KR20200014563A - Electrolyte composition for lithium secondary battery and lithium secondary battery using the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a novel electrolyte composition for a lithium secondary battery and a lithium secondary battery comprising the same. By including a compound represented by chemical formula 1, LiPF_y(C_2O_4)_y, LiPF_x, and a solvent, it is possible to form solid electrolyte inter-phase (SEI) on a surface of LiCoO_2 which is a positive electrode, and the formed SEI can suppress side reaction on the surface of LiCoO_2.

Description

신규한 리튬이차전지용 전해질 조성물 및 이를 포함하는 리튬이차전지{ELECTROLYTE COMPOSITION FOR LITHIUM SECONDARY BATTERY AND LITHIUM SECONDARY BATTERY USING THE SAME}A novel electrolyte composition for a lithium secondary battery and a lithium secondary battery including the same TECHNICAL FIELD

본 발명은 양극 전극인 LiCoO2의 표면에 SEI(Solid Electrolyte Inter-phase)를 형성하고, 상기 형성된 SEI는 LiCoO2 표면에서 부반응을 억제하여 고 에너지 및 긴 사이클 수명을 갖는 리튬이차전지를 제공하기 위한 전해질 조성물 및 이를 포함하는 리튬이차전지에 관한 것이다.The present invention forms a SEI (Solid Electrolyte Inter-phase) on the surface of the LiCoO 2 anode electrode, the formed SEI suppresses side reactions on the LiCoO 2 surface to provide a lithium secondary battery having a high energy and a long cycle life The present invention relates to an electrolyte composition and a lithium secondary battery including the same.

지구 온난화를 야기하는 환경오염의 급속한 팽창과 후쿠시마 재해로 가속화 된 에너지 위기는 지구상의 인간 생존을 위협한다. The rapid expansion of environmental pollution causing global warming and the energy crisis accelerated by the Fukushima disaster threaten human survival on the planet.

이러한 문제를 해결하기 위해, 지속 가능하고 재생 가능한 시스템을 제공하기 위해 전기 자동차(EV) 및 에너지 저장 시스템(ESS)과 같은 에너지 효율적이고 환경 친화적인 장비가 상당한 관심을 모으고 있다. 상기와 같은 유익한 설비의 경우, 쉽게 에너지 변환 및 저장을 가능하게 하는 재충전 가능한 배터리가 이전보다 더욱 중요하게 되었다. To address this issue, energy-efficient and environmentally friendly equipment, such as electric vehicles (EVs) and energy storage systems (ESSs), are of considerable interest to provide sustainable and renewable systems. In the case of such advantageous installations, rechargeable batteries that enable easy energy conversion and storage have become more important than ever.

리튬이온 배터리(LIB)는 높은 에너지 밀도, 긴 사이클 수명 및 합리적인 가격을 비롯한 많은 장점 덕분에 가장 신뢰할 수 있는 재충전 배터리 중 하나이다. LIB의 이러한 효과적인 기능에도 불구하고 일반적인 상업용 LIB는 EV 및 ESS의 대규모 전력 응용 분야에서 에너지 밀도가 수준에 미치지 못한다. 따라서 LIB의 높은 에너지 밀도는 이용에 있어 시급한 문제로 간주된다. Lithium-ion batteries (LIB) are one of the most reliable rechargeable batteries due to their many advantages, including high energy density, long cycle life and reasonable price. Despite these effective features of LIBs, typical commercial LIBs fall short of energy density in large-scale power applications in EV and ESS. Therefore, the high energy density of LIB is considered an urgent problem in its use.

상기 EV는 장거리 이동이 가능해야하므로 긴 이동 거리를 추구하는 많은 배터리로 개발된 EV의 많은 LIB는 거대한 배터리의 크기 때문에 제한된 주행 거리를 가지고 있다. 또한, 상기 ESS의 큰 에너지 능력은 LIB의 비용을 줄이고 ESS의 설립을 위한 LIB의 효율적인 공간이 필요하다.Since the EV needs to be able to travel long distances, many LIBs of EVs that have been developed with many batteries pursuing long travel distances have limited driving distances due to the huge battery size. In addition, the large energy capability of the ESS reduces the cost of LIB and requires an efficient space of LIB for the establishment of the ESS.

상기 리튬이온 배터리(LIB)가 SONY에 의해 처음 상용화된 1991년 이래로, LiCoO2 양극 전극은 긴 수명, 빠른 속도 및 쉬운 합성 경로로 인해 널리 사용되었다. 상기 LiCoO2는 CoO6와 LiO6 팔면체가 각각 평행 슬래브를 형성하는 적층 구조(육각형, R3m)를 갖는다. LiNi0.33Mn0.33Co0.33O2 및 LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2와 같은 동일한 결정 구조를 가지나 니켈, 망간 및 알루미늄과 같은 전이 금속 이온의 상이한 부분을 갖는 몇몇 후보가 제안되었다. 그러나 LiCoO2는 여전히 높은 합성 능력과 긴 사이클 수명과 같은 간단한 합성 경로와 비교적 신뢰성 있는 성능을 가진 가장 유망한 후보 중 하나이다. Since 1991, when the lithium ion battery (LIB) was first commercialized by SONY, LiCoO 2 positive electrode has been widely used due to its long life, fast speed and easy synthesis route. The LiCoO 2 has a laminated structure (hexagonal shape, R3m) in which CoO 6 and LiO 6 octahedrons form parallel slabs, respectively. Several candidates have been proposed that have the same crystal structure as LiNi 0.33 Mn 0.33 Co 0.33 O 2 and LiNi 0.6 Co 0.2 Mn 0.2 O 2 but have different portions of transition metal ions such as nickel, manganese and aluminum. However, LiCoO 2 is still one of the most promising candidates with simple synthesis paths such as high synthesis capability and long cycle life and relatively reliable performance.

리튬이온 배터리(LIB)의 에너지 밀도를 높이려면 가능한 많은 양의 리튬 이온이 양극 전극에서 추출되어야한다. 왜냐하면 리튬 이온의 수는 직접적으로 LIB의 에너지 밀도를 결정하기 때문이다. LiCoO2는 화학 구조에서 하나의 리튬 이온을 가지고 있음에도 불구하고 실제적으로 육각형에서 단사 정계로의 비가역적인 결정 변화를 피하기 위해 리튬 이온의 절반만이 사용되어 음극 물질을 비활성 상태로 만든다. In order to increase the energy density of the lithium ion battery (LIB), as much lithium ion as possible must be extracted from the positive electrode. This is because the number of lithium ions directly determines the energy density of LIB. Although LiCoO 2 has only one lithium ion in its chemical structure, only half of the lithium ion is actually used to avoid irreversible crystal change from hexagonal to monoclinic, making the anode material inactive.

리튬이온 배터리(LIB)의 위에서 언급한 에너지 밀도를 고려할 때, LIB의 에너지 밀도를 향상시키는 가장 편리한 방법은 안정하면서 고도로 탈리튬화된(de-lithiated) Li1-xCoO2를 포함하는 시스템을 개발하는 것이다. 높은 탈리튬화(de-lithiated)가 일어나는 높은 전위에서, 양극에서의 전해질 분해는 이러한 실패를 가속화시킨다. 높은 탈리튬화는 높은 잠재력을 필요로 하는데, 이는 부정적인 효과를 가져와 광범위한 전해질 분해를 유도한다. Given the above-mentioned energy density of Li-ion batteries (LIB), the most convenient way to improve the energy density of LIBs is to develop a system comprising stable and highly de-lithiated Li 1- xCoO 2 . It is. At high potentials where high de-lithiated occurs, electrolyte degradation at the anode accelerates this failure. High delithiation requires high potential, which has a negative effect and leads to extensive electrolyte degradation.

따라서 전해질의 조합은 고에너지 밀도의 LIB에 대한 고용량 LiCoO2의 표면 결함을 해결하기 위해 신중하게 고려되어야한다.Therefore, the combination of electrolytes must be carefully considered to solve the surface defects of high capacity LiCoO 2 for high energy density LIB.

한편, 리튬이온 배터리(LIB)에 함유되는 전해질은 염과 용매로 구성된다. 상기 전해질의 일반 염인 LiPF6는 양극에서의 전기 화학적 분해를 피하기에 완벽하지 못하다. 그러나 플루오르화된 염의 조절은 합성된 불소화된 리튬염의 조절이 어렵기 때문에 제한되어왔다. 대신에 이러한 문제를 해결하기 위해 다양한 종류의 용매, 첨가제가 조사되었다. On the other hand, the electrolyte contained in the lithium ion battery LIB is composed of a salt and a solvent. LiPF 6 , a common salt of the electrolyte, is not perfect to avoid electrochemical decomposition at the anode. However, the control of fluorinated salts has been limited because of the difficulty of controlling the synthesized fluorinated lithium salts. Instead, various kinds of solvents and additives have been investigated to solve this problem.

대한민국 공개특허 제10-2008-0059182호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2008-0059182 일본 등록특허 제6324845호Japanese Patent No. 6324845

본 발명의 목적은 양극 전극인 LiCoO2의 표면에 SEI(Solid Electrolyte Inter-phase)를 형성하고, 상기 형성된 SEI는 LiCoO2 표면에서 부반응을 억제하여 고 에너지 및 긴 사이클 수명을 갖는 리튬이차전지를 제공하기 위한 전해질 조성물을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to form a SEI (Solid Electrolyte Inter-phase) on the surface of the LiCoO 2 anode electrode, the formed SEI suppresses side reactions on the LiCoO 2 surface to provide a lithium secondary battery having a high energy and a long cycle life It is to provide an electrolyte composition for the following.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 전해질 조성물을 포함하는 리튬이차전지를 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention to provide a lithium secondary battery comprising the electrolyte composition.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상기 전해질 조성물을 포함하는 리튬캐패시터를 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention to provide a lithium capacitor comprising the electrolyte composition.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상기 전해질 조성물을 제조하는 방법을 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention to provide a method for producing the electrolyte composition.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 리튬이차전지용 전해질 조성물은 하기 [화학식 1]로 표시되는 화합물, LiPFx 및 용매를 포함한다;The electrolyte composition for a lithium secondary battery of the present invention for achieving the above object comprises a compound represented by the following [Formula 1], LiPF x and a solvent;

[화학식 1][Formula 1]

LiPFy(C2O4)y LiPF y (C 2 O 4 ) y

상기 x 및 y는 각각 1 내지 10의 정수임.X and y are each an integer of 1 to 10.

상기 [화학식 1]의 화합물은 총 전해질 조성물 중 1 내지 15의 중량%, 바람직하게는 1 내지 8의 중량%로 함유된다.The compound of Formula 1 is contained in 1 to 15% by weight, preferably 1 to 8% by weight of the total electrolyte composition.

상기 용매는 에틸렌카보네이트, 디에틸카보네이트 및 에틸메틸카보네이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.The solvent may be at least one selected from the group consisting of ethylene carbonate, diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate.

상기 용매는 에틸렌카보네이트, 디에틸카보네이트 및 에틸메틸카보네이트가 1 : 1-2 : 3-10의 부피비로 혼합된 것일 수 있다.The solvent may be a mixture of ethylene carbonate, diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate in a volume ratio of 1: 1-2: 3-10.

또한, 상기한 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 리튬이차전지는 상기 전해질 조성물 및 LiCoO2를 포함하는 양극 전극을 포함할 수 있다.In addition, the lithium secondary battery of the present invention for achieving the above object may include a positive electrode comprising the electrolyte composition and LiCoO 2 .

또한, 상기한 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 리튬캐패시터는 전해질 조성물 및 LiCoO2를 포함하는 양극 전극을 포함할 수 있다.In addition, the lithium capacitor of the present invention for achieving the above another object may comprise a positive electrode comprising an electrolyte composition and LiCoO 2 .

또한, 상기한 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 리튬이차전지용 전해질 조성물을 제조하는 방법은 (A) 상기 [화학식 1]로 표시되는 화합물을 에틸메틸카보네이트에 용해시키는 단계; (B) LiPFx, 에틸렌카보네이트 및 디에틸카보네이트를 혼합하는 단계; 및 (C) 상기 (B)단계에서 혼합된 혼합물에 (A)단계에서 제조된 혼합물을 첨가하는 단계;를 포함할 수 있다.In addition, the method for producing an electrolyte composition for a lithium secondary battery of the present invention for achieving the above another object is (A) dissolving the compound represented by the formula [1] in ethyl methyl carbonate; (B) LiPF x , Mixing ethylene carbonate and diethyl carbonate; And (C) adding the mixture prepared in step (A) to the mixture mixed in step (B).

상기 (B)단계에서는 LiPFx의 농도가 0.5 내지 2 M일 수 있다.In step (B), the concentration of LiPF x may be 0.5 to 2 M.

상기 리튬이차전지용 전해질 조성물의 총 염농도는 0.8 내지 1.5 M일 수 있다.The total salt concentration of the electrolyte composition for the lithium secondary battery may be 0.8 to 1.5 M.

상기 에틸렌카보네이트, 디에틸카보네이트 및 에틸메틸카보네이트는 1 : 1-2 : 3-10의 부피비로 혼합될 수 있다.The ethylene carbonate, diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate may be mixed in a volume ratio of 1: 1-2: 3-10.

본 발명의 리튬이차전지용 전해질 조성물은 상기 [화학식 1]로 표시되는 화합물을 함유하여 전해질 조성물의 이온 전도도에 영향을 주지 않으며, 분해되어 양극 전극인 LiCoO2 표면에서 계면막(SEI)을 형성한다.The electrolyte composition for a lithium secondary battery of the present invention does not affect the ionic conductivity of the electrolyte composition by containing the compound represented by the above [Formula 1], and decomposes to form an interface film (SEI) on the surface of LiCoO 2 , which is a positive electrode.

또한, 상기 [화학식 1]로 표시되는 화합물에서 유도된 계면막(SEI)은 LiCoO2의 표면에서 부반응을 억제한다. 특히, 5 중량%의 [화학식 1]로 표시되는 화합물을 사용하는 경우에는 LiCoO2가 최적의 전기 화학 성능을 갖는다.In addition, the interfacial film (SEI) derived from the compound represented by [Formula 1] inhibits side reactions on the surface of LiCoO 2 . In particular, when using 5% by weight of the compound represented by [Formula 1], LiCoO 2 has an optimum electrochemical performance.

도 1a는 PF2C4O8의 음이온 구조를 나타낸 것이며, 도 1b는 전해질 조성물 내의 LiPF2C4O8 염 함량에 따른 코인 반쪽 전지로부터의 1st 전압 곡선이다.
도 2는 LiPF2C4O8 염의 함량에 따른 각 전해질의 이온 전도도를 나타낸 그래프이다.
도 3은 전해질 조성물 내의 LiPF2C4O8 함량에 따른 코인 반쪽 전지의 사이클 특성을 나타낸 그래프이다.
도 4는 100 사이클 동안 전해질 조성물 내의 LiPF2C4O8 함량에 따른((a) 0 중량%, (b) 1 중량%, (c) 3 중량%, (d) 5 중량% 및 (e) 8 중량%) LiCoO2 코인 반쪽 전지의 비용량에 대한 포텐셜 그래프이다.
도 5는 전해질 조성물 내의 LiPF2C4O8 함량에 따른 코인 반쪽 전지의 나이퀴스트 플롯이다.
도 6은 (a) 코인 반쪽 전지를 사이클링하기 전 및 전해질 조성물 내의 LiPF2C4O8 함량에 따른 코인 반쪽 전지((b) 0 중량%, (c) 1 중량%, (d) 3 중량%, (e) 5 중량% 및 (f) 8 중량%)를 사이클링한 후 LiCoO2 표면의 FE-SEM 이미지이다.
도 7은 상기 도 6a 내지 6f의 빨간색 사각형 부분을 확대한 이미지이다.
도 8은 한 번 사이클링된 LiCoO2-Au 매립 전극으로부터 얻어진 (a) O 1s, (b) C 1s, (c) P 2p 및 (d) F 1s의 XPS 스펙트럼이다.
도 9는 (a) 코인 반쪽 전지를 사이클링하기 전 및 전해질 조성물 내의 LiPF2C4O8 함량에 따른 코인 반쪽 전지((b) 0 중량%, (c) 1 중량%, (d) 3 중량%, (e) 5 중량% 및 (f) 8 중량%)를 100 사이클링한 후 LiCoO2 표면의 FE-SEM 이미지이다.
도 10은 4가지 유형의 전해질(0 중량%, 1 중량%, 3 중량% 및 5 중량%의 LiPF2C4O8 염을 포함)을 사용하여 50시간 주기 후 완전히 충전된 상태에서 60 ℃ 이하로 안정화시킨 다음 측정된 시간-전압 곡선이다.
FIG. 1A shows the anion structure of PF 2 C 4 O 8 , and FIG. 1B is a 1st voltage curve from a coin half cell according to the LiPF 2 C 4 O 8 salt content in the electrolyte composition.
Figure 2 is a graph showing the ionic conductivity of each electrolyte according to the content of LiPF 2 C 4 O 8 salt.
3 is a graph showing the cycle characteristics of the coin half cell according to the LiPF 2 C 4 O 8 content in the electrolyte composition.
4 shows (a) 0 wt%, (b) 1 wt%, (c) 3 wt%, (d) 5 wt% and (e) depending on the LiPF 2 C 4 O 8 content in the electrolyte composition for 100 cycles. 8 wt%) Potential graph for specific capacity of LiCoO 2 coin half cell.
5 is a Nyquist plot of a coin half cell according to the LiPF 2 C 4 O 8 content in the electrolyte composition.
FIG. 6 shows (a) a coin half cell (c) 0 wt%, (c) 1 wt%, (d) 3 wt% prior to cycling the coin half cell and according to the LiPF 2 C 4 O 8 content in the electrolyte composition. FE-SEM image of the LiCoO 2 surface after cycling (e) 5 wt% and (f) 8 wt%).
FIG. 7 is an enlarged image of a red square part of FIGS. 6A to 6F.
8 is an XPS spectrum of (a) O 1s, (b) C 1s, (c) P 2p and (d) F 1s obtained from a once cycled LiCoO 2 -Au buried electrode.
FIG. 9 shows (a) a coin half cell prior to cycling the coin half cell and according to the LiPF 2 C 4 O 8 content in the electrolyte composition ((b) 0 wt%, (c) 1 wt%, (d) 3 wt%) FE-SEM image of LiCoO 2 surface after 100 cycles of (e) 5 wt% and (f) 8 wt%).
FIG. 10 shows no more than 60 ° C. in a fully charged state after 50 hours using four types of electrolytes (including 0 wt%, 1 wt%, 3 wt% and 5 wt% of LiPF 2 C 4 O 8 salt). The time-voltage curve is then measured after stabilization.

본 발명은 양극 전극인 LiCoO2의 표면에 SEI(Solid Electrolyte Inter-phase)를 형성하고, 상기 형성된 SEI는 LiCoO2 표면에서 부반응을 억제하여 고 에너지 및 긴 사이클 수명을 갖는 리튬이차전지를 제공하기 위한 전해질 조성물 및 이를 포함하는 리튬이차전지에 관한 것이다.The present invention forms a SEI (Solid Electrolyte Inter-phase) on the surface of the LiCoO 2 anode electrode, the formed SEI suppresses side reactions on the LiCoO 2 surface to provide a lithium secondary battery having a high energy and a long cycle life The present invention relates to an electrolyte composition and a lithium secondary battery including the same.

상기 LiCoO2의 막 형성 거동은 쿨롱 효율의 큰 손실없이 첫 번째 사이클에서 분명하게 관찰된다. 본 발명의 하기 [화학식 1]로 표시되는 화합물을 다양한 함량으로 포함하는 전해질 조성물에 대하여 계면막의 전기 화학적 성능을 측정하였다.The film formation behavior of LiCoO 2 is clearly observed in the first cycle without significant loss of coulombic efficiency. The electrochemical performance of the interfacial membrane was measured with respect to the electrolyte composition including the compound represented by the following [Formula 1] in various contents of the present invention.

본 발명의 전해질 조성물 내의 상기 [화학식 1]로 표시되는 화합물은 LiCoO2의 파괴 모드를 완화시킬 수 있다.The compound represented by the above [Formula 1] in the electrolyte composition of the present invention can alleviate the destruction mode of LiCoO 2 .

또한, 상기 [화학식 1]로 표시되는 화합물에 의해 1 사이클 후 전기 화학적으로 형성된 계면막은 상기 [화학식 1]로 표시되는 화합물(염)로부터 많은 수의 인산염 종(phosphate species)을 가지며 표면 안정제로서의 장점이 있다.
In addition, the interface film formed electrochemically after one cycle by the compound represented by the above [Formula 1] has a large number of phosphate species from the compound (salt) represented by the above [Formula 1] and has the advantage as a surface stabilizer. There is this.

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

본 발명은 하기 [화학식 1]로 표시되는 화합물, LiPFx 및 용매를 포함한다.The present invention includes a compound represented by the following [Formula 1], LiPF x and a solvent.

[화학식 1][Formula 1]

LiPFy(C2O4)y LiPF y (C 2 O 4 ) y

상기 x 및 y는 각각 1 내지 10의 정수이다.X and y are each an integer of 1 to 10.

상기 [화학식 1]로 표시되는 화합물(염)의 옥살레이트기는 LiPFx 염을 변형시켜 유기 계면막을 형성시킨다. 본 발명의 전해질 조성물 내의 [화학식 1]로 표시되는 화합물은 LiCoO2의 파괴 모드를 완화시키는데 유익한 계면막을 형성한다.The oxalate group of the compound (salt) represented by [Formula 1] deforms the LiPF x salt to form an organic interface film. The compound represented by [Formula 1] in the electrolyte composition of the present invention forms an interface film which is beneficial for mitigating the destruction mode of LiCoO 2 .

상기 [화학식 1]로 표시되는 화합물은 총 전해질 조성물 중 1 내지 15의 중량%, 바람직하게는 1 내지 8의 중량%, 더욱 바람직하게는 5 내지 8 중량%로 함유된다. [화학식 1]로 표시되는 화합물의 함량이 상기 바람직한 범위의 하한치 미만인 경우에는 고 에너지 및 긴 사이클 수명을 갖는 리튬이차전지를 제공할 수 없으며, 상기 상한치 초과인 경우에는 상대적으로 두꺼운 계면막이 형성되어 리튬이온의 이동을 저하시켜 용량을 감소시킬 수 있다.The compound represented by [Formula 1] is contained in 1 to 15% by weight, preferably 1 to 8% by weight, more preferably 5 to 8% by weight of the total electrolyte composition. When the content of the compound represented by [Formula 1] is less than the lower limit of the above preferred range, it is not possible to provide a lithium secondary battery having high energy and long cycle life. The capacity can be reduced by lowering the movement of ions.

또한, 상기 용매는 전해질 내의 리튬 염을 조절하여 양극 전극을 안정하게 하며 양극 전극인 LiCoO2의 표면에 SEI가 잘 형성되도록 하는 것으로서, 구체적으로 에틸렌카보네이트, 디에틸카보네이트 및 에틸메틸카보네이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 들 수 있으며, 바람직하게는 에틸렌카보네이트, 디에틸카보네이트 및 에틸메틸카보네이트를 함께 사용할 수 있다.In addition, the solvent is to control the lithium salt in the electrolyte to stabilize the positive electrode and to form the SEI well on the surface of the positive electrode LiCoO 2 , specifically, in the group consisting of ethylene carbonate, diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate At least one selected may be mentioned, and preferably ethylene carbonate, diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate may be used together.

이때, 상기 에틸렌카보네이트, 디에틸카보네이트 및 에틸메틸카보네이트는 1 : 1-2 : 3-10의 부피비, 바람직하게는 1 : 1-2 : 4-6의 부피비로 혼합된다. 에틸렌카보네이트를 기준으로 디에틸카보네이트 및 에틸메틸카보네이트에 대한 함량이 상기 바람직한 범위를 벗어나는 경우에는 전지의 수명이 저하될 수 있다.
At this time, the ethylene carbonate, diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate is mixed in a volume ratio of 1: 1-2: 3-10, preferably in a volume ratio of 1: 1-2: 4-6. When the content of diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate based on ethylene carbonate is out of the above preferred range, the life of the battery may be reduced.

또한, 본 발명은 리튬이차전지용 전해질 조성물을 제조하는 방법을 제공할 수 있다.In addition, the present invention can provide a method for producing an electrolyte composition for a lithium secondary battery.

본 발명의 리튬이차전지용 전해질 조성물을 제조하는 방법은 (A) 상기 [화학식 1]로 표시되는 화합물을 에틸메틸카보네이트에 용해시키는 단계; (B) LiPFx, 에틸렌카보네이트 및 디에틸카보네이트를 혼합하는 단계; 및 (C) 상기 (B)단계에서 혼합된 혼합물에 (A)단계에서 제조된 혼합물을 첨가하는 단계;를 포함한다.Method for producing an electrolyte composition for a lithium secondary battery of the present invention comprises the steps of (A) dissolving the compound represented by [Formula 1] in ethyl methyl carbonate; (B) LiPF x , Mixing ethylene carbonate and diethyl carbonate; And (C) adding the mixture prepared in step (A) to the mixture mixed in step (B).

먼저, 상기 (A)단계에서는 상기 [화학식 1]로 표시되는 화합물을 에틸메틸카보네이트에 용해시킨다.First, in step (A), the compound represented by [Formula 1] is dissolved in ethylmethyl carbonate.

다음으로, 상기 (B)단계에서는 LiPFx 에틸렌카보네이트 및 디에틸카보네이트의 혼합용매에 첨가하여 혼합한다.Next, in step (B), LiPF x is It is added to a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate and mixed.

상기 혼합물 내의 LiPFx의 농도는 0.5 내지 2 M, 바람직하게는 0.8 내지 1.5 M이다. LiPFx의 농도가 상기 바람직한 범위를 벗어나는 경우에는 전해액의 이온전도도가 감소할 수 있다. The concentration of LiPF x in the mixture is 0.5 to 2 M, preferably 0.8 to 1.5 M. When the concentration of LiPF x is out of the above preferred range, the ionic conductivity of the electrolyte may decrease.

다음으로, 상기 (C)단계에서는 상기 (B)단계에서 혼합된 혼합물에 (A)단계에서 제조된 혼합물을 첨가한다.Next, in step (C), the mixture prepared in step (A) is added to the mixture mixed in step (B).

이렇게 제조된 리튬이차전지용 전해질 조성물의 총 염농도는 0.8 내지 1.5 M, 바람직하게는 1.0 내지 1.1 M이다. 전해질 조성물의 총 염농도가 상기 바람직한 범위를 벗어나는 경우에는 전해액의 이온 전도도가 감소할 수 있고, LiCoO2에 형성되는 계면막이 두께에 차이가 있을 수 있다.
The total salt concentration of the electrolyte composition for a lithium secondary battery thus prepared is 0.8 to 1.5 M, preferably 1.0 to 1.1 M. If the total salt concentration of the electrolyte composition is out of the above preferred range, the ionic conductivity of the electrolyte may decrease, and the interfacial film formed on LiCoO 2 may have a difference in thickness.

또한, 본 발명은 상기 리튬이차전지용 전해질 조성물 및 양극 전극인 LiCoO2를 포함하는 리튬이차전지 또는 리튬캐패시터를 제공할 수 있다.In addition, the present invention may provide a lithium secondary battery or a lithium capacitor including the lithium secondary battery electrolyte composition and a positive electrode LiCoO 2 .

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.Hereinafter, preferred examples are provided to help understanding of the present invention, but the following examples are merely for exemplifying the present invention, and various changes and modifications within the scope and spirit of the present invention are apparent to those skilled in the art. It is natural that such variations and modifications fall within the scope of the appended claims.

실시예 1. Example 1.

전해질 조성물_LiPFElectrolyte Composition_LiPF 22 CC 44 OO 88

Li-PF2C4O8은 한국의 CHUN BO LTD에서 제조되었다. 구체적으로, 에틸메틸카르보네이트(EMC, Panaxetec)에 용해시킨 Li-PF2C4O8 용액을 EC(에틸렌카보네이트) : DEC(디에틸카보네이트)(1 : 1 부피비, Panaxetec) 내의 1.0 M LiPF6의 통상적인 전해질에 1 중량%, 3 중량%, 5 중량% 및 8 중량%로 함유시켰다. 모든 전해질의 총 염농도는 LiPF6 염 및 EMC 용매를 첨가하여 1.0 M로 조절되었다. 또한, 상기 용매는 EC : DMC : EMC = 1 : 1 : 4.85의 부피비로 혼합하여 사용되었다.Li-PF 2 C 4 O 8 was manufactured by CHUN BO LTD in Korea. Specifically, Li-PF 2 C 4 O 8 solution dissolved in ethyl methyl carbonate (EMC, Panaxetec) was 1.0 M LiPF in EC (ethylene carbonate): DEC (diethyl carbonate) (1: 1 volume ratio, Panaxetec) 6 , 1% by weight, 3% by weight, 5% by weight and 8% by weight of the conventional electrolyte. The total salt concentration of all electrolytes was adjusted to 1.0 M by adding LiPF 6 salt and EMC solvent. In addition, the solvent was used by mixing in a volume ratio of EC: DMC: EMC = 1: 1: 1.85.

상기 PF2C4O8의 음이온 구조가 도 1a에 도시되었다.The anion structure of the PF 2 C 4 O 8 is shown in Figure 1a.

양극 전극_LiCoOAnode Electrode_LiCoO 22

LiCoO2는 JES-echem으로부터 얻었다. 상기 LiCoO2 분말은 N-메틸피롤리디논(N-methylpyrrolidinone, Aldrich)의 첨가에 의해 수퍼-P(Timcal)인 전도제 및 폴리바이닐다이플루오라이드(polyvinyldifluoride, PVdF, KF1100, Kureha)인 바인더와 균일하게 혼합되었으며, PDM-300 자동 혼합 장치를 사용하여 전극 슬러리로 제조되었다. 예컨대, 닥터 블레이드(doctor-blade) 및 바-코터(bar-coater)를 사용하여 약 10 mg/cm2의 로딩 레벨을 제어하기 위해 Al 호일 위에 주조하였다.LiCoO 2 was obtained from JES-echem. The LiCoO 2 powder is uniform with a binder which is a super-P (Timcal) and polyvinyldifluoride (polyvinyldifluoride, PVdF, KF1100, Kureha) by the addition of N-methylpyrrolidinone (Aldrich). Were mixed and prepared into electrode slurry using a PDM-300 automatic mixing device. For example, a doctor-blade and a bar-coater were used to cast on Al foil to control a loading level of about 10 mg / cm 2 .

상기 전극 슬러리가 주조된 전극 시트를 120 ℃의 대류 오븐에서 완전히 건조시켰으며, 롤 프레서 단계는 전극의 초기 두께로부터 70%의 두께로 제어하도록 적용되었다. 그 후, 전극을 직경 1.2 cm로 천공하였으며, 진공 오븐에서 밤새 120 ℃로 건조시켰다.The electrode sheet on which the electrode slurry was cast was completely dried in a convection oven at 120 ° C., and a roll presser step was applied to control the thickness from the initial thickness of the electrode to 70%. The electrodes were then drilled to 1.2 cm in diameter and dried at 120 ° C. overnight in a vacuum oven.

리튬이차전지Lithium secondary battery

2032형 코인 반쪽 전지는 상기 제조된 전해질, 복합 전극 디스크, 리튬 포일 및 폴리프로필렌 분리기(Celgard)를 사용하여 제조하였다. 조립된 코인 전지의 개회로 전압(OCV)은 초기에 약 3 V로 평가되었다.The 2032 type coin half cell was prepared using the electrolyte, composite electrode disk, lithium foil and polypropylene separator (Celgard) prepared above. The open circuit voltage (OCV) of the assembled coin cell was initially estimated to be about 3V.

거동 사이클로서, 25 ℃의 일정한 온도 하의 3.5 ~ 4.4 V의 전위 범위에서 0.1 C (1C = 140 mAg-1)의 전류 밀도로 먼저 충전되었다. 초기 거동 사이클 후, 두 번째 및 세 번째 사이클을 0.5 C의 전류 밀도로 충전하고 0.2 C의 전류 밀도로 각각 방전시켰다. 네 번째 사이클은 0.5 C에서 충전된 다음 2 C에서 방전되었다. 그 다음 사이클은 동일한 온도에서 동일한 전위 범위로 2 C의 속도로 충전 및 방전되었다.
As a behavioral cycle, it was first charged with a current density of 0.1 C (1 C = 140 mAg-1) at a potential range of 3.5 to 4.4 V under a constant temperature of 25 ° C. After the initial behavior cycle, the second and third cycles were charged to current densities of 0.5 C and discharged to current densities of 0.2 C, respectively. The fourth cycle was charged at 0.5 C and then discharged at 2 C. The cycle was then charged and discharged at a rate of 2 C at the same temperature and at the same potential range.

<시험예><Test Example>

전기 화학적 임피던스 분광 분석의 경우, 레퍼런스 전극 및 두 개의 분리기와 같이 리튬 금속 탭을 추가로 사용하는 것을 제외하고는 상기 2032 코인 전지와 동일한 방법으로 3 전극 유형 코인 전지를 제조하였다. 2개의 분리기를 작동 복합 전극과 리튬 포일 카운터 전극 사이에 삽입하였다. 추가의 리튬 탭은 작동 전극과 카운터 전극 사이의 전해질 통로를 막지 않도록 분리기 사이에 고정되었다. Zive Lab(MP1)은 30분간의 휴식 후에 개방 회로 전위에서 100 kHz ~ 0.01 Hz의 주파수 범위에서 EIS를 측정하는데 사용되었다.For electrochemical impedance spectroscopic analysis, a three electrode type coin cell was prepared in the same manner as the 2032 coin cell except for the additional use of a lithium metal tab, such as a reference electrode and two separators. Two separators were inserted between the working composite electrode and the lithium foil counter electrode. An additional lithium tab was secured between the separators so as not to block the electrolyte passage between the working and counter electrodes. Zive Lab (MP1) was used to measure EIS in the frequency range of 100 kHz to 0.01 Hz after 30 minutes of rest.

유사하게, 전해질의 이온 전도도는 셀 상수가 1 cm-1인 대칭 백금 전극 (Sanxin, 2401-M 유리 전도성 전극) 및 약 50 mL의 전해질로 EIS에 의해 측정되었다.Similarly, the ionic conductivity of the electrolyte was measured by EIS with a symmetric platinum electrode (Sanxin, 2401-M glass conductive electrode) with a cell constant of 1 cm −1 and about 50 mL of electrolyte.

X-선 광전자 분광법(XPS) 분석을 위해, 특수 전극, LiCoO2 매립 Au 전극이 준비되었다. 이러한 유형의 전극을 제조하기 위해, LiCoO2 분말을 Au 디스크(Alfa Aesar, 0.25 mm 두께, 99.95%) 위에 조심스럽게 분산시킨 후 준비된 디스크를 5000 psi에서 1 시간 동안 가압하였다. For X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis, a special electrode, a LiCoO 2 embedded Au electrode, was prepared. To prepare this type of electrode, LiCoO 2 powder was carefully dispersed over Au disks (Alfa Aesar, 0.25 mm thickness, 99.95%) and the prepared disks were pressed at 5000 psi for 1 hour.

준비된 LiCoO2-Au 전극은 작동 전극을 제외하고 복합 전극에 사용된 것과 동일한 방법으로 코인 전지로 조립되었다. 또한, 전지는 동일한 방법을 사용하여 사이클링 되었다.The prepared LiCoO 2 -Au electrode was assembled into a coin cell in the same manner as used for the composite electrode except for the working electrode. In addition, the cells were cycled using the same method.

사후 분석을 위해, 전극을 EMC 용매로 세척하여 잔류 염을 제거하였다. For post analysis, the electrodes were washed with EMC solvent to remove residual salts.

XPS 측정은 전극 표면의 화학적 상태를 분석하기 위한 소스로 X 선 Al 양극이 있는 PHI 5000 VersaProbe II 기기를 사용하여 수행되었다. 결합 에너지는 285 eV에서 탄소의 C (1s) 신호를 기준으로 하였다. XPS measurements were performed using a PHI 5000 VersaProbe II instrument with X-ray Al anode as a source for analyzing the chemical state of the electrode surface. The binding energy was based on the C (1s) signal of carbon at 285 eV.

또한, FE-SEM 분석을 위해서는 JEOL 사의 JSM 7800F가 사용되었다.
In addition, JEOL JSM 7800F was used for FE-SEM analysis.

시험예 1. 이차전지 특성_전압, 이온 전도도Test Example 1. Secondary Battery Characteristics_Voltage, Ion Conductivity

도 1b는 전해질 조성물 내의 LiPF2C4O8 염 함량에 따른 코인 반쪽 전지로부터의 1st 전압 곡선이다. 전해질 내의 총 리튬 함량은 1 M이며, 전류 밀도는 14 mAh g-1이고, 전위 범위는 Li/Li+ 대비 4.4-3.5 V이며, 온도는 25 ℃로 제어되었다.1B is a 1st voltage curve from a coin half cell with LiPF 2 C 4 O 8 salt content in the electrolyte composition. The total lithium content in the electrolyte was 1 M, the current density was 14 mAh g-1, the potential range was 4.4-3.5 V relative to Li / Li +, and the temperature was controlled to 25 ° C.

도 2는 LiPF2C4O8 염의 함량에 따른 각 전해질의 이온 전도도를 나타낸 그래프이다. Figure 2 is a graph showing the ionic conductivity of each electrolyte according to the content of LiPF 2 C 4 O 8 salt.

도 1b에 도시된 바와 같이, 위쪽 곡선은 충전(de-lithiation)을 나타내고, 아래쪽 곡선은 방전(lithiation)을 나타낸다. 축적된 용량에 기초하여, 방전 용량은 충전 전압 곡선과 대조적으로 음의 방향으로 기록되었다. As shown in FIG. 1B, the upper curve represents de-lithiation and the lower curve represents discharge. Based on the accumulated capacity, the discharge capacity was recorded in the negative direction in contrast to the charging voltage curve.

상이한 LiPF2C4O8 염의 함량을 포함하는 전해질을 함유한 각각의 전지는 다양한 분극 거동을 갖는다. Each cell containing an electrolyte comprising different LiPF 2 C 4 O 8 salt contents has various polarization behaviors.

5 mAh g-1의 특정 충전 용량에서, 0 중량%, 1 중량%, 3 중량%, 5 중량% 및 8 중량%를 함유하는 전지는 Li/Li+ 대 각각 3.91 V, 3.94 V, 4.02 V, 4.15 V 및 4.32 V의 전위를 갖는다. 상기 5 mAh g-1의 충전 용량을 갖는 LiCoO2의 화학 포텐셜은 LiCoO2의 동작 전위인 3.9 V보다 낮아야하므로 관찰된 높은 전위는 높은 운동 저항을 반영한다. At specific charge capacities of 5 mAh g-1, cells containing 0 wt%, 1 wt%, 3 wt%, 5 wt% and 8 wt% Li / Li + versus 3.91 V, 3.94 V, 4.02 V, 4.15 V and a potential of 4.32 V. Chemical potential of LiCoO 2 having a charging capacity of the 5 mAh g-1 has a high potential, so the observed lower than the operating potential of LiCoO 2 is 3.9 V reflecting the higher movement resistance.

따라서, LiPF2C4O8은 LiCoO2의 양극 전극에 전기 화학적 영향을 미치므로 높은 분극을 초래한다. Therefore, LiPF 2 C 4 O 8 has an electrochemical effect on the anode electrode of LiCoO 2 , resulting in high polarization.

이러한 분극 거동이 상이한 LiPF2C4O8 함량을 포함하는 전해질의 상이한 전도성 거동으로부터 유래되었는지 여부를 결정하기 위해, 상기 제조된 전해질의 이온 전도도가 측정되었다.In order to determine whether this polarization behavior was derived from different conductivity behaviors of electrolytes containing different LiPF 2 C 4 O 8 contents, the ionic conductivity of the prepared electrolytes was measured.

도 2에 도시된 바와 같이, LiPF2C4O8을 상이한 함량으로 포함하는 각 전해질의 이온 전도도는 서로 유사하였다. 따라서, 이러한 분극화는 전해질에서 간단한 이온 확산 거동으로 설명될 수 없다.As shown in FIG. 2, the ionic conductivity of each electrolyte containing LiPF 2 C 4 O 8 in different amounts was similar to each other. Thus, such polarization cannot be explained by simple ion diffusion behavior in the electrolyte.

LiPF2C4O8을 0 중량%, 1 중량%, 3 중량%, 5 중량% 및 8 중량%로 포함되는 각 전해질이 함유된 전지의 충전 특유 용량은 8 중량%를 제외하고는 서로 매우 유사하였다. 이들은 각각 174.1 mAh g-1, 177.8 mAh g-1, 171.8 mAh g-1, 177.7 mAh g-1 및 154.2 mAh g-1으로 측정되었다.The charge specific capacities of the cells containing each electrolyte containing LiPF 2 C 4 O 8 in 0%, 1%, 3%, 5% and 8% by weight are very similar to each other except 8% by weight. It was. These were measured as 174.1 mAh g-1, 177.8 mAh g-1, 171.8 mAh g-1, 177.7 mAh g-1 and 154.2 mAh g-1, respectively.

상기 LiPF2C4O8이 0 중량% 및 1 중량%로 포함되는 각 전해질이 함유된 전지는 169.1 mAh g-1 및 172.5 mAh g-1과 유사한 방전 고유 용량을 보인다. 그러나, 더 많은 LiPF2C4O8 염을 포함하는 전지는 3 중량%, 5 중량% 및 8 중량%에 대해 각각 166.4 mAh g-1, 165.8 mAh g-1 및 144.5 mAh g-1의 조금 낮은 용량을 보였다. 이러한 충전 및 방전 거동을 기반으로 한 초기 쿨롱 효율은 각각 97.1%, 97.0%, 96.9%, 96.0% 및 93.7%로 계산되었다.Each electrolyte containing a battery containing 0 wt% and 1 wt% of LiPF 2 C 4 O 8 exhibits a discharge intrinsic capacity similar to 169.1 mAh g −1 and 172.5 mAh g −1. However, cells containing more LiPF 2 C 4 O 8 salts are slightly lower for 16% mAh g-1, 165.8 mAh g-1 and 144.5 mAh g-1 for 3%, 5% and 8% by weight, respectively. Dose was shown. Initial coulomb efficiencies based on these charge and discharge behaviors were calculated to be 97.1%, 97.0%, 96.9%, 96.0% and 93.7%, respectively.

상기 LiPF2C4O8 염을 첨가하면 1st 쿨롱 효율이 감소한다. 그러나 1 중량% 및 3 중량% LiPF2C4O8의 비가역 용량은 LiPF2C4O8이 없는 레퍼런스 전해질의 비가역적 용량과 크게 다르지 않았다.Adding the LiPF 2 C 4 O 8 salt reduces the 1st coulombic efficiency. However, the irreversible capacity of 1 wt% and 3 wt% of LiPF 2 O 4 C 8 is LiPF 2 C 4 O 8 was not much different from the irreversible capacity of the reference electrolyte does not.

리튬이온 배터리(LIB)는 리튬 이온이 포함되고 로킹 체어 시스템(rocking chair system)을 가지고 있기 때문에 불충분한 쿨롱 효율이 에너지 밀도를 크게 제한한다. Insufficient coulombic efficiency greatly limits the energy density because the lithium ion battery (LIB) contains lithium ions and has a rocking chair system.

LiPF2C4O8 염은 초기 전해질 분해에 관여한다고 생각되지만, 로킹 체어 시스템의 텀 내에 비가역적이라고 생각되는 전해질 분해를 위해 전자를 소비하는 것은 우수하지 않다. 그러나, 5 중량%를 초과하는 LiPF2C4O8의 높은 농도는 방출 순서에 대해서 높은 분극을 초래하였으며, 이러한 분극 작용은 쿨롱 효율을 저하시킨다.
LiPF 2 C 4 O 8 salts are thought to be involved in initial electrolyte degradation, but it is not good to consume electrons for electrolyte degradation that is considered irreversible within the term of the locking chair system. However, higher concentrations of LiPF 2 C 4 O 8 in excess of 5% by weight resulted in high polarization with respect to the release sequence, which polarization lowers the coulombic efficiency.

시험예 2. 이차전지 특성_사이클 수명 Test Example 2 Secondary Battery Characteristics-Cycle Life

도 3은 전해질 조성물 내의 LiPF2C4O8 함량에 따른 코인 반쪽 전지의 사이클 특성을 나타낸 그래프이다. 이때, 전류 밀도는 14 mAg-1이고, 전위 범위는 Li/Li+ 대비 4.4-3.5V이며, 온도는 25 ℃이다.3 is a graph showing the cycle characteristics of the coin half cell according to the LiPF 2 C 4 O 8 content in the electrolyte composition. At this time, the current density is 14 mAg-1, the potential range is 4.4-3.5V compared to Li / Li +, the temperature is 25 ℃.

도 4는 100 사이클 동안 전해질 조성물 내의 LiPF2C4O8 함량에 따른((a) 0 중량%, (b) 1 중량%, (c) 3 중량%, (d) 5 중량% 및 (e) 8 중량%) LiCoO2 코인 반쪽 전지의 비용량에 대한 포텐셜 그래프이다.4 shows (a) 0 wt%, (b) 1 wt%, (c) 3 wt%, (d) 5 wt% and (e) depending on the LiPF 2 C 4 O 8 content in the electrolyte composition for 100 cycles. 8 wt%) Potential graph for specific capacity of LiCoO 2 coin half cell.

도 3에 도시된 바와 같이, 전해질 조성물 내의 LiPF2C4O8 함량에 따른 코인 반쪽 전지의 사이클 가능성을 보여주며, 레퍼런스 전해질을 갖는 전지(검정 별 모양)의 경우에 LiCoO2에 대하여 높은 컷-오프 전위는 빈약한 사이클(cycle)을 초래한다. As shown in FIG. 3, it shows the cycleability of the coin half cell according to the LiPF 2 C 4 O 8 content in the electrolyte composition, with high cut-off for LiCoO 2 in the case of cells with a reference electrolyte (black star). The off potential results in a poor cycle.

Li/Li+에 대한 4.4 V의 높은 컷-오프 전위에 의해, LiPF2C4O8을 사용하지 않은 전지의 1st 비용량은 Li0.5CoO2의 이론 용량 136.9 mAh g-1보다 높은 158.6 mAh g-1인 것을 확인하였다. 이러한 높은 용량은 60 사이클 후에 130 mAh g-1 이하로 떨어졌으며, 상기 용량 저하는 더욱 가속화되어 100 사이클에서 70.8 mAh g-1을 보였다.Due to the high cut-off potential of 4.4 V against Li / Li +, the 1st specific capacity of the cell without LiPF 2 C 4 O 8 is 158.6 mAh g−, which is higher than the theoretical capacity of Li 0.5 CoO 2 136.9 mAh g-1. It confirmed that it was one. This high capacity dropped below 130 mAh g-1 after 60 cycles, and the capacity drop was further accelerated to show 70.8 mAh g-1 at 100 cycles.

LiCoO2의 이러한 낮은 사이클 수명 거동은 광범위한 탈리튬화(de-lithiation)로부터의 비가역적 상전이 및 전해질 분해로 인해 증가된 표면 저항에 의해 야기된다.This low cycle life behavior of LiCoO 2 is caused by increased surface resistance due to irreversible phase transitions and electrolyte decomposition from extensive de-lithiation.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 레퍼런스 전해질을 갖는 전지의 전압 곡선은 사이클링 동안 높은 분극 작용을 갖는다. 상기 극성은 극도로 까다로운 특성으로 인해 순환 가능성이 제한된다.In addition, as shown in FIG. 4, the voltage curve of the cell with the reference electrolyte has a high polarization action during cycling. The polarity limits the possibility of circulation due to extremely demanding properties.

한편, 상기 도 1에 도시된 바와 같이 50일 이전의 초기 사이클에서, LiPF2C4O8을 더 많이 함유한 전지는 레퍼런스 전해질을 함유한 전지보다 적은 비용량을 나타내며, 0 중량%는 LiPF2C4O8로부터의 높은 분극의 동일한 거동을 반영한다.On the other hand, in the initial cycle of 50 days before, as shown in FIG. 1, the cell containing more LiPF 2 C 4 O 8 shows a lower specific capacity than the cell containing the reference electrolyte, and 0 wt% represents LiPF 2 It reflects the same behavior of high polarization from C 4 O 8 .

이러한 분극 거동은 사이클이 진행됨에 따라 계속 완화된다. 예를 들어, 1 중량% LiPF2C4O8을 함유한 전지는 첫 번째 사이클에서 150.4 mAh g-1을 나타내고, 18번째 사이클에서 155.7 mAh g-1의 용량 증가를 보였다. 유사하게, LiPF2C4O8을 함유한 전지의 특정 용량은 초기 수십 사이클에서 증가한다. This polarization behavior continues to relax as the cycle progresses. For example, a cell containing 1 wt.% LiPF 2 C 4 O 8 exhibited 150.4 mAh g-1 in the first cycle and an increase in capacity of 155.7 mAh g-1 in the 18th cycle. Similarly, the specific capacity of cells containing LiPF 2 C 4 O 8 increases in the initial tens of cycles.

또한, 더 많은 LiPF2C4O8을 함유한 전지보다 안정한 사이클 수명을 나타낸다는 것도 주목된다. 5 및 8 중량%의 LiPF2C4O8을 각각 함유한 두 종류의 전지는 250 사이클 후에도 우수한 사이클 수명을 나타내었다. It is also noted that it exhibits a stable cycle life than cells containing more LiPF 2 C 4 O 8 . Two types of cells containing 5 and 8% by weight of LiPF 2 C 4 O 8 , respectively, showed excellent cycle life even after 250 cycles.

8 중량%의 LiPF2C4O8을 함유한 전지의 경우에는 비가역적인 상전이가 심하지 않은 136.9 mAh g-1 미만의 낮은 비용량이 긴 사이클 수명을 설명할 수 있다. 그러나, 5 중량%의 LiPF2C4O8을 함유한 전지는 177 사이클에서 160 mAh g-1의 높은 비용량을 나타낸다. In the case of a cell containing 8 wt% LiPF 2 C 4 O 8 , a low specific gravity of less than 136.9 mAh g-1, which is not severe in irreversible phase transition, can account for long cycle life. However, cells containing 5% by weight of LiPF 2 C 4 O 8 exhibit a high specific capacity of 160 mAh g −1 at 177 cycles.

이러한 고용량에도 불구하고, 5 중량%의 LiPF2C4O8을 함유한 전지는 350 사이클 후에도 157.4 mAh g-1의 높은 용량을 나타낼 수 있고, 고도로 탈리튬화된 LiCoO2의 상태가 단사정계(monoclinic)의 비가역적 상전이를 유발할 수 있다. Despite these high capacities, cells containing 5% by weight of LiPF 2 C 4 O 8 can exhibit a high capacity of 157.4 mAh g-1 even after 350 cycles, and the state of the highly delithiated LiCoO 2 is monoclinic ( monoclinic) may cause irreversible phase transition.

사이클 성능 향상의 정도에는 약간의 차이가 있지만, LiPF2C4O8 염을 함유하는 모든 것은 사이클 특성이 향상되었다. 따라서, LiPF2C4O8 염이 사이클 특성을 향상시키는 것으로 확인되었다.
Although there is a slight difference in the degree of cycle performance improvement, everything containing LiPF 2 C 4 O 8 salt has improved cycle characteristics. Thus, it was found that LiPF 2 C 4 O 8 salt improved the cycle characteristics.

시험예 3. 이차전지 특성_전기화학적 거동 Test Example 3 Secondary Battery Characteristics_Electrochemical Behavior

도 5는 전해질 조성물 내의 LiPF2C4O8 함량에 따른 코인 반쪽 전지의 첫 번째 사이클 시 3-전극 셀에서 5 mAh g-1로 충전된 나이퀴스트 플롯이다. 하늘색 점은 2.5119 Hz를 의미하고, 등가 회로 모델은 삽입으로 표시되었다. FIG. 5 is a Nyquist plot filled with 5 mAh g −1 in a three-electrode cell during the first cycle of a coin half cell according to LiPF 2 C 4 O 8 content in the electrolyte composition. The light blue dot means 2.5119 Hz, and the equivalent circuit model is marked as insert.

전기 화학적 거동을 더 연구하기 위해, EIS는 20 mAh g-1의 충전 초기 단계에서 수행되었다.To further study the electrochemical behavior, EIS was performed at the initial stage of charging of 20 mAh g-1.

도 5에 도시된 바와 같이, 레퍼런스 전해질을 함유한 전지는 2개의 반원형을 나타내었으며, 이는 삽입(inset)에 도시된 바와 같이 SEI 및 전하 이동의 부분을 포함하는 등가 회로에 상당히 상응한다. 도 5의 삽입도에서 등가 회로를 사용하면, 반원의 직경은 저항 값을 반영한다. As shown in FIG. 5, the cell containing the reference electrolyte exhibited two semicircles, which corresponds significantly to an equivalent circuit including a portion of SEI and charge transfer as shown in the inset. Using an equivalent circuit in the inset of FIG. 5, the diameter of the semicircle reflects the resistance value.

이러한 거동에 대한 시간 상수를 고려할 때, 높은(좌측) 및 낮은(우측) 주파수 영역에서의 반원은 각각 SEI 및 전하 전달 거동으로 할당된다. 두 개의 반원 사이에서, 변곡점의 약 2.6 Hz 주파수는 밝은 하늘색 점으로 표시된다. Given the time constants for this behavior, semicircles in the high (left) and low (right) frequency domains are assigned to SEI and charge transfer behavior, respectively. Between the two semicircles, the frequency of about 2.6 Hz of the inflection point is represented by a light sky blue point.

다른 전지에서 얻은 EIS 결과를 통해 LiPF2C4O8의 함량이 증가함에 따라 SEI 동작 반원의 지름이 증가한다. 또한, 약 2.6 Hz의 밝은 하늘색 점은 첫 번째 반원이 여전히 SEI 동작을 나타내는 것을 의미한다. EIS results from other cells show that the diameter of the SEI operating semicircle increases with increasing LiPF 2 C 4 O 8 content. Also, a light sky blue point of about 2.6 Hz means that the first semicircle still exhibits SEI behavior.

따라서, SEI 동작에 대한 전기 화학적 거동은 LiPF2C4O8의 함량에 따라 다르다는 것을 확인하였다. LiPF2C4O8이 LiCoO2 상에 SEI를 형성한다는 것은 의미가 있다.
Therefore, it was confirmed that the electrochemical behavior for SEI operation depends on the content of LiPF 2 C 4 O 8 . It is meaningful that LiPF 2 C 4 O 8 forms SEI on LiCoO 2 .

시험예 4. SEM 측정Test Example 4 SEM Measurement

도 6은 (a) 코인 반쪽 전지를 사이클링하기 전 및 전해질 조성물 내의 LiPF2C4O8 함량에 따른 코인 반쪽 전지((b) 0 중량%, (c) 1 중량%, (d) 3 중량%, (e) 5 중량% 및 (f) 8 중량%)를 사이클링한 후 LiCoO2 표면의 FE-SEM 이미지이다. FIG. 6 shows (a) a coin half cell (c) 0 wt%, (c) 1 wt%, (d) 3 wt% prior to cycling the coin half cell and according to the LiPF 2 C 4 O 8 content in the electrolyte composition. FE-SEM image of the LiCoO 2 surface after cycling (e) 5 wt% and (f) 8 wt%).

또한, 도 7은 상기 도 6a 내지 6f의 빨간색 사각형 부분을 확대한 이미지이다.7 is an enlarged image of a red square portion of FIGS. 6A to 6F.

LiPF2C4O8 염에 의해 유도된 계면막을 가시화시키기 위하여, 상기 다양한 전해질을 이용하여 충전된 LiCoO2 전극을 사용하여 FE-SEM 분석을 수행하였다.In order to visualize the interfacial film induced by LiPF 2 C 4 O 8 salt, FE-SEM analysis was performed using LiCoO 2 electrodes filled with the various electrolytes.

도 6에 도시된 바와 같이, 마이크로미터 스케일에서 검사했을 때, 입자 표면은 서로 비슷하게 보이는 것을 확인하였다. 그러나 100 나노미터 규모로 평가한 결과, LiCoO2의 표면은 LiPF2C4O8에 의해 도 1, 도 3 및 도 5에서 보여준 전기 화학적 결과로 정정되었다.As shown in FIG. 6, when inspected at the micrometer scale, the particle surfaces were found to look similar to each other. However, as a result of evaluating on the 100 nanometer scale, the surface of LiCoO 2 was corrected by LiPF 2 C 4 O 8 with the electrochemical results shown in FIGS. 1, 3 and 5.

또한, 도 7a에 도시된 사이클링하기 전의 입자 표면은 풍만한 층-결정질을 나타내는 긴 에지를 보였다. 구체적으로, 표면은 처음에는 평평하고 깨끗하였다. In addition, the particle surface before cycling shown in FIG. 7A exhibited long edges indicating voluminous layer-crystals. Specifically, the surface was initially flat and clean.

레퍼런스 전해질에서 한 번 사이클링 한 후에는 입자 표면이 약간 변하면서 직경이 수십 나노미터인 응집된 작은 둥근 입자가 나타나며, 이는 전해질 분해로 생성된 것으로 보인다.After cycling once in the reference electrolyte, the surface of the particles changed slightly, resulting in agglomerated small round particles of several tens of nanometers in diameter, which appeared to be the result of electrolyte decomposition.

1 중량% 및 3 중량%의 LiPF2C4O8 염을 함유한 전해질을 사용하면, LiCoO2 표면이 변형된 것을 확인할 수 없었다. 그러나, 보다 높은 5 중량% 및 8 중량%의 LiPF2C4O8 염을 함유한 경우에는 계면막의 새로운 구조가 증착에 의해 명확하게 변화되었다.When using an electrolyte containing 1% by weight and 3% by weight of LiPF 2 C 4 O 8 salt, it was not confirmed that the LiCoO 2 surface was deformed. However, when higher 5% and 8% by weight of LiPF 2 C 4 O 8 salts were contained, the new structure of the interfacial film was clearly changed by deposition.

LiPF2C4O8 염을 함유한 전해질에 의해 생성된 계면막은 다양한 표면 형태에 기반하여 1st 전압 곡선(도 1b)과 EIS 결과(도 5)에 대해 높은 분극을 갖는 것으로 보인다. 이러한 거동에 근거하여, 1 중량% 및 3 중량%의 LiPF2C4O8 염은 FE-SEM에 의해 쉽게 구별되지 않는 박막을 만들었다.
The interfacial film produced by the electrolyte containing LiPF 2 C 4 O 8 salt appears to have high polarization for the 1st voltage curve (FIG. 1B) and the EIS result (FIG. 5) based on various surface morphologies. Based on this behavior, 1% by weight and 3% by weight of LiPF 2 C 4 O 8 salt made a thin film not easily distinguished by FE-SEM.

시험예 5. XPS 분석Test Example 5 XPS Analysis

도 8은 한 번 사이클링된 LiCoO2-Au 매립 전극으로부터 얻어진 (a) O 1s, (b) C 1s, (c) P 2p 및 (d) F 1s의 XPS 스펙트럼이다. 사용된 전해질은 0, 1, 3 및 5 중량%의 LiPF2C4O8 염을 포함한다. 적합 곡선은 실선으로 표시하였다.8 is an XPS spectrum of (a) O 1s, (b) C 1s, (c) P 2p and (d) F 1s obtained from a once cycled LiCoO 2 -Au buried electrode. The electrolyte used comprises 0, 1, 3 and 5% by weight of LiPF 2 C 4 O 8 salt. Fit curves are indicated by solid lines.

도 9는 (a) 코인 반쪽 전지를 사이클링하기 전 및 전해질 조성물 내의 LiPF2C4O8 함량에 따른 코인 반쪽 전지((b) 0 중량%, (c) 1 중량%, (d) 3 중량%, (e) 5 중량% 및 (f) 8 중량%)를 100 사이클링한 후 LiCoO2 표면의 FE-SEM 이미지이다. FIG. 9 shows (a) a coin half cell prior to cycling the coin half cell and according to the LiPF 2 C 4 O 8 content in the electrolyte composition ((b) 0 wt%, (c) 1 wt%, (d) 3 wt%) FE-SEM image of LiCoO 2 surface after 100 cycles of (e) 5 wt% and (f) 8 wt%).

LiCoO2-Au 매립 전극은 XPS 분석에 사용되었기 때문에 모든 스펙트럼은 활성 물질인 LiCoO2의 표면에서 생성된다. 상기 매립 시스템의 응용은 도전제와 결합제의 방해물을 제거하는데 매우 유용하다. Since the LiCoO 2 -Au buried electrode was used for XPS analysis, all spectra were generated on the surface of the active material LiCoO 2 . The application of the buried system is very useful for removing obstacles of the conductive agent and the binder.

도 8은 충전된 LiCoO2 전극으로부터의 O 1s, C 1s, P 2p 및 F 1s 스펙트럼의 XPS 결과를 도시한 것이다.8 shows the XPS results of the O 1s, C 1s, P 2p and F 1s spectra from the charged LiCoO 2 electrodes.

O 1s 스펙트럼에서, 3 가지 유형의 피크를 사용하여 얻은 스펙트럼을 콘볼 루(convolute)하였다. 528.5 eV, 532 eV 및 533.5 eV의 피크는 각각 금속 산화물, C=O/P-O 및 C-O-C 종으로 지정된다. 상기 금속 산화물 피크는 LiCoO2 양극 재료를 의미한다.In the O 1s spectrum, the spectra obtained using three types of peaks were convolute. Peaks of 528.5 eV, 532 eV and 533.5 eV are assigned to the metal oxide, C═O / PO and COC species, respectively. The metal oxide peak refers to a LiCoO 2 anode material.

XPS가 표면 분석 도구라는 것을 고려하면, 528.5 eV에서 더 높은 금속 산화물 피크는 LiCoO2의 광전자가 표면층의 방해없이 쉽게 방출되었음을 의미한다. 도 8a에 도시된 528.5 eV의 높은 피크는 얇은 계면막을 의미한다.Considering that XPS is a surface analysis tool, the higher metal oxide peak at 528.5 eV means that the photoelectrons of LiCoO 2 were easily released without disturbing the surface layer. The high peak of 528.5 eV shown in FIG. 8A means a thin interface film.

도 8a에서 알 수 있는 바와 같이, LiPF2C4O8을 함유한 전해질에서 순환된 전극으로부터의 O 1s 스펙트럼은 금속 산화물의 감소된 피크를 나타낸다. As can be seen in FIG. 8A, the O 1s spectrum from the circulated electrode in the electrolyte containing LiPF 2 C 4 O 8 shows a reduced peak of the metal oxide.

피크는 LiPF2C4O8의 함량이 증가함에 따라 감소하며, 이는 도 6c-e의 FE-SEM 이미지에서 LiPF2C4O8 염에 의한 계면막 형성을 지지하는 결과와 매우 일치한다. 동시에, LiPF2C4O8 염은 532 eV에서 관찰된 C=O 또는 P-O 종을 함유한 계면막으로 이어진다. 금속 산화물 피크와 달리, 532 eV의 피크는 전해질에서 LiPF2C4O8의 증가함에 따라 증가한다. The peak decreases with increasing LiPF 2 C 4 O 8 content, which is very consistent with the results supporting the formation of the interfacial film by LiPF 2 C 4 O 8 salt in the FE-SEM image of FIGS. 6C-E. At the same time, LiPF 2 C 4 O 8 salts lead to interfacial membranes containing C═O or PO species observed at 532 eV. Unlike the metal oxide peaks, the peak of 532 eV increases with increasing LiPF 2 C 4 O 8 in the electrolyte.

또한, 도 8b의 C 1s 스펙트럼에서, 3개의 피크가 XPS 결과를 컨볼스하기 위해 사용되었다. 285 eV의 첫 번째 피크는 C-C 결합에 대한 보정된 피크로 사용되었으며, 286.5 eV와 289 eV의 다른 두 피크는 각각 C-O-C와 C=O로 지정된다.In addition, in the C 1s spectrum of FIG. 8B, three peaks were used to convolve the XPS results. The first peak of 285 eV was used as the corrected peak for C-C binding, and the other two peaks of 286.5 eV and 289 eV were designated C-O-C and C = O, respectively.

도 8a의 O 1s 스펙트럼에 나타난 바와 같이, LiPF2C4O8은 532 eV 및 533.5 eV에서 많은 화학종이 관찰되었다. 그러나, 5 중량%의 LiPF2C4O8 염이 함유된 전해질은 1 중량% 및 3 중량%의 LiPF2C4O8 염이 함유된 전해질로부터의 다른 스펙트럼에 비해 286.5 eV 및 289 eV에서 거대한 피크를 나타내지 않았다. As shown in the O 1s spectrum of FIG. 8A, many species of LiPF 2 C 4 O 8 were observed at 532 eV and 533.5 eV. However, 5% by weight of LiPF 2 C 4 O 8 salt containing electrolyte is at 286.5 eV and 289 eV compared to other spectra from an electrolyte containing LiPF 2 C 4 O 8 salt of 1% by weight and 3% by weight huge There was no peak.

대신에, 5 중량%의 LiPF2C4O8 염이 함유된 전해질은 P 2p 스펙트럼에서 135 eV의 매우 큰 피크를 나타내었다. 레퍼런스 전해질의 P 2p 스펙트럼은 136.5 eV에서 주 피크를 갖는다.Instead, the electrolyte containing 5% by weight of LiPF 2 C 4 O 8 salt showed a very large peak of 135 eV in the P 2p spectrum. The P 2p spectrum of the reference electrolyte has a main peak at 136.5 eV.

LiPF2C4O8 염의 함량이 증가함에 따라, 피크의 높이가 증가하고 위치는 음의 방향으로 이동되었다. 136.5 eV의 오른쪽 피크는 PFy에 해당하고, 135 eV의 왼쪽 피크는 POyFz에 해당한다. As the content of LiPF 2 C 4 O 8 salt increased, the height of the peak increased and the position shifted in the negative direction. The right peak of 136.5 eV corresponds to PFy and the left peak of 135 eV corresponds to POyFz.

다음으로, 도 8a에서 O 1s의 큰 피크는 LiPF2C4O8 염으로부터 POyFz 종의 생성에 의해 설명된다. 이러한 현상은 염이 계면막 형성에 관여한다는 개념을 지지하는 것이다. Next, the large peak of O 1s in FIG. 8A is explained by the production of POyFz species from LiPF 2 C 4 O 8 salt. This phenomenon supports the notion that salts are involved in interfacial film formation.

또한, 도 8d에서 F 1s 스펙트럼은 688 eV에서의 P-F와 685.5 eV에서의 LiF인 두 개의 주요 피크에서 콘볼루션(convolution)을 갖는다. 더 많은 LiPF2C4O8 염이 전해질에 첨가됨에 따라 P-F 피크가 더 커짐이 분명하게 관찰되었다. P 스펙트럼의 조합으로 LiPF2C4O8 염이 1st 충진시 LiCoO2의 막 형성에 참여한다는 것이 명확해졌다.In addition, the F 1s spectrum in FIG. 8D has convolution at two major peaks, PF at 688 eV and LiF at 685.5 eV. Obviously, the larger the PF peak was observed as more LiPF 2 C 4 O 8 salt was added to the electrolyte. The combination of the P spectra revealed that the LiPF 2 C 4 O 8 salt participates in the film formation of LiCoO 2 upon 1st filling.

100 사이클 이후에, 사이클 전극을 SEM으로 관찰하였다(도 9).After 100 cycles, the cycle electrode was observed by SEM (FIG. 9).

도 9b에서, 상업용 전해질의 사이클링된 전극은 레퍼런스 전극이 전해질 분해로 인한 두꺼운 패시베이션(passivation) 층을 형성하여 열악한 순환 가능성을 야기하기 때문에 초기 전극(도 9a)과 매우 다른 표면 조직을 갖는다. 상기 불리한 패시베이션 층은 LiPF2C4O8 염을 전해질에 첨가함으로써 고도로 완화된다.
In FIG. 9B, the cycled electrode of a commercial electrolyte has a very different surface texture from the initial electrode (FIG. 9A) because the reference electrode forms a thick passivation layer due to electrolyte degradation, resulting in poor circulation potential. The disadvantageous passivation layer is highly mitigated by adding LiPF 2 C 4 O 8 salt to the electrolyte.

시험예 6. 안정화시킨 후의 시간-전압 측정Test Example 6 Measurement of Time-Voltage After Stabilization

도 10은 4가지 유형의 전해질(0 중량%, 1 중량%, 3 중량% 및 5 중량%의 LiPF2C4O8 염을 포함)을 사용하여 50시간 주기 후 완전히 충전된 상태에서 60 ℃ 이하로 안정화시킨 다음 측정된 시간-전압 곡선이다.FIG. 10 shows no more than 60 ° C. in a fully charged state after 50 hours using four types of electrolytes (including 0 wt%, 1 wt%, 3 wt% and 5 wt% of LiPF 2 C 4 O 8 salt). The time-voltage curve is then measured after stabilization.

도 10에 도시된 바와 같이, 계면막의 표면 안정성을 입증하기 위해 50 사이클 후 상기 4가지 유형의 전해질을 포함한 완전 충전된 전지는 60 ℃의 고온에서 개방 회로 상태로 저장되었으며, 전해질 분해가 가속되었다. 전해질 분해가 양극 전극의 표면에서 일어난다면, 양극 전극에 저장된 전하가 소비되어 전위 강하를 나타낼 것이다. As shown in FIG. 10, after 50 cycles, a fully charged cell containing the four types of electrolytes was stored in an open circuit at a high temperature of 60 ° C. to accelerate the decomposition of the electrolyte after 50 cycles to prove the surface stability of the interfacial membrane. If electrolyte decomposition occurs at the surface of the positive electrode, the charge stored at the positive electrode will be consumed, indicating a potential drop.

기존의 전해질이 포함된 전지는 저장 테스트의 시작 시 높은 전위 강하를 나타내었다. 이는 불리한 표면 전해질 분해로 인해 충전 과정에서 전자가 소모된다는 것을 의미한다. 1시간 후에도 전위는 Li/Li+ 대비 4.40 V에서 4.14 V로 떨어졌다. 급격히 감소하는 기울기는 더 높은 전위가 더 많은 전해질 분해를 유도한다는 사실에 의해 설명될 수 있다. Conventional cells containing electrolytes exhibited high potential drops at the start of storage testing. This means that electrons are consumed in the charging process due to adverse surface electrolyte decomposition. After 1 hour, the potential dropped from 4.40 V to 4.14 V compared to Li / Li +. The steeply decreasing slope can be explained by the fact that higher potential leads to more electrolyte degradation.

대조적으로, 전해질에 더 많은 LiPF2C4O8 염을 첨가함으로써, 잠재적인 저하 거동은 매우 완화되었다. 1시간 동안 저장한 후, 1 중량%, 3 중량% 및 5 중량%의 LiPF2C4O8 염을 함유한 전해질을 이용한 전지는 Li/Li+ 대비 각각 4.38 V, 4.38 V 및 4.34 V의 높은 전위를 나타내었다. 유도된 계면막은 저장 테스트 동안 전해질 분해를 감소시키는 것으로 보인다.In contrast, by adding more LiPF 2 C 4 O 8 salt to the electrolyte, the potential degradation behavior was very mitigated. After 1 hour of storage, a cell with an electrolyte containing 1%, 3% and 5% by weight of LiPF 2 C 4 O 8 salt had a high potential of 4.38 V, 4.38 V and 4.34 V, respectively, compared to Li / Li +. Indicated. Induced interfacial membranes appear to reduce electrolyte degradation during storage testing.

따라서, LiPF2C4O8 염으로부터 유도된 계면막은 전해질 분해를 감소시킴으로써 표면 안정성을 매우 향상시킨다. 이러한 유형의 패시베이션 막이 사이클의 시작에서 분극 효과를 보이지만, 극성을 증가시키는 실패 모드를 해결함으로써 사이클 성능을 크게 향상시킨다.
Thus, interfacial membranes derived from LiPF 2 C 4 O 8 salts greatly improve surface stability by reducing electrolyte degradation. While this type of passivation film exhibits a polarization effect at the beginning of the cycle, it significantly improves cycle performance by solving failure modes that increase polarity.

구체적으로, 전해질 내의 LiPF2C4O8 염은 1st 사이클에서 고체 전해질 계면막에 의해 LiCoO2의 표면 안정성을 향상시키며, 상기 계면막 덕분에 LiCoO2는 고에너지 밀도 LIB에 대한 4.4 V의 높은 컷-오프 전위에서도 수명주기가 연장되었다.Specifically, LiPF 2 C 4 O 8 salt in the electrolyte improves the surface stability of LiCoO 2 by the solid electrolyte interface membrane in 1st cycle, thanks to the interface membrane LiCoO 2 has a high cut of 4.4 V for high energy density LIB The life cycle was extended even at the -off potential.

LiCoO2가 매립된 전극을 이용한 XPS 분석을 통해, LiPF2C4O8에 의한 인산염과 유기종을 가진 계면막이 명확하게 발견되었다. 3-전극 셀 시스템으로, EIS는 충전 시작 시에 계면막 형성을 확인하였다.XPS analysis using LiCoO 2 embedded electrodes clearly revealed an interface film having phosphate and organic species by LiPF 2 C 4 O 8 . With a three-electrode cell system, the EIS confirmed the formation of the interface film at the start of charging.

전기 화학적 분석과 표면 분석의 체계적 조합을 통해 LiPF2C4O8 염은 첫 번째 주기에서 계면막을 형성하며, LiPF2C4O8 염에 의해 처음으로 유도된 계면막은 전해질 분해를 포함하여 LiCoO2의 파괴 모드를 크게 감소시키고 수명주기를 향상시킨다.Through a systematic combination of electrochemical and surface analysis, LiPF 2 C 4 O 8 salts form an interfacial membrane in the first cycle, and the first interfacial membranes induced by LiPF 2 C 4 O 8 salts contain LiCoO 2 , including electrolyte decomposition. It greatly reduces the destruction mode and improves the life cycle.

Claims (12)

하기 [화학식 1]로 표시되는 화합물, LiPFx 및 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지용 전해질 조성물;
[화학식 1]
LiPFy(C2O4)y
상기 x 및 y는 각각 1 내지 10의 정수임.
An electrolyte composition for a lithium secondary battery comprising a compound represented by the following [Formula 1], LiPF x and a solvent;
[Formula 1]
LiPF y (C 2 O 4 ) y
X and y are each an integer of 1 to 10.
제1항에 있어서, 상기 [화학식 1]의 화합물은 총 전해질 조성물 중 1 내지 15의 중량%로 함유되는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지용 전해질 조성물.According to claim 1, wherein the compound of [Formula 1] is a lithium secondary battery electrolyte composition, characterized in that contained in 1 to 15% by weight of the total electrolyte composition. 제1항에 있어서, 상기 [화학식 1]의 화합물은 1 내지 8의 중량%로 함유되는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지용 전해질 조성물.The electrolyte composition for a lithium secondary battery according to claim 1, wherein the compound of [Formula 1] is contained at 1 to 8% by weight. 제1항에 있어서, 상기 용매는 에틸렌카보네이트, 디에틸카보네이트 및 에틸메틸카보네이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 리튬이차전지용 전해질 조성물.The electrolyte composition of claim 1, wherein the solvent is at least one selected from the group consisting of ethylene carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate. 제1항에 있어서, 상기 용매는 에틸렌카보네이트, 디에틸카보네이트 및 에틸메틸카보네이트가 1 : 1-2 : 3-10의 부피비로 혼합된 것을 특징으로 하는 리튬이차전지용 전해질 조성물.The electrolyte composition of claim 1, wherein the solvent is mixed with ethylene carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate in a volume ratio of 1: 1: 2: 3-10. 제1항 내지 제5항의 전해질 조성물 및 LiCoO2를 포함하는 양극 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지. A lithium secondary battery comprising a positive electrode comprising a electrolyte composition of claim 1 and LiCoO 2 . 제1항 내지 제5항의 전해질 조성물 및 LiCoO2를 포함하는 양극 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬캐패시터.A lithium capacitor comprising a positive electrode comprising the electrolyte composition of claim 1 and LiCoO 2 . (A) 하기 [화학식 1]로 표시되는 화합물을 에틸메틸카보네이트에 용해시키는 단계;
(B) LiPFx, 에틸렌카보네이트 및 디에틸카보네이트를 혼합하는 단계; 및
(C) 상기 (B)단계에서 혼합된 혼합물에 (A)단계에서 제조된 혼합물을 첨가하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지용 전해질 조성물의 제조방법;
[화학식 1]
LiPFy(C2O4)y
상기 x 및 y는 각각 1 내지 10의 정수임.
(A) dissolving the compound represented by the following [Formula 1] in ethylmethyl carbonate;
(B) LiPF x , Mixing ethylene carbonate and diethyl carbonate; And
(C) adding the mixture prepared in step (A) to the mixture mixed in step (B);
[Formula 1]
LiPF y (C 2 O 4 ) y
X and y are each an integer of 1 to 10.
제8항에 있어서, 상기 [화학식 1]로 표시되는 화합물은 총 전해질 조성물 중 1 내지 15의 중량%로 함유되는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지용 전해질 조성물의 제조방법.The method of claim 8, wherein the compound represented by [Formula 1] is contained in 1 to 15% by weight of the total electrolyte composition. 제8항에 있어서, 상기 (B)단계에서는 LiPFx의 농도가 0.5 내지 2 M인 것을 특징으로 하는 리튬이차전지용 전해질 조성물의 제조방법. The method of claim 8, wherein in the step (B), the concentration of LiPF x is 0.5 to 2 M. The method of manufacturing an electrolyte composition for a lithium secondary battery. 제8항에 있어서, 상기 리튬이차전지용 전해질 조성물의 총 염농도는 0.8 내지 1.5 M인 것을 특징으로 하는 리튬이차전지용 전해질 조성물의 제조방법. The method of claim 8, wherein the total salt concentration of the electrolyte composition for lithium secondary batteries is 0.8 to 1.5 M. 제8항에 있어서, 상기 에틸렌카보네이트, 디에틸카보네이트 및 에틸메틸카보네이트는 1 : 1-2 : 3-10의 부피비로 혼합된 것을 특징으로 하는 리튬이차전지용 전해질 조성물의 제조방법.The method of claim 8, wherein the ethylene carbonate, diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate are mixed in a volume ratio of 1: 1: 2: 3-10.
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