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일한 방법으로 리튬전지를 제조하였다.A lithium battery was manufactured in the same manner as in Example 4, except that the organic electrolyte prepared in Comparative Example 1 was used instead of the organic electrolyte prepared in Example 1.
평가예 1: 4.25V 상온(25℃) 충방전 특성 평가Evaluation Example 1: Evaluation of Charge and Discharge Characteristics at 4.25V Room Temperature (25 ° C)
상기 실시예 4 내지 6 및 비교예 2에서 제조된 리튬전지를 25℃에서 0.1C rate의 전류로 전압이 4.25V(vs. Li)에 이를 때까지 정전류 충전하고, 이어서 정전압 모드에서 4.25V를 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 4 to 6 and Comparative Example 2 were charged with a constant current until the voltage reached 4.25V (vs. Li) at a current of 0.1C at 25 ° C., and then maintained at 4.25V in the constant voltage mode. While cut-off at a current of 0.05C rate. Subsequently, it discharged at the constant current of 0.1C rate until the voltage reached 2.8V (vs. Li) at the time of discharge (chemical conversion step, 1 st cycle).
상기 화성단계의 1st 사이클을 거친 리튬전지를 25℃에서 0.2C rate의 전류로 전압이 4.25V(vs. Li)에 이를 때까지 정전류 충전하고, 이어서 정전압 모드에서 4.25V를 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, which has undergone the 1 st cycle of the formation step, is charged at a constant current until the voltage reaches 4.25 V (vs. Li) at a current of 0.2 C at 25 ° C., followed by 0.05 C rate while maintaining 4.25 V in the constant voltage mode. Cut-off at the current of Subsequently, it discharged at the constant current of 0.2C rate until the voltage reached 2.8V (vs. Li) at the time of discharge (chemical conversion step, 2nd cycle).
상기 화성단계를 거친 리튬전지를 25℃에서 1.0C rate의 전류로 전압이 4.25V(vs. Li)에 이를 때까지 정전류 충전하고, 이어서 정전압 모드에서 4.25V를 유지하면서 0.05C rate의 전류에서 컷오프(cut-off)하였다. 이어서, 방전시에 전압이 2.75V(vs. Li)에 이를 때까지 1.0C rate의 정전류로 방전하는 사이클을 380th 사이클까지 반복하였다.The lithium battery undergoing the formation step is charged at a constant current until the voltage reaches 4.25V (vs. Li) at a current of 1.0C rate at 25 ° C, and then cutoff at a current of 0.05C rate while maintaining 4.25V in the constant voltage mode. (cut-off). Subsequently, the cycle of discharging at a constant current of 1.0 C rate was repeated to 380 th cycle until the voltage reached 2.75 V (vs. Li) at the time of discharge.
상기 모든 충방전 사이클에서 하나의 충전/방전 사이클 후 10분간의 정지 시간을 두었다.In all of the above charge / discharge cycles, a stop time of 10 minutes was allowed after one charge / discharge cycle.
상기 충방전 실험 결과의 일부를 하기 표 1 및 도 1 내지 2에 나타내었다. 400th 사이클에서의 용량유지율은 하기 수학식 1로 정의된다.Some of the charge and discharge test results are shown in Table 1 and FIGS. 1 and 2. The capacity retention rate at 400 th cycle is defined by
<수학식 1><
용량 유지율=[380th 사이클에서의 방전용량/1st 사이클에서의 방전용량]×100Capacity retention ratio = [discharge capacity in 380 th cycle / 1 discharge capacity in 1st cycle] * 100
상기 표 1, 도 1 및 도 2에서 보여지는 바와 같이 본원발명의 첨가제를 포함하는 실시예 4 내지 5의 리튬전지는 첨가제가 없는 비교예 2의 리튬전지에 비하여 상온에서의 방전용량 및 수명특성이 현저히 향상되었다.As shown in Table 1, Figure 1 and 2, the lithium battery of Examples 4 to 5 including the additive of the present invention has a discharge capacity and life characteristics at room temperature compared to the lithium battery of Comparative Example 2 without the additive Significantly improved.
평가예 2: 4.25V 고온(45℃) 충방전 특성 평가Evaluation Example 2: Evaluation of Charge and Discharge Characteristics at 4.25V High Temperature (45 ° C)
충방전 온도를 45℃로 변경한 것을 제외하고는 평가예 1과 동일한 방법으로 실시예 4 내지 6 및 비교예 2에서 제조된 리튬전지에 대하여 충방전 특성을 평가하였다. 다만, 충방전 사이클을 200 사이클로 변경하였다.The charge and discharge characteristics of the lithium batteries prepared in Examples 4 to 6 and Comparative Example 2 were evaluated in the same manner as in Evaluation Example 1, except that the charge and discharge temperature was changed to 45 ° C. However, the charge / discharge cycle was changed to 200 cycles.
상기 충방전 실험 결과의 일부를 하기 표 2 및 도 3 내지 4에 나타내었다. 200th 사이클에서의 용량유지율은 하기 수학식 2로 정의된다.Some of the charge and discharge test results are shown in Table 2 and FIGS. 3 to 4. The capacity retention rate at 200 th cycle is defined by
<수학식 2><
용량 유지율=[200th 사이클에서의 방전용량/1st 사이클에서의 방전용량]×100Capacity maintenance rate = [200 discharge capacity / 1 st cycle discharge capacity at in th cycle] × 100
상기 표 2, 도 3 및 도 4 에서 보여지는 바와 같이 본원발명의 첨가제를 포함하는 실시예 4 내지 5의 리튬전지는 첨가제가 없는 비교예 2의 리튬전지에 비하여 고온에서의 방전용량 및 수명특성이 현저히 향상되었다.As shown in Table 2, FIG. 3 and FIG. 4, the lithium batteries of Examples 4 to 5 including the additive of the present invention have higher discharge capacity and lifetime characteristics at higher temperatures than those of Comparative Example 2 without the additive. Significantly improved.
평가예 3: 4.30V 상온(25℃) 충방전 특성 평가Evaluation Example 3: Evaluation of Charge and Discharge Characteristics at 4.30V Room Temperature (25 ° C)
상기 실시예 4 및 비교예 2에서 제조된 리튬전지를 25℃에서 0.1C rate의 전류로 전압이 4.30V(vs. Li)에 이를 때까지 정전류 충전하고, 이어서 정전압 모드에서 4.30V를 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 Example 4 and Comparative Example 2 were charged at a constant current until the voltage reached 4.30 V (vs. Li) at a current of 0.1 C at 25 ° C., followed by 0.05 while maintaining 4.30 V in the constant voltage mode. Cut-off at current of C rate. Subsequently, it discharged at the constant current of 0.1C rate until the voltage reached 2.8V (vs. Li) at the time of discharge (chemical conversion step, 1 st cycle).
상기 화성단계의 1st 사이클을 거친 리튬전지를 25℃에서 0.2C rate의 전류로 전압이 4.30V(vs. Li)에 이를 때까지 정전류 충전하고, 이어서 정전압 모드에서 4.30V를 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, which has undergone the 1 st cycle of the chemical conversion step, is charged at a constant current until the voltage reaches 4.30 V (vs. Li) at a current of 0.2 C at 25 ° C., followed by 0.05 C rate while maintaining 4.30 V in the constant voltage mode. Cut-off at the current of Subsequently, it discharged at the constant current of 0.2C rate until the voltage reached 2.8V (vs. Li) at the time of discharge (chemical conversion step, 2nd cycle).
상기 화성단계를 거친 리튬전지를 25℃에서 0.5C rate의 전류로 전압이 4.30V(vs. Li)에 이를 때까지 정전류 충전하고, 이어서 정전압 모드에서 4.30V를 유지하면서 0.05C rate의 전류에서 컷오프(cut-off)하였다. 이어서, 방전시에 전압이 2.75V(vs. Li)에 이를 때까지 1.0C rate의 정전류로 방전하는 사이클을 250th 사이클까지 반복하였다.The lithium battery undergoing the formation step was charged at a constant current until the voltage reached 4.30 V (vs. Li) at a current of 0.5 C at 25 ° C., and then cut-off at a current of 0.05 C while maintaining 4.30 V in the constant voltage mode. (cut-off). Subsequently, the cycle of discharging at a constant current of 1.0 C rate was repeated to 250 th cycle until the voltage reached 2.75 V (vs. Li) at the time of discharge.
상기 모든 충방전 사이클에서 하나의 충전/방전 사이클 후 10분간의 정지 시간을 두었다.In all of the above charge / discharge cycles, a stop time of 10 minutes was allowed after one charge / discharge cycle.
상기 충방전 실험 결과의 일부를 하기 표 3 및 도 5에 나타내었다. 250th 사이클에서의 용량유지율은 하기 수학식 3으로 정의된다.Some of the charge and discharge test results are shown in Table 3 and FIG. 5. The capacity retention rate at 250 th cycle is defined by
<수학식 3><
용량 유지율=[250th 사이클에서의 방전용량/1st 사이클에서의 방전용량]×100Capacity maintenance rate = [250-discharge capacity / 1 st cycle discharge capacity at in th cycle] × 100
상기 표 3 및 도 5에서 보여지는 바와 같이 본원발명의 첨가제를 포함하는 실시예 4의 리튬전지는 첨가제가 없는 비교예 2의 리튬전지에 비하여 상온에서의 방전용량 및 수명특성이 현저히 향상되었다.As shown in Table 3 and FIG. 5, the lithium battery of Example 4 including the additive of the present invention was significantly improved in discharge capacity and life characteristics at room temperature compared to the lithium battery of Comparative Example 2 without the additive.
평가예 4: 4.30V 고온(45℃) 충방전 특성 평가Evaluation Example 4: Evaluation of 4.30V High Temperature (45 ° C) Charge-Discharge Characteristics
충방전 온도를 45℃로 변경한 것을 제외하고는 평가예 3과 동일한 방법으로 실시예 4 및 비교예 2에서 제조된 리튬전지에 대하여 충방전 특성을 평가하였다. 다만, 충방전 사이클을 200 사이클로 변경하였다.The charge and discharge characteristics of the lithium batteries manufactured in Example 4 and Comparative Example 2 were evaluated in the same manner as in Evaluation Example 3, except that the charge and discharge temperature was changed to 45 ° C. However, the charge / discharge cycle was changed to 200 cycles.
상기 충방전 실험 결과의 일부를 하기 표 4 및 도 6에 나타내었다. 200th 사이클에서의 용량유지율은 하기 수학식 4로 정의된다.Some of the charge and discharge test results are shown in Table 4 and FIG. 6. The capacity retention rate at 200 th cycle is defined by
<수학식 4><
용량 유지율=[200th 사이클에서의 방전용량/1st 사이클에서의 방전용량]×100Capacity maintenance rate = [200 discharge capacity / 1 st cycle discharge capacity at in th cycle] × 100
상기 표 4 및 도 6 에서 보여지는 바와 같이 본원발명의 첨가제를 포함하는 실시예 4의 리튬전지는 첨가제가 없는 비교예 3의 리튬전지에 비하여 고온에서의 방전용량 및 수명특성이 현저히 향상되었다.As shown in Table 4 and FIG. 6, the lithium battery of Example 4 including the additive of the present invention was significantly improved in discharge capacity and lifespan characteristics at high temperatures compared to the lithium battery of Comparative Example 3 without the additive.
평가예 5: 60℃ 고온 안정성 평가Evaluation Example 5: 60 ° C High Temperature Stability Evaluation
상기 실시예 4 내지 6 및 비교예 2에서 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 4 to 6 and Comparative Example 2 were charged with constant current to 4.3 V at a rate of 0.5 C in a 1st cycle at room temperature (25 ° C.), and then maintained at 4.3 V while maintaining current at 4.3 V. Constant voltage charge was carried out until it became 0.05C, and it discharged constant current to 2.8V at the 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 constant current charged up to 4.3V at a rate of 0.5 C, then constant voltage charged until the current became 0.05C while maintaining at 4.3V, and constant current discharged to 2.8V at a rate of 0.2C.
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. 상기 3rd 사이클에서의 방전용량을 표준용량으로 간주하였다.The 3 rd cycle was constant current charged up to 4.3V at a rate of 0.5C, followed by constant voltage charge until the current reached 0.05C while maintaining 4.3V, and constant current discharged up to 2.80V at a rate of 0.2C. The discharge capacity at 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,After charging to 4.30 V at a rate of 0.5 C in a 4th cycle, and then constant voltage charging until the current reaches 0.05 C while maintaining at 4.30 V,
상기 충전된 전지를 60℃ 오븐에 10일, 30일 동안 보관한 후, 상기 전지를 꺼내 0.1C 의 속도로 2.80 V까지 4th 사이클의 방전을 진행하였다.After storing the charged battery in an oven at 60 ° C. for 10 days and 30 days, the battery was taken out and discharged in a 4th cycle up to 2.80 V at a rate of 0.1 C.
충방전 평가 결과의 일부를 하기 표 5 에 나타내었다. 고온 보관 후 용량유지율은 하기 수학식 5로 정의된다.Some of the charge / discharge evaluation results are shown in Table 5 below. Capacity retention rate after high temperature storage is defined by the following equation (5).
<수학식 5><
고온 보관 후 용량유지율[%]= [4th 사이클에서 고온방치 후 방전용량 / 표준용량] × 100 (상기 표준용량은 3rd 사이클에서의 방전용량이다)Capacity retention rate after high temperature storage [%] = [discharge capacity after high temperature standing in 4th cycle / standard capacity] × 100 (the standard capacity is the discharge capacity in 3 rd cycle)
상기 표 5 에서 보여지는 바와 같이 본원발명의 유기전해액을 포함하는 실시예 6의 리튬전지는 본원발명의 유기전해액을 포함하지 않는 비교예 2의 리튬전지에 비하여 고온 안정성이 현저히 증가하였다.As shown in Table 5, the lithium battery of Example 6 including the organic electrolyte solution of the present invention was significantly increased in high temperature stability compared to the lithium battery of Comparative Example 2 not containing the organic electrolyte solution of the present invention.
평가예 6: 60℃ 고온 보관 후 직류저항(DC-IR) 평가Evaluation Example 6 DC-IR Evaluation After High Temperature Storage At 60 ° C
상기 실시예 4 내지 6 및 비교예 2에서 제조된 리튬전지 중에서 상온(25℃)에서, 60℃ 오븐에 넣지 않은 전지 및 60℃ 오븐에 10일 및 30일 동안 보관한 후 꺼낸 전지에 대하여, 직류저항(DC-IR)을 하기 방법으로 측정하였다.Among the lithium batteries prepared in Examples 4 to 6 and Comparative Example 2, the cells which were not stored in a 60 ° C. oven and stored in a 60 ° C. oven for 10 days and 30 days at room temperature (25 ° C.) were taken out of a direct current. 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,After charging at 50% of SOC (state of charge) with a current of 0.5C in 1st cycle, cut off at 0.02C, and then rest for 10 minutes,
0.5C로 30초간 정정류 방전한 후, 30초 휴지시킨 후, 0.5C로 30초 정전류 충전시키고 10분 휴지시키고,After 30 seconds of constant current discharge at 0.5 C, the battery is allowed to rest for 30 seconds, and then charged for 30 seconds at a constant current of 0.5 C for 10 minutes,
1.0C로 30초간 정정류 방전한 후, 30초 휴지시킨 후, 0.5C로 1분 정전류 충전시키고 10분 휴지시키고,After 30 seconds of constant current discharge at 1.0 C, the battery was allowed to rest for 30 seconds, followed by 1 minute constant current charge at 0.5 C, followed by 10 minutes of rest.
2.0C로 30초간 정정류 방전한 후, 30초 휴지시킨 후, 0.5C로 2분 정전류 충전시키고 10분 휴지시키고,After 30 seconds of constant current discharge at 2.0 C, after 30 seconds of rest, 2 minutes of constant current charging at 0.5 C and 10 minutes of rest,
3.0C로 30초간 정정류 방전한 후, 30초 휴지시킨 후, 0.5C로 2분 정전류 충전시키고 10분 휴지시켰다.After 30 seconds of constant current discharge at 3.0 C, the battery was allowed to rest for 30 seconds, followed by 2 minutes of constant current charging at 0.5 C, followed by 10 minutes of rest.
각각의 C-rate 별 30초 동안의 평균 전압강하값이 직류 전압값이다.The average voltage drop over 30 seconds for each C-rate is the DC voltage.
측정된 초기 직류 저항 및 고온 보관 후 직류 저항으로부터 계산된 직류 저항 증가율의 일부를 하기 표 6 에 나타내었다. 직류 저항 증가율은 하기 수학식 6으로 표시된다.A part of the DC resistance increase rate calculated from the measured initial DC resistance and the DC resistance after high temperature storage is shown in Table 6 below. DC resistance increase rate is represented by the following equation (6).
<수학식 6><
직류 저항 증가율 [%] = [고온 보관 후 직류 저항 / 초기 직류 저항] × 100DC resistance increase rate [%] = [DC resistance after high temperature storage / initial DC resistance] × 100
상기 표 6 에서 보여지는 바와 같이 본원발명의 유기전해액을 포함하는 실시예 6의 리튬전지는 본원발명의 유기전해액을 포함하지 않는 비교예 2의 리튬전지에 비하여 고온 보관 후 직류 저항의 증가율이 감소하였다.As shown in Table 6, the lithium battery of Example 6 including the organic electrolytic solution of the present invention decreased the increase rate of DC resistance after high temperature storage as compared to the lithium battery of Comparative Example 2 containing no organic electrolytic solution of the present invention. .
Claims (19)
<화학식 1>
상기 식에서,
A1, A2, A3 및 A4는 서로 독립적으로 공유결합; 치환기로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 5의 알킬렌기; 카르보닐기; 또는 술피닐(sulfinyl)기이며, 단, A1 및 A2 가 동시에 공유결합이 아니며, A3 및 A4 가 동시에 공유결합이 아니다.First lithium salt; Organic solvents; And an organic electrolyte comprising a bicyclic sulfate-based compound represented by Formula 1 below:
<Formula 1>
Where
A 1 , A 2 , A 3 and A 4 are covalently bonded to each other independently; An alkylene group having 1 to 5 carbon atoms unsubstituted or substituted with a substituent; Carbonyl group; Or a sulfinyl group, provided that A 1 and A 2 are not covalent bonds at the same time, and A 3 and A 4 are not covalent bonds at the same time.
R11 및 R15가 서로 독립적으로 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기; 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 알케닐렌기; 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 알키닐렌기; 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 12의 시클로알킬렌기; 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴렌기; 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 헤테로아릴렌기; 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 7 내지 15의 알킬아릴렌기; 또는 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 7 내지 15의 아랄킬렌기이고,
R12, R13, R14 및 R16이 서로 독립적으로 수소; 할로겐; 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬기; 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 알케닐기; 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 알키닐기; 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 12의 시클로알킬기; 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴기; 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 헤테로아릴기; 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 7 내지 15의 알킬아릴기; 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 7 내지 15의 트리알킬실릴기; 또는 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 7 내지 15의 아랄킬기인 유기전해액.According to claim 2, wherein the substituted C 1-5 alkylene group is substituted with a polar functional group containing at least one heteroatom, wherein the polar functional group containing the heteroatom is -F, -Cl, -Br, -I , -C (= O) OR 16 , -OR 16 , -OC (= O) OR 16 , -R 15 OC (= O) OR 16 , -C (= O) R 16 , -R 15 C (= O R 16 , -OC (= O) R 16 , -R 15 OC (= O) R 16 , -C (= O) -OC (= O) R 16 , -R 15 C (= O) -OC ( = O) R 16 , -SR 16 , -R 15 SR 16 , -SSR 16 , -R 15 SSR 16 , -S (= O) R 16 , -R 15 S (= O) R 16 , -R 15 C (= S) R 16 , -R 15 C (= S) SR 16 , -R 15 SO 3 R 16 , -SO 3 R 16 , -NNC (= S) R 16 , -R 15 NNC (= S) R 16 , -R 15 N = C = S, -NCO, -R 15 -NCO, -NO 2 , -R 15 NO 2 , -R 15 SO 2 R 16 , -SO 2 R 16 , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , And At least one selected from the group consisting of,
R 11 and R 15 are each independently an alkylene group having 1 to 20 carbon atoms substituted or unsubstituted with halogen; Alkenylene group having 2 to 20 carbon atoms which is unsubstituted or substituted with halogen; An alkynylene group having 2 to 20 carbon atoms which is unsubstituted or substituted with halogen; A cycloalkylene group having 3 to 12 carbon atoms unsubstituted or substituted with halogen; An arylene group having 6 to 40 carbon atoms unsubstituted or substituted with halogen; Heteroarylene group having 2 to 40 carbon atoms unsubstituted or substituted with halogen; An alkylarylene group having 7 to 15 carbon atoms unsubstituted or substituted with halogen; Or an aralkylene group having 7 to 15 carbon atoms unsubstituted or substituted with halogen,
R 12 , R 13 , R 14 and R 16 are each independently hydrogen; halogen; An alkyl group having 1 to 20 carbon atoms unsubstituted or substituted with halogen; Alkenyl groups having 2 to 20 carbon atoms unsubstituted or substituted with halogen; An alkynyl group having 2 to 20 carbon atoms which is unsubstituted or substituted with halogen; A cycloalkyl group having 3 to 12 carbon atoms unsubstituted or substituted with halogen; An aryl group having 6 to 40 carbon atoms unsubstituted or substituted with halogen; C2-C40 heteroaryl group unsubstituted or substituted with halogen; An alkylaryl group having 7 to 15 carbon atoms unsubstituted or substituted with halogen; Trialkylsilyl group having 7 to 15 carbon atoms unsubstituted or substituted with halogen; Or an organic electrolyte having 7 to 15 carbon atoms which is unsubstituted or substituted with halogen.
<화학식 2> <화학식 3>
상기 식들에서,
B1, B2, B3, B4, D1, 및 D2 은 서로 독립적으로 -C(E1)(E2)-; 카르보닐기; 또는 술피닐(sulfinyl)기이며,
E1 및 E2는 서로 독립적으로 수소; 할로겐; 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬기; 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 알케닐기; 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 알키닐기; 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 20의 시클로알케닐기; 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 20의 헤테로사이클릴기; 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴기; 또는 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 헤테로아릴기인 첨가제. The organic electrolyte of claim 1, wherein the bicyclic sulfate-based compound is represented by the following Chemical Formulas 2-3:
<Formula 2><Formula3>
In the above formulas,
B 1 , B 2 , B 3 , B 4 , D 1 , and D 2 are, independently from each other, —C (E 1 ) (E 2 ) —; Carbonyl group; Or a sulfinyl group,
E 1 and E 2 are independently of each other hydrogen; halogen; An alkyl group having 1 to 20 carbon atoms unsubstituted or substituted with halogen; Alkenyl groups having 2 to 20 carbon atoms unsubstituted or substituted with halogen; An alkynyl group having 2 to 20 carbon atoms which is unsubstituted or substituted with halogen; A cycloalkenyl group having 3 to 20 carbon atoms unsubstituted or substituted with halogen; A heterocyclyl group having 3 to 20 carbon atoms unsubstituted or substituted with halogen; An aryl group having 6 to 40 carbon atoms unsubstituted or substituted with halogen; Or a heteroaryl group having 2 to 40 carbon atoms unsubstituted or substituted with halogen.
<화학식 4> <화학식 5>
상기 식들에서,
R1, R2, R3, R4, R21, R22, R23, R24, R25, R26, R27, 및 R28 은 서로 독립적으로 수소; 할로겐; 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬기; 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴기; 또는 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 헤테로아릴기인 첨가제.The organic electrolyte of claim 1, wherein the bicyclic sulfate-based compound is represented by the following Chemical Formulas 4 to 5:
<Formula 4><Formula5>
In the above formulas,
R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 21 , R 22 , R 23 , R 24 , R 25 , R 26 , R 27 , and R 28 are each independently hydrogen; halogen; An alkyl group having 1 to 20 carbon atoms unsubstituted or substituted with halogen; An aryl group having 6 to 40 carbon atoms unsubstituted or substituted with halogen; Or a heteroaryl group having 2 to 40 carbon atoms unsubstituted or substituted with halogen.
<화학식 6> <화학식 7>
<화학식 8> <화학식 9
<화학식 10> <화학식 11>
<화학식 12> <화학식 13>
<화학식 14> <화학식 15>
<화학식 16> <화학식 17>
The organic electrolyte of claim 1, wherein the bicyclic sulfate-based compound is represented by the following Chemical Formulas 6 to 17:
<Formula 6><Formula7>
<Formula 8><Formula 9
<Formula 10><Formula11>
<Formula 12><Formula13>
<Formula 14><Formula15>
<Formula 16><Formula17>
<화학식 18> <화학식 19>
<화학식 20> <화학식 21>
<화학식 22> <화학식 23>
<화학식 24> <화학식 25>
.The organic electrolyte of claim 1, further comprising a second lithium salt represented by the following Chemical Formulas 18 to 25:
<Formula 18><Formula19>
<Formula 20><Formula21>
<Formula 22><Formula23>
<Formula 24><Formula25>
.
상기 제1 항 내지 제16 항 중 어느 한 항에 따른 유기전해액을 포함하는 리튬전지.anode; cathode; And
A lithium battery comprising the organic electrolyte solution according to any one of claims 1 to 16.
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