KR20210110186A - Additives for non-aqueous electrolyte, non-aqueous electrolyte and lithium secondary battery comprsing the same - Google Patents

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KR20210110186A
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lithium
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이미숙
염철은
윤정애
임영민
김수정
장덕훈
노찬우
김경훈
이철행
최영철
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주식회사 엘지화학
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Abstract

The present invention relates to an additive for a non-aqueous electrolyte capable of improving the lifespan characteristics of a lithium secondary battery by forming an electrode-electrolyte interface that is stable even at high temperatures and has low resistance, and specifically, to an additive for a non-aqueous electrolyte including a sultone-based compound represented by chemical formula 1, a non-aqueous electrolyte including the same, and a lithium secondary battery.

Description

비수 전해질용 첨가제, 이를 포함하는 비수 전해질 및 리튬 이차전지 {ADDITIVES FOR NON-AQUEOUS ELECTROLYTE, NON-AQUEOUS ELECTROLYTE AND LITHIUM SECONDARY BATTERY COMPRSING THE SAME}Additive for non-aqueous electrolyte, non-aqueous electrolyte and lithium secondary battery containing same

본 발명은 설톤계 화합물을 포함하는 비수 전해질용 첨가제, 이를 포함하는 비수 전해질 및 리튬 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to an additive for a non-aqueous electrolyte containing a sultone-based compound, a non-aqueous electrolyte containing the same, and a lithium secondary battery.

최근 리튬 이차전지의 응용 영역이 전기, 전자, 통신, 컴퓨터와 같은 전자 기기의 전력 공급뿐 만 아니라 자동차나 전력 저장 장치와 같은 대면적 기기의 전력 저장 공급까지 급속히 확대 됨에 따라 고용량, 고출력이면서도 고안정성인 이차전지에 대한 요구가 늘어나고 있다. Recently, as the application area of lithium secondary batteries is rapidly expanding not only to the power supply of electronic devices such as electricity, electronics, communication, and computers, but also to the power storage supply of large-area devices such as automobiles and power storage devices, high capacity, high output and high stability. Demand for phosphorus secondary batteries is increasing.

리튬 이차전지는 일반적으로 리튬 함유 전이금속 산화물 등으로 된 양극 활물질 또는 리튬 이온을 흡장 및 방출할 수 있는 탄소재 혹은 실리콘재 음극 활물질과, 선택적으로 바인더 및 도전재를 혼합한 물질을 각각 양극 집전체 및 음극 집전체에 도포하여 양극과 음극을 제조하고, 이를 세퍼레이터의 양측에 적층하여 소정 형상의 전극 집전체를 형성한 다음, 이 전극 집전체와 비수전해질을 전지 케이스에 삽입하여 제조된다. 여기에 전지의 성능을 확보하고자 거의 필수적으로 포메이션(formation, 화성) 및 에이징(aging) 공정을 거치게 된다.Lithium secondary batteries are generally composed of a cathode active material made of lithium-containing transition metal oxide or a carbon material or silicon anode active material capable of occluding and releasing lithium ions, and a material mixed with a binder and a conductive material, respectively, as a cathode current collector, respectively. and a negative electrode current collector to prepare a positive electrode and a negative electrode, stacking them on both sides of a separator to form an electrode current collector having a predetermined shape, and then inserting the electrode current collector and a non-aqueous electrolyte into a battery case. Here, in order to secure the performance of the battery, formation (formation) and aging (aging) processes are almost essential.

상기 포메이션 공정은 전지 조립 후 충전과 방전을 되풀이하여 이차전지를 활성화하는 단계로, 상기 충전시 양극으로 사용되는 리튬 함유 전이금속 산화물로부터 나온 리튬 이온이 음극으로 사용되는 탄소재 음극 활물질로 이동하여 삽입된다. 이때 반응성이 강한 리튬 이온은 전해질과 반응하여 Li2CO3, Li2O, LiOH 등의 화합물을 생성하고, 이 화합물들은 음극 표면에 고체 전해질 계면 (solid electrolyte interface: SEI) 막을 형성한다.The formation process is a step of activating the secondary battery by repeating charging and discharging after battery assembly. During the charging, lithium ions from the lithium-containing transition metal oxide used as the positive electrode move to and insert into the carbon material negative active material used as the negative electrode. do. At this time, the highly reactive lithium ions react with the electrolyte to form compounds such as Li 2 CO 3 , Li 2 O, and LiOH, and these compounds form a solid electrolyte interface (SEI) film on the surface of the anode.

한편 특히 자동차 용도의 리튬 이차전지에서는 고용량, 고출력, 장기 수명 특성이 중요해지고 있다. 양극의 측면에서는 고용량화를 위하여 에너지 밀도가 높으나 안정성이 낮은 양극 활물질을 사용함에 따라 양극 활물질의 표면을 보호하여 안정화할 수 있는 활물질-전해질 계면의 형성이 필요하며 음극의 측면에서는 전해질의 환원 분해로 형성되는 SEI 층이 견고하면서도 저항이 낮을 필요가 있다. 이러한 각 전극과 전해질 간의 계면 생성을 통해 전지의 성능을 향상시키고자 전해질 내에 첨가제를 도입하려는 시도가 이루어져 왔다.On the other hand, especially in the lithium secondary battery for automotive use, high capacity, high output, and long life characteristics are becoming important. On the side of the positive electrode, as a positive active material with high energy density but low stability is used for high capacity, it is necessary to form an active material-electrolyte interface that can protect and stabilize the surface of the positive active material. The SEI layer used needs to be robust and low in resistance. Attempts have been made to introduce additives into the electrolyte in order to improve the performance of the battery by creating an interface between each electrode and the electrolyte.

한편, 상기 리튬 이차전지에 대해 고온 구동, 장기 수명 특성이 중요해지면서, 반복적인 사이클 동안 전해질과 전극 계면에서 발생하는 산화 환원 반응에 의한 전해질 분해 반응이 누적되고, 이로 인해 증가한 저항으로 인하여, 수명 특성이 열화되는 문제가 수반된다.On the other hand, as high-temperature driving and long-term life characteristics become important for the lithium secondary battery, electrolyte decomposition reactions caused by redox reactions occurring at the electrolyte and electrode interface during repeated cycles are accumulated, and due to this increased resistance, lifespan characteristics This deteriorating problem is accompanied.

상기 문제를 해결하고자 다각적으로 연구를 수행한 결과, 본 발명에서는 분해 후 고온에서도 안정하고 저항이 낮은 전극-전해질 계면을 형성하여 수명 특성을 향상시킬 수 있는 비수 전해질용 첨가제로서 설톤계 화합물을 포함하는 비수 전해질용 첨가제를 제공하고자 한다.As a result of multifaceted research to solve the above problem, in the present invention, a sultone-based compound is included as an additive for a non-aqueous electrolyte that can improve lifespan characteristics by forming an electrode-electrolyte interface that is stable even at high temperatures and has low resistance after decomposition. An object of the present invention is to provide an additive for a non-aqueous electrolyte.

또한, 본 발명에서는 상기 비수 전해질용 첨가제를 포함하는 비수 전해질을 제공하고자 한다.Another object of the present invention is to provide a non-aqueous electrolyte including the additive for a non-aqueous electrolyte.

그리고, 본 발명에서는 상기 비수 전해질을 포함하는 리튬 이차전지를 제공하고자 한다. In addition, the present invention is to provide a lithium secondary battery including the non-aqueous electrolyte.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 비수 전해질용 첨가제로서 하기 화학식 1로 표시되는 설톤계 화합물을 포함하는 비수 전해질용 첨가제를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an additive for a non-aqueous electrolyte, which includes a sultone-based compound represented by the following formula (1) as an additive for a non-aqueous electrolyte.

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

상기 화학식 1에서,In Formula 1,

n은 1 또는 2이고,n is 1 or 2,

Ak는 단일 결합; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬렌기;이며, Ak is a single bond; Or a substituted or unsubstituted alkylene group having 1 to 6 carbon atoms;

X는 Li, Na 또는 K이다.X is Li, Na or K.

또한, 본 발명에서는 상기 첨가제를 포함하는 비수 전해질을 제공한다.In addition, the present invention provides a non-aqueous electrolyte including the additive.

그리고, 본 발명에서는 상기 비수 전해질을 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다. In addition, the present invention provides a lithium secondary battery including the non-aqueous electrolyte.

본 발명에 따르면, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 비수 전해질용 첨가제를 이용하는 경우, 저항이 낮고 견고한 SEI 층이 형성되어, 고온 장기 수명 특성이 우수한 리튬 이차전지를 제공할 수 있다.According to the present invention, when the additive for a non-aqueous electrolyte including the compound represented by Formula 1 is used, a low resistance and strong SEI layer is formed, thereby providing a lithium secondary battery having excellent high temperature and long life characteristics.

이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventor may properly define the concept of the term in order to best describe his invention. It should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that there is.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다'등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하여는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present invention are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present invention, terms such as 'include' or 'have' designate the existence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other It is to be understood that this does not preclude the possibility of addition or presence of features or numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

비수 전해질용 첨가제Additives for non-aqueous electrolytes

본 발명의 일 실시예에 따른 비수 전해질용 첨가제는 하기 화학식 1로 표시되는 설톤계 화합물을 포함한다. 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 비수 전해질용 첨가제를 이용하는 경우, 저항이 낮고 견고한 SEI 층이 형성되어, 고온 장기 수명 특성이 우수한 리튬 이차전지를 제공할 수 있다.The additive for a non-aqueous electrolyte according to an embodiment of the present invention includes a sultone-based compound represented by the following formula (1). When an additive for a non-aqueous electrolyte including a compound represented by the following Chemical Formula 1 is used, a low resistance and strong SEI layer is formed, thereby providing a lithium secondary battery having excellent high temperature and long life characteristics.

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00002
Figure pat00002

상기 화학식 1에서,In Formula 1,

n은 1 또는 2이고,n is 1 or 2,

Ak는 단일 결합; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬렌기;이며, Ak is a single bond; Or a substituted or unsubstituted alkylene group having 1 to 6 carbon atoms;

X는 Li, Na 또는 K이다.X is Li, Na or K.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 -Ak-OSO3 -기는 상기 화학식 1로 표시되는 설톤계 화합물의 고리형 구조의 3번 위치 또는 4번 위치에 결합되는 것일 수 있다. 이 경우, 화학식 1로 표시되는 설톤계 화합물의 환원 안정성이 크므로, 양극 및 음극 표면에 견고하면서도 리튬염 전도도가 높은 RSO3Li, RSO4Li, Li2SO3, Li2SO4와 같은 SEI 물질의 생성을 촉진시킬 수 있다. 또한, 화학식 1로 표시되는 설톤계 화합물이 전해액 내 유기 용매 보다 빨리 환원되어 SEI 층을 이루므로 부반응이 일어나기 전에 견고한 SEI를 형성 할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the -Ak-OSO 3 - group may be bonded to the 3rd or 4th position of the cyclic structure of the sultone-based compound represented by Formula 1 above. In this case, since the reduction stability of the sultone-based compound represented by Formula 1 is high, SEI such as RSO 3 Li, RSO 4 Li, Li 2 SO 3 , Li 2 SO 4 which is strong on the surface of the positive and negative electrodes and has high lithium salt conductivity It can promote the production of substances. In addition, since the sultone-based compound represented by Formula 1 is reduced faster than the organic solvent in the electrolyte to form an SEI layer, a solid SEI can be formed before a side reaction occurs.

화합물의 환원 안정성은 DFT 계산법을 적용한 가우시안09 프로그램 패키지(Gaussian 09 Revision C.01, Gaussian Inc., Wallingford, CT, 2009)를 이용하여 다음의 방법으로 평가한다. 환원되기 전 상태에서 화합물의 안정한 구조 에너지(Eneut), 환원된 상태에서 화합물의 안정한 구조 에너지(Ered)를 계산한 다음, Eneut- Ered-1.45eV를 환원 안정성으로 정의한다. 이 때, 구조 안정화 계산은 PCM(Polarizable Continuum Model) 방법을 적용한 상태에서 수행한다.The reduction stability of the compound is evaluated by the following method using the Gaussian 09 program package (Gaussian 09 Revision C.01, Gaussian Inc., Wallingford, CT, 2009) to which the DFT calculation method is applied. After calculating the stable structural energy of the compound in the state before reduction (E neut ) and the stable structural energy of the compound in the reduced state (E red ), E neut - E red -1.45 eV is defined as reduction stability. At this time, the structural stabilization calculation is performed in the state that the PCM (Polarizable Continuum Model) method is applied.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 Ak는 단일 결합 또는 메틸렌기인 것일 수 있다. 이 경우, 탄소수가 적어 저항이 작으므로, 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 비수 전해질용 첨가제를 이용한 리튬 이차전지에 저항이 낮고 견고한 SEI 층이 형성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, Ak may be a single bond or a methylene group. In this case, since the number of carbon atoms is small and the resistance is small, a low resistance and a strong SEI layer may be formed in a lithium secondary battery using the additive for a non-aqueous electrolyte including the compound represented by Formula 1 .

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 X는 Li인 것일 수 있다. 리튬은 이온 전도도가 높으므로, 상기 X가 Li인 경우, 이차 전지에서 리튬 이온의 공급 및 이동이 개선될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, X may be Li. Since lithium has high ionic conductivity, when X is Li, the supply and movement of lithium ions in the secondary battery may be improved.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 화학식 1로 표시되는 설톤계 화합물은 하기 화학식 1a 내지 1c 화합물 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the sultone-based compound represented by Formula 1 may be at least one selected from the following Formulas 1a to 1c compounds.

[화학식 1a][Formula 1a]

Figure pat00003
Figure pat00003

[화학식 1b][Formula 1b]

Figure pat00004
Figure pat00004

[화학식 1c][Formula 1c]

Figure pat00005
Figure pat00005

상기 화학식 1a 내지 1c에서,In Formulas 1a to 1c,

X는 Li, Na 또는 K일 수 있다.X may be Li, Na or K.

상기 화학식 1a 내지 화학식 1c에서 -Ak-OSO3 -기는 설톤계 화합물의 고리형 구조에 공유결합된 것일 수 있고, X는 Li, Na 또는 K일 수 있으나, 바람직하게는 Li일 수 있다.In Formulas 1a to 1c, the -Ak-OSO 3 - group may be covalently bonded to the cyclic structure of the sultone-based compound, and X may be Li, Na, or K, but preferably Li.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 화학식 1로 표시되는 설톤계 화합물은 하기 화학식 1aa 내지 1cc 화합물 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the sultone-based compound represented by Chemical Formula 1 may be at least one selected from the following Chemical Formulas 1aa to 1cc compounds.

[화학식 1aa][Formula 1aa]

Figure pat00006
Figure pat00006

[화학식 1bb][Formula 1bb]

Figure pat00007
Figure pat00007

[화학식 1cc][Formula 1cc]

Figure pat00008
Figure pat00008

상기 화학식 1로 표시되는 설톤계 화합물은 전해질과 함께 전극 표면에서 산화 환원 분해되어 양극 및 음극 표면에 견고하면서도 리튬염 전도도가 높은 RSO3Li, RSO4Li, Li2SO3, Li2SO4와 같은 SEI 물질을 생성함으로써 고온 장기 수명 특성이 개선에 도움을 줄 수 있다.The sultone-based compound represented by Formula 1 is oxidation-reductively decomposed on the surface of the electrode together with the electrolyte, and RSO 3 Li, RSO 4 Li, Li 2 SO 3 , Li 2 SO 4 and By creating the same SEI material, high-temperature long-life properties can help improve.

한편, 본 발명의 화학식 1로 표시되는 설톤계 화합물은 1) 디올 (Diol) 함유 알켄 화합물 혹은 디올 함유 할로겐 화합물의 설포네이션, 2) 디올 중 1개의 알코올기와 설포네이트기의 축합을 통한 히드록시기 함유 설톤 화합물 형성 반응, 3) 잔존 히드록시기기에 설페이트염을 도입하는 단계를 통하여 제조될 수 있다. 그러나, 이에 제한되지 않으며, 소기의 목적 화합물을 제조할 수 있는 공지의 방법을 적용할 수 있다. 예를 들어, 한국등록특허 10-1736739 또는 한국등록특허 10-1777474, 국제특허 WO 02/055562A2에 기재된 방법을 통하여 히드록시기 함유 설톤 화합물을 제조할 수 있고, 이에 Li염 화합물, 클로로술폰산을 투입하여 화학식 1로 표시되는 설톤계 화합물, 즉, 설페이트염이 치환된 설톤계 화합물을 합성할 수 있다. Meanwhile, the sultone-based compound represented by Formula 1 of the present invention includes 1) sulfonation of a diol-containing alkene compound or diol-containing halogen compound, and 2) sultone containing a hydroxyl group through condensation of one alcohol group and sulfonate group among diols. It can be prepared through the compound formation reaction, 3) introducing a sulfate salt to the remaining hydroxy group. However, the present invention is not limited thereto, and a known method capable of preparing a desired target compound may be applied. For example, a sultone compound containing a hydroxyl group can be prepared through the method described in Korean Patent No. 10-1736739 or Korean Patent No. 10-1777474, International Patent WO 02/055562A2, and a Li salt compound and chlorosulfonic acid are added thereto to obtain the chemical formula A sultone-based compound represented by 1, that is, a sultone-based compound in which a sulfate salt is substituted can be synthesized.

비수 전해질non-aqueous electrolyte

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 비수 전해질은 상기 화학식 1로 표시되는 설톤계 화합물을 포함하는 비수 전해질용 첨가제를 포함한다.In addition, the non-aqueous electrolyte according to an embodiment of the present invention includes an additive for a non-aqueous electrolyte including the sultone-based compound represented by Formula 1 above.

상기 비수 전해질은 리튬염, 유기 용매, 기타 전해질 첨가제를 더 포함할 수 있다.The non-aqueous electrolyte may further include a lithium salt, an organic solvent, and other electrolyte additives.

(1) 화학식 1로 표시되는 설톤계 화합물을 포함하는 비수 전해질용 첨가제(1) Additive for non-aqueous electrolyte containing sultone-based compound represented by Formula 1

상기 화학식 1로 표시되는 설톤계 화합물에 관한 설명은 전술한 내용과 중복되므로, 그 기재를 생략한다.Since the description of the sultone-based compound represented by Formula 1 overlaps with the above, description thereof will be omitted.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 비수 전해질용 첨가제는 상기 비수 전해질 100 중량부에 대하여 0.01 중량부 내지 10 중량부의 함량으로, 구체적으로, 0.01 중량부 내지 5 중량부, 0.01 중량부 내지 1 중량부, 또는 0.01 중량부 내지 0.05 중량부의 함량으로 포함될 수 있다. 비수 전해질용 첨가제의 함량이 상기 범위 내인 경우, 비수 전해질을 이차전지에 적용하였을 때, 화학식 1로 표시되는 설톤계 화합물로부터 유도되는 SEI 층의 함량이 적절하여 안정성이 개선될 수 있고, 이차전지 내부 저항이 상승하는 것을 방지하여 전지의 용량 저하를 방지할 수 있다.Meanwhile, according to an embodiment of the present invention, the additive for the non-aqueous electrolyte is used in an amount of 0.01 parts by weight to 10 parts by weight, specifically, 0.01 parts by weight to 5 parts by weight, 0.01 parts by weight to 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte. It may be included in an amount of 1 part by weight, or 0.01 parts by weight to 0.05 parts by weight. When the content of the additive for the non-aqueous electrolyte is within the above range, when the non-aqueous electrolyte is applied to a secondary battery, the content of the SEI layer derived from the sultone-based compound represented by Formula 1 is appropriate, so that stability can be improved, and the secondary battery By preventing the resistance from increasing, it is possible to prevent a decrease in the capacity of the battery.

(2) 리튬염(2) lithium salt

상기 리튬염은 리튬 이차전지 내에서 전해질 염으로서 사용되는 것으로서, 이온을 전달하기 위한 매개체로서 사용되는 것이다. 통상적으로, 리튬염은 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiN(C2F5SO2)2, LiN(CF3SO2)2, CF3SO3Li, LiC(CF3SO2)3, LiC4BO8, LiTFSI, LiFSI, 및 LiClO4로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상의 화합물을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 LiPF6를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 상기 리튬염은 1종 또는 필요에 따라서 2종 이상을 혼합하여 사용할 수도 있다. The lithium salt is used as an electrolyte salt in a lithium secondary battery, and is used as a medium for transferring ions. Typically, the lithium salt is LiPF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAsF 6 , LiClO 4 , LiN(C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN(CF 3 SO 2 ) 2 , CF 3 SO 3 Li, LiC(CF 3 ) SO 2 ) 3 , LiC 4 BO 8 , LiTFSI, LiFSI, and at least one compound selected from the group consisting of LiClO 4 may be included, preferably LiPF 6 , but is not limited thereto. On the other hand, the lithium salt may be used alone or as a mixture of two or more as needed.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 리튬염은 비수 전해질에 0.5 M 내지 5 M의 농도로 포함될 수 있고, 바람직하게는 0.5 M 내지 4 M의 농도로 포함될 수 있다. 리튬염의 농도가 상기 범위 내인 경우, 전해질 내 리튬 이온의 농도가 적절하여 전지의 충방전이 제대로 이루어질 수 있고, 전해질의 점도가 적절하여 전지 내 젖음성(wetting)이 우수하여 전지 성능이 개선될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the lithium salt may be included in the non-aqueous electrolyte at a concentration of 0.5 M to 5 M, preferably, in a concentration of 0.5 M to 4 M. When the concentration of the lithium salt is within the above range, the concentration of lithium ions in the electrolyte is appropriate, so that charging and discharging of the battery can be performed properly, and the viscosity of the electrolyte is appropriate so that the wetting in the battery is excellent, so that the battery performance can be improved. .

(3) 유기 용매 (3) organic solvents

상기 유기 용매는 리튬 이차전지에 통상적으로 사용되는 비수계 용매로서, 예를 들면 에테르, 에스테르(Acetate류, Propionate류), 아미드, 선형 카보네이트 또는 환형 카보네이트, 니트릴(아세토니트릴, SN 등) 등을 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.The organic solvent is a non-aqueous solvent commonly used in lithium secondary batteries, and includes, for example, ethers, esters (acetates, propionates), amides, linear carbonates or cyclic carbonates, nitriles (acetonitrile, SN, etc.), respectively. It can be used individually or in mixture of 2 or more types.

그 중에서 대표적으로 환형 카보네이트, 선형 카보네이트 또는 이들의 혼합물인 카보네이트 화합물을 포함하는 카보네이트계 전해질 용매를 사용할 수 있다.Among them, a carbonate-based electrolyte solvent including a carbonate compound that is a cyclic carbonate, a linear carbonate, or a mixture thereof may be typically used.

상기 유기용매는 이차전지의 충방전 과정에서 산화 반응 등에 의한 분해가 최소화될 수 있고, 첨가제와 함께 목적하는 특성을 발휘할 수 있는 것이라면 제한이 없다. The organic solvent is not limited as long as it can minimize decomposition due to oxidation reaction and the like in the charging/discharging process of the secondary battery and exhibit desired properties together with the additive.

이중 상기 환형 카보네이트 화합물의 구체적인 예로는 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate, EC), 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate, PC), 1,2-부틸렌 카보네이트, 2,3-부틸렌 카보네이트, 1,2-펜틸렌카보네이트, 2,3-펜틸렌 카보네이트, 비닐렌 카보네이트 및 플루오로에틸렌 카보네이트(FEC)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물이 있다.Specific examples of the cyclic carbonate compound include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), 1,2-butylene carbonate, 2,3-butylene carbonate, 1,2-pentylene carbonate , any one selected from the group consisting of 2,3-pentylene carbonate, vinylene carbonate, and fluoroethylene carbonate (FEC), or a mixture of two or more thereof.

또한, 상기 선형 카보네이트 화합물의 구체적인 예로는 디메틸 카보네이트(dimethyl carbonate, DMC), 디에틸 카보네이트(diethyl carbonate, DEC), 디프로필 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트(EMC), 메틸프로필 카보네이트 및 에틸프로필 카보네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물 등이 대표적으로 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, specific examples of the linear carbonate compound include dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate, ethylmethyl carbonate (EMC), methylpropyl carbonate and the group consisting of ethylpropyl carbonate Any one selected from or a mixture of two or more of them may be used representatively, but is not limited thereto.

상기 선형 에스테르 화합물은 그 구체적인 예로 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 프로필 아세테이트, 메틸 프로피오네이트, 에틸 프로피오네이트, 프로필 프로피오네이트, 및 부틸 프로피오네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물 등이 대표적으로 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Specific examples of the linear ester compound include any one or two selected from the group consisting of methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, propyl propionate, and butyl propionate. The above mixtures and the like may be typically used, but the present invention is not limited thereto.

상기 환형 에스테르 화합물은 그 구체적인 예로 γ-부티로락톤, γ-발레로락톤, γ-카프로락톤, σ-발레로락톤, ε-카프로락톤과 같은 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Specific examples of the cyclic ester compound include any one selected from the group consisting of γ-butyrolactone, γ-valerolactone, γ-caprolactone, σ-valerolactone, ε-caprolactone, or two or more of them. A mixture may be used, but is not limited thereto.

상기 에테르계 용매로는 디메틸에테르, 디에틸에테르, 디프로필 에테르, 메틸에틸에테르, 메틸프로필 에테르, 에틸프로필 에테르, 1,3-디옥소란(DOL) 및 2,2-비스(트리플루오로메틸)-1,3-디옥소란(TFDOL)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Examples of the ether-based solvent include dimethyl ether, diethyl ether, dipropyl ether, methyl ethyl ether, methylpropyl ether, ethylpropyl ether, 1,3-dioxolane (DOL) and 2,2-bis(trifluoromethyl). Any one selected from the group consisting of )-1,3-dioxolane (TFDOL) or a mixture of two or more thereof may be used, but the present invention is not limited thereto.

상기 글라임계 용매는 선형 카보네이트계 유기용매에 비해 높은 유전율 및 낮은 표면 장력을 가지며, 메탈과의 반응성이 적은 용매로서, 디메톡시에탄 (글라임, DME), 디에톡시에탄, 디글라임 (digylme), 트리-글라임(Triglyme), 및 테트라-글라임 (TEGDME)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. The glyme-based solvent has a higher dielectric constant and a lower surface tension than the linear carbonate-based organic solvent, and is a solvent with less reactivity with metal, dimethoxyethane (glyme, DME), diethoxyethane, digylme, Tri-glyme (Triglyme), and tetra-glyme (TEGDME) may include at least one selected from the group consisting of, but is not limited thereto.

상기 니트릴계 용매는 아세토니트릴, 프로피오니트릴, 부티로니트릴, 발레로니트릴, 카프릴로니트릴, 헵탄니트릴, 싸이클로펜탄 카보니트릴, 싸이클로헥산 카보니트릴, 2-플루오로벤조니트릴, 4-플루오로벤조니트릴, 다이플루오로벤조니트릴, 트리플루오로벤조니트릴, 페닐아세토니트릴, 2-플루오로페닐아세토니트릴, 4-플루오로페닐아세토니트릴로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The nitrile solvent is acetonitrile, propionitrile, butyronitrile, valeronitrile, caprylonitrile, heptanenitrile, cyclopentane carbonitrile, cyclohexane carbonitrile, 2-fluorobenzonitrile, 4-fluorobenzonitrile , difluorobenzonitrile, trifluorobenzonitrile, phenylacetonitrile, 2-fluorophenylacetonitrile, may be at least one selected from the group consisting of 4-fluorophenylacetonitrile, but is not limited thereto.

상기 유기용매로 이외에 디메틸술폭사이드, 술포란, 프로필렌설파이트 및 테트라하이드로퓨란으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. In addition to the organic solvent, it may be at least one selected from the group consisting of dimethyl sulfoxide, sulfolane, propylene sulfite and tetrahydrofuran, but is not limited thereto.

특히, 상기 카보네이트계 유기용매 중 고리형 카보네이트인 에틸렌카보네이트 및 프로필렌카보네이트는 고점도의 유기용매로서 유전율이 높아 전해질 내의 리튬염을 잘 해리시키므로 바람직하게 사용될 수 있으며, 이러한 고리형 카보네이트 디메틸카보네이트 및 디에틸카보네이트와 같은 저점도, 저유전율 선형 카보네이트를 적당한 비율로 혼합하여 사용하면 높은 전기 전도율을 갖는 전해질을 만들 수 있어 더욱 바람직하게 사용될 수 있다.In particular, among the carbonate-based organic solvents, ethylene carbonate and propylene carbonate, which are cyclic carbonates, are highly viscous organic solvents and have a high dielectric constant, so they can be preferably used because they dissociate lithium salts in the electrolyte well, and these cyclic carbonates dimethyl carbonate and diethyl carbonate When a low-viscosity, low-dielectric constant linear carbonate is mixed in an appropriate ratio, an electrolyte having high electrical conductivity can be prepared, and thus can be used more preferably.

(4) 기타 전해질 첨가제(4) other electrolyte additives

상기 기타 전해질 첨가제는 본 발명의 화학식 1로 표시되는 설톤계 화합물에 더하여 추가로 첨가될 수 있는 공지의 전해질 첨가제로서, 예를 들면, 비닐렌 카보네이트(Vinylene Carbonate), 비닐에틸렌 카보네이트(vinyl ethylene carbonate), 프로판 설톤(Propane sultone), 숙시노니트릴(succinonitrile), 아디포니트릴(Adiponitrile), 에틸렌 설페이트(ethylene sulfate), 프로펜설톤(Propene Sultone), 플루오로에틸렌 카본네이트(fluoroethylene carbonate), LiPO2F2, LiODFB(Lithium difluorooxalatoborate), LiBOB(Lithium bis-(oxalato)borate), TMSPa(3-trimethoxysilanyl-propyl-N-aniline), TMSPi(Tris(trimethylsilyl) Phosphite), LiBF4 등의 첨가제를 모두 적용 가능하다.The other electrolyte additive is a known electrolyte additive that can be additionally added in addition to the sultone-based compound represented by Formula 1 of the present invention, for example, vinylene carbonate (Vinylene Carbonate), vinyl ethylene carbonate (vinyl ethylene carbonate) , propane sultone, succinonitrile, adiponitrile, ethylene sulfate, propene sultone, fluoroethylene carbonate, LiPO 2 F 2 , LiODFB (Lithium difluorooxalatoborate), LiBOB (Lithium bis-(oxalato)borate), TMSPa (3-trimethoxysilanyl-propyl-N-aniline), TMSPi (Tris(trimethylsilyl) Phosphite), LiBF 4, etc. can all be applied do.

상기 기타 전해질 첨가제는 비수 전해질 100 중량부에 대하여 0.01 중량부 내지 10 중량부의 함량으로 포함될 수 있고, 바람직하게는 0.05 중량부 내지 7.0 중량부, 더욱 바람직하게는 0.05 중량부 내지 5.0 중량부의 함량으로 포함될 수 있다.The other electrolyte additives may be included in an amount of 0.01 parts by weight to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte, preferably 0.05 parts by weight to 7.0 parts by weight, more preferably 0.05 parts by weight to 5.0 parts by weight. can

리튬 이차전지lithium secondary battery

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지는 상기 비수 전해질을 포함한다.In addition, the lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention includes the non-aqueous electrolyte.

구체적으로, 상기 리튬 이차전지는 양극 활물질을 포함하는 양극, 음극 활물질을 포함하는 음극, 상기 양극 및 음극 사이에 게재된 분리막 및 전술한 비수 전해질을 포함한다.Specifically, the lithium secondary battery includes a positive electrode including a positive electrode active material, a negative electrode including a negative electrode active material, a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, and the above-described nonaqueous electrolyte.

이때, 본 발명의 리튬 이차전지는 당 기술 분야에 알려진 통상적인 방법에 따라 제조할 수 있다. 예를 들면, 양극, 음극 및 양극과 음극 사이에 분리막이 순차적으로 적층되어 전극 조립체를 형성한 후, 상기 전극 조립체를 전지 케이스 내부에 삽입하고, 본 발명에 따른 비수 전해질을 주입하여 제조할 수 있다.In this case, the lithium secondary battery of the present invention may be manufactured according to a conventional method known in the art. For example, a positive electrode, a negative electrode, and a separator between the positive and negative electrodes are sequentially stacked to form an electrode assembly, the electrode assembly is inserted into the battery case, and the nonaqueous electrolyte according to the present invention may be injected. .

(1) 양극(1) anode

상기 양극은 양극 집전체 상에 양극 활물질, 바인더, 도전재 및 용매 등을 포함하는 양극 합제 슬러리를 코팅하여 제조할 수 있다.The positive electrode may be prepared by coating a positive electrode mixture slurry including a positive electrode active material, a binder, a conductive material, and a solvent on a positive electrode current collector.

상기 양극 집전체는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. The positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing a chemical change in the battery. For example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, or carbon on the surface of aluminum or stainless steel. , nickel, titanium, silver, etc. may be used.

상기 양극 활물질은 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물로서, 구체적으로는 코발트, 망간, 니켈 또는 알루미늄과 같은 1종 이상의 금속과 리튬을 포함하는 리튬 금속 산화물을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 리튬 금속 산화물은 리튬-망간계 산화물(예를 들면, LiMnO2, LiMn2O4 등), 리튬-코발트계 산화물(예를 들면, LiCoO2 등), 리튬-니켈계 산화물(예를 들면, LiNiO2 등), 리튬-니켈-망간계 산화물(예를 들면, LiNi1-YMnYO2(여기에서, 0<Y<1), LiMn2-zNizO4(여기에서, 0<Z<2) 등), 리튬-니켈-코발트계 산화물(예를 들면, LiNi1-Y1CoY1O2(여기에서, 0<Y1<1) 등), 리튬-망간-코발트계 산화물(예를 들면, LiCo1-Y2MnY2O2(여기에서, 0<Y2<1), LiMn2-z1Coz1O4(여기에서, 0<Z1<2) 등), 리튬-니켈-망간-코발트계 산화물(예를 들면, Li(NipCoqMnr1)O2(여기에서, 0<p<1, 0<q<1, 0<r1<1, p+q+r1=1) 또는 Li(Nip1Coq1Mnr2)O4(여기에서, 0<p1<2, 0<q1<2, 0<r2<2, p1+q1+r2=2) 등), 또는 리튬-니켈-코발트-전이금속(M) 산화물(예를 들면, Li(Nip2Coq2Mnr3MS2)O2(여기에서, M은 Al, Fe, V, Cr, Ti, Ta, Mg 및 Mo로 이루어지는 군으로부터 선택되고, p2, q2, r3 및 s2는 각각 자립적인 원소들의 원자분율로서, 0<p2<1, 0<q2<1, 0<r3<1, 0<s2<1, p2+q2+r3+s2=1이다) 등) 등을 들 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 화합물이 포함될 수 있다. The positive active material is a compound capable of reversible intercalation and deintercalation of lithium, and specifically, may include lithium metal oxide including lithium and one or more metals such as cobalt, manganese, nickel, or aluminum. . More specifically, the lithium metal oxide is a lithium-manganese oxide (eg, LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , etc.), a lithium-cobalt-based oxide (eg, LiCoO 2 etc.), a lithium-nickel-based oxide ( For example, LiNiO 2 etc.), lithium-nickel-manganese oxide (for example, LiNi 1-Y Mn Y O 2 (here, 0<Y<1), LiMn 2-z Ni z O 4 (here , 0<Z<2), etc.), lithium-nickel-cobalt-based oxides (eg, LiNi 1-Y1 Co Y1 O 2 (here, 0<Y1<1), etc.), lithium-manganese-cobalt-based oxides Oxides (eg, LiCo 1-Y2 Mn Y2 O 2 (here, 0<Y2<1), LiMn 2-z1 Co z1 O 4 (here, 0<Z1<2), etc.), lithium-nickel- Manganese-cobalt oxide (for example, Li(Ni p Co q Mn r1 )O 2 (here, 0<p<1, 0<q<1, 0<r1<1, p+q+r1=1) ) or Li(Ni p1 Co q1 Mn r2 )O 4 (where 0<p1<2, 0<q1<2, 0<r2<2, p1+q1+r2=2), etc.), or lithium-nickel -Cobalt-transition metal (M) oxide (eg, Li(Ni p2 Co q2 Mn r3 M S2 )O 2 , wherein M is composed of Al, Fe, V, Cr, Ti, Ta, Mg and Mo. is selected from the group, and p2, q2, r3 and s2 are atomic fractions of independent elements, respectively, 0<p2<1, 0<q2<1, 0<r3<1, 0<s2<1, p2+q2+ r3+s2=1), etc.), and any one or two or more of these compounds may be included.

이중에서도 전지의 용량 특성 및 안정성을 높일 수 있다는 점에서 상기 리튬 금속 산화물은 LiCoO2, LiMnO2, LiNiO2, 리튬 니켈망간코발트 산화물 (예를 들면 Li(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2, Li(Ni0.6Mn0.2Co0.2)O2, Li(Ni0.5Mn0.3Co0.2)O2, Li(Ni0.7Mn0.15Co0.15)O2 및 Li(Ni0.8Mn0.1Co0.1)O2 등), 또는 리튬 니켈코발트알루미늄 산화물(예를 들면, Li(Ni0.8Co0.15Al0.05)O2 등) 등일 수 있으며, 리튬 복합금속 산화물을 형성하는 구성원소의 종류 및 함량비 제어에 따른 개선 효과의 현저함을 고려할 때 상기 리튬 복합금속 산화물은 Li(Ni0.6Mn0.2Co0.2)O2, Li(Ni0.5Mn0.3Co0.2)O2, Li(Ni0.7Mn0.15Co0.15)O2 및 Li(Ni0.8Mn0.1Co0.1)O2 등일 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.Among them, the lithium metal oxide is LiCoO 2 , LiMnO 2 , LiNiO 2 , lithium nickel manganese cobalt oxide (for example, Li(Ni 1/3 Mn 1/3 Co 1 / 3 )O 2 , Li(Ni 0.6 Mn 0.2 Co 0.2 )O 2 , Li(Ni 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 )O 2 , Li(Ni 0.7 Mn 0.15 Co 0.15 )O 2 and Li(Ni 0.8 Mn 0.1 Co 0.1 )O 2 , etc.), or lithium nickel cobalt aluminum oxide (eg, Li (Ni 0.8 Co 0.15 Al 0.05 )O 2 etc.), etc.), and the lithium composite metal oxide is Li(Ni 0.6 Mn 0.2 Co 0.2 )O 2 , Li(Ni 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 )O 2 , Li(Ni 0.7 Mn 0.15 Co 0.15 )O 2 , and Li(Ni 0.8 Mn 0.1 Co 0.1 )O 2 , and the like, and any one or a mixture of two or more thereof may be used. have.

상기 양극 활물질은 양극 합제 슬러리 중 용매를 제외한 고형물 전체 중량을 기준으로 60 내지 99 중량%, 바람직하게는 70 내지 99 중량%, 보다 바람직하게는 80 내지 98 중량%로 포함될 수 있다. The positive active material may be included in an amount of 60 to 99% by weight, preferably 70 to 99% by weight, more preferably 80 to 98% by weight based on the total weight of the solid material excluding the solvent in the positive electrode mixture slurry.

상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분이다.The binder is a component that assists in bonding of the active material and the conductive material and the like to the current collector.

이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로오스, 재생 셀룰로오스, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 모노머, 술폰화 에틸렌-프로필렌-디엔 모노머, 스티렌-부타디엔 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.Examples of such binders include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene (PE), polypropylene , ethylene-propylene-diene monomer, sulfonated ethylene-propylene-diene monomer, styrene-butadiene rubber, fluororubber, and various copolymers.

통상적으로 상기 바인더는 양극 합제 슬러리 중 용매를 제외한 고형물 전체 중량을 기준으로 1 내지 20 중량%, 바람직하게는 1 내지 15 중량%, 보다 바람직하게는 1 내지 10 중량%로 포함될 수 있다. Typically, the binder may be included in an amount of 1 to 20 wt%, preferably 1 to 15 wt%, more preferably 1 to 10 wt%, based on the total weight of the solid material excluding the solvent in the positive electrode mixture slurry.

상기 도전재는 양극 활물질의 도전성을 더욱 향상시키기 위한 성분이다.The conductive material is a component for further improving the conductivity of the positive electrode active material.

상기 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 그라파이트; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼니스 블랙, 램프 블랙, 서멀 블랙 등의 탄소계 물질; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다. The conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity without causing a chemical change in the battery. For example, graphite; carbon-based materials such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and thermal black; conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; conductive whiskeys such as zinc oxide and potassium titanate; conductive metal oxides such as titanium oxide; A conductive material such as a polyphenylene derivative may be used.

통상적으로 상기 도전재는, 양극 합제 슬러리 중 용매를 제외한 고형물 전체 중량을 기준으로 1 내지 20 중량%, 바람직하게는 1 내지 15 중량%, 보다 바람직하게는 1 내지 10 중량%로 포함될 수 있다. Typically, the conductive material may be included in an amount of 1 to 20% by weight, preferably 1 to 15% by weight, more preferably 1 to 10% by weight based on the total weight of the solid material excluding the solvent in the positive electrode mixture slurry.

상기 용매는 NMP(N-메틸-2-피롤리돈) 등의 유기 용매를 포함할 수 있으며, 상기 양극 활물질, 및 선택적으로 바인더 및 도전재 등을 포함할 때 바람직한 점도가 되는 양으로 사용될 수 있다. 예를 들면, 양극 활물질, 및 선택적으로 바인더 및 도전재를 포함하는 고형분의 농도가 50 내지 95 중량%, 바람직하게는 70 내지 95 중량%, 보다 바람직하게는 70 내지 90 중량%가 되도록 포함될 수 있다. The solvent may include an organic solvent such as NMP (N-methyl-2-pyrrolidone), and may be used in an amount having a desirable viscosity when the positive active material and, optionally, a binder and a conductive material are included. . For example, it may be included so that the concentration of the solid content including the positive active material, and optionally the binder and the conductive material is 50 to 95% by weight, preferably 70 to 95% by weight, more preferably 70 to 90% by weight. .

(2) 음극(2) cathode

상기 음극은 예를 들어, 음극 집전체 상에 음극 활물질, 바인더, 도전재 및 용매 등을 포함하는 음극 합제 슬러리를 코팅하여 제조하거나, 탄소(C)로 이루어진 흑연 전극 또는 금속 자체를 음극으로 사용할 수 있다.The negative electrode may be prepared by, for example, coating a negative electrode mixture slurry containing a negative electrode active material, a binder, a conductive material and a solvent on the negative electrode current collector, or using a graphite electrode made of carbon (C) or a metal itself as the negative electrode. have.

예를 들어, 상기 음극 집전체 상에 음극 합제 슬러리를 코팅하여 음극을 제조하는 경우, 상기 음극 집전체는 일반적으로 3 내지 500㎛의 두께를 가진다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.For example, when the negative electrode is prepared by coating the negative electrode mixture slurry on the negative electrode current collector, the negative electrode current collector generally has a thickness of 3 to 500 μm. Such a negative current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing a chemical change in the battery, and for example, copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, copper or stainless steel. The surface treated with carbon, nickel, titanium, silver, etc., an aluminum-cadmium alloy, etc. may be used. In addition, like the positive electrode current collector, the bonding force of the negative electrode active material may be strengthened by forming fine irregularities on the surface, and may be used in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a non-woven body.

상기 음극 활물질로는 천연흑연, 인조흑연, 탄소질재료; 리튬 함유 티타늄 복합 산화물(LTO), Si, SiOx, Sn, Li, Zn, Mg, Cd, Ce, Ni 또는 Fe인 금속류(Me); 상기 금속류(Me)로 구성된 합금류; 상기 금속류(Me)의 산화물(MeOx); 및 상기 금속류(Me)와 탄소와의 복합체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 음극 활물질을 들 수 있다. Examples of the negative active material include natural graphite, artificial graphite, carbonaceous material; lithium-containing titanium composite oxide (LTO), Si, SiOx, Sn, Li, Zn, Mg, Cd, Ce, Ni or Fe metals (Me); alloys composed of the metals (Me); oxides (MeOx) of the metals (Me); and one or more negative active materials selected from the group consisting of a composite of the metal (Me) and carbon.

상기 음극 활물질은 음극 합제 슬러리 중 용매를 제외한 고형물 전체 중량을 기준으로 60 내지 99 중량%, 바람직하게는 70 내지 99 중량%, 보다 바람직하게는 80 내지 98 중량%로 포함될 수 있다. The negative active material may be included in an amount of 60 to 99% by weight, preferably 70 to 99% by weight, more preferably 80 to 98% by weight, based on the total weight of the solid material excluding the solvent in the negative electrode mixture slurry.

상기 바인더는 도전재, 활물질 및 집전체 간의 결합에 조력하는 성분이다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 모노머, 술폰화 에틸렌-프로필렌-디엔 모노머, 스티렌-부타디엔 고무, 불소 고무, 이들의 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.The binder is a component that assists in bonding between the conductive material, the active material, and the current collector. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoro and roethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene monomer, sulfonated ethylene-propylene-diene monomer, styrene-butadiene rubber, fluororubber, and various copolymers thereof.

통상적으로 상기 바인더는, 음극 합제 슬러리 중 용매를 제외한 고형물 전체 중량을 기준으로 1 내지 20 중량%, 바람직하게는 1 내지 15 중량%, 보다 바람직하게는 1 내지 10 중량%로 포함될 수 있다. Typically, the binder may be included in an amount of 1 to 20% by weight, preferably 1 to 15% by weight, more preferably 1 to 10% by weight based on the total weight of the solid excluding the solvent in the negative electrode mixture slurry.

상기 도전재는 음극 활물질의 도전성을 더욱 향상시키기 위한 성분이다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서멀 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.The conductive material is a component for further improving the conductivity of the anode active material. Such a conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity without causing a chemical change in the battery. For example, graphite such as natural graphite or artificial graphite; carbon black such as acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and thermal black; conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; conductive whiskeys such as zinc oxide and potassium titanate; conductive metal oxides such as titanium oxide; A conductive material such as a polyphenylene derivative may be used.

상기 도전재는 음극 합제 슬러리 중 용매를 제외한 고형물 전체 중량을 기준으로 1 내지 20 중량%, 바람직하게는 1 내지 15 중량%, 보다 바람직하게는 1 내지 10 중량%로 포함될 수 있다. The conductive material may be included in an amount of 1 to 20% by weight, preferably 1 to 15% by weight, more preferably 1 to 10% by weight based on the total weight of the solid excluding the solvent in the negative electrode mixture slurry.

상기 용매는 물 또는 NMP(N-메틸-2-피롤리돈) 등의 유기용매를 포함할 수 있으며, 상기 음극 활물질, 및 선택적으로 바인더 및 도전재 등을 포함할 때 바람직한 점도가 되는 양으로 사용될 수 있다. 예를 들면, 음극 활물질, 및 선택적으로 바인더 및 도전재를 포함하는 고형분의 농도가 50 중량% 내지 95 중량%, 바람직하게 70 중량% 내지 90 중량%가 되도록 포함될 수 있다. The solvent may include water or an organic solvent such as NMP (N-methyl-2-pyrrolidone), and may be used in an amount to achieve a desirable viscosity when the negative electrode active material and, optionally, a binder and a conductive material are included. can For example, it may be included so that the concentration of the solids including the negative active material, and optionally the binder and the conductive material is 50 wt% to 95 wt%, preferably 70 wt% to 90 wt%.

상기 음극으로서, 금속 자체를 사용하는 경우, 금속 박막 자체 또는 상기 음극 집전체 상에 금속을 물리적으로 접합, 압연 또는 증착 등을 시키는 방법으로 제조할 수 있다. 상기 증착하는 방식은 금속을 전기적 증착법 또는 화학적 증착법(chemical vapor deposition)을 사용할 수 있다.When a metal itself is used as the negative electrode, it may be manufactured by physically bonding, rolling, or depositing a metal on the metal thin film itself or the negative electrode current collector. As the deposition method, an electrical deposition method or a chemical vapor deposition method for metal may be used.

예를 들어, 상기 금속 박막 자체 또는 상기 음극 집전체 상에 접합/압연/증착되는 금속은 리튬(Li), 니켈(Ni), 주석(Sn), 구리(Cu) 및 인듐(In)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종의 금속 또는 2종의 금속의 합금 등을 포함할 수 있다. For example, the metal to be bonded/rolled/deposited on the metal thin film itself or the negative electrode current collector is lithium (Li), nickel (Ni), tin (Sn), copper (Cu), and indium (In). It may include one kind of metal or an alloy of two kinds of metals selected from

(3) 분리막(3) separator

또한, 분리막으로는 종래에 분리막으로 사용된 통상적인 다공성 고분자 필름, 예를 들어 에틸렌 단독공중합체, 프로필렌 단독공중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체 및 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름을 단독으로 또는 이들을 적층하여 사용할 수 있으며, 또는 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 내열성 또는 기계적 강도 확보를 위해 세라믹 성분 또는 고분자 물질이 포함된 코팅된 분리막이 사용될 수도 있으며, 선택적으로 단층 또는 다층 구조로 사용될 수 있다.In addition, as the separator, a conventional porous polymer film conventionally used as a separator, for example, an ethylene homocopolymer, a propylene homocopolymer, an ethylene/butene copolymer, an ethylene/hexene copolymer, and an ethylene/methacrylate copolymer, etc. A porous polymer film made of the same polyolefin-based polymer may be used alone or by laminating them, or a conventional porous nonwoven fabric, for example, a nonwoven fabric made of high-melting glass fiber, polyethylene terephthalate fiber, etc. may be used, but this It is not limited. In addition, a coated separator including a ceramic component or a polymer material may be used to secure heat resistance or mechanical strength, and may optionally be used in a single-layer or multi-layer structure.

본 발명의 리튬 이차전지의 외형은 특별한 제한이 없으나, 캔을 사용한 원통형, 각형, 파우치(pouch)형 또는 코인(coin)형 등이 될 수 있다.The external shape of the lithium secondary battery of the present invention is not particularly limited, but may be a cylindrical shape using a can, a prismatic shape, a pouch type, or a coin type.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 리튬 이차전지를 단위 셀로 포함하는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 제공한다. 상기 전지 모듈 및 전지 팩은 고용량, 높은 율속 특성 및 사이틀 특성을 갖는 상기 리튬 이차전지를 포함하므로, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 및 전력 저장용 시스템으로 이루어진 군에서 선택되는 중대형 디바이스의 전원으로 이용될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a battery module including the lithium secondary battery as a unit cell and a battery pack including the same. Since the battery module and the battery pack include the lithium secondary battery having high capacity, high rate-rate characteristics and cycle characteristics, mid-to-large selected from the group consisting of electric vehicles, hybrid electric vehicles, plug-in hybrid electric vehicles, and power storage systems It can be used as a power source for the device.

이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시일 뿐, 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 본 기재의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것은 당연한 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through specific examples. However, the following examples are only examples to help the understanding of the present invention, and do not limit the scope of the present invention. It is obvious to those skilled in the art that various changes and modifications are possible within the scope and spirit of the present disclosure, and it is natural that such variations and modifications fall within the scope of the appended claims.

합성예Synthesis example

합성예 1. 화학식 1aa 화합물(A1)의 제조Synthesis Example 1. Preparation of compound (A1) of Formula 1aa

500 mL 둥근바닥 플라스크에 3-Chloro-1,2-propanediol 50 g, Na2SO3 60g, 물 200 mL를 넣고 65 °C에서 7시간 가열 교반하였다. 감압 증류하여 용액을 농축한 후 메탄올 300 mL를 투입하여 침전을 생성하였다. 침전을 감압 필터하고 메탄올로 세정한 후 진공 건조하여 sodium 2,3-dihydroxypropane sulfonate를 얻었다 (수득 105 g, 순도 80%). 500 mL 둥근바닥플라스크에 건조된 sodium 2,3-dihydroxypropane sulfonate 30 g, DMF 0.5 g, Toluene 75 mL를 담고 상온에서 Thionyl chloride 48 g을 천천히 적하하였다. 적하가 종료된 후 반응물을 65 °C에서 5시간 가열하였다. 반응물을 상온으로 냉각한 후 MeOH 50 mL를 투입하고 3시간 교반하였다. 반응 혼합물을 감압하에 잔존 용매를 제거한 후 실리카겔 컬럼을 통과시켜 2-Hydroxy-1,3-propane sultone을 얻었다 (Eluent: Ethyl acetate, 8.8 g). LiCl 0.31 g을 dimethyl carbonate 8 mL에 투입하여 슬러리를 제조한 후 chlorosulfonic acid 0.84 g을 천천히 투입하였다. 약 1시간 이후 2-Hydroxy-1,3-propane sultone 1 g을 5 mL의 dimethyl carbonate에 녹여 천친히 투입하였다. 3시간 상온 교반 후 반응액을 메틸렌 클로라이트에 침전하고 감압 필터하여 화학식 1aa의 화합물 1.1 g을 얻었다.In a 500 mL round-bottom flask, 50 g of 3-Chloro-1,2-propanediol, 60 g of Na 2 SO 3 and 200 mL of water were added, and the mixture was heated and stirred at 65 °C for 7 hours. After concentration of the solution by distillation under reduced pressure, 300 mL of methanol was added to form a precipitate. The precipitate was filtered under reduced pressure, washed with methanol, and dried under vacuum to obtain sodium 2,3-dihydroxypropane sulfonate (yield 105 g, purity 80%). In a 500 mL round-bottom flask, 30 g of dried sodium 2,3-dihydroxypropane sulfonate, 0.5 g of DMF, and 75 mL of toluene were placed, and 48 g of thionyl chloride was slowly added dropwise at room temperature. After the dropping was completed, the reaction was heated at 65 °C for 5 hours. After the reaction was cooled to room temperature, 50 mL of MeOH was added and stirred for 3 hours. After removing the residual solvent from the reaction mixture under reduced pressure, it was passed through a silica gel column to obtain 2-Hydroxy-1,3-propane sultone (Eluent: Ethyl acetate, 8.8 g). 0.31 g of LiCl was added to 8 mL of dimethyl carbonate to prepare a slurry, and 0.84 g of chlorosulfonic acid was slowly added thereto. After about 1 hour, 1 g of 2-Hydroxy-1,3-propane sultone was dissolved in 5 mL of dimethyl carbonate and slowly added. After stirring at room temperature for 3 hours, the reaction solution was precipitated in methylene chloride and filtered under reduced pressure to obtain 1.1 g of a compound of Formula 1aa.

1H-NMR(500MHz, DMSO-d6) δ (ppm): 3.2 (1H), 3.7 (1H), 4.3 (1H), 4.5 (1H), 4.8 (1H) 1 H-NMR (500 MHz, DMSO-d6) δ (ppm): 3.2 (1H), 3.7 (1H), 4.3 (1H), 4.5 (1H), 4.8 (1H)

합성예 2. 화학식 1bb 화합물(A2)의 제조Synthesis Example 2. Preparation of Formula 1bb Compound (A2)

250 mL 둥근바닥플라스크에 3-Butene-1,2-diol 5 g, Na2S2O5 11.9 g, 물 10 mL를 넣고 pH 7.3을 유지하며 65 °C에서 9 시간 동안 교반하였다. 반응용액을 감압 증류하여 농축하고 메탄올 50 mL 투입하여 침전을 얻었다. 침전을 감압 필터 후 진공 오븐에서 건조하여 sodium 3,4-dihydroxybutane sulfonate를 얻었다 (10 g). 이후 설톤화 반응을 염산 조건에서 진행한 후 상기 합성예 1과 같이 설페이트염 도입 반응을 진행하여 화학식 1bb의 화합물을 1.1g을 제조하였다. In a 250 mL round-bottom flask, 5 g of 3-Butene-1,2-diol, 11.9 g of Na 2 S 2 O 5 , and 10 mL of water were added, and the mixture was stirred at 65 °C for 9 hours while maintaining pH 7.3. The reaction solution was concentrated by distillation under reduced pressure, and 50 mL of methanol was added to obtain a precipitate. The precipitate was filtered under reduced pressure and dried in a vacuum oven to obtain sodium 3,4-dihydroxybutane sulfonate (10 g). After the sultonation reaction was carried out under hydrochloric acid conditions, a sulfate salt introduction reaction was performed as in Synthesis Example 1 to prepare 1.1 g of a compound of Formula 1bb.

1H-NMR(500MHz, DMSO-d6) δ (ppm): 2.3 (1H), 2.55 (1H), 3.4 (2H), 3.8~3.9 (2H), 4.8 (1H) 1 H-NMR (500 MHz, DMSO-d6) δ (ppm): 2.3 (1H), 2.55 (1H), 3.4 (2H), 3.8-3.9 (2H), 4.8 (1H)

합성예 3. 화학식 1cc 화합물(A3)의 제조Synthesis Example 3. Preparation of Formula 1cc Compound (A3)

250 mL 둥근바닥플라스크에 3-Butene-1,2-diol 5 g, Na2S2O5 11.9 g, 물 10 mL를 넣고 pH 7.3을 유지하며 65 °C에서 9 시간 동안 교반하였다. 반응용액을 감압 증류하여 농축하고 물 50 mL 투입하여 침전을 얻었다. 침전을 감압 필터 후 진공 오븐에서 건조하여 sodium 3,4-dihydroxybutane sulfonate를 얻었다 (10 g). 이후 상기 합성예 1과 같이 설톤화 반응 및 설페이트염 도입 반응을 진행하여 화학식 1cc의 화합물을 1.1g을 제조하였다.In a 250 mL round-bottom flask, 5 g of 3-Butene-1,2-diol, 11.9 g of Na 2 S 2 O 5 , and 10 mL of water were added, and the mixture was stirred at 65 °C for 9 hours while maintaining pH 7.3. The reaction solution was concentrated by distillation under reduced pressure, and 50 mL of water was added to obtain a precipitate. The precipitate was filtered under reduced pressure and dried in a vacuum oven to obtain sodium 3,4-dihydroxybutane sulfonate (10 g). Then, as in Synthesis Example 1, a sultonation reaction and a sulfate salt introduction reaction were performed to prepare 1.1 g of a compound of Formula 1cc.

1H-NMR(500MHz, DMSO-d6) δ (ppm): 2.2~2.4 (2H), 3.2~3.4 (2H), 4.2 (1H), 4.4~4.6 (2H) 1 H-NMR (500 MHz, DMSO-d6) δ (ppm): 2.2 to 2.4 (2H), 3.2 to 3.4 (2H), 4.2 (1H), 4.4 to 4.6 (2H)

실시예Example

실시예 1. Example 1.

(비수 전해질의 제조)(Preparation of non-aqueous electrolyte)

1 M LiPF6가 용해된 유기용매(에틸렌 카보네이트(EC):에틸메틸 카보네이트(EMC) = 3:7 부피비) 96.5g에 비닐렌 카보네이트 3 g, 화학식 1aa 화합물(A1) 0.5g을 투입하여 비수 전해질을 제조하였다. (하기 표 1 참조).In 96.5 g of 1 M LiPF 6 dissolved organic solvent (ethylene carbonate (EC): ethylmethyl carbonate (EMC) = 3:7 volume ratio), 3 g of vinylene carbonate and 0.5 g of compound (A1) of Formula 1aa were added to the non-aqueous electrolyte was prepared. (See Table 1 below).

(리튬 이차전지 제조)(Lithium secondary battery manufacturing)

양극 활물질(LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2; NCM) : 도전재(카본 블랙) : 바인더 (폴리비닐리덴플루오라이드)를 90:5:5 중량비로 용제인 N-메틸-2-피롤리돈(NMP) 에 첨가하여 양극 슬러리(고형분 40 중량%)를 제조하였다. 상기 양극 슬러리를 두께가 20㎛인 양극 집전체(Al 박막) 일면에 도포하고, 건조 및 롤 프레스(roll press)를 실시하여 양극을 제조하였다. 이어서, 음극 활물질(인조흑연) : 도전재(카본 블랙) : 바인더(폴리비닐리덴플루오라이드)를 90:5:5 중량비로 용제인 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)에 첨가하여 음극 슬러리(고형분 40 중량%)를 제조하였다. 상기 음극 슬러리를 두께가 20㎛인 음극 집전체(Cu 박막) 일면에 도포하고, 건조 및 롤 프레스(roll press)를 실시하여 음극을 제조하였다.Positive active material (LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 ; NCM): conductive material (carbon black): binder (polyvinylidene fluoride) in a weight ratio of 90:5:5 to N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent ( NMP) to prepare a positive electrode slurry (solid content: 40 wt%). The positive electrode slurry was applied to one surface of a positive electrode current collector (Al thin film) having a thickness of 20 μm, dried and rolled to prepare a positive electrode. Next, negative electrode active material (artificial graphite): conductive material (carbon black): binder (polyvinylidene fluoride) was added to N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as a solvent in a weight ratio of 90:5:5 to the negative electrode. A slurry (40 wt% solids) was prepared. The negative electrode slurry was applied to one surface of a negative electrode current collector (Cu thin film) having a thickness of 20 μm, and dried and roll press were performed to prepare a negative electrode.

그 다음, 상기 제조한 양극과 음극을 폴리에틸렌 다공성 필름과 함께 순차적으로 적층하는 통상적인 방법으로 코인형 전지를 제조한 후, 상기 제조된 비수전해질을 주액하여 리튬 이차전지(전지용량 340 mAh)를 제조하였다.Then, a coin-type battery was prepared by sequentially stacking the prepared positive electrode and negative electrode together with a polyethylene porous film, and then, a lithium secondary battery (battery capacity 340 mAh) was prepared by injecting the prepared non-aqueous electrolyte. did.

실시예 2. Example 2.

합성예 1의 화합물 대신 화학식 1bb 화합물(A2)를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 비수 전해질을 제조하고 주액하여 리튬 이차전지를 제조하였다.A non-aqueous electrolyte was prepared and injected in the same manner as in Example 1, except that the compound of Formula 1bb (A2) was used instead of the compound of Synthesis Example 1 to prepare a lithium secondary battery.

실시예 3. Example 3.

합성예 1의 화합물 대신 화학식 1cc 화합물(A3)를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 비수 전해질을 제조하고 이를 주액하여 리튬 이차전지를 제조하였다.A non-aqueous electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1, except that the compound of Formula 1cc (A3) was used instead of the compound of Synthesis Example 1, and a lithium secondary battery was prepared by injecting it.

비교예 1. Comparative Example 1.

합성예 1의 화합물 대신 1,3-Propane sultone(B1)을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 비수 전해질을 제조하고 이를 주액하여 리튬 이차전지를 제조하였다.A non-aqueous electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1, except that 1,3-propane sultone (B1) was used instead of the compound of Synthesis Example 1, and a lithium secondary battery was prepared by injecting it.

비교예 2. Comparative Example 2.

합성예 1의 화합물 대신 2-Hydroxy-1,3-propane sultone(B2)을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 비수 전해질을 제조하고 이를 주액하여 리튬 이차전지를 제조하였다.A non-aqueous electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1, except that 2-Hydroxy-1,3-propane sultone (B2) was used instead of the compound of Synthesis Example 1, and a lithium secondary battery was prepared by injecting it.

실험예Experimental example

실험예 1. 사이클 수명 특성 실험Experimental Example 1. Cycle life characteristic experiment

상기 실시예 1 내지 3과 비교예 1 내지 2에서 제조된 각각의 이차전지를 45℃에서 정전류/정전압(CC/CV) 조건으로 4.25V/55mA까지 1C으로 충전한 다음 CC 조건으로 3.0V까지 2C으로 방전하여, 고온에서의 400 사이클 수명을 측정하고 (400사이클/1 사이클 Х 100), 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.Each of the secondary batteries prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 2 was charged at 1C to 4.25V/55mA under constant current/constant voltage (CC/CV) conditions at 45°C, and then 2C to 3.0V under CC conditions. to measure the 400 cycle life at high temperature (400 cycles/1 cycle Х 100), and the results are shown in Table 1 below.

또한, 상기 실시예 1 내지 3과 비교예 1 내지 2에서 제조된 각각의 이차전지를 25℃에서 CC/CV 조건으로 4.25V/55mA까지 1C으로 충전한 다음 CC 조건으로 3.0V까지 2C으로 방전하여 상온에서의 400 사이클 수명 특성을 측정하고 (400사이클/1 사이클 Х 100), 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.In addition, each of the secondary batteries prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 2 were charged at 1C up to 4.25V/55mA at 25°C under CC/CV conditions, and then discharged at 2C up to 3.0V under CC conditions. 400 cycle life characteristics at room temperature were measured (400 cycles/1 cycle Х 100), and the results are shown in Table 1 below.

실험예 2. 고온 저장 특성 실험Experimental Example 2. High-temperature storage characteristics test

상기 실시예 1 내지 3과 비교예 1 내지 2에서 제조된 각각의 이차전지를 60℃ 고온에서 16주동안 저장 후, 상온에서 CC/CV 조건으로 4.25V/55mA까지 1C으로 충전한 다음 CC 조건으로 2.5V까지 2C으로 방전하고, 16주 후 방전 용량을 백분율로 계산 (16주 후 용량/최초 방전 용량 Х 100 (%))하여, 고온 저장 후 용량을 측정하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.Each of the secondary batteries prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 2 were stored at a high temperature of 60° C. for 16 weeks, then charged at 1 C to 4.25 V/55 mA at room temperature under CC/CV conditions, and then under CC conditions. Discharged to 2.5V at 2C, and after 16 weeks, the discharge capacity was calculated as a percentage (capacity after 16 weeks/initial discharge capacity Х 100 (%)), and the capacity after high temperature storage was measured. The results are shown in Table 1 below.

또한, 상기 실시예 1 내지 3과 비교예 1 내지 2에서 제조된 각각의 이차전지를 60℃ 고온에서 16주동안 저장 후, 상온 SOC 50%에서 3C로 10초간 방전하여 발생하는 전압차이로 출력을 계산하여 저장 16주 후 출력 백분율로 계산하고 (16주 후 출력 / 최초 출력 Х 100), 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.In addition, each secondary battery prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 2 was stored at a high temperature of 60° C. for 16 weeks, and then discharged for 10 seconds at 3C at 50% SOC at room temperature. It was calculated and calculated as the output percentage after 16 weeks of storage (output after 16 weeks / initial output Х 100), and the results are shown in Table 1 below.

비수 전해질 첨가제 조성a Non-aqueous electrolyte additive composition a 수명 특성 (%)b Life characteristics (%) b 고온 저장 특성 (%)c High temperature storage characteristics (%) c 첨가제 (wt%)Additives (wt%) 상온room temperature 고온High temperature 용량Volume 출력Print 실시예 1Example 1 VC/A1 = 3/0.5VC/A1 = 3/0.5 9191 8888 9393 9595 실시예 2Example 2 VC/A2 = 3/0.5VC/A2 = 3/0.5 9191 8686 9292 9393 실시예 3Example 3 VC/A3 = 3/0.5VC/A3 = 3/0.5 9090 8585 9292 9393 비교예 1Comparative Example 1 VC/B1= 3/0.5VC/B1= 3/0.5 8181 7878 8282 8080 비교예 2Comparative Example 2 VC/B2 = 3/0.5VC/B2 = 3/0.5 7777 7676 8080 7777

a. 첨가제 외 비수 전해질 조성 EC/EMC 30/70 vol%, LiPF6 1MVC: Vinylene Carbonatea. Non-aqueous electrolyte composition other than additives EC/EMC 30/70 vol%, LiPF 6 1MVC: Vinylene Carbonate

b. 400회 수명 특성b. 400 cycle life characteristics

c. 60℃ 16주 보관후 특성c. Characteristics after storage at 60℃ for 16 weeks

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 400 사이클 후 수명 특성을 살펴보면 실시예 1 내지 3에서 제조된 이차전지는 상온 및 고온에서의 사이클 수명 특성이 비교예 1 내지 2에서 제조된 이차전지보다 현저히 우수한 것을 확인할 수 있다.As shown in Table 1, looking at the lifespan characteristics after 400 cycles, it was confirmed that the secondary batteries prepared in Examples 1 to 3 had significantly superior cycle life characteristics at room temperature and high temperature than the secondary batteries manufactured in Comparative Examples 1 and 2 can

또한, 고온 저장 특성을 살펴보면 실시예 1 내지 3에서 제조된 이차전지의 용량 및 출력 특성은 비교예 1 내지 2에서 제조된 이차전지 대비 향상된 것을 확인할 수 있다. In addition, looking at the high temperature storage characteristics, it can be seen that the capacity and output characteristics of the secondary batteries manufactured in Examples 1 to 3 are improved compared to the secondary batteries manufactured in Comparative Examples 1 and 2.

이러한 특성은 실시예 1 내지 3의 설톤계 첨가제가 안정도가 높고 저항이 낮은 SEI 막을 효율적으로 생성하기 때문인 것으로 여겨진다.This property is believed to be because the sultone-based additives of Examples 1 to 3 efficiently produce SEI films with high stability and low resistance.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 비수 전해질용 첨가제를 이용하는 경우, 저항이 낮고 견고한 SEI 층이 형성되어, 고온 장기 수명 특성이 우수한 리튬 이차전지를 제공할 수 있다는 것을 알 수 있다.Therefore, when the additive for a non-aqueous electrolyte containing the compound represented by Formula 1 according to an embodiment of the present invention is used, a low resistance and strong SEI layer is formed, thereby providing a lithium secondary battery having excellent high temperature and long life characteristics. It can be seen that there is

Claims (10)

하기 화학식 1로 표시되는 설톤계 화합물을 포함하는 비수 전해질용 첨가제:
[화학식 1]
Figure pat00009

상기 화학식 1에서,
n은 1 또는 2이고,
Ak는 단일 결합; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬렌기;이며,
X는 Li, Na 또는 K이다.
An additive for a non-aqueous electrolyte comprising a sultone-based compound represented by the following formula (1):
[Formula 1]
Figure pat00009

In Formula 1,
n is 1 or 2,
Ak is a single bond; Or a substituted or unsubstituted alkylene group having 1 to 6 carbon atoms;
X is Li, Na or K.
청구항 1에 있어서,
상기 -Ak-OSO3 -기는 상기 화학식 1로 표시되는 설톤계 화합물의 고리형 구조의 3번 위치 또는 4번 위치에 결합되는 것인 비수 전해질용 첨가제.
The method according to claim 1,
The -Ak-OSO 3 - group is an additive for a non-aqueous electrolyte that is bonded to the 3rd or 4th position of the cyclic structure of the sultone-based compound represented by Formula 1 above.
청구항 1에 있어서,
상기 Ak는 단일 결합 또는 메틸렌기인 것인 비수 전해질용 첨가제.
The method according to claim 1,
wherein Ak is a single bond or a methylene group.
청구항 1에 있어서,
상기 X는 Li인 것인 비수 전해질용 첨가제.
The method according to claim 1,
wherein X is Li, an additive for a non-aqueous electrolyte.
청구항 1에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 설톤계 화합물은 하기 화학식 1a 내지 1c 화합물 중에서 선택된 1종 이상인 것인 비수 전해질용 첨가제:
[화학식 1a]
Figure pat00010

[화학식 1b]
Figure pat00011

[화학식 1c]
Figure pat00012

상기 화학식 1a 내지 1c에서,
X는 Li, Na 또는 K이다.
The method according to claim 1,
The sultone-based compound represented by Formula 1 is an additive for a non-aqueous electrolyte that is at least one selected from the following Formulas 1a to 1c compounds:
[Formula 1a]
Figure pat00010

[Formula 1b]
Figure pat00011

[Formula 1c]
Figure pat00012

In Formulas 1a to 1c,
X is Li, Na or K.
청구항 1에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 설톤계 화합물은 하기 화학식 1aa 내지 1cc 화합물 중에서 선택된 1종 이상인 것인 비수 전해질용 첨가제:
[화학식 1aa]
Figure pat00013

[화학식 1bb]
Figure pat00014

[화학식 1cc]
Figure pat00015
.
The method according to claim 1,
The sultone-based compound represented by Formula 1 is an additive for a non-aqueous electrolyte that is at least one selected from the following Formulas 1aa to 1cc compounds:
[Formula 1aa]
Figure pat00013

[Formula 1bb]
Figure pat00014

[Formula 1cc]
Figure pat00015
.
청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 따른 첨가제를 포함하는 비수 전해질.
A non-aqueous electrolyte comprising the additive according to any one of claims 1 to 6.
청구항 7에 있어서,
상기 첨가제는 상기 비수 전해질 100 중량부에 대하여 0.01 중량부 내지 10 중량부의 함량으로 포함되는 것인 비수 전해질.
8. The method of claim 7,
The additive is included in an amount of 0.01 parts by weight to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte.
청구항 7에 있어서,
상기 비수 전해질은 리튬염을 더 포함하고,
상기 리튬염은 0.5 M 내지 5M의 농도로 포함되는 것인 비수 전해질.
8. The method of claim 7,
The non-aqueous electrolyte further comprises a lithium salt,
The lithium salt is a non-aqueous electrolyte contained in a concentration of 0.5 M to 5 M.
청구항 7에 따른 비수 전해질을 포함하는 리튬 이차전지.A lithium secondary battery comprising the non-aqueous electrolyte according to claim 7.
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