KR20210081303A - Electrolytes and electrochemical devices - Google Patents

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KR20210081303A KR1020207012674A KR20207012674A KR20210081303A KR 20210081303 A KR20210081303 A KR 20210081303A KR 1020207012674 A KR1020207012674 A KR 1020207012674A KR 20207012674 A KR20207012674 A KR 20207012674A KR 20210081303 A KR20210081303 A KR 20210081303A
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Abstract

본 출원은 전해액 및 상기 전해액을 포함하는 전기화학 장치 및 전자 장치에 관한 것이다. 상기 전해액은 플루오로에틸렌 카보네이트(fluoroethylene carbonate)와 실리케이트(silicate) 화합물을 포함하고, 선택적으로 고리형 카르복실산 무수물 화합물 또는 디술포네이트 화합물 중 적어도 하나를 더 포함한다. 상기 전해액은 선택적으로 불포화 고리형 카보네이트(carbonate), 고리형 술톤(sultone), 고리형 술페이트 락톤(sulfate lactone) 또는 니트릴(nitrile) 화합물 중 적어도 하나의 다른 첨가제를 더 포함한다. 본 발명의 전해액은 배터리 순환 수명 및 레이트 방전 성능을 현저하게 개선시킬 수 있다.The present application relates to an electrolytic solution and an electrochemical device and an electronic device including the electrolytic solution. The electrolyte solution includes fluoroethylene carbonate and a silicate compound, and optionally further includes at least one of a cyclic carboxylic acid anhydride compound and a disulfonate compound. The electrolyte may optionally further include at least one of an unsaturated cyclic carbonate, a cyclic sultone, a cyclic sulfate lactone, or a nitrile compound. The electrolyte of the present invention can significantly improve battery cycle life and rate discharge performance.

Description

전해액 및 전기화학 장치Electrolytes and electrochemical devices

본 출원은 2019년 12월 20일에 제출된 출원 번호가 CN201911327801.8인 중국 특허출원에 대해 우선권을 주장하며, 그 내용은 전체로써 본원에 인용되었다.This application claims priority to the Chinese patent application filed on December 20, 2019 with application number CN201911327801.8, the contents of which are incorporated herein in their entirety.

기술분야technical field

본 출원은 에너지 저장 기술 분야에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전해액, 상기 전해액을 포함하는 전기화학 장치 및 상기 전기화학 장치를 포함하는 전자 장치에 관한 것이다.The present application relates to the field of energy storage technology, and more particularly, to an electrolyte solution, an electrochemical device including the electrolyte solution, and an electronic device including the electrochemical device.

리튬이온 배터리는 1990년대부터 개발된 차세대 녹색 친환경 배터리로, 작동 전압이 높고 비용량이 크며 순환 수명이 길고 친환경적이며 메모리 효과가 없다는 장점 등으로 인해, 신에너지 전기차, 정보통신 전자 제품, 휴대용 전자 설비, 전동 공구, 에너지 저장, 군수산업, 항공우주 등 분야에서 광범위하게 응용되고 있다. 그러나 리튬이온 배터리의 응용 범위가 끊임없이 확장되고 최신 정보 기술이 지속적으로 발전하면서 리튬이온 배터리의 배터리 에너지 밀도 및 안전 성능에 대한 사람들의 요구 기준이 높아졌다.Lithium-ion battery is a next-generation green eco-friendly battery developed since the 1990s. Due to its high operating voltage, high specific capacity, long cycle life, eco-friendliness, and no memory effect, it is widely used in new energy electric vehicles, information and communication electronic products, portable electronic equipment, It is widely applied in fields such as power tools, energy storage, military industry, and aerospace. However, as the application range of lithium-ion batteries continues to expand and the latest information technology continues to develop, people's requirements for battery energy density and safety performance of lithium-ion batteries have increased.

고전압 리튬이온 배터리의 개발은 리튬이온 배터리의 에너지 밀도를 향상시키는 효과적인 수단 중 하나이다. 고전압 및 고온 조건 하에서는 양극 물질의 산화 활성이 증가하고 안정성이 저하되므로, 종래의 전해액은 양극 표면에서 산화 및 분해가 가속화되어 가스를 발생시킨다. 또한 양극 활물질(특히 망간계 물질) 중의 전이 금속 원소(예를 들어 니켈, 코발트, 망간 등)는 용출이 가속화되어 충방전 과정 후 음극에 침전될 수 있으며, 이로 인해 고체 전해질막(SEI)이 파괴되어 전해액이 음극에서 환원 및 분해되고 리튬이온 배터리의 전기화학적 성능이 더 저하될 수 있다. 리튬이온 배터리의 고온 저장 및 순환 성능을 보다 개선하는 방법을 찾는 것이 시급하다.The development of high-voltage lithium-ion batteries is one of the effective means of improving the energy density of lithium-ion batteries. Under high voltage and high temperature conditions, the oxidation activity of the positive electrode material increases and the stability thereof decreases, so that in the conventional electrolyte, oxidation and decomposition are accelerated on the surface of the positive electrode to generate gas. In addition, transition metal elements (e.g., nickel, cobalt, manganese, etc.) in the positive electrode active material (especially manganese material) may be precipitated on the negative electrode after the charge/discharge process due to accelerated elution, which causes the solid electrolyte membrane (SEI) to be destroyed. As a result, the electrolyte is reduced and decomposed at the negative electrode and the electrochemical performance of the lithium-ion battery may be further deteriorated. It is urgent to find a way to further improve the high-temperature storage and cycling performance of lithium-ion batteries.

본 출원은 전해액, 상기 전해액을 포함하는 전기화학 장치 및 상기 전기화학 장치를 포함하는 전자 장치를 제공하며, 여기에서 상기 전해액은 플루오로에틸렌 카보네이트(fluoroethylene carbonate)와 실리케이트(silicate) 화합물을 포함한다. 전해액에 특정 비율의 플루오로에틸렌 카보네이트 및 실리케이트 화합물을 첨가하는 것은 양극 및 음극 표면에 안정적인 계면 보호층을 형성하기에 유리하므로 리튬이온 배터리의 순환 수명 및 고온 저장 성능이 현저하게 개선된다.The present application provides an electrolyte, an electrochemical device including the electrolyte, and an electronic device including the electrochemical device, wherein the electrolyte includes fluoroethylene carbonate and a silicate compound. The addition of fluoroethylene carbonate and silicate compounds in a certain proportion to the electrolyte is advantageous to form a stable interfacial protective layer on the surfaces of the positive and negative electrodes, so that the cycle life and high temperature storage performance of the lithium ion battery are remarkably improved.

일부 실시예에 있어서, 본 출원은 플루오로에틸렌 카보네이트와 실리케이트 화합물을 포함하는 전해액을 제공한다.In some embodiments, the present application provides an electrolyte comprising fluoroethylene carbonate and a silicate compound.

일부 실시예에 있어서, 상기 전해액에서 상기 실리케이트 화합물의 구조는 화학식 I과 같다.In some embodiments, the structure of the silicate compound in the electrolyte is as shown in Formula I.

Figure pct00001
Figure pct00001

여기에서 R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1~C10 탄화수소기로부터 선택되고, 여기에서 치환될 때 치환기는 할로겐(halogen)이고, 여기에서 상기 실리케이트 화합물과 상기 플루오로에틸렌 카보네이트의 질량비는 1:1 내지 1:10이다.wherein R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently selected from a substituted or unsubstituted C 1 to C 10 hydrocarbon group, wherein the substituent when substituted is a halogen, wherein the silicate The mass ratio of the compound and the fluoroethylene carbonate is 1:1 to 1:10.

일부 실시예에 있어서, 상기 전해액에서 상기 실리케이트 화합물의 구조는 하기 화합물 중 적어도 하나를 포함한다.In some embodiments, the structure of the silicate compound in the electrolyte includes at least one of the following compounds.

Figure pct00002
,
Figure pct00003
또는
Figure pct00004
.
Figure pct00002
,
Figure pct00003
or
Figure pct00004
.

일부 실시예에 있어서, 상기 전해액에서 상기 실리케이트 화합물의 함량은 상기 전해액 총 중량의 약 0.1wt% 내지 약 5wt%이다.In some embodiments, the content of the silicate compound in the electrolyte is about 0.1 wt% to about 5 wt% of the total weight of the electrolyte.

일부 실시예에 있어서, 상기 전해액은 고리형 카르복실산 무수물(cyclic carboxylic anhydride) 화합물을 더 포함하며, 여기에서 상기 고리형 카르복실산 무수물 화합물은 화학식 II, 화학식 III 또는 화학식 IV 구조 중 적어도 하나를 갖는다.In some embodiments, the electrolyte solution further comprises a cyclic carboxylic anhydride compound, wherein the cyclic carboxylic acid anhydride compound comprises at least one of the structures of Formula II, Formula III, or Formula IV have

Figure pct00005
,
Figure pct00006
,
Figure pct00007
Figure pct00005
,
Figure pct00006
,
Figure pct00007

여기에서 R5, R6, R7, R8, R9, R10 및 R11은 각각 독립적으로 수소, 할로겐 및 치환 또는 비치환된 C1~C10 탄화수소기로부터 선택되고, 여기에서 치환될 때 치환기는 할로겐이다.wherein R 5 , R 6 , R 7 , R 8 , R 9 , R 10 and R 11 are each independently selected from hydrogen, halogen and a substituted or unsubstituted C 1 to C 10 hydrocarbon group, wherein the substituted When the substituent is halogen.

일부 실시예에 있어서, 상기 전해액에서 상기 고리형 카르복실산 무수물의 함량은 상기 전해액 총 중량의 약 0.1wt% 내지 약 5wt%이다.In some embodiments, the content of the cyclic carboxylic acid anhydride in the electrolyte is about 0.1 wt% to about 5 wt% of the total weight of the electrolyte.

일부 실시예에 있어서, 상기 전해액에서 상기 고리형 카르복실산 무수물은 말레산 무수물(maleic anhydride), 숙신산 무수물(succinic anhydride), 2-메틸숙신산 무수물(2-methylsuccinic anhydride), 2,3-디메틸숙신산 무수물(2,3-dimethylsuccinic anhydride) 또는 글루타르산 무수물(glutaric anhydride) 중 적어도 하나를 포함한다.In some embodiments, the cyclic carboxylic acid anhydride in the electrolyte is maleic anhydride, succinic anhydride, 2-methylsuccinic anhydride, 2,3-dimethylsuccinic acid at least one of 2,3-dimethylsuccinic anhydride and glutaric anhydride.

일부 실시예에 있어서, 상기 전해액에서 이는 화학식 V를 갖는 디술포네이트(disulfonate) 화합물을 더 포함한다.In some embodiments, the electrolyte further comprises a disulfonate compound having the formula (V).

Figure pct00008
Figure pct00008

여기에서 n은 1 내지 4의 정수이다.Here, n is an integer from 1 to 4.

일부 실시예에 있어서, 상기 전해액에서 상기 디술포네이트 화합물의 함량은 상기 전해액 총 중량의 약 0.1wt% 내지 약 5wt%이다.In some embodiments, the content of the disulfonate compound in the electrolyte is about 0.1 wt% to about 5 wt% of the total weight of the electrolyte.

일부 실시예에 있어서, 상기 디술포네이트 화합물은 메틸렌 메탄디술포네이트(methylene methanedisulfonate)로부터 선택된다.In some embodiments, the disulfonate compound is selected from methylene methanedisulfonate.

일부 실시예에 있어서, 상기 전해액은 LiPO2F2, 불포화 고리형 카보네이트(carbonate), 고리형 술톤(sultone), 고리형 술페이트 락톤(sulfate lactone) 또는 니트릴(nitrile) 화합물 중 적어도 하나의 첨가제를 더 포함한다. 상기 첨가제의 함량은 상기 전해액 총 중량의 약 0.001wt% 내지 약 13wt%이다.In some embodiments, the electrolyte solution is LiPO 2 F 2 , unsaturated cyclic carbonate (carbonate), cyclic sultone (sultone), cyclic sulfate lactone (sulfate lactone) or at least one additive of a nitrile (nitrile) compound include more The content of the additive is about 0.001 wt% to about 13 wt% of the total weight of the electrolyte.

여기에서 상기 LiPO2F2의 함량은 상기 전해액 총 중량의 약 0.001wt% 내지 약 2wt%이다.Here, the content of LiPO 2 F 2 is about 0.001 wt% to about 2 wt% of the total weight of the electrolyte.

불포화 고리형 카보네이트는 비닐렌 카보네이트(vinylene carbonate) 또는 비닐에틸렌 카보네이트(vinylethylene carbonate) 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 불포화 고리형 카보네이트의 함량은 상기 전해액 총 중량의 약 0.001wt% 내지 약 2wt%이다.The unsaturated cyclic carbonate includes at least one of vinylene carbonate or vinylethylene carbonate, and the content of the unsaturated cyclic carbonate is about 0.001 wt% to about 2 wt% of the total weight of the electrolyte.

상기 고리형 술톤은 1,3-프로판 술톤(1,3-propane sultone), 1,4-부탄 술톤(1,4-butane sultone) 또는 1,3- 프로펜 술톤(1,3-propene sultone) 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 고리형 술톤의 함량은 상기 전해액 총 중량의 약 0.01wt% 내지 약 3wt%이다.The cyclic sultone is 1,3-propane sultone, 1,4-butane sultone, or 1,3-propene sultone. Including at least one of, the content of the cyclic sultone is about 0.01wt% to about 3wt% of the total weight of the electrolyte.

상기 고리형 술페이트 락톤은 에틸렌 술페이트(ethylene sulfate), 프로필렌 술페이트(propylene sulfate) 또는 프로판 1,2-사이클릭 술페이트(propane 1,2-cyclic sulfate) 중 적어도 하나를 포함한다. 상기 고리형 술페이트 락톤의 함량은 상기 전해액 총 중량의 0.01wt% 내지 3wt%이다.The cyclic sulfate lactone includes at least one of ethylene sulfate, propylene sulfate, and propane 1,2-cyclic sulfate. The content of the cyclic sulfate lactone is 0.01 wt% to 3 wt% of the total weight of the electrolyte solution.

상기 니트릴 화합물은 숙시노니트릴(succinonitrile), 글루타로니트릴(glutaronitrile), 아디포니트릴(adiponitrile), 2-메틸렌글루타로니트릴 (2-methyleneglutaronitrile), 2-프로필말로노니트릴 (2-propylmalononitrile), 1,3,6-헥산트리카보니트릴(1,3,6-hexanetricarbonitrile), 1,2,6-헥산트리카보니트릴, 1,3,5-펜탄트리카보니트릴(1,3,5-pentanetricarbonitrile) 또는 1,2-비스(시아노에톡시)에탄 (1,2-bis(cyanoethoxy)ethane) 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 니트릴 화합물의 함량은 상기 전해액 총 중량의 약 0.5wt% 내지 약 7wt%이다.The nitrile compound is succinonitrile (succinonitrile), glutaronitrile (glutaronitrile), adiponitrile (adiponitrile), 2-methylene glutaronitrile (2-methyleneglutaronitrile), 2-propyl malononitrile (2-propylmalononitrile), 1 ,3,6-hexanetricarbonitrile (1,3,6-hexanetricarbonitrile), 1,2,6-hexanetricarbonitrile, 1,3,5-pentanetricarbonitrile (1,3,5-pentanetricarbonitrile) or at least one of 1,2-bis(cyanoethoxy)ethane, wherein the content of the nitrile compound is about 0.5wt% to about 7wt% of the total weight of the electrolyte .

일부 실시예에 있어서, 본 출원은 상기 어느 하나의 전해액을 포함하는 전기화학 장치를 제공한다.In some embodiments, the present application provides an electrochemical device including any one of the electrolytes.

일부 실시예에 있어서, 본 출원은 상기 전기화학 장치를 포함하는 전자 장치를 제공한다.In some embodiments, the present application provides an electronic device including the electrochemical device.

본 출원 실시예의 추가 양상 및 장점은 이하에서 부분적으로 설명, 도시하거나 본 출원 실시예의 실시를 통해 설명한다.Additional aspects and advantages of the embodiments of the present application are hereinafter partially described, illustrated, or elucidated through practice of the embodiments of the present application.

본 출원의 실시예는 이하에서 상세히 설명한다. 본 출원의 실시예는 본 출원을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.Examples of the present application will be described in detail below. The examples of the present application should not be construed as limiting the present application.

본 명세서에서 사용된 용어 "대략적으로", "대체적으로", "실질적으로" 및 "약"은 작은 변화를 기술 및 설명하기 위한 것이다. 사건 또는 상황에 결합되어 사용될 때, 상기 용어는 그중 사건 또는 상황이 정확하게 발생하는 예시 및 사건 또는 상황이 매우 근접하게 발생하는 예시를 의미할 수 있다. 예를 들어, 수치와 함께 사용되는 경우, 상기 용어는 상기 수치의 ±10% 이하의 변동 범위를 의미할 수 있으며, 예를 들어 ±5% 이하, ±4% 이하, ±3% 이하, ±2% 이하, ±1% 이하, ±0.5% 이하, ±0.1% 이하 또는 ±0.05% 이하이다. 예를 들어, 두 값 사이의 차이가 상기 값 평균의 ±10 % 이하(예를 들어, ±5% 이하, ±4% 이하, ±3% 이하, ±2% 이하, ±1% 이하, ±0.5% 이하, ±0.1% 이하 또는 ±0.05% 이하)인 경우, 상기 두 값은 "대체적으로" 동일한 것으로 간주될 수 있다.As used herein, the terms “approximately,” “substantially,” “substantially,” and “about” are intended to describe and describe small variations. When used in conjunction with an event or circumstance, the term may refer to an example in which the event or circumstance occurs precisely and an example in which the event or circumstance occurs very closely. For example, when used in conjunction with a numerical value, the term may mean a range of variation of ±10% or less of the numerical value, for example, ±5% or less, ±4% or less, ±3% or less, ±2 % or less, ±1% or less, ±0.5% or less, ±0.1% or less, or ±0.05% or less. For example, if the difference between two values is ±10% or less of the mean of the values (e.g., ±5% or less, ±4% or less, ±3% or less, ±2% or less, ±1% or less, ±0.5 % or less, ±0.1% or less, or ±0.05% or less), the two values can be considered "substantially" equal.

또한 종종 본원에서 범위 형식으로 수량, 비율 및 기타 수치를 나타낸다. 이러한 범위 형식은 설명상 편의성과 간결성을 위한 것이며, 명시적으로 지정된 범위로 제한되는 수치를 포함할 뿐만 아니라 상기 범위 내의 모든 개별 수치 또는 하위 범위도 포함하며 이는 각각의 수치 및 하위 범위를 명시적으로 지정하는 것과 같이 유연하게 이해되어야 한다.Also, quantities, ratios, and other numerical values are sometimes referred to herein in the form of ranges. This range format is for descriptive convenience and brevity, and includes not only numbers limited to the explicitly specified ranges, but also every individual number or subrange within that range, which explicitly states each number and subrange. It should be understood as flexible as specifying.

구체적인 실시방식 및 청구범위에서 용어 "중 적어도 하나", "중 적어도 한 개", "중 적어도 한 종류" 또는 기타 유사한 용어에 의해 연결된 항목의 목록은 나열된 항목의 임의 조합을 의미할 수 있다. 예를 들어, 항목 A와 B가 나열된 경우, "A와 B 중 적어도 하나" 및 "A 또는 B 중 적어도 하나"라는 문구는 A만, B만 또는 A와 B를 의미한다. 다른 예시에서, 항목 A, B 및 C가 나열된 경우, "A, B 및 C 중 적어도 하나" 및 "A, B 또는 C 중 적어도 하나"라는 문구는 A만, B만, C만, A와 B(C는 제외), A와 C(B 제외), B와 C(A 제외), 또는 A, B 및 C 전부를 의미한다. 항목 A는 단일 구성요소 또는 여러 구성요소를 포함할 수 있다. 항목 B는 단일 구성요소 또는 여러 구성요소를 포함할 수 있다. 항목 C는 단일 구성요소 또는 여러 구성요소를 포함할 수 있다.A list of items linked by the terms “at least one of”, “at least one of”, “at least one kind of” or other similar terms in specific embodiments and claims may mean any combination of the listed items. For example, where items A and B are listed, the phrases "at least one of A and B" and "at least one of A or B" mean A only, B only, or A and B. In another example, where items A, B and C are listed, the phrases "at least one of A, B and C" and "at least one of A, B or C" refer to A only, B only, C only, A and B (excluding C), A and C (excluding B), B and C (excluding A), or all of A, B and C. Item A may contain a single component or multiple components. Item B may contain a single component or multiple components. Item C may contain a single component or multiple components.

본원에 사용된 용어 "탄화수소기"는 알킬(alkyl), 알케닐(alkenyl) 및 알키닐(alkynyl)을 포함한다. 예를 들어, 탄화수소기는 1 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 탄화수소 구조인 것으로 예측된다. "탄화수소기"는 3 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 분지쇄 또는 환형 탄화수소 구조인 것으로 예측된다. 구체적인 탄소 수를 갖는 탄화수소기를 지정할 때, 해당 탄소 수를 갖는 모든 기하 이성질체를 포함하는 것으로 예측된다. 본원의 탄화수소기는 1 내지 8개 탄소 원자의 탄화수소기, 1 내지 6개 탄소 원자의 탄화수소기, 1 내지 4개 탄소 원자의 탄화수소기일 수도 있다. 또한 탄화수소기는 임의로 치환될 수 있다. 예를 들어, 탄화수소기는 불소, 염소, 브롬 및 요오드를 포함하는 할로겐 또는 알킬로 치환될 수 있다.As used herein, the term “hydrocarbon group” includes alkyl, alkenyl and alkynyl. For example, a hydrocarbon group is expected to be a straight chain hydrocarbon structure having 1 to 20 carbon atoms. A “hydrocarbon group” is expected to be a branched chain or cyclic hydrocarbon structure having 3 to 10 carbon atoms. When designating a hydrocarbon group having a specific number of carbons, it is expected to include all geometric isomers having that number of carbons. The hydrocarbon group herein may be a hydrocarbon group of 1 to 8 carbon atoms, a hydrocarbon group of 1 to 6 carbon atoms, or a hydrocarbon group of 1 to 4 carbon atoms. The hydrocarbon group may also be optionally substituted. For example, the hydrocarbon group may be substituted with halogen or alkyl including fluorine, chlorine, bromine and iodine.

용어 "알킬"은 1 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 포화 탄화수소 구조인 것으로 예측된다. "알킬"은 3 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 분지쇄 또는 환형 탄화수소 구조인 것으로 예측된다. 예를 들어, 알킬은 1 내지 8개 탄소 원자의 알킬, 1 내지 6개 탄소 원자의 알킬, 1 내지 4개 탄소 원자의 알킬일 수도 있다. 구체적인 탄소 수를 갖는 알킬을 지정할 때, 해당 탄소 수를 갖는 모든 기하 이성질체를 포함하는 것으로 예측된다. 따라서 예를 들어 "부틸(butyl)"은 n-부틸, sec-부틸, 이소부틸(isobutyl), tert-부틸 및 시클로부틸(cyclobutyl)을 포함하고, "프로필(propyl)"은 n-프로필, 이소프로필(isopropyl) 및 시클로프로필(cyclopropyl)을 포함한다. 알킬의 예로는 메틸(methyl), 에틸(ethyl), n-프로필, 이소프로필, 시클로프로필, n-부틸, 이소부틸, sec-부틸, tert-부틸, 시클로부틸(cyclobutyl), n-펜틸(n-pentyl), 이소펜틸(isopentyl), 네오펜틸(neopentyl), 시클로펜틸(cyclopentyl), 메틸시클로펜틸(methylcyclopentyl), 에틸시클로펜틸(ethylcyclopentyl), n-헥실(n-hexyl), 이소헥실(isohexyl), 시클로헥실(cyclohexyl), n-헵틸(heptyl), 옥틸(octyl), 시클로프로필(cyclopropyl), 시클로부틸, 노르보닐(norbornyl) 등이 포함된다. 또한 알킬은 임의로 치환될 수 있다.The term “alkyl” is expected to be a straight chain saturated hydrocarbon structure having from 1 to 10 carbon atoms. "Alkyl" is expected to be a branched chain or cyclic hydrocarbon structure having 3 to 10 carbon atoms. For example, alkyl may be alkyl of 1 to 8 carbon atoms, alkyl of 1 to 6 carbon atoms, alkyl of 1 to 4 carbon atoms. When designating an alkyl having a specific number of carbons, it is expected to include all geometric isomers having that number of carbons. Thus, for example, "butyl" includes n-butyl, sec-butyl, isobutyl, tert-butyl and cyclobutyl, and "propyl" includes n-propyl, isobutyl propyl (isopropyl) and cyclopropyl (cyclopropyl). Examples of alkyl include methyl (methyl), ethyl (ethyl), n-propyl, isopropyl, cyclopropyl, n-butyl, isobutyl, sec-butyl, tert-butyl, cyclobutyl, n-pentyl (n -pentyl), isopentyl, neopentyl, cyclopentyl, methylcyclopentyl, ethylcyclopentyl, n-hexyl, isohexyl , cyclohexyl, n-heptyl, octyl, cyclopropyl, cyclobutyl, norbornyl, and the like. Alkyl may also be optionally substituted.

용어 "알케닐"은 직쇄이거나 분지쇄를 가지며 적어도 하나의 통상적으로 1개, 2개 또는 3개의 탄소-탄소 이중 결합을 갖는 1가 불포화 탄화수소기를 의미한다. 달리 정의되지 않는 한, 상기 알케닐은 통상적으로 2 내지 10개의 탄소 원자를 함유하며, 예를 들어 탄소 원자가 6 내지 10개인 알케닐, 탄소 원자가 2 내지 8개인 알케닐 또는 탄소 원자가 2 내지 6개인 알케닐일 수 있다. 대표적인 알케닐에는 (예를 들어) 비닐(vinyl), n-프로페닐(n-propenyl), 이소프로페닐(isopropenyl), n-부트-2-에닐(n-but-2-enyl), 부트-3-에닐(but-3-enyl), n-헥스-3-에닐(n-hex-3-enyl) 등이 포함된다. 또한 알케닐은 임의로 치환될 수 있다.The term "alkenyl" means a monovalent unsaturated hydrocarbon group that is straight or branched and has at least one usually 1, 2 or 3 carbon-carbon double bonds. Unless otherwise defined, the alkenyl typically contains 2 to 10 carbon atoms, for example alkenyl having 6 to 10 carbon atoms, alkenyl having 2 to 8 carbon atoms or alkenyl having 2 to 6 carbon atoms. It could be Neil. Representative alkenyls include (eg) vinyl, n-propenyl, isopropenyl, n-but-2-enyl, but- 3-enyl (but-3-enyl), n-hex-3-enyl (n-hex-3-enyl), and the like. Alkenyl may also be optionally substituted.

용어 "알키닐"은 직쇄이거나 분지쇄를 가지며 적어도 하나의 통상적으로 1개, 2개 또는 3개의 탄소-탄소 삼중 결합을 갖는 1가 불포화 탄화수소기를 의미한다. 달리 정의되지 않는 한, 상기 알키닐은 통상적으로 2개 내지 10개의 탄소 원자를 함유하며, 예를 들어 탄소 원자가 6개 내지 10개인 알키닐, 탄소 원자가 2개 내지 8개인 알키닐 또는 탄소 원자가 2 내지 6개인 알키닐일 수 있다. 대표적인 알키닐은 (예를 들어) 에티닐(ethynyl), 프로프-2-이닐(prop-2-ynyl) (n-프로피닐(n-propynyl)), n-부트-2-이닐(n-but-2-ynyl), n-헥스-3-이닐(n-hex-3-ynyl) 등을 포함한다. 또한 알키닐은 임의로 치환될 수 있다The term “alkynyl” means a monovalent unsaturated hydrocarbon group that is straight or branched and has at least one usually 1, 2 or 3 carbon-carbon triple bonds. Unless otherwise defined, said alkynyl typically contains 2 to 10 carbon atoms, for example alkynyl having 6 to 10 carbon atoms, alkynyl having 2 to 8 carbon atoms or 2 to carbon atoms 6 individual alkynyl. Representative alkynyls are (eg) ethynyl, prop-2-ynyl (n-propynyl), n-but-2-ynyl (n- but-2-ynyl), n-hex-3-ynyl, and the like. Also alkynyl may be optionally substituted

본원에 사용된 용어 "할로겐"은 F, Cl, Br 또는 I일 수 있다.As used herein, the term “halogen” may be F, Cl, Br or I.

一. 전해액一. electrolyte

본 출원은 전해액을 제공하며, 상기 전해액에는 플루오로에틸렌 카보네이트(FEC)와 실리케이트 화합물이 포함된다.The present application provides an electrolyte, wherein the electrolyte includes fluoroethylene carbonate (FEC) and a silicate compound.

일부 실시예에 있어서, 상기 실리케이트 화합물의 구조는 화학식 I과 같다.In some embodiments, the structure of the silicate compound is as shown in Formula I.

Figure pct00009
Figure pct00009

여기에서 R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1~C10 탄화수소기, 치환 또는 비치환된 C1~C6 탄화수소기, 또는 치환 또는 비치환된 C1~C4 탄화수소기로부터 선택되고, 여기에서 치환될 때 치환기는 할로겐이다. 일부 실시예에 있어서, R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1~C4 알킬로부터 선택되고, 여기에서 치환될 때 치환기는 할로겐이다. 다른 일부 실시예에 있어서, R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 메틸, 에틸 또는 프로필로부터 선택된다.wherein R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently a substituted or unsubstituted C 1 -C 10 hydrocarbon group, a substituted or unsubstituted C 1 -C 6 hydrocarbon group, or a substituted or unsubstituted C 1 to C 4 hydrocarbon groups, wherein the substituent when substituted is halogen. In some embodiments, R 1 , R 2 , R 3 , and R 4 are each independently selected from substituted or unsubstituted C 1 -C 4 alkyl, wherein the substituent when substituted is halogen. In some other embodiments, R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently selected from methyl, ethyl, or propyl.

일부 실시예에 있어서, 상기 전해액에서 상기 화학식 I의 실리케이트 화합물은 하기 화합물 1 내지 3 중 적어도 하나로부터 선택된다.In some embodiments, the silicate compound of Formula I in the electrolyte is selected from at least one of the following compounds 1 to 3.

Figure pct00010
,
Figure pct00011
,
Figure pct00012
Figure pct00010
,
Figure pct00011
,
Figure pct00012

일부 실시예에 있어서, 상기 화학식 I의 실리케이트 화합물은 테트라에틸 오르토실리케이트(tethyl orthosilicate)(화합물 1)이다.In some embodiments, the silicate compound of Formula I is tetraethyl orthosilicate (Compound 1).

일부 실시예에 있어서, 상기 실리케이트 화합물과 상기 플루오로에틸렌 카보네이트(FEC)의 질량비는 약 1:1 내지 약 1:10이다. 일부 실시예에 있어서, 상기 실리케이트 화합물와 상기 플루오로에틸렌 카보네이트(FEC)의 질량비는 약 1:2 내지 약 1:6이고, 일부 실시예에 있어서, 상기 실리케이트 화합물과 상기 플루오로에틸렌 카보네이트(FEC)의 질량비는 약 1:3 내지 약 1:5이다. 일부 실시예에 있어서, 상기 질량비는 약 1:2, 약 1:3, 약 1:4, 약 1:5, 약 1:6 또는 약 1:7이다. 전해액에 실리케이트 화합물과 플루오로에틸렌 카보네이트를 첨가하면, 양자는 상술한 범위에서 전해액을 안정화시킬 수 있으며, 동시에 양극 표면에 조밀한 보호층이 형성되어 배터리의 순환 성능 및 레이트 성능(rate capability)이 향상된다.In some embodiments, the mass ratio of the silicate compound and the fluoroethylene carbonate (FEC) is from about 1:1 to about 1:10. In some embodiments, the mass ratio of the silicate compound to the fluoroethylene carbonate (FEC) is from about 1:2 to about 1:6, and in some embodiments, the silicate compound and the fluoroethylene carbonate (FEC) are The mass ratio is from about 1:3 to about 1:5. In some embodiments, the mass ratio is about 1:2, about 1:3, about 1:4, about 1:5, about 1:6, or about 1:7. When a silicate compound and fluoroethylene carbonate are added to the electrolyte, both can stabilize the electrolyte within the above-mentioned range, and at the same time, a dense protective layer is formed on the surface of the anode to improve the cycle performance and rate capability of the battery. do.

일부 실시예에 있어서, 상기 실리케이트 화합물의 함량은 상기 전해액 총 중량의 약 0.1wt% 내지 약 5wt%이다. 일부 실시예에 있어서, 상기 실리케이트 화합물의 함량은 상기 전해액 총 중량의 약 0.5wt% 내지 약 4wt%이다. 일부 실시예에 있어서, 상기 실리케이트 화합물의 함량은 상기 전해액 총 중량의 약 1wt% 내지 약 3wt%이다. 일부 실시예에 있어서, 상기 실리케이트 화합물의 함량은 상기 전해액 총 중량의 약 1.5wt% 내지 약 2wt%이다. 일부 실시예에 있어서, 상기 실리케이트 화합물의 함량은 상기 전해액 총 중량의 약 0.5wt%, 약 1wt%, 약 1.5wt%, 약 2wt%, 약 2.5wt%, 약 3wt%, 약 3.5wt% 또는 약 4wt%이다. 함량이 0.1wt% 미만이면 전해액에 대한 안정성 개선이 제한되고, 5wt%를 초과하면 양극의 막이 너무 두껍게 형성되어 Li+ 수송에 영향을 미치며 셀 임피던스 및 순환 성능이 저하된다.In some embodiments, the content of the silicate compound is about 0.1 wt% to about 5 wt% of the total weight of the electrolyte solution. In some embodiments, the content of the silicate compound is about 0.5 wt% to about 4 wt% of the total weight of the electrolyte solution. In some embodiments, the content of the silicate compound is about 1 wt% to about 3 wt% of the total weight of the electrolyte solution. In some embodiments, the content of the silicate compound is about 1.5 wt% to about 2 wt% of the total weight of the electrolyte solution. In some embodiments, the content of the silicate compound is about 0.5wt%, about 1wt%, about 1.5wt%, about 2wt%, about 2.5wt%, about 3wt%, about 3.5wt% or about the total weight of the electrolyte solution. 4 wt%. If the content is less than 0.1wt%, stability improvement for the electrolyte is limited, and if it exceeds 5wt%, the film of the anode is formed too thickly , affecting Li + transport, and cell impedance and circulation performance are reduced.

일부 실시예에 있어서, 상기 전해액은 고리형 카르복실산 무수물 화합물을 더 포함하며, 여기에서 상기 고리형 카르복실산 무수물 화합물은 화학식 II, 화학식 III 또는 화학식 IV 구조 중 적어도 하나를 갖는다.In some embodiments, the electrolyte solution further comprises a cyclic carboxylic acid anhydride compound, wherein the cyclic carboxylic acid anhydride compound has at least one of the following structures: Formula II, Formula III, or Formula IV.

Figure pct00013
,
Figure pct00014
,
Figure pct00015
Figure pct00013
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Figure pct00014
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Figure pct00015

여기에서 R5, R6, R7, R8, R9, R10 및 R11은 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1~C10 탄화수소기, 치환 또는 비치환된 C1~C6 탄화수소기, 또는 치환 또는 비치환된 C1~C4 탄화수소기로부터 선택되고, 여기에서 치환될 때 치환기는 할로겐이다. 일부 실시예에 있어서, R5, R6, R7, R8, R9, R10 및 R11은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1~C4 알킬로부터 선택되고, 여기에서 치환될 때 치환기는 할로겐이다. 다른 일부 실시예에 있어서, R5, R6, R7, R8, R9, R10 및 R11은 각각 독립적으로 수소 또는 메틸로부터 선택된다.wherein R 5 , R 6 , R 7 , R 8 , R 9 , R 10 and R 11 are each independently hydrogen, halogen, a substituted or unsubstituted C 1 to C 10 hydrocarbon group, a substituted or unsubstituted C 1 -C 6 hydrocarbon group, or a substituted or unsubstituted C 1 -C 4 hydrocarbon group, wherein the substituent when substituted is halogen. In some embodiments, R 5 , R 6 , R 7 , R 8 , R 9 , R 10 and R 11 are each independently selected from substituted or unsubstituted C 1 -C 4 alkyl, wherein when substituted The substituent is halogen. In some other embodiments, each of R 5 , R 6 , R 7 , R 8 , R 9 , R 10 and R 11 is independently selected from hydrogen or methyl.

일부 실시예에 있어서, 상기 고리형 카르복실산 무수물은 말레산 무수물, 숙신산 무수물, 2-메틸숙신산 무수물, 2,3-디메틸숙신산 무수물 또는 글루타르산 무수물 중 적어도 하나를 포함한다.In some embodiments, the cyclic carboxylic acid anhydride comprises at least one of maleic anhydride, succinic anhydride, 2-methylsuccinic anhydride, 2,3-dimethylsuccinic anhydride, or glutaric anhydride.

일부 실시예에 있어서, 상기 고리형 카르복실산 무수물의 함량은 상기 전해액 총 중량의 약 0.1wt% 내지 약 5wt%를 차지한다. 일부 실시예에 있어서, 상기 고리형 카르복실산 무수물의 함량은 상기 전해액 총 중량의 약 0.5wt% 내지 약 4wt%를 차지한다. 일부 실시예에 있어서, 상기 고리형 카르복실산 무수물의 함량은 상기 전해액 총 중량의 약 1wt% 내지 약 3wt%를 차지한다. 일부 실시예에 있어서, 상기 고리형 카르복실산 무수물의 함량은 상기 전해액 총 중량의 약 1.5wt% 내지 약 2wt%를 차지한다. 일부 실시예에 있어서, 상기 고리형 카르복실산 무수물은 상기 전해액 총 중량의 약 0.5wt%, 약 1wt%, 약 1.5wt%, 약 2wt%, 약 2.5wt%, 약 3wt%, 약 3.5wt% 또는 약 4wt%를 차지한다. 상기 고리형 카르복실산 무수물을 상기 전해액에 첨가하면, 고리형 카르복실산 무수물의 비교적 높은 환원 전위로 인해 더 바람직하게 음극에 조밀한 SEI막이 환원되어 형성되고, 나아가 실리케이트 화합물과 FEC에 의해 형성되는 SEI가 변형되어 Li+가 왕래하기 용이하므로 배터리 레이트 및 순환 성능이 더욱 개선된다. 상기 고리형 카르복실산 무수물의 함량이 너무 낮으면 음극 계면을 충분히 안정적으로 보호할 수 없어 순환 성능 개선 효과를 구현할 수 없다. 또한 상기 고리형 카르복실산 무수물의 함량이 너무 높으면 막이 너무 두꺼워져 배터리 용량 감쇠 및 배터리 임피던스 증가가 초래될 수 있다.In some embodiments, the content of the cyclic carboxylic acid anhydride accounts for about 0.1 wt% to about 5 wt% of the total weight of the electrolyte solution. In some embodiments, the content of the cyclic carboxylic acid anhydride accounts for about 0.5 wt% to about 4 wt% of the total weight of the electrolyte solution. In some embodiments, the content of the cyclic carboxylic acid anhydride accounts for about 1 wt% to about 3 wt% of the total weight of the electrolyte solution. In some embodiments, the content of the cyclic carboxylic acid anhydride accounts for about 1.5 wt% to about 2 wt% of the total weight of the electrolyte solution. In some embodiments, the cyclic carboxylic acid anhydride is about 0.5 wt%, about 1 wt%, about 1.5 wt%, about 2 wt%, about 2.5 wt%, about 3 wt%, about 3.5 wt% of the total weight of the electrolyte solution. or about 4 wt%. When the cyclic carboxylic acid anhydride is added to the electrolyte solution, a dense SEI film is more preferably formed on the cathode by reduction due to the relatively high reduction potential of the cyclic carboxylic acid anhydride, and furthermore, a silicate compound and FEC formed by The SEI is modified to facilitate Li + transit, further improving battery rate and cycling performance. If the content of the cyclic carboxylic acid anhydride is too low, the negative electrode interface cannot be sufficiently stably protected, and thus the effect of improving circulation performance cannot be realized. In addition, if the content of the cyclic carboxylic acid anhydride is too high, the membrane may become too thick, which may result in a decrease in battery capacity and an increase in battery impedance.

일부 실시예에 있어서, 상기 전해액에서 이는 화학식 V를 갖는 디술포네이트 화합물을 더 포함한다.In some embodiments, in the electrolyte, it further comprises a disulfonate compound having the formula (V).

Figure pct00016
, 여기에서 n은 1 내지 4의 정수이다.
Figure pct00016
, where n is an integer from 1 to 4.

일부 실시예에 있어서, 상기 디술포네이트 화합물은 메틸렌 메탄디술포네이트(MMDS)로부터 선택된다.In some embodiments, the disulfonate compound is selected from methylene methanedisulfonate (MMDS).

일부 실시예에 있어서, 상기 디술포네이트 화합물의 함량은 상기 전해액 총 중량의 약 0.1wt% 내지 약 5wt%를 차지한다. 일부 실시예에 있어서, 상기 디술포네이트 화합물의 함량은 상기 전해액 총 중량의 약 0.5wt% 내지 약 4wt%를 차지한다. 일부 실시예에 있어서, 상기 디술포네이트 화합물의 함량은 상기 전해액 총 중량의 약 1wt% 내지 약 3wt%를 차지한다. 일부 실시예에 있어서, 상기 디술포네이트 화합물의 함량은 상기 전해액 총 중량의 약 1.5wt% 내지 약 2wt%를 차지한다. 일부 실시예에 있어서, 상기 디술포네이트 화합물은 상기 전해액 총 중량의 약 0.5wt%, 약 1wt%, 약 1.5wt%, 약 2wt%, 약 2.5wt%, 약 3wt%, 약 3.5wt% 또는 약 4wt%를 차지한다. 상기 디술포네이트를 상기 전해액에 첨가하면 양극에 안정성이 우수한 SEI막이 형성될 수 있으며, 이는 양극 물질 중 전이 금속의 용출을 더 억제하고 전해액과의 직접적인 접촉을 감소시켜 배터리의 레이트 성능 및 순환 성능을 더욱 개선시킨다.In some embodiments, the content of the disulfonate compound accounts for about 0.1 wt% to about 5 wt% of the total weight of the electrolyte solution. In some embodiments, the content of the disulfonate compound accounts for about 0.5 wt% to about 4 wt% of the total weight of the electrolyte solution. In some embodiments, the content of the disulfonate compound accounts for about 1 wt% to about 3 wt% of the total weight of the electrolyte solution. In some embodiments, the content of the disulfonate compound accounts for about 1.5 wt% to about 2 wt% of the total weight of the electrolyte solution. In some embodiments, the disulfonate compound is about 0.5 wt %, about 1 wt %, about 1.5 wt %, about 2 wt %, about 2.5 wt %, about 3 wt %, about 3.5 wt %, or about the total weight of the electrolyte solution. It accounts for 4 wt%. When the disulfonate is added to the electrolyte, an SEI film with excellent stability may be formed on the positive electrode, which further inhibits the elution of transition metals in the positive electrode material and reduces direct contact with the electrolyte, thereby improving the rate performance and circulation performance of the battery. further improve

일부 실시예에 있어서, 상기 전해액은 불포화 고리형 카보네이트, 고리형 술톤, 고리형 술페이트 락톤, 니트릴 화합물 또는 LiPO2F2 중 적어도 하나의 첨가제를 더 포함한다. 일부 실시예에 있어서, 상기 불포화 고리형 카보네이트는 비닐렌 카보네이트(VC) 또는 비닐에틸렌 카보네이트(VEC) 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 고리형 술톤은 1,3-프로판 술톤(PS), 1,4-부탄 술톤(BS) 또는 1,3-프로펜 술톤(PST) 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 고리형 술페이트 락톤은 에틸렌 술페이트(DTD), 프로필렌 술페이트 또는 프로판 1,2-사이클릭 술페이트 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 니트릴 화합물은 숙시노니트릴(SN), 글루타로니트릴, 아디포니트릴, 2-메틸렌글루타로니트릴, 2-프로필말로노니트릴, 1,3,6-헥산트리카보니트릴, 1,2,6-헥산트리카보니트릴, 1,3,5- 펜탄트리카보니트릴 또는 1,2-비스(시아노에톡시)에탄 중 적어도 하나를 포함한다.In some embodiments, the electrolyte solution further includes at least one additive of an unsaturated cyclic carbonate, a cyclic sultone, a cyclic sulfate lactone, a nitrile compound, or LiPO 2 F 2 . In some embodiments, the unsaturated cyclic carbonate comprises at least one of vinylene carbonate (VC) or vinylethylene carbonate (VEC), and the cyclic sultone is 1,3-propane sultone (PS), 1,4 - at least one of butane sultone (BS) or 1,3-propene sultone (PST), wherein the cyclic sulfate lactone is ethylene sulfate (DTD), propylene sulfate or propane 1,2-cyclic sulfone and at least one of the nitrile compounds, wherein the nitrile compound is succinonitrile (SN), glutaronitrile, adiponitrile, 2-methyleneglutaronitrile, 2-propylmalononitrile, 1,3,6-hexanetricarbo at least one of nitrile, 1,2,6-hexanetricarbonitrile, 1,3,5-pentanetricarbonitrile, or 1,2-bis(cyanoethoxy)ethane.

일부 실시예에 있어서, 상기 첨가제의 함량은 상기 전해액 총 중량의 약 0.1wt% 내지 약 13wt%를 차지하고, 일부 실시예에 있어서, 상기 첨가제의 함량은 상기 전해액 총 중량의 약 0.5wt% 내지 약 10wt%를 차지하고, 일부 실시예에 있어서, 상기 첨가제의 함량은 상기 전해액 총 중량의 약 0.5wt% 내지 약 8wt%를 차지하고, 일부 실시예에 있어서, 상기 첨가제의 함량은 상기 전해액 총 중량의 약 1wt% 내지 약 7wt%를 차지하고, 일부 실시예에 있어서, 상기 첨가제의 함량은 상기 전해액 총 중량의 약 1.5wt% 내지 약 6wt%를 차지한다. 일부 실시예에 있어서, 상기 첨가제는 상기 전해액 총 중량의 약 0.5wt%, 약 1wt%, 약 1.5wt%, 약 2wt%, 약 2.5wt%, 약 3wt%, 약 3.5wt%, 약 4wt%, 약 4.5wt%, 약 5wt%, 약 5.5wt%, 약 6wt%, 약 6.5wt%, 약 7wt%, 약 7.5wt%, 약 8wt%, 약 8.5wt%, 약 9wt% 또는 약 9.5wt%를 차지한다.In some embodiments, the content of the additive accounts for about 0.1 wt% to about 13 wt% of the total weight of the electrolyte solution, and in some embodiments, the content of the additive is about 0.5 wt% to about 10 wt% of the total weight of the electrolyte solution %, and in some embodiments, the content of the additive comprises about 0.5 wt% to about 8 wt% of the total weight of the electrolyte, and in some embodiments, the content of the additive is about 1 wt% of the total weight of the electrolyte to about 7 wt%, and in some embodiments, the content of the additive accounts for about 1.5 wt% to about 6 wt% of the total weight of the electrolyte. In some embodiments, the additive is about 0.5 wt%, about 1 wt%, about 1.5 wt%, about 2 wt%, about 2.5 wt%, about 3 wt%, about 3.5 wt%, about 4 wt%, about 4.5wt%, about 5wt%, about 5.5wt%, about 6wt%, about 6.5wt%, about 7wt%, about 7.5wt%, about 8wt%, about 8.5wt%, about 9wt% or about 9.5wt% occupy

일부 실시예에 있어서, 상기 LiPO2F2의 함량은 상기 전해액 총 중량의 약 0.1wt% 내지 약 2wt%를 차지하고, 일부 실시예에 있어서, 상기 LiPO2F2의 함량은 상기 전해액 총 중량의 약 0.1wt% 내지 약 1wt%를 차지하고, 일부 실시예에 있어서, 상기 LiPO2F2의 함량은 상기 전해액 총 중량의 약 0.1wt% 내지 약 0.6wt%를 차지한다.In some embodiments, the content of LiPO 2 F 2 occupies about 0.1 wt% to about 2 wt% of the total weight of the electrolyte, and in some embodiments, the content of LiPO 2 F 2 is about the total weight of the electrolyte. Occupies 0.1wt% to about 1wt%, and in some embodiments, the content of LiPO 2 F 2 accounts for about 0.1wt% to about 0.6wt% of the total weight of the electrolyte.

일부 실시예에 있어서, 상기 불포화 고리형 카보네이트의 함량은 상기 전해액 총 중량의 약 0.01wt% 내지 약 2wt%를 차지하고, 일부 실시예에 있어서, 상기 불포화 고리형 카보네이트의 함량은 상기 전해액 총 중량의 약 0.01wt% 내지 약 1.5wt%를 차지하고, 일부 실시예에 있어서, 상기 불포화 고리형 카보네이트의 함량은 상기 전해액 총 중량의 약 0.01wt% 내지 약 1wt%를 차지한다.In some embodiments, the content of the unsaturated cyclic carbonate accounts for about 0.01 wt% to about 2 wt% of the total weight of the electrolyte, and in some embodiments, the content of the unsaturated cyclic carbonate is about the total weight of the electrolyte Occupies 0.01wt% to about 1.5wt%, and in some embodiments, the content of the unsaturated cyclic carbonate accounts for about 0.01wt% to about 1wt% of the total weight of the electrolyte.

일부 실시예에 있어서, 상기 고리형 술톤의 함량은 상기 전해액 총 중량의 약 0.01wt% 내지 약 3wt%를 차지하고, 일부 실시예에 있어서, 상기 고리형 술톤의 함량은 상기 전해액 총 중량의 약 0.1wt% 내지 약 2wt%를 차지하고, 일부 실시예에 있어서, 상기 고리형 술톤의 함량은 상기 전해액 총 중량의 약 0.5wt% 내지 약 1.5wt%를 차지하고,In some embodiments, the content of the cyclic sultone accounts for about 0.01 wt % to about 3 wt % of the total weight of the electrolyte, and in some embodiments, the content of the cyclic sultone is about 0.1 wt % of the total weight of the electrolyte % to about 2 wt%, and in some embodiments, the content of the cyclic sultone accounts for about 0.5 wt% to about 1.5 wt% of the total weight of the electrolyte;

일부 실시예에 있어서, 상기 고리형 술페이트 락톤의 함량은 상기 전해액 총 중량의 약 0.01wt% 내지 약 3wt%를 차지하고, 일부 실시예에 있어서, 상기 고리형 술페이트 락톤의 함량은 상기 전해액 총 중량의 약 0.1wt% 내지 약 2wt%를 차지하고, 일부 실시예에 있어서, 상기 고리형 술페이트 락톤의 함량은 상기 전해액 총 중량의 약 0.5wt% 내지 약 1.5wt%를 차지한다.In some embodiments, the content of the cyclic sulfate lactone occupies about 0.01 wt% to about 3 wt% of the total weight of the electrolyte, and in some embodiments, the content of the cyclic sulfate lactone is the total weight of the electrolyte accounts for about 0.1 wt% to about 2 wt%, and in some embodiments, the content of the cyclic sulfate lactone accounts for about 0.5 wt% to about 1.5 wt% of the total weight of the electrolyte.

일부 실시예에 있어서, 상기 니트릴 화합물의 함량은 상기 전해액 총 중량의 약 0.5wt% 내지 약 7wt%이고, 일부 실시예에 있어서, 상기 니트릴 화합물의 함량은 상기 전해액 총 중량의 약 0.5wt% 내지 약 5wt%이고, 일부 실시예에 있어서, 상기 니트릴 화합물의 함량은 상기 전해액 총 중량의 약 0.5wt% 내지 약 3wt%이고, 일부 실시예에 있어서, 상기 니트릴 화합물의 함량은 상기 전해액 총 중량의 약 1wt% 내지 약 2wt%이다.In some embodiments, the content of the nitrile compound is about 0.5wt% to about 7wt% of the total weight of the electrolyte, and in some embodiments, the content of the nitrile compound is about 0.5wt% to about the total weight of the electrolyte 5wt%, and in some embodiments, the content of the nitrile compound is about 0.5wt% to about 3wt% of the total weight of the electrolyte, and in some embodiments, the content of the nitrile compound is about 1wt of the total weight of the electrolyte % to about 2 wt%.

일부 실시예에 있어서, 상기 전해액은 유기 용매 및 리튬염을 더 포함한다.In some embodiments, the electrolyte further includes an organic solvent and a lithium salt.

일부 실시예에 있어서, 상기 유기 용매는 고리형 에스테르 및 체인형 에스테르를 포함하고, 고리형 에스테르와 체인형 에스테르의 질량비는 약 1:9 내지 약 7:3이고, 상기 고리형 에스테르는 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), γ-부티로락톤(BL), 불소 함유기로 치환된 에틸렌 카보네이트 또는 프로필렌 카보네이트 중 적어도 하나로부터 선택된다. 상기 체인형 에스테르는 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 에틸 메틸 카보네이트(EMC), 에틸 아세테이트(EA), 메틸 포르메이트(MF), 에틸 포르메이트(MA), 에틸 프로피오네이트(EP), 프로필 프로피오네이트(PP), 메틸 부티레이트(MB), 플루오르화된 에틸 메틸 카보네이트, 플루오르화된 에틸 프로피오네이트 등 중의 적어도 하나로부터 선택된다. 일부 실시예에 있어서, 상기 유기 용매의 함량은 상기 전해액 총 중량의 약 60wt% 내지 약 95wt%이고, 일부 실시예에 있어서, 상기 유기 용매의 함량은 상기 전해액 총 중량의 약 60wt% 내지 약 90wt%이다. 일부 실시예에 있어서, 상기 유기 용매의 함량은 상기 전해액 총 중량의 약 70wt% 내지 약 85wt%이다.In some embodiments, the organic solvent comprises a cyclic ester and a chain ester, the mass ratio of the cyclic ester to the chain ester is from about 1:9 to about 7:3, and the cyclic ester is ethylene carbonate ( EC), propylene carbonate (PC), γ-butyrolactone (BL), ethylene carbonate or propylene carbonate substituted with a fluorine-containing group. The chain ester is dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), ethyl acetate (EA), methyl formate (MF), ethyl formate (MA), ethyl propionate ( EP), propyl propionate (PP), methyl butyrate (MB), fluorinated ethyl methyl carbonate, fluorinated ethyl propionate, and the like. In some embodiments, the content of the organic solvent is about 60 wt% to about 95 wt% of the total weight of the electrolyte, and in some embodiments, the content of the organic solvent is about 60 wt% to about 90 wt% of the total weight of the electrolyte solution to be. In some embodiments, the content of the organic solvent is about 70 wt% to about 85 wt% of the total weight of the electrolyte solution.

일부 실시예에 있어서, 상기 리튬염은 유기 리튬염 또는 무기 리튬염 중 적어도 하나이다. 일부 실시예에 있어서, 상기 리튬염은 불소 원소, 붕소 원소 및 인 원소 중 적어도 하나를 포함한다. 일부 실시예에 있어서, 상기 리튬염은 리튬 헥사플루오로포스페이트(lithium hexafluorophosphate, LiPF6), 리튬 디플루오로포스페이트(lithium difluorophosphate), 리튬 비스(트리플루오로메탄술포닐)이미드(lithium bis(trifluoromethanesulphonyl)imide, LiN(CF3SO2)2), 리튬 비스(플루오로술포닐)이미드(lithium bis(fluorosulfonyl)imide, Li(N(SO2F)2), 리튬 비스(옥살레이트)보레이트(lithium bis(oxalate)borate), LiB(C2O4)2), 리튬 디플루오로(옥살레이토)보레이트(lithium difluoro(oxalato)borate, LiBF2(C2O4)), 리튬 헥사플루오로아르세네이트(lithium hexafluoroarsenate, LiAsF6), 과염소산 리튬(lithium perchlorate, LiClO4), 리튬 트리플루오로메탄술포네이트(lithium trifluoromethanesulfonate, LiCF3SO3) 중 적어도 하나로부터 선택된다. 일부 실시예에 있어서, 리튬염은 리튬 헥사플루오로포스페이트일 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 상기 리튬염의 농도는 약 0.5mol/L 내지 약 1.8mol/L이다. 일부 실시예에 있어서, 상기 리튬염의 농도는 약 0.8mol/L 내지 약 1.5mol/L이다. 일부 실시예에 있어서, 상기 리튬염의 농도는 약 0.8mol/L 내지 약 1mol/L이다.In some embodiments, the lithium salt is at least one of an organic lithium salt or an inorganic lithium salt. In some embodiments, the lithium salt includes at least one of elemental fluorine, elemental boron, and elemental phosphorus. In some embodiments, the lithium salt is lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium difluorophosphate (lithium difluorophosphate), lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (lithium bis (trifluoromethanesulphonyl) )imide, LiN(CF 3 SO 2 ) 2 ), lithium bis(fluorosulfonyl)imide, Li(N(SO 2 F) 2 ), lithium bis(oxalate)borate ( lithium bis(oxalate)borate), LiB(C 2 O 4 ) 2 ), lithium difluoro(oxalato)borate, LiBF 2 (C 2 O 4 )), lithium hexafluoroar at least one selected from senate (lithium hexafluoroarsenate, LiAsF 6 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), and lithium trifluoromethanesulfonate (LiCF 3 SO 3 ). In some embodiments, the lithium salt may be lithium hexafluorophosphate. In some embodiments, the concentration of the lithium salt is about 0.5 mol/L to about 1.8 mol/L. In some embodiments, the concentration of the lithium salt is about 0.8 mol/L to about 1.5 mol/L. In some embodiments, the concentration of the lithium salt is about 0.8 mol/L to about 1 mol/L.

二. 전기화학 장치二. electrochemical device

본 출원의 전기화학 장치는 전기화학 반응을 일으키는 임의 장치를 포함할 수 있고, 이의 구체적인 실례에는 모든 종류의 일차전지, 이차전지, 연료전지, 태양전지 또는 커패시터가 포함된다. 특히, 상기 전기화학 장치는 리튬 이차전지이며, 여기에는 리튬금속 이차전지, 리튬이온 이차전지, 리튬폴리머 이차전지 또는 리튬이온 폴리머 이차전지가 포함된다. 일부 실시예에 있어서, 본 출원의 전기화학 장치는 금속 이온을 흡수, 방출할 수있는 양극 활물질을 갖는 양극; 금속 이온을 흡수, 방출할 수 있는 음극 활물질을 갖는 음극; 양극과 음극 사이에 위치한 분리막; 및 본 출원의 전해액을 포함한다.The electrochemical device of the present application may include any device that causes an electrochemical reaction, and specific examples thereof include all kinds of primary cells, secondary cells, fuel cells, solar cells, or capacitors. In particular, the electrochemical device is a lithium secondary battery, which includes a lithium metal secondary battery, a lithium ion secondary battery, a lithium polymer secondary battery or a lithium ion polymer secondary battery. In some embodiments, the electrochemical device of the present application includes a positive electrode having a positive electrode active material capable of absorbing and emitting metal ions; a negative electrode having an anode active material capable of absorbing and releasing metal ions; a separator positioned between the anode and the cathode; and the electrolyte of the present application.

전해액electrolyte

본 출원의 전기화학 장치에 사용되는 전해액은 본 출원의 상기의 임의 전해액이다. 또한 본 출원의 전기화학 장치에 사용되는 전해액은 본 출원의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 다른 전해액을 더 포함할 수 있다.The electrolyte solution used in the electrochemical device of the present application is any of the above electrolyte solutions of the present application. In addition, the electrolyte used in the electrochemical device of the present application may further include other electrolytes within the scope not departing from the gist of the present application.

양극anode

본 출원의 전기화학 장치에 사용되는 양극의 물질은 당업계에 공지된 물질, 구조 및 제조 방법을 사용하여 제조될 수 있다. 일부 실시예에 있어서, US9812739B에 기재된 기술은 본 출원의 양극을 제조하는 데 사용될 수 있으며, 이는 전체로써 본 출원에 인용되었다.The material of the anode used in the electrochemical device of the present application may be prepared using materials, structures, and manufacturing methods known in the art. In some embodiments, the techniques described in US9812739B may be used to manufacture the positive electrode of the present application, which is incorporated herein by reference in its entirety.

일부 실시예에 있어서, 양극은 집전체 및 상기 집전체 상에 위치하는 양극 활물질층을 포함한다. 양극 활물질은 리튬이온을 가역적으로 삽입 및 탈리하는 적어도 하나의 리튬화 층간 화합물을 포함한다. 일부 실시예에 있어서, 양극 활물질은 복합 산화물을 포함한다. 일부 실시예에 있어서, 상기 복합 산화물은 리튬 및 코발트, 망간 및 니켈로부터 선택된 적어도 하나의 원소를 포함한다.In some embodiments, the positive electrode includes a current collector and a positive electrode active material layer disposed on the current collector. The positive electrode active material includes at least one lithiated interlayer compound for reversibly intercalating and deintercalating lithium ions. In some embodiments, the positive active material includes a composite oxide. In some embodiments, the composite oxide includes lithium and at least one element selected from cobalt, manganese and nickel.

일부 실시예에 있어서, 양극 활물질은 리튬 니켈 코발트 망간(NCM) 삼원 물질, 리튬철 인산염(LiFePO4), LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiCo1-yMyO2, LiNi1-yMyO2, LiMn2-yMyO4, LiNixCoyMnzM1-x-y-zO2로부터 선택되고, 여기에서 M은 Fe, Co, Ni, Mn, Mg, Cu, Zn, Al, Sn, B, Ga, Cr, Sr, V, Ti 중 하나 이상으로부터 선택되고, 0≤y≤1, 0≤x≤1, 0≤z≤1, x+y+z≤1 또는 이들의 임의 조합이다.In some embodiments, the positive active material is a lithium nickel cobalt manganese (NCM) ternary material, lithium iron phosphate (LiFePO 4 ), LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 , LiCo 1-y M y O 2 , LiNi 1- y M y O 2 , LiMn 2-y M y O 4 , LiNi x Co y Mn z M 1-xyz O 2 , wherein M is Fe, Co, Ni, Mn, Mg, Cu, Zn, Al , Sn, B, Ga, Cr, Sr, V, Ti selected from one or more, 0≤y≤1, 0≤x≤1, 0≤z≤1, x+y+z≤1 or any thereof It is a combination.

일부 실시예에 있어서, 양극 활물질은 그 표면 상에 코팅층을 갖거나, 또는 코팅층을 갖는 다른 화합물과 혼합될 수 있다. 상기 코팅층은 코팅 원소의 산화물, 코팅 원소의 수산화물, 코팅 원소의 옥시수산화물, 코팅 원소의 옥시카보네이트(oxycarbonate) 및 코팅 원소의 히드록시카보네이트(hydroxycarbonate)로부터 선택된 적어도 하나의 코팅 원소 화합물을 포함할 수 있다. 코팅층에 사용되는 화합물은 비정질 또는 결정질일 수 있다.In some embodiments, the positive electrode active material may have a coating layer on its surface, or may be mixed with other compounds having a coating layer. The coating layer may include at least one coating element compound selected from an oxide of a coating element, a hydroxide of a coating element, an oxyhydroxide of a coating element, an oxycarbonate of a coating element, and a hydroxycarbonate of a coating element. . The compound used for the coating layer may be amorphous or crystalline.

일부 실시예에 있어서, 코팅층에 포함된 코팅 원소는 Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, V, Sn, Ge, Ga, B, As, Zr, P 또는 이들의 임의 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 코팅층의 코팅물은 AlPO4, Mg3(PO4)2, Co3(PO4)2, AlF3, MgF2, CoF3, NaF, B2O3 중 적어도 하나 일수 있다. 일부 실시예에 있어서, 양극 활물질 총 중량을 기준으로, 코팅층의 코팅 원소의 함량은 약 0.01wt% 내지 약 10wt%이다. 양극 활물질의 성능에 악영향을 미치지 않는 한, 코팅층은 임의의 방법에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 방법은 스프레이 코팅, 침지 등과 같이 본 발명이 속한 기술분야에서 공지된 임의의 코팅 방법을 포함할 수 있다.In some embodiments, the coating element included in the coating layer is Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, V, Sn, Ge, Ga, B, As, Zr, P, or any combination thereof. may include In some embodiments, the coating of the coating layer may be at least one of AlPO 4 , Mg 3 (PO 4 ) 2 , Co 3 (PO 4 ) 2 , AlF 3 , MgF 2 , CoF 3 , NaF, and B 2 O 3 . . In some embodiments, based on the total weight of the positive active material, the content of the coating element in the coating layer is about 0.01 wt% to about 10 wt%. As long as the performance of the positive electrode active material is not adversely affected, the coating layer may be formed by any method. For example, the method may include any coating method known in the art, such as spray coating, dipping, and the like.

양극 활물질층은 접합제를 더 포함하며, 선택적으로 전도성 물질을 포함한다. 접합제는 양극 활물질 입자 간의 결합을 향상시키며, 양극 활물질과 집전체의 결합도 향상시킬 수 있다.The positive electrode active material layer further includes a bonding agent, and optionally includes a conductive material. The bonding agent may improve bonding between the positive active material particles, and may also improve bonding between the positive active material and the current collector.

일부 실시예에 있어서, 접합제에는 폴리비닐 알콜(polyvinyl alcohol), 히드록시프로필 셀룰로오스(hydroxypropyl cellulose), 디아세틸 셀룰로오스(diacetyl cellulose), 폴리비닐 클로라이드(polyvinyl chloride), 카르복실화(carboxylation)된 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐 플루오라이드(polyvinyl fluoride), 에틸렌 옥사이드(ethylene oxide)를 포함하는 폴리머, 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene), 폴리비닐리덴플루오라이드(poly(vinylidene fluoride)), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 스티렌-부타디엔 고무(styrene-butadiene rubber), 아크릴레이트화된(acrylated) 스티렌-부타디엔 고무, 에폭시 수지(epoxy resin), 나일론 등이 포함되나 이에 한정되지 않는다.In some embodiments, the binder includes polyvinyl alcohol, hydroxypropyl cellulose, diacetyl cellulose, polyvinyl chloride, carboxylated poly Polymer containing vinyl chloride, polyvinyl fluoride, ethylene oxide, polyvinylpyrrolidone, polyurethane, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride (poly(vinylidene fluoride)), polyethylene, polypropylene, styrene-butadiene rubber, acrylated styrene-butadiene rubber, epoxy resin , nylon, and the like, but are not limited thereto.

일부 실시예에 있어서, 전도성 물질에는 탄소계 물질, 금속계 물질, 전도성 폴리머 및 이들의 혼합물이 포함되나 이에 한정되지 않는다. 일부 실시예에 있어서, 탄소계 물질은 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙(carbon black), 아세틸렌 블랙(acetylene black), 케첸 블랙(ketjen black), 탄소 섬유, 탄소 나노튜브, 그래핀 또는 이들의 임의 조합으로부터 선택된다. 일부 실시예에 있어서, 금속계 물질은 금속 분말, 금속 섬유, 구리, 니켈, 알루미늄, 은으로부터 선택된다. 일부 실시예에 있어서, 전도성 폴리머는 폴리페닐렌(polyphenylene) 유도체이다.In some embodiments, conductive materials include, but are not limited to, carbon-based materials, metallic materials, conductive polymers, and mixtures thereof. In some embodiments, the carbon-based material is natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, ketjen black, carbon fibers, carbon nanotubes, graphene, or any thereof. selected from combinations. In some embodiments, the metallic material is selected from metallic powder, metallic fiber, copper, nickel, aluminum, silver. In some embodiments, the conductive polymer is a polyphenylene derivative.

일부 실시예에 있어서, 집전체는 알루미늄일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.In some embodiments, the current collector may be aluminum, but is not limited thereto.

양극은 본 발명이 속한 기술분야에서 공지된 제조 방법에 의해 제조될 수 있다. 예를 들어, 양극은 용매에서 활물질, 전도성 물질 및 접합제를 혼합하여 활물질 조성물을 제조하고, 상기 활물질 조성물을 집전체 상에 도포하는 방법을 통해 수득할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 용매는 N-메틸피롤리돈(N-methylpyrrolidone, NMP) 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.The positive electrode may be manufactured by a manufacturing method known in the art. For example, the positive electrode may be obtained through a method of preparing an active material composition by mixing an active material, a conductive material, and a binder in a solvent, and applying the active material composition on a current collector. In some embodiments, the solvent may include, but is not limited to, N-methylpyrrolidone (NMP) or the like.

일부 실시예에 있어서, 양극은 집전체 상에서 리튬 전이 금속계 화합물 분체와 접합제를 포함하는 양극 활물질층을 사용하여 양극 물질을 형성함으로써 제조된다. In some embodiments, the positive electrode is manufactured by forming a positive electrode material using a positive electrode active material layer including a lithium transition metal-based compound powder and a bonding agent on a current collector.

일부 실시예에 있어서, 양극 활물질층은 통상적으로 다음 작업에 의해 제조될 수 있다. 즉, 양극 물질과 접합제(필요에 따라 사용되는 도전성 물질과 증점제 등)를 건식 혼합하여 시트 형태로 만들고, 수득한 시트를 양극 집전체에 연결하거나, 또는 이러한 물질을 액체 매개체에 용해 또는 분산시켜 슬러리 형태로 만든 후, 양극 집전체 상에 도포하여 건조시킨다. 일부 실시예에 있어서, 양극 활물질층의 물질에는 본 발명이 속한 기술분야에서 공지된 임의 물질이 포함된다.In some embodiments, the cathode active material layer may be prepared by the following operation. That is, the positive electrode material and the binder (conductive material and thickener used as necessary) are dry mixed to form a sheet, and the obtained sheet is connected to the positive electrode current collector, or this material is dissolved or dispersed in a liquid medium. After making it in the form of a slurry, it is applied on the positive electrode current collector and dried. In some embodiments, the material of the positive active material layer includes any material known in the art to which the present invention pertains.

음극cathode

본 출원의 전기화학 장치에 사용되는 음극의 재료, 구성 및 제조 방법에는 종래 기술에 개시된 임의 기술이 포함될 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 음극은 미국 특허 출원 US9812739B에 기재된 음극이며, 그 내용은 전체로써 본 출원에 인용되었다.The material, configuration, and manufacturing method of the negative electrode used in the electrochemical device of the present application may include any technique disclosed in the prior art. In some embodiments, the negative electrode is the negative electrode described in US patent application US9812739B, the contents of which are incorporated herein by reference in their entirety.

일부 실시예에 있어서, 음극은 집전체 및 상기 집전체 상에 위치하는 음극 활물질층을 포함한다. 음극 활물질은 리튬이온을 가역적으로 삽입/탈리하는 물질을 포함한다. 일부 실시예에 있어서, 리튬 이온을 가역적으로 삽입/탈리시키는 물질에는 탄소 물질이 포함된다. 일부 실시예에 있어서, 탄소 물질은 리튬이온 충전식 배터리에서 통상적으로 사용되는 임의의 탄소계 음극 활물질일 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 탄소 물질은 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 이들의 혼합물을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 결정질 탄소는 무정형, 판상, 플레이크상, 구형 또는 섬유형의 천연 흑연 또는 인조 흑연일 수있다. 비정질 탄소는 연질 탄소, 경질 탄소, 메조페이스 피치(mesophase pitch) 탄화물, 하소 코크스(calcined coke) 등일 수 있다.In some embodiments, the negative electrode includes a current collector and an anode active material layer disposed on the current collector. The negative active material includes a material that reversibly inserts/desorbs lithium ions. In some embodiments, the material for reversibly intercalating/deintercalating lithium ions includes a carbon material. In some embodiments, the carbon material may be any carbon-based negative active material commonly used in lithium ion rechargeable batteries. In some embodiments, the carbon material includes, but is not limited to, crystalline carbon, amorphous carbon, or mixtures thereof. Crystalline carbon may be amorphous, plate-like, flake-like, spherical or fibrous natural graphite or artificial graphite. The amorphous carbon may be soft carbon, hard carbon, mesophase pitch carbide, calcined coke, or the like.

일부 실시예에 있어서, 음극 활물질층은 음극 활물질을 포함한다. 일부 실시예에 있어서, 음극 활물질은 리튬 금속, 구조화된 리튬 금속, 천연 흑연, 인조 흑연, 메조 카본 마이크로 비드(meso carbon micro bead, MCMB), 경질 탄소, 연질 탄소, 규소, 규소-탄소 복합체, Li-Sn 합금, Li-Sn-O 합금, Sn, SnO, SnO2, 첨정석 구조의 리튬화 TiO2-Li4Ti5O12, Li-Al 합금 또는 이들의 임의 조합을 포함하나 이에 한정되지 않는다.In some embodiments, the anode active material layer includes an anode active material. In some embodiments, the negative active material is lithium metal, structured lithium metal, natural graphite, artificial graphite, meso carbon micro beads (MCMB), hard carbon, soft carbon, silicon, silicon-carbon composite, Li -Sn alloy, Li-Sn-O alloy, Sn, SnO, SnO 2 , spinel structured lithiated TiO 2 -Li 4 Ti 5 O 12 , Li-Al alloy, or any combination thereof .

음극에 규소 탄소 화합물이 포함되는 경우, 음극 활물질 총 중량을 기준으로, 규소:탄소=약 1:10 내지 10:1이며, 규소 탄소 화합물의 중간값 입경(D50)은 약 0.1μm 내지 20μm이다. 음극에 합금 물질이 포함되는 경우, 증착, 스퍼터링, 도금 등과 같은 방법을 사용하여 음극 활물질층을 형성할 수 있다. 음극에 리튬 금속이 포함되는 경우, 예를 들어 구형 스트랜드(strand) 모양의 전도성 골격 및 전도성 골격 내에 분산된 금속 입자를 이용해 활물질층이 형성된다. 일부 실시예에 있어서, 구형 스트랜드 모양의 전도성 골격은 약 5% 내지 약 85%의 공극률을 가질 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 리튬 금속 음극 활물질층 상에 보호층이 더 설치될 수 있다.When a silicon carbon compound is included in the negative electrode, silicon:carbon = about 1:10 to 10:1 based on the total weight of the negative active material, and the median particle diameter (D50) of the silicon carbon compound is about 0.1 μm to 20 μm. When the anode contains an alloy material, the anode active material layer may be formed using a method such as deposition, sputtering, plating, or the like. When lithium metal is included in the negative electrode, the active material layer is formed using, for example, a spherical strand-shaped conductive skeleton and metal particles dispersed in the conductive skeleton. In some embodiments, the conductive scaffold in the shape of a spherical strand may have a porosity of about 5% to about 85%. In some embodiments, a protective layer may be further installed on the lithium metal anode active material layer.

일부 실시예에 있어서, 음극 활물질층은 접합제를 포함할 수 있고, 선택적으로 전도성 물질을 포함한다. 접합제는 음극 활물질 입자 간의 결합과 음극 활물질과 집전체의 결합을 향상시킨다. 일부 실시예에 있어서, 접합제에는 폴리비닐 알콜, 카르복시메틸 셀룰로오스(carboxymethyl cellulose), 히드록시프로필 셀룰로오스, 디아세틸 셀룰로오스, 폴리비닐 클로라이드, 카르복실화된 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐 플루오라이드(polyvinyl fluoride), 에틸렌 옥사이드를 포함하는 폴리머, 폴리비닐피롤리돈, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 스티렌-부타디엔 고무, 아크릴레이트화된 스티렌-부타디엔 고무, 에폭시 수지, 나일론 등이 포함되나 이에 한정되지 않는다.In some embodiments, the anode active material layer may include a bonding agent, and optionally a conductive material. The bonding agent improves the bonding between the negative active material particles and the bonding between the negative active material and the current collector. In some embodiments, the binder includes polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, diacetyl cellulose, polyvinyl chloride, carboxylated polyvinyl chloride, polyvinyl fluoride , polymer containing ethylene oxide, polyvinylpyrrolidone, polyurethane, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyethylene, polypropylene, styrene-butadiene rubber, acrylated styrene-butadiene rubber, epoxy resin , nylon, and the like, but are not limited thereto.

일부 실시예에 있어서, 전도성 물질에는 탄소계 물질, 금속계 물질, 전도성 폴리머 또는 이들의 혼합물이 포함되나 이에 한정되지 않는다. 일부 실시예에 있어서, 탄소계 물질은 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 탄소 섬유 또는 이들의 임의 조합으로부터 선택된다. 일부 실시예에 있어서, 금속계 물질은 금속 분말, 금속 섬유, 구리, 니켈, 알루미늄, 은으로부터 선택된다. 일부 실시예에 있어서, 전도성 폴리머는 폴리페닐렌(polyphenylene) 유도체이다.In some embodiments, conductive materials include, but are not limited to, carbon-based materials, metallic materials, conductive polymers, or mixtures thereof. In some embodiments, the carbon-based material is selected from natural graphite, synthetic graphite, carbon black, acetylene black, Ketjen black, carbon fiber, or any combination thereof. In some embodiments, the metallic material is selected from metallic powder, metallic fiber, copper, nickel, aluminum, silver. In some embodiments, the conductive polymer is a polyphenylene derivative.

일부 실시예에 있어서, 집전체에는 구리 포일, 니켈 포일, 스테인레스강 포일, 티타늄 포일, 니켈 폼, 구리 폼, 전도성 금속으로 덮인 중합체 기판 및 이들의 임의 조합이 포함되나 이에 한정되지 않는다.In some embodiments, current collectors include, but are not limited to, copper foil, nickel foil, stainless steel foil, titanium foil, nickel foam, copper foam, a polymer substrate covered with a conductive metal, and any combination thereof.

음극은 본 발명이 속한 기술분야에서 공지된 제조 방법에 의해 제조될 수 있다. 예를 들어, 음극은 용매에서 활물질, 전도성 물질 및 접합제를 혼합하여 활물질 조성물을 제조하고, 상기 활물질 조성물을 집전체 상에 도포하는 방법을 통해 수득할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 용매는 물 등을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.The negative electrode may be manufactured by a manufacturing method known in the art to which the present invention pertains. For example, the negative electrode may be obtained through a method of preparing an active material composition by mixing an active material, a conductive material, and a binder in a solvent, and applying the active material composition on a current collector. In some embodiments, the solvent may include, but is not limited to, water and the like.

분리막separator

일부 실시예에 있어서, 본 출원의 전기화학 장치에는 단락을 방지하기 위해 양극과 음극 사이에 분리막이 설치된다. 본 출원의 전기화학 장치에 사용되는 분리막의 물질과 형상은 특별히 제한되지 않으며, 종래기술에 개시된 임의의 기술일 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 분리막은 본 출원의 전해액에 안정한 물질로 형성된 폴리머 또는 무기 물질 등을 포함한다.In some embodiments, in the electrochemical device of the present application, a separator is installed between the anode and the cathode to prevent a short circuit. The material and shape of the separator used in the electrochemical device of the present application is not particularly limited, and may be any technique disclosed in the prior art. In some embodiments, the separator includes a polymer or inorganic material formed of a material stable in the electrolyte of the present application.

예를 들어, 분리막은 기재층과 표면 처리층을 포함할 수 있다. 기재층은 다공질 구조를 갖는 부직포, 필름 또는 복합 필름이고, 기재층의 물질은 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate) 및 폴리이미드(polyimide) 중 적어도 하나로부터 선택된다. 구체적으로, 폴리프로필렌 다공성 필름, 폴리에틸렌 다공성 필름, 폴리프로필렌 부직포, 폴리에틸렌 부직포 또는 폴리프로필렌-폴리에틸렌-폴리프로필렌 다공성 복합 필름을 선택할 수 있다. 기재층은 하나 이상의 층일 수 있으며, 기재층이 다층인 경우, 상이한 기재층의 폴리머의 구성이 같거나 다를 수 있고, 상이한 기재층의 폴리머의 중량 평균 분자량은 완전히 같지 않다. 기재층이 다층인 경우, 상이한 기재층의 폴리머의 폐쇄 셀 온도는 상이하다.For example, the separator may include a base layer and a surface treatment layer. The base layer is a nonwoven fabric, a film, or a composite film having a porous structure, and the material of the base layer is selected from at least one of polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, and polyimide. . Specifically, a polypropylene porous film, a polyethylene porous film, a polypropylene nonwoven fabric, a polyethylene nonwoven fabric, or a polypropylene-polyethylene-polypropylene porous composite film may be selected. The base layer may be one or more layers, and when the base layer is multilayer, the polymers of different base layers may have the same or different compositions, and the weight average molecular weights of the polymers of the different base layers are not completely the same. When the substrate layer is multi-layered, the closed cell temperatures of the polymers of the different substrate layers are different.

일부 실시예에 있어서, 기재층의 적어도 하나의 표면 상에 표면 처리층이 형성되고, 표면 처리층은 폴리머층 또는 무기물층일 수 있으며, 폴리머와 무기물을 혼합하여 형성된 층일 수도 있다.In some embodiments, a surface treatment layer is formed on at least one surface of the base layer, and the surface treatment layer may be a polymer layer or an inorganic material layer, or a layer formed by mixing a polymer and an inorganic material.

무기물층은 무기 입자와 접합제를 포함하고, 무기 입자는 산화 알루미늄, 산화 규소, 산화 마그네슘, 산화 티타늄, 이산화 하프늄, 산화 주석, 이산화 세륨, 산화 니켈, 산화 아연, 산화 칼슘, 산화 지르코늄, 산화 이트륨, 탄화 규소, 베마이트(boehmite), 수산화 알루미늄, 수산화 마그네슘, 수산화 칼슘 및 황산 바륨 중 하나 이상의 조합으로부터 선택된다. 결합제는 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride), 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로 프로필렌(polyvinylidene fluoride-hexafluoro propylene)의 공중합체, 폴리아미드(polyamide), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 폴리아크릴산염(polyacrylate), 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐에테르(polyvinyl ether), 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate), 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene) 및 폴리헥사플루오로프로필렌(polyhexafluoropropylene) 중 하나 이상의 조합으로부터 선택된다. 폴리머층은 폴리머를 포함하고, 폴리머의 물질은 폴리아미드, 폴리아크릴로니트릴, 아크릴레이트 폴리머, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산염, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐에테르 폴리비닐리덴 플루오라이드 또는 폴리(비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로 프로필렌) 중 적어도 하나를 포함한다.The inorganic material layer includes inorganic particles and a binder, and the inorganic particles include aluminum oxide, silicon oxide, magnesium oxide, titanium oxide, hafnium dioxide, tin oxide, cerium dioxide, nickel oxide, zinc oxide, calcium oxide, zirconium oxide, and yttrium oxide. , silicon carbide, boehmite, aluminum hydroxide, magnesium hydroxide, calcium hydroxide, and a combination of one or more of barium sulfate. The binder is polyvinylidene fluoride, a copolymer of vinylidene fluoride-hexafluoro propylene, polyamide, polyacrylonitrile, polyacrylate ( polyacrylate, polyacrylic acid, polyacrylate, polyvinylpyrrolidone, polyvinyl ether, polymethyl methacrylate, polytetrafluoroethylene ( polytetrafluoroethylene) and polyhexafluoropropylene (polyhexafluoropropylene). The polymer layer comprises a polymer, and the material of the polymer is polyamide, polyacrylonitrile, acrylate polymer, polyacrylic acid, polyacrylate, polyvinylpyrrolidone, polyvinylether polyvinylidene fluoride or poly(vinylidene). fluoride-hexafluoro propylene).

三. 응용three. Applications

본 출원에 따른 전해액은 전기화학 장치의 고온 저장 및 순환 성능을 개선할 수 있으며, 이로부터 제조된 전기화학 장치는 다양한 분야의 전자 설비에 적합하다.The electrolyte solution according to the present application can improve high-temperature storage and circulation performance of an electrochemical device, and the electrochemical device manufactured therefrom is suitable for electronic equipment in various fields.

본 출원의 전기화학 장치의 용도는 특별히 제한되지 않으며, 종래 기술에서 공지된 임의 용도로 사용될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 본 출원의 전기화학 장치는 노트북 컴퓨터, 펜 입력식 컴퓨터, 모바일 컴퓨터, 전자책 플레이어, 휴대폰, 휴대용 팩스기, 휴대용 복사기, 휴대용 프린터, 헤드셋 타입 스테레오 헤드폰, 비디오 레코더, LCD TV, 휴대용 클리너, 휴대용 CD 플레이어, 미니 디스크, 트랜시버, 전자 노트북, 계산기, 메모리 카드, 휴대용 레코더, 라디오, 백업 전원 공급 장치, 모터, 자동차, 오토바이, 동력 보조 자전거, 자전거, 조명기구, 완구, 게임기, 시계, 전동 공구, 손전등, 카메라, 가정용 대형 축전지 및 리튬이온 커패시터 등에 사용될 수 있다.The use of the electrochemical device of the present application is not particularly limited, and may be used for any purpose known in the prior art. In one embodiment, the electrochemical device of the present application is a notebook computer, a pen input type computer, a mobile computer, an e-book player, a mobile phone, a portable fax machine, a portable copier, a portable printer, a headset type stereo headphone, a video recorder, an LCD TV, portable cleaner, portable cd player, minidisc, transceiver, electronic notebook, calculator, memory card, portable recorder, radio, backup power supply, motor, automobile, motorcycle, power assisted bicycle, bicycle, light fixture, toys, game console, watch , power tools, flashlights, cameras, large household batteries and lithium-ion capacitors.

四. 실시예4. Example

이하에서 실시예 및 비교예를 통해 본 출원을 더욱 구체적으로 설명하지만, 본 출원은 요지를 벗어나지 않는 한 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present application will be described in more detail through Examples and Comparative Examples, but the present application is not limited to these Examples unless departing from the gist of the present application.

1. 리튬이온 배터리의 제조1. Manufacture of lithium-ion batteries

(1) 양극 제조(1) Anode manufacturing

리튬 망간 산화물(LiMn2O4), 도전제(Super P® 전도성 탄소) 및 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)를 96:2:2의 중량비로 혼합하고, N-메틸피롤리돈(NMP)을 첨가하여 진공 교반기 작용 하에서 균일하게 교반하여 양극 슬러리를 수득하며, 여기에서 양극 슬러리의 고형분 함량은 72wt%이다. 양극 슬러리를 13μm 두께의 알루미늄 포일에 균일하게 도포하고, 알루미늄 포일을 85°C에서 건조시킨 후 냉간 압착, 절단 및 슬리팅(slitting)하여 85℃의 진공 조건에서 4시간 건조하여 양극을 수득한다.Lithium manganese oxide (LiMn 2 O 4 ), a conductive agent (Super P® conductive carbon) and polyvinylidene fluoride (PVDF) were mixed in a weight ratio of 96:2:2, and N-methylpyrrolidone (NMP) was It was added and stirred uniformly under the action of a vacuum stirrer to obtain a positive electrode slurry, wherein the positive electrode slurry had a solid content of 72 wt%. The positive electrode slurry is uniformly applied to a 13 μm thick aluminum foil, and the aluminum foil is dried at 85 ° C., followed by cold pressing, cutting, and slitting, followed by drying under a vacuum condition of 85 ° C. for 4 hours to obtain a positive electrode.

(2) 음극 제조(2) Preparation of negative electrode

인공 흑연, 도전제(Super P® 전도성 탄소), 카르복시메틸 셀룰로오스 나트륨(sodium carboxymethylcellulose, CMC), 스티렌-부타디엔 고무(SBR)를 96.4:1.5:0.5:1.6의 중량비에 따라 혼합하고 탈이온수를 첨가하며, 진공 교반기 작용 하에서 음극 슬러리를 수득하며 여기에서 음극 슬러리의 고형분 함량은 54wt%이다. 음극 슬러리를 음극 집전체 구리 포일 상에 균일하게 도포하고, 구리 포일을 85℃에서 건조시킨 후 냉간 압착, 절단 및 슬리팅하여 120℃에서 12시간 동안 진공 조건에서 건조하여 음극을 수득한다.Artificial graphite, conductive agent (Super P® conductive carbon), sodium carboxymethylcellulose (CMC), and styrene-butadiene rubber (SBR) are mixed in a weight ratio of 96.4:1.5:0.5:1.6 and deionized water is added. , to obtain a negative electrode slurry under the action of a vacuum stirrer, wherein the solid content of the negative electrode slurry is 54 wt%. The negative electrode slurry was uniformly applied on the negative electrode current collector copper foil, the copper foil was dried at 85° C., cold pressed, cut and slitted, and dried under vacuum conditions at 120° C. for 12 hours to obtain a negative electrode.

(3) 전해액의 제조(3) Preparation of electrolyte solution

건조한 아르곤 분위기 글러브 박스에서 에틸렌 카보네이트(EC), 에틸 메틸 카보네이트(EMC) 및 디에틸 카보네이트(DEC)를 EC:EMC:DEC=3:5:2의 중량비에 따라 혼합한 다음, 특정한 양과 유형의 첨가제를 넣고 용해시켜 충분히 교반한 후 리튬염 LiPF6를 첨가하고 균일하게 혼합한 후 전해액을 수득한다. 여기에서 LiPF6의 농도는 1mol/L이다. 전해액에 사용되는 첨가제의 구체적인 유형 및 함량은 하기 표에 제시되어 있으며, 첨가제의 함량은 전해액의 총 질량을 기준으로 계산된 질량백분율이다.In a dry argon glove box, ethylene carbonate (EC), ethyl methyl carbonate (EMC) and diethyl carbonate (DEC) are mixed according to a weight ratio of EC:EMC:DEC=3:5:2, followed by specific amounts and types of additives After dissolving and stirring sufficiently, lithium salt LiPF 6 was added and uniformly mixed to obtain an electrolyte solution. Here, the concentration of LiPF 6 is 1 mol/L. Specific types and amounts of additives used in the electrolyte are shown in the table below, and the content of the additives is a mass percentage calculated based on the total mass of the electrolyte.

(4) 분리막의 제조(4) Preparation of separation membrane

12㎛ 두께의 폴리에틸렌(PE) 분리막을 사용한다.A polyethylene (PE) separator with a thickness of 12 μm is used.

(5) 리튬이온 배터리의 제조(5) Manufacturing of lithium-ion batteries

양극, 분리막 및 음극을 순서대로 적층하여 분리막이 양극과 음극 사이에서 분리 작용을 일으키도록 만든 후, 탭(tab) 권취, 용접 후 전극 어셈블리를 수득하고, 전극 어셈블리를 패키징 백에 넣어 건조시키며, 상기에서 제조된 전해액을 주입하여 진공 패키징, 정치, 화성(0.02C 정전류로 3.3V까지 충전한 다음 0.1C 정전류로 3.6V까지 충전함), 정형, 용량 테스트 등의 공정을 수행하여 리튬이온 배터리를 수득한다.After the positive electrode, the separator and the negative electrode are sequentially stacked so that the separator causes a separation action between the positive electrode and the negative electrode, an electrode assembly is obtained after tab winding and welding, and the electrode assembly is placed in a packaging bag and dried, Lithium-ion battery was obtained by injecting the electrolyte prepared in , vacuum packaging, stationary, chemical formation (charged to 3.3V with 0.02C constant current and then charged to 3.6V with 0.1C constant current), shaping, and capacity testing. do.

2. 리튬이온 배터리 성능 테스트2. Li-ion battery performance test

(1) 25℃에서 리튬이온 배터리의 레이트 테스트(1) Rate test of lithium-ion batteries at 25℃

리튬이온 배터리를 25°C 인큐베이터에 넣고 30분 동안 정치하여 리튬이온 배터리가 항온에 도달하도록 한다. 항온에 도달한 리튬이온 배터리를 0.5C 정전류로 4.2V의 전압까지 충전한 후, 4.2V 정전압으로 0.05C의 전류까지 충전하며, 각각 0.5C/1C/2C/5C의 레이트로 3.0V까지 방전시켜 상이한 레이트 하에서의 방전 용량을 기록하며, 0.5C 방전 용량을 100%로 하여 5C 방전 용량 유지율을 계산한다.Place the lithium-ion battery in a 25°C incubator and let stand for 30 minutes to allow the lithium-ion battery to reach a constant temperature. After charging a lithium-ion battery that has reached constant temperature to a voltage of 4.2V with a constant current of 0.5C, it is charged up to a current of 0.05C with a constant voltage of 4.2V, and discharged to 3.0V at a rate of 0.5C/1C/2C/5C, respectively. The discharge capacity under different rates is recorded, and the 5C discharge capacity retention rate is calculated by taking the 0.5C discharge capacity as 100%.

(2) 25℃에서 리튬이온 배터리의 순환 성능(2) Cycling performance of lithium-ion batteries at 25℃

리튬이온 배터리를 25°C 인큐베이터에 넣고 30분 동안 정치하여 리튬이온 배터리가 항온에 도달하도록 한다. 항온에 도달한 리튬이온 배터리를 0.5C 정전류로 4.2V의 전압까지 충전한 후, 4.2V 정전압으로 0.05C의 전류까지 충전하고, 이어서 1C의 정전류에서 3.0V의 전압까지 방전시켜 이를 하나의 충방전 순환으로 한다. 최초 방전의 용량을 100%로 하여 충방전 순환을 500회 반복한 후 테스트를 중지하고 순환 용량 유지율을 기록하여 리튬이온 배터리의 순환 성능을 평가하는 지표로 사용한다.Place the lithium-ion battery in a 25°C incubator and let stand for 30 minutes to allow the lithium-ion battery to reach a constant temperature. After the lithium-ion battery that has reached constant temperature is charged to a voltage of 4.2V with a constant current of 0.5C, it is charged up to a current of 0.05C with a constant voltage of 4.2V, and then discharged to a voltage of 3.0V at a constant current of 1C, which is one charge/discharge. do it in circulation. After repeating the charge/discharge cycle 500 times with the capacity of the initial discharge set to 100%, the test is stopped and the cycle capacity maintenance rate is recorded and used as an index to evaluate the cycle performance of the lithium-ion battery.

순환 용량 유지율은 특정 회차까지 순환할 때의 용량을 최초 방전 시의 용량으로 나누어 100%를 곱한 값이다.The circulating capacity retention rate is a value multiplied by 100% by dividing the capacity at the time of circulation up to a specific cycle by the capacity at the time of initial discharge.

(2) 45℃에서 리튬이온 배터리의 순환 성능(2) Cycling performance of lithium-ion batteries at 45℃

리튬이온 배터리를 45°C 인큐베이터에 넣고 30분 동안 정치하여 리튬이온 배터리가 항온에 도달하도록 한다. 항온에 도달한 리튬이온 배터리를 0.5C 정전류로 4.2V의 전압까지 충전한 후, 4.2V 정전압으로 0.05C의 전류까지 충전하고, 이어서 1C의 정전류에서 3.0V의 전압까지 방전시켜 이를 하나의 충방전 순환으로 한다. 최초 방전의 용량을 100%로 하여 충방전 순환을 300회 반복한 후 테스트를 중지하고 순환 용량 유지율을 기록하여 리튬이온 배터리의 순환 성능을 평가하는 지표로 사용한다.Place the lithium-ion battery in a 45°C incubator and allow it to stand for 30 minutes to allow the lithium-ion battery to reach a constant temperature. After the lithium-ion battery that has reached constant temperature is charged to a voltage of 4.2V with a constant current of 0.5C, it is charged up to a current of 0.05C with a constant voltage of 4.2V, and then discharged to a voltage of 3.0V at a constant current of 1C, which is one charge/discharge. do it in circulation. After repeating the charge/discharge cycle 300 times with the capacity of the initial discharge set to 100%, the test is stopped and the cycle capacity maintenance rate is recorded and used as an index to evaluate the cycle performance of the lithium-ion battery.

(4) 배터리의 두께 팽창률(4) Thickness expansion rate of the battery

배터리의 두께를 측정하고 하기 식에 따라 배터리의 두께 팽창률을 계산한다.The thickness of the battery is measured and the thickness expansion rate of the battery is calculated according to the following equation.

두께 팽창률=(순환 후의 배터리 두께-순환 전의 배터리 두께)/순환 전의 배터리 두께Х100%Thickness expansion rate = (thickness of battery after cycle - thickness of battery before cycle)/thickness of battery before cycleХ100%

A. 상기 방법에 따라 실시예 1 내지 13 및 비교예 1 내지 7의 전해액 및 리튬이온 배터리를 제조한다. 리튬이온 배터리는 25℃ 레이트 방전 성능, 25℃의 순환 유지율과 45℃ 순환 유지율 및 두께 팽창률을 테스트하며, 테스트 결과는 표 1과 같다.A. The electrolytes and lithium ion batteries of Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 to 7 were prepared according to the above method. The lithium-ion battery is tested for 25°C rate discharge performance, 25°C cycle retention rate, 45°C cycle retention ratio, and thickness expansion ratio, and the test results are shown in Table 1.

표 1Table 1

Figure pct00017
Figure pct00017

여기에서 "/"은 상기 물질이 첨가되지 않았음을 나타낸다.Here, "/" indicates that the above substance has not been added.

비교예 1 내지 비교예 6의 테스트 결과로부터, 전해액에 특정 구조의 실리케이트 화합물과 플루오로에틸렌 카보네이트(FEC)를 첨가하지 않거나 둘 중 하나만 첨가할 경우, 배터리의 레이트 방전 성능 및 순환 성능이 비교적 떨어지고 두께 팽창률이 높은 것을 알 수 있다.From the test results of Comparative Examples 1 to 6, when a silicate compound having a specific structure and fluoroethylene carbonate (FEC) are not added to the electrolyte or only one of the two is added, the rate discharge performance and circulation performance of the battery are relatively poor, and the thickness It can be seen that the expansion rate is high.

실시예 1 내지 13과 비교예 1 내지 7 데이터로부터, 특정 비율의 실리케이트 화합물 및 플루오로에틸렌 카보네이트(FEC)의 첨가는 배터리의 레이트 방전 성능 및 순환 용량 유지율을 효과적으로 개선시키는 동시에 순환 과정에서 배터리 두께 증가율을 개선시킬 수 있다는 것을 알 수 있다. 어떠한 이론으로 한정하고자 하는 것은 아니지만, 상기 성능 개선은 실리케이트류 화합물이 전해액 내 미량의 물 및 HF를 흡착하는 것에 기인할 수 있으며, 이는 전해액의 안정성을 증가시키는 데 유익하다. 또한 산화가 용이하고 양극에 조밀한 보호막을 형성하여 전해액의 양극에 대한 파손을 감소시키며, 플루오로에틸렌 카보네이트(FEC)의 환원 전위가 비교적 높아 최초 충방전 시 우선적으로 음극에서 환원되며 막을 형성하고 막 형성이 조밀하여 전해액이 음극에서 분해 반응을 일으키는 것이 억제된다. 전해액에 첨가되는 테트라에틸 오르토실리케이트와 FEC의 비율이 특정 범위 내에 있을 때, 전해액은 보다 효과적으로 안정화될 수 있고, 양극 및 음극에서 보다 우수한 계면 보호를 형성할 수 있다. 테트라에틸 오르토실리케이트와 FEC의 비율이 너무 높으면, 막 형성 임피던스가 비교적 커 배터리 임피던스가 증가하며 배터리 성능에 영향을 미친다. 반면 비율이 너무 낮으면 우수한 계면 보호를 형성하기에 충분하지 않아 배터리 순환 성능 개선의 효과를 구현할 수 없다.From the data of Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 to 7, the addition of a silicate compound and fluoroethylene carbonate (FEC) in a specific ratio effectively improves the rate discharge performance and cycle capacity retention rate of the battery, while at the same time increasing the battery thickness increase rate during the cycle can be seen to be improved. Without wishing to be bound by any theory, the performance improvement may be due to the silicate compound adsorbing trace amounts of water and HF in the electrolyte solution, which is beneficial to increase the stability of the electrolyte solution. In addition, it is easy to oxidize and forms a dense protective film on the anode to reduce damage to the anode of the electrolyte, and the reduction potential of fluoroethylene carbonate (FEC) is relatively high, so it is preferentially reduced at the cathode during initial charging and discharging, forming a film and forming a film The formation is dense and the electrolyte is suppressed from causing a decomposition reaction at the cathode. When the ratio of tetraethyl orthosilicate and FEC added to the electrolyte solution is within a certain range, the electrolyte solution can be more effectively stabilized, and better interfacial protection can be formed at the positive electrode and the negative electrode. If the ratio of tetraethyl orthosilicate to FEC is too high, the film-forming impedance is relatively large, increasing the battery impedance and affecting the battery performance. On the other hand, if the ratio is too low, it is not enough to form a good interfacial protection, so the effect of improving battery cycle performance cannot be realized.

B. 상기 방법에 따라 실시예 14 내지 24 및 비교예 8 내지 9의 전해액 및 리튬이온 배터리를 제조한다. 리튬이온 배터리는 25℃ 레이트 방전 성능, 25℃의 순환 유지율과 45℃ 순환 유지율 및 두께 팽창률을 테스트한다. 테스트 결과는 표 2를 참조한다.B. The electrolytes and lithium ion batteries of Examples 14 to 24 and Comparative Examples 8 to 9 were prepared according to the above method. Lithium-ion batteries are tested for 25°C rate-discharge performance, 25°C cycle retention and 45°C cycle retention and thickness expansion. See Table 2 for test results.

표 2Table 2

Figure pct00018
Figure pct00018

여기에서 "/"은 상기 물질이 첨가되지 않았음을 나타낸다.Here, "/" indicates that the above substance has not been added.

실시예 6, 14 내지 23을 기반으로, 상기 실시예와 비교예 8 내지 9의 비교에서 알 수 있듯이, 테트라에틸 오르토실리케이트를 함유한 전해액에 디술포네이트 화합물(예를 들어, 메틸렌 메탄디술포네이트(MMDS)) 또는 고리형 카르복실산 무수물(예를 들어 말레산 무수물, 글루타르산 무수물 및 숙신산 무수물 등) 중 적어도 하나를 첨가하면 배터리의 순환 성능, 가스 생성 상태 및 레이트 방전 성능을 더 개선할 수 있다.Based on Examples 6 and 14 to 23, as can be seen from the comparison of Examples and Comparative Examples 8 to 9, a disulfonate compound (eg, methylene methanedisulfonate) in an electrolyte containing tetraethyl orthosilicate (MMDS)) or cyclic carboxylic acid anhydrides (e.g. maleic anhydride, glutaric anhydride and succinic anhydride, etc.) can further improve the cycling performance, gas generation state and rate discharge performance of the battery. can

C. 상기 방법에 따라 실시예 25 내지 34의 전해액 및 리튬이온 배터리를 제조한다. 리튬이온 배터리는 25℃ 레이트 방전 성능, 25℃의 순환 유지율과 45℃ 순환 유지율 및 두께 팽창률을 테스트한다. 테스트 결과는 표 3을 참조한다.C. Prepare the electrolyte solutions and lithium ion batteries of Examples 25 to 34 according to the above method. Lithium-ion batteries are tested for 25°C rate-discharge performance, 25°C cycle retention and 45°C cycle retention and thickness expansion. See Table 3 for test results.

표 3Table 3

Figure pct00019
Figure pct00019

여기에서 "/"은 상기 물질이 첨가되지 않았음을 나타낸다.Here, "/" indicates that the above substance has not been added.

실시예 27 내지 33과 실시예 19에서 알 수 있듯이, 테트라에틸 오르토실리케이트와 FEC 및 말레산 무수물을 함유하는 전해액에 0.1% 내지 약 13%의 다른 첨가제(예를 들어 1,3-프로판 술톤(PS), 비닐렌 카보네이트(VC), LiPO2F2 또는 1,3,6-헥산트리카보니트릴 중 적어도 하나)를 첨가하면 배터리 순환성, 가스 생성 상태 및 레이트 방전 성능을 더 개선할 수 있다. 또한 실시예 6과 실시예 25 및 26의 비교 또는 실시예 7과 실시예 34의 비교에서 알 수 있듯이, 특정량의 테트라에틸 오르토실리케이트와 FEC를 함유하는 전해액에 특정량의 다른 첨가제(예를 들어, 1,3-프로판 술톤(PS), 비닐렌 카보네이트(VC), LiPO2F2, 1,3,6-헥산트리카보니트릴 또는 숙시노니트릴(SN) 중 적어도 하나)를 첨가하면 배터리 상온 순환과 고온 순환 성능을 더 개선할 수 있다. 상기 실험 결과는 이들 첨가제의 결합 사용이 배터리 양극 및 음극 계면의 보호를 강화시켜 배터리 성능을 더욱 향상시키는 데 도움이 된다는 것을 나타낸다.As can be seen in Examples 27-33 and 19, 0.1% to about 13% of other additives (e.g. 1,3-propane sultone (PS) in an electrolyte containing tetraethyl orthosilicate and FEC and maleic anhydride) ), vinylene carbonate (VC), LiPO 2 F 2 or at least one of 1,3,6-hexanetricarbonitrile) can further improve battery cycleability, gas generation state and rate discharge performance. Also, as can be seen from the comparison of Example 6 with Examples 25 and 26 or the comparison of Example 7 with Example 34, an electrolyte containing a specific amount of tetraethyl orthosilicate and FEC with a specific amount of another additive (e.g. , 1,3-propane sultone (PS), vinylene carbonate (VC), LiPO 2 F 2 , 1,3,6-hexanetricarbonitrile or at least one of succinonitrile (SN)) is added to cycle the battery at room temperature and high temperature circulation performance can be further improved. The above experimental results indicate that the combined use of these additives helps to further improve battery performance by enhancing the protection of the battery positive and negative interface.

명세서 전체에서 "일부 실시예", "부분 실시예", "일 실시예", "다른 예시", "일 예시", "구체적인 예시" 또는 "부분 예시"의 인용이 나타내는 의미는, 본 출원에서 적어도 하나의 실시예 또는 예시에 상기 실시예 또는 예시에서 설명된 특정한 특징, 구조, 물질 또는 특성이 포함된다는 것이다. 따라서 명세서 전체 중의 각 부분에 있는 설명에서, 예를 들어 "일부 실시예에 있어서", "실시예에 있어서", "일 실시예에 있어서", "다른 예시에 있어서", "일 예시에 있어서", "특정 예시에 있어서" 또는 "예시에서"는 반드시 본 출원 중의 동일한 실시예 또는 예시를 인용하는 것은 아니다. 또한 본원에서 특정한 특징, 구조, 물질 또는 특성은 하나 이상의 실시예 또는 예시에서 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있다.The meaning indicated by citation of “some embodiments”, “partial embodiments”, “one embodiment”, “another example”, “one example”, “specific example” or “partial example” throughout the specification is, in this application, that at least one embodiment or example includes a particular feature, structure, material, or characteristic described in the embodiment or example. Thus, in the description in each part throughout the specification, for example, "in some embodiments," "in an embodiment," "in one embodiment," "in another example," "in an example," , “in a particular example” or “in an example” are not necessarily referring to the same embodiment or example in the present application. Also, certain features, structures, materials, or properties herein may be combined in any suitable manner in one or more embodiments or examples.

설명적인 실시예를 도시 및 설명하였으나, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 기술자는 상기 실시예가 본 출원을 제한하는 것으로 해석하여서는 안 되며, 본 출원의 사상, 원리 및 범위를 벗어나지 않는 선에서 실시예에 대하여 변경, 대체 및 수정을 진행할 수 있다는 것을 이해하여야 한다.Although illustrative embodiments have been shown and described, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains should not interpret the embodiments as limiting the present application, but do not deviate from the spirit, principle and scope of the present application. It should be understood that changes, substitutions and modifications may be made to the

Claims (10)

전해액에 있어서,
플루오로에틸렌 카보네이트 및
화학식 I 구조의 실리케이트 화합물을 포함하고,
Figure pct00020

여기에서 R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1~C10 탄화수소기로부터 선택되며, 여기에서 치환될 때 치환기는 할로겐이고,
여기에서 상기 실리케이트 화합물과 상기 플루오로에틸렌 카보네이트의 질량비는 1:1 내지 1:10인 전해액.
In the electrolyte,
fluoroethylene carbonate and
a silicate compound of structure I;
Figure pct00020

wherein R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently selected from a substituted or unsubstituted C 1 to C 10 hydrocarbon group, wherein when substituted, the substituent is halogen,
wherein the mass ratio of the silicate compound and the fluoroethylene carbonate is 1:1 to 1:10.
제1항에 있어서,
상기 실리케이트 화합물은 하기 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 전해액.
Figure pct00021
,
Figure pct00022
또는
Figure pct00023
According to claim 1,
The silicate compound is an electrolyte solution comprising at least one of the following compounds.
Figure pct00021
,
Figure pct00022
or
Figure pct00023
제1항에 있어서,
상기 실리케이트 화합물의 함량은 상기 전해액 총 중량의 0.1wt% 내지 5wt%인 전해액.
According to claim 1,
The content of the silicate compound is 0.1wt% to 5wt% of the total weight of the electrolyte solution.
제1항에 있어서,
고리형 카르복실산 무수물 화합물을 더 포함하고, 여기에서 상기 고리형 카르복실산 무수물 화합물은 화학식 II 구조 화합물, 화학식 III 구조 화합물 또는 화학식 IV 구조 화합물 중 적어도 하나를 포함하고,
Figure pct00024
,
Figure pct00025
,
Figure pct00026

여기에서 R5, R6, R7, R8, R9, R10 및 R11은 각각 독립적으로 수소, 할로겐 및 치환 또는 비치환된 C1~C10 탄화수소기로부터 선택되고, 여기에서 치환될 때 치환기는 할로겐인 전해액.
According to claim 1,
further comprising a cyclic carboxylic acid anhydride compound, wherein the cyclic carboxylic acid anhydride compound comprises at least one of a structural compound of Formula II, a structural compound of Formula III, or a structural compound of Formula IV;
Figure pct00024
,
Figure pct00025
,
Figure pct00026

wherein R 5 , R 6 , R 7 , R 8 , R 9 , R 10 and R 11 are each independently selected from hydrogen, halogen and a substituted or unsubstituted C 1 to C 10 hydrocarbon group, wherein the substituted When the substituent is a halogen electrolyte.
제4항에 있어서,
상기 고리형 카르복실산 무수물은 말레산 무수물, 숙신산 무수물, 2-메틸숙신산 무수물, 2,3-디메틸숙신산 무수물 또는 글루타르산 무수물 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 고리형 카르복실산 무수물의 함량은 상기 전해액 총 중량의 0.1wt% 내지 5wt%인 전해액.
5. The method of claim 4,
The cyclic carboxylic acid anhydride includes at least one of maleic anhydride, succinic anhydride, 2-methylsuccinic anhydride, 2,3-dimethylsuccinic anhydride, or glutaric anhydride, and the content of the cyclic carboxylic acid anhydride is An electrolyte of 0.1 wt% to 5 wt% of the total weight of the electrolyte.
제1항에 있어서,
화학식 V를 갖는 디술포네이트 화합물을 더 포함하고,
Figure pct00027

여기에서 n은 1 내지 4의 정수이고, 상기 디술포네이트 화합물의 함량은 상기 전해액 총 중량의 0.1wt% 내지 5wt%인 전해액.
According to claim 1,
Further comprising a disulfonate compound having the formula (V),
Figure pct00027

wherein n is an integer of 1 to 4, and the content of the disulfonate compound is 0.1 wt% to 5 wt% of the total weight of the electrolyte solution.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
LiPO2F2, 불포화 고리형 카보네이트, 고리형 술톤, 고리형 술페이트 락톤 또는 니트릴 화합물 중 적어도 하나의 첨가제를 더 포함하고, 여기에서 상기 첨가제의 함량은 상기 전해액 총 중량의 0.1wt% 내지 13wt%인 전해액.
7. The method according to any one of claims 1 to 6,
LiPO 2 F 2 , unsaturated cyclic carbonate, cyclic sultone, cyclic sulfate lactone, or further comprises at least one additive of a nitrile compound, wherein the content of the additive is 0.1wt% to 13wt% of the total weight of the electrolyte solution phosphorus electrolyte.
제7항에 있어서,
상기 LiPO2F2의 함량은 상기 전해액 총 중량의 0.001wt% 내지 2wt%이고,
상기 불포화 고리형 카보네이트는 비닐렌 카보네이트 또는 비닐에틸렌 카보네이트 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 불포화 고리형 카보네이트의 함량은 상기 전해액 총 중량의 0.001wt% 내지 2wt%이고,
상기 고리형 술톤은 1,3-프로판 술톤, 1,4-부탄 술톤 또는 1,3-프로펜 술톤 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 고리형 술톤의 함량은 상기 전해액 총 중량의 0.01wt% 내지 3wt%이고,
상기 고리형 술페이트 락톤은 에틸렌 술페이트, 프로필렌 술페이트 또는 프로판 1,2-사이클릭 술페이트 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 고리형 술페이트 락톤의 함량은 상기 전해액 총 중량의 0.01wt% 내지 3wt%이고,
상기 니트릴 화합물은 숙시노니트릴, 글루타로니트릴, 아디포니트릴, 2-메틸렌글루타로니트릴, 2-프로필말로노니트릴, 1,3,6-헥산트리카보니트릴, 1,2,6-헥산트리카보니트릴, 1,3,5- 펜탄트리카보니트릴 또는 1,2-비스(시아노에톡시)에탄 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 니트릴 화합물의 함량은 상기 전해액 총 중량의 0.5wt% 내지 7wt%인 전해액.
8. The method of claim 7,
The content of LiPO 2 F 2 is 0.001wt% to 2wt% of the total weight of the electrolyte,
The unsaturated cyclic carbonate includes at least one of vinylene carbonate or vinylethylene carbonate, and the content of the unsaturated cyclic carbonate is 0.001 wt% to 2 wt% of the total weight of the electrolyte,
The cyclic sultone includes at least one of 1,3-propane sultone, 1,4-butane sultone, or 1,3-propene sultone, and the content of the cyclic sultone is 0.01 wt% to 3 wt% of the total weight of the electrolyte solution. %ego,
The cyclic sulfate lactone includes at least one of ethylene sulfate, propylene sulfate, or propane 1,2-cyclic sulfate, and the content of the cyclic sulfate lactone is 0.01 wt% to 3 wt% of the total weight of the electrolyte solution %ego,
The nitrile compound is succinonitrile, glutaronitrile, adiponitrile, 2-methylene glutaronitrile, 2-propylmalononitrile, 1,3,6-hexanetricarbonitrile, 1,2,6-hexanetricarbo At least one of nitrile, 1,3,5-pentanetricarbonitrile, or 1,2-bis(cyanoethoxy)ethane, wherein the content of the nitrile compound is 0.5 wt% to 7 wt% of the total weight of the electrolyte electrolyte.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 전해액을 포함하는 전기화학 장치.An electrochemical device comprising the electrolyte according to any one of claims 1 to 8. 제9항에 따른 전기화학 장치를 포함하는 전자 장치.An electronic device comprising the electrochemical device according to claim 9 .
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