KR20220031290A - Lithium secondary battery - Google Patents

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KR20220031290A
KR20220031290A KR1020200113044A KR20200113044A KR20220031290A KR 20220031290 A KR20220031290 A KR 20220031290A KR 1020200113044 A KR1020200113044 A KR 1020200113044A KR 20200113044 A KR20200113044 A KR 20200113044A KR 20220031290 A KR20220031290 A KR 20220031290A
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Abstract

The present invention relates to a lithium secondary battery with improved battery performance at high temperatures including: 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 a non-aqueous electrolyte, wherein the positive electrode active material includes a lithium composite transition metal oxide including nickel (Ni), cobalt (Co), manganese (Mn), and aluminum (Al), the non-aqueous electrolyte includes: a lithium salt; an organic solvent; lithium difluorophosphate as a first additive; and a compound represented by Chemical Formula 2 as a second additive; a content of the first additive is 0.1 wt% to 1.8 wt% based on the total weight of the non-aqueous electrolyte, and a content of the second additive is 0.05 wt% to 2.5 wt% based on the total weight of the non-aqueous electrolyte.

Description

리튬 이차 전지{LITHIUM SECONDARY BATTERY}Lithium secondary battery {LITHIUM SECONDARY BATTERY}

본 발명은 리튬 이차 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전극 피막의 안정성 강화를 통해 고온 성능이 향상된 리튬 이차 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a lithium secondary battery, and more particularly, to a lithium secondary battery having improved high-temperature performance by strengthening the stability of the electrode film.

리튬 이차 전지는 일반적으로 리튬을 함유하고 있는 전이금속 산화물로 이루어진 양극 활물질을 포함하는 양극과, 리튬 이온을 저장할 수 있는 음극 활물질을 포함하는 음극 사이에 분리막을 개재하여 전극 조립체를 형성하고, 상기 전극 조립체를 전지 케이스에 삽입한 후, 리튬 이온을 전달하는 매개체가 되는 비수 전해액을 주입한 다음 밀봉하는 방법으로 제조된다.Lithium secondary batteries generally form an electrode assembly by interposing a separator between a positive electrode including a positive electrode active material made of a transition metal oxide containing lithium and a negative electrode including a negative electrode active material capable of storing lithium ions, and the electrode It is manufactured by inserting the assembly into the battery case, injecting a non-aqueous electrolyte as a medium for transferring lithium ions, and then sealing the assembly.

리튬 이차 전지는 소형화가 가능하고 에너지 밀도 및 사용 전압이 높아 모바일 기기, 전자 제품, 전기 자동차 등 다양한 분야에 적용되고 있다. 리튬 이차 전지의 적용 분야가 다양해짐에 따라 요구되는 물성 조건도 점차 높아지고 있으며, 특히 고온 조건에서도 안정적으로 구동될 수 있는 리튬 이차 전지의 개발이 요구되고 있다.Lithium secondary batteries can be miniaturized and have high energy density and operating voltage, so they are being applied to various fields such as mobile devices, electronic products, and electric vehicles. As the field of application of the lithium secondary battery is diversified, the required physical property conditions are gradually increasing, and in particular, there is a demand for the development of a lithium secondary battery that can be stably driven even in a high temperature condition.

고온에서는 전해액에 포함되는 LiPF6 등의 리튬염으로부터 PF6 - 음이온이 열분해되어 PF5 등의 루이스산이 발생될 수 있으며, 이는 수분과 반응하여 HF를 생성시킨다. 이러한 PF5, HF 등의 분해 산물, 그리고 충-방전에 따른 양극의 불안정한 구조 변화 등으로 인해 양극재의 전이금속들이 전해액 내부로 용출될 수 있으며, 이는 전지의 성능 저하를 야기하므로 이에 대한 개선이 필요하다.At high temperatures, PF 6 anions may be thermally decomposed from lithium salts such as LiPF 6 contained in the electrolyte to generate Lewis acids such as PF 5 , which react with moisture to generate HF. Transition metals of the cathode material may be eluted into the electrolyte due to decomposition products such as PF 5 and HF, and unstable structural changes of the anode due to charging and discharging. Do.

KR 10-2003-0061219 AKR 10-2003-0061219 A

본 발명은 리튬 이차 전지 내 전극 보호 피막의 안정성을 강화함으로써 가스 발생량이 적고 고온에서의 전지 성능이 개선된 리튬 이차 전지를 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide a lithium secondary battery having less gas generation and improved battery performance at high temperatures by enhancing the stability of the electrode protective film in the lithium secondary battery.

일 구현예에 따르면, 본 발명은 양극 활물질을 포함하는 양극; 음극 활물질을 포함하는 음극; 상기 양극 및 음극 사이에 개재되는 분리막; 및 비수 전해액을 포함하며,According to one embodiment, the present invention provides a positive electrode comprising a positive electrode active material; a negative electrode comprising an anode active material; a separator interposed between the anode and the cathode; and a non-aqueous electrolyte;

상기 양극 활물질은 니켈(Ni), 코발트(Co), 망간(Mn) 및 알루미늄(Al)을 포함하는 리튬 복합 전이금속 산화물을 포함하고,The positive active material includes a lithium composite transition metal oxide containing nickel (Ni), cobalt (Co), manganese (Mn) and aluminum (Al),

상기 비수 전해액은 리튬염; 유기용매; 제1 첨가제로서 리튬 디플루오로포스페이트(lithium difluorophosphate); 및 제2 첨가제로서 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하며,The non-aqueous electrolyte may include a lithium salt; organic solvents; lithium difluorophosphate as a first additive; and a compound represented by the following formula (2) as a second additive,

상기 제1 첨가제의 함량은 상기 비수 전해액 전체 중량을 기준으로 0.1 중량% 내지 1.8 중량%이고,The content of the first additive is 0.1 wt% to 1.8 wt% based on the total weight of the non-aqueous electrolyte,

상기 제2 첨가제의 함량은 상기 비수 전해액 전체 중량을 기준으로 0.05 중량% 내지 2.5 중량%인 리튬 이차 전지를 제공한다.The content of the second additive is 0.05 wt% to 2.5 wt% based on the total weight of the non-aqueous electrolyte.

[화학식 2][Formula 2]

Figure pat00001
Figure pat00001

상기 화학식 2에서,In Formula 2,

n은 1 또는 2이고,n is 1 or 2,

R은 수소; 할로겐기; 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기이다.R is hydrogen; halogen group; or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms.

본 발명은 전해액에 리튬 디플루오로포스페이트(LiDFP) 및 화학식 2로 표시되는 화합물을 최적의 함량으로 포함하는 전해액을, Ni-Co-Mn-Al계 양극 활물질과 함께 사용함으로써 고온에서도 우수한 성능을 유지하는 리튬 이온 전지가 구현될 수 있도록 한다.The present invention maintains excellent performance even at high temperatures by using an electrolyte solution containing lithium difluorophosphate (LiDFP) and a compound represented by Formula 2 in an optimal content in the electrolyte solution together with a Ni-Co-Mn-Al-based positive electrode active material A lithium ion battery that does this can be realized.

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

전해액의 분해 산물과 반복된 충방전으로 인한 양극의 구조 변화 등으로 인하여 양극 내 전이금속들은 쉽게 전해액 내부로 용출되며, 용출된 전이금속은 양극에 다시 재증착(Re-deposition)되어 양극의 저항을 증가시킨다. 뿐만 아니라 용출된 전이금속이 전해액을 통해 음극으로 이동할 경우, 음극에 전착되어 SEI(solid electrolyte interphase) 막의 파괴 및 재생성의 원인이 되며, 이로 인해 리튬 이온의 소모 및 저항 증가 등의 문제가 발생한다.Transition metals in the anode are easily eluted into the electrolyte due to decomposition products of the electrolyte and changes in the structure of the anode due to repeated charging and discharging. increase In addition, when the eluted transition metal moves to the negative electrode through the electrolyte, it is electrodeposited on the negative electrode and causes the destruction and regeneration of the SEI (solid electrolyte interphase) film, which causes problems such as consumption of lithium ions and increased resistance.

또한, 전지의 초기 활성화 시 전해액 반응에 의해 양극 및 음극에 보호 피막이 형성되는데, 피막이 상기의 이유로 불안정해질 경우, 충-방전 혹은 고온 노출 시에 추가적인 전해액의 분해가 일어나 전지의 퇴화를 촉진하고 가스를 발생시킨다.In addition, protective films are formed on the positive and negative electrodes due to the electrolyte reaction during initial activation of the battery. generate

이에 본 발명자들은 전해액에 첨가제로서 리튬 디플루오로포스페이트(LiDFP); 및 프로프-1-엔-1,3 설톤(PRS)으로 대표되는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함시킴과 동시에 Ni-Co-Mn-Al계 리튬 복합 전이금속 산화물을 양극 활물질로 사용하였고, 이는 전극 피막의 안정성 및 내구성 향상과 더불어 전지의 고온 성능으로 이어짐을 확인하였다. 특히, 상기 LiDFP 및 PRS의 최적 함량을 밝혀내었으며 이를 벗어날 경우 전지의 성능이 오히려 하락할 수도 있음을 알아내었다.Accordingly, the present inventors, lithium difluorophosphate (LiDFP) as an additive to the electrolyte; and a compound represented by the following formula 2, represented by prop-1-ene-1,3 sultone (PRS), and at the same time, a Ni-Co-Mn-Al-based lithium composite transition metal oxide was used as a positive electrode active material, It was confirmed that this leads to the improvement of stability and durability of the electrode film as well as the high-temperature performance of the battery. In particular, it was found that the optimal content of LiDFP and PRS was found, and if it was out of the range, the performance of the battery could be rather deteriorated.

양극 활물질을 포함하는 양극; 음극 활물질을 포함하는 음극; 상기 양극 및 음극 사이에 개재되는 분리막; 및 비수 전해액을 포함하며, 각 구성에 대한 설명은 하기와 같다.a positive electrode including a positive electrode active material; a negative electrode comprising an anode active material; a separator interposed between the anode and the cathode; and a non-aqueous electrolyte, and the description of each configuration is as follows.

(1) 비수 전해액(1) non-aqueous electrolyte

본 발명의 비수 전해액은 리튬염; 유기용매; 제1 첨가제로서 리튬 디플루오로포스페이트(lithium difluorophosphate, LiDFP); 및 제2 첨가제로서 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함한다.The non-aqueous electrolyte of the present invention includes a lithium salt; organic solvents; lithium difluorophosphate (LiDFP) as a first additive; and a compound represented by the following formula (2) as a second additive.

[화학식 2][Formula 2]

Figure pat00002
Figure pat00002

상기 화학식 2에서,In Formula 2,

n은 1 또는 2이고,n is 1 or 2,

R은 수소; 할로겐기; 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기이다.R is hydrogen; halogen group; or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms.

(a) 리튬염(a) lithium salt

상기 리튬염은 양이온으로 Li+를 포함하고, 음이온으로는 F-, Cl-, Br-, I-, NO3 -, N(CN)2 -, BF4 -, ClO4 -, B10Cl10 -, AlCl4 -, AlO4 -, PF6 -, CF3SO3 -, CH3CO2 -, CF3CO2 -, AsF6 -, SbF6 -, CH3SO3 -, (CF3CF2SO2)2N-, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N-, BF2C2O4 -, BC4O8 -, BF2C2O4CHF-, PF4C2O4 -, PF2C4O8 -, PO2F2 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, C4F9SO3 -, CF3CF2SO3 -, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, CF3(CF2)7SO3 - 및 SCN-로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다.The lithium salt includes Li + as a cation, and F - , Cl - , Br - , I - , NO 3 - , N(CN) 2 - , BF 4 - , ClO 4 - , B 10 Cl 10 as an anion. - , AlCl 4 - , AlO 4 - , PF 6 - , CF 3 SO 3 - , CH 3 CO 2 - , CF 3 CO 2 - , AsF 6 - , SbF 6 - , CH 3 SO 3 - , (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 N - , (CF 3 SO 2 ) 2 N - , (FSO 2 ) 2 N - , BF 2 C 2 O 4 - , BC 4 O 8 - , BF 2 C 2 O 4 CHF-, PF 4 C 2 O 4 - , PF 2 C 4 O 8 - , PO 2 F 2 - , (CF 3 ) 2 PF 4 - , (CF 3 ) 3 PF 3 - , (CF 3 ) 4 PF 2 - , (CF 3 ) 5 PF - , (CF 3 ) 6 P - , C 4 F 9 SO 3 - , CF 3 CF 2 SO 3 - , CF 3 CF 2 (CF 3 ) 2 CO - , (CF 3 SO 2 ) 2 CH - , CF 3 (CF 2 ) 7 SO 3 - and SCN - may include any one selected from the group consisting of.

구체적으로, 상기 리튬염은 LiPF6, LiClO4, LiBF4, LiFSI, LiTFSI, LiSO3CF3, LiPO2F2, 리튬 비스(옥살레이트)보레이트(Lithium bis(oxalate)borate, LiBOB), 리튬 디플루오로(옥살레이트)보레이트 (Lithium difluoro(oxalate)borate, LiFOB), 리튬 디플루오로(비스옥살레토)포스페이트(Lithium difluoro(bisoxalato) phosphate, LiDFBP), 리튬 테트라플루오로(옥살레이트)포스페이트 (Lithium tetrafluoro(oxalate) phosphate, LiTFOP), 및 리튬 플루오로말로나토(디플루오로)보레이트 (Lithium fluoromalonato(difluoro) borate, LiFMDFB)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있으며, 바람직하게는 LiPF6이다. LiPF6는 카보네이트 용매에 잘 용해되고 이온전도도가 높은 면에서 본 발명의 리튬염으로서 바람직하다.Specifically, the lithium salt is LiPF 6 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiFSI, LiTFSI, LiSO 3 CF 3 , LiPO 2 F 2 , lithium bis(oxalate)borate (LiBOB), lithium di Lithium difluoro(oxalate)borate (LiFOB), Lithium difluoro(bisoxalato)phosphate (LiDFBP), Lithium tetrafluoro(oxalate)phosphate (Lithium) It may be at least one selected from the group consisting of tetrafluoro(oxalate) phosphate, LiTFOP), and lithium fluoromalonato (difluoro) borate (LiFMDFB), preferably LiPF 6 . LiPF 6 is preferable as the lithium salt of the present invention from the viewpoint of being well soluble in a carbonate solvent and having high ionic conductivity.

상기 리튬염은 상기 비수 전해액 내에 0.5M 내지 2.0M의 농도, 구체적으로 1.0M 내지 1.5M의 농도로 포함될 수 있다. 리튬염의 농도가 상기 범위를 만족할 때, 리튬 이온 수율(Li+ transference number) 및 리튬 이온의 해리도가 향상되어 전지의 출력 특성이 향상될 수 있다.The lithium salt may be contained in the non-aqueous electrolyte at a concentration of 0.5M to 2.0M, specifically, at a concentration of 1.0M to 1.5M. When the concentration of the lithium salt satisfies the above range, the lithium ion yield (Li + transference number) and the degree of dissociation of lithium ions may be improved, thereby improving the output characteristics of the battery.

상기 리튬염의 농도가 0.5M 미만이면, 리튬 이온의 이동성이 감소하여 저온 출력 개선 및 고온 저장 시 사이클 특성 개선의 효과가 미미하고, 리튬염의 농도가 2.0M 농도를 초과하면 비수 전해액의 점도가 과도하게 증가하여 비수 전해액 함침성이 저하될 수 있고, 피막 형성 효과가 감소할 수 있다. If the concentration of the lithium salt is less than 0.5M, the mobility of lithium ions is reduced, so the effect of improving the low-temperature output and improving the cycle characteristics during high-temperature storage is insignificant. When the concentration of the lithium salt exceeds the concentration of 2.0M, the viscosity of the nonaqueous electrolyte is excessive increased, the non-aqueous electrolyte impregnation property may be deteriorated, and the film formation effect may be reduced.

(b) 유기용매(b) organic solvents

상기 유기용매로는, 리튬 전해질에 통상적으로 사용되는 다양한 유기 용매들이 제한 없이 사용될 수 있으나, 바람직하게는 상기 유기용매가 환형 카보네이트계 용매 및 선형 카보네이트계 용매를 포함할 수 있다. As the organic solvent, various organic solvents commonly used in lithium electrolytes may be used without limitation, but preferably, the organic solvent may include a cyclic carbonate-based solvent and a linear carbonate-based solvent.

상기 환형 카보네이트계 용매는 고점도의 유기용매로서 유전율이 높아 전해질 내의 리튬염을 잘 해리시킬 수 있으며, 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 1,2-부틸렌 카보네이트, 2,3-부틸렌 카보네이트, 1,2-펜틸렌 카보네이트, 2,3-펜틸렌 카보네이트 및 비닐렌 카보네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다. 이 중에서도 높은 이온전도도를 확보하기 위한 측면에서 에틸렌 카보네이트(EC)를 포함할 수 있다.The cyclic carbonate-based solvent is a high-viscosity organic solvent and has a high dielectric constant, so that it can well dissociate lithium salts in the electrolyte, and ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), 1,2-butylene carbonate, 2,3-butyl It may be at least one selected from the group consisting of ene carbonate, 1,2-pentylene carbonate, 2,3-pentylene carbonate, and vinylene carbonate. Among them, ethylene carbonate (EC) may be included in terms of securing high ionic conductivity.

또한, 상기 선형 카보네이트계 용매는 저점도 및 저유전율을 가지는 유기용매로서, 디메틸 카보네이트(dimethyl carbonate, DMC), 디에틸 카보네이트(diethyl carbonate, DEC), 디프로필 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트(EMC), 메틸프로필 카보네이트 및 에틸프로필 카보네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다. 이 중에서도 끓는점(boiling point) 및 점도 측면에서 바람직한 에틸메틸 카보네이트(EMC)를 포함할 수 있다.In addition, the linear carbonate-based solvent is an organic solvent having a low viscosity and a low dielectric constant, dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate, ethylmethyl carbonate (EMC), methyl It may be at least one selected from the group consisting of propyl carbonate and ethylpropyl carbonate. Among them, ethylmethyl carbonate (EMC), which is preferable in terms of boiling point and viscosity, may be included.

본 발명에서 상기 환형 카보네이트계 용매 및 선형 카보네이트계 용매의 부피비는 1:10 내지 5:5, 구체적으로 2:8 내지 4:6일 수 있다.In the present invention, the volume ratio of the cyclic carbonate-based solvent and the linear carbonate-based solvent may be 1:10 to 5:5, specifically 2:8 to 4:6.

또한, 상기 유기용매는 높은 이온 전도율을 갖는 전해액을 제조하기 위하여, 상기 환형 카보네이트계 용매 및/또는 선형 카보네이트계 용매에 융점이 낮고, 고온에서 안정성이 높은 선형 에스테르계 용매 및/또는 환형 에스테르계 용매를 추가로 포함할 수 있다. In addition, the organic solvent has a low melting point in the cyclic carbonate-based solvent and/or the linear carbonate-based solvent in order to prepare an electrolyte solution having high ionic conductivity, and a linear ester-based solvent and/or a cyclic ester-based solvent having high stability at high temperature may further include.

상기 선형 에스테르계 용매는 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 프로필 아세테이트, 메틸 프로피오네이트, 에틸 프로피오네이트, 프로필 프로피오네이트 및 부틸 프로피오네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다. The linear ester solvent may be at least one selected from the group consisting of methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, propyl propionate and butyl propionate.

또한, 상기 환형 에스테르계 용매는 γ-부티로락톤, γ-부발레로락톤, γ-부카프로락톤, σ-발레로락톤 및 ε-카프로락톤으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.In addition, the cyclic ester solvent may be at least one selected from the group consisting of γ-butyrolactone, γ-buvalerolactone, γ-bucaprolactone, σ-valerolactone and ε-caprolactone.

상기 비수 전해액 전체 중량 중 유기용매를 제외한 타 구성성분, 예컨대 제1 첨가제, 제2 첨가제 및 리튬염의 함량을 제외한 잔부는 별도의 언급이 없는 한 모두 유기용매이다. Except for the organic solvent in the total weight of the non-aqueous electrolyte, the remainder except for the contents of the first additive, the second additive, and the lithium salt are all organic solvents unless otherwise specified.

(c) 첨가제(c) additives

본 발명의 비수 전해액은 제1 첨가제로서 리튬 디플루오로포스페이트(lithium difluorophosphate); 및 제2 첨가제로서 상기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함한다.The non-aqueous electrolyte of the present invention includes lithium difluorophosphate as a first additive; and a compound represented by Formula 2 as a second additive.

상기 리튬 디플루오로포스페이트는 음극 표면에 고온에서 안정한 LiF나 P-O 결합을 포함하는 보호피막을 형성하고, 양극 표면에 흡착하여 양극 표면을 안정화시키고 전해질의 양극 부반응을 억제하여 전지의 고온 성능을 개선시키는 역할을 할 수 있다. 구체적으로, 초기 충전 시 분해되어 생성된 리튬 이온 성분이 음극 표면에 안정한 SEI 막을 형성할 수 있고, 이러한 SEI 피막 형성에 의하여 음극으로의 Li 이동성을 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 계면 저항을 낮출 수 있다. 특히 초기 충전 시 분해되어 생성된 디플루오로인산 음이온이 양극 표면에 존재하면서 양극 표면에 존재하는 양극 활물질의 격자 산소(Lattice oxygen)를 안정화 시키고, 추가적인 구조 붕괴를 방지할 수 있다.The lithium difluorophosphate forms a protective film containing LiF or PO bonds that are stable at high temperatures on the surface of the negative electrode, adsorbs on the surface of the positive electrode to stabilize the surface of the positive electrode, and suppresses the negative electrode side reaction of the electrolyte to improve the high temperature performance of the battery can play a role Specifically, the lithium ion component generated by decomposition during initial charging can form a stable SEI film on the surface of the anode, and by forming the SEI film, Li mobility to the anode can be improved, and the interfacial resistance can be lowered. . In particular, difluorophosphate anions generated by decomposition during initial charging are present on the surface of the positive electrode, stabilizing lattice oxygen of the positive electrode active material present on the surface of the positive electrode, and preventing further structural collapse.

상기 화학식 2로 표시되는 화합물은 음극 표면에 환원을 통한 피막을 형성하고 양극 표면에 산화를 통해 피막을 형성하여 전지를 안정화 시키는 역할을 하게 된다. The compound represented by Formula 2 serves to stabilize the battery by forming a film on the surface of the negative electrode through reduction and by forming a film on the surface of the positive electrode through oxidation.

이 둘을 함께 사용하면 음극과 양극 상에 안정한 유기 및 무기 보호피막을 형성하여 고온에서 전해액 산화에 의한 가스발생을 억제하게 된다. 리튬 디플루오로포스페이트를 사용하지 않고 상기 화학식 2로 표시되는 화합물만 사용할 경우, 양극에 유기성분 위주의 피막이 많이 형성되게 되는데 NCMA 양극의 경우 Ni 풍부하고 고온에서 불안정하여 고온에서 분해가 쉽고 유기피막의 분해가 많이 발생하므로, 전지의 퇴화가 오히려 심화될 수 있다.When these two are used together, stable organic and inorganic protective films are formed on the cathode and anode to suppress gas generation due to oxidation of the electrolyte at high temperatures. When only the compound represented by Formula 2 is used without lithium difluorophosphate, a film centered on organic components is formed on the positive electrode. In the case of NCMA positive electrode, it is rich in Ni and is unstable at high temperature, so it is easy to decompose at high temperature. Since a lot of decomposition occurs, deterioration of the battery may be rather aggravated.

본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 2로 표시되는 화합물은 하기 화학식 2-1 또는 2-2 중 어느 하나로 표시될 수 있으며, 바람직하게는 하기 화학식 2-1로 표시될 수 있다.In an exemplary embodiment of the present invention, the compound represented by Formula 2 may be represented by any one of Formula 2-1 or 2-2, and preferably represented by Formula 2-1 below.

[화학식 2-1][Formula 2-1]

Figure pat00003
Figure pat00003

[화학식 2-2][Formula 2-2]

Figure pat00004
Figure pat00004

상기 화학식 2-1 및 2-2에서,In Formulas 2-1 and 2-2,

R은 수소; 할로겐기; 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기이다.R is hydrogen; halogen group; or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms.

본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 R은 수소 또는 메틸기일 수 있고, 바람직하게는 수소일 수 있다.In an exemplary embodiment of the present invention, R may be hydrogen or a methyl group, preferably hydrogen.

또한, 상기 화학식 2로 표시되는 화합물은 프로프-1-엔-1,3 설톤(prop-1-ene-1,3 sultone) 및 부트-1-엔-1,3 설톤(but-1-ene-1,4 sultone) 중 선택된 1종 이상일 수 있으며, 바람직하게는 프로프-1-엔-1,3 설톤(prop-1-ene-1,3 sultone)일 수 있다.In addition, the compound represented by Formula 2 is prop-1-ene-1,3 sultone (prop-1-ene-1,3 sultone) and but-1-ene-1,3 sultone (but-1-ene) -1,4 sultone), and preferably prop-1-ene-1,3 sultone.

상기 제1 첨가제의 함량은 상기 비수 전해액 전체 중량을 기준으로 0.1 중량% 내지 1.8 중량%, 바람직하게는 0.5 중량% 내지 1.5 중량%, 더욱 바람직하게는 0.75 중량% 내지 1.2 중량%이다. 상기 제1 첨가제의 함량이 0.1 중량% 미만일 경우, 충분한 피막이 형성되지 않아 성능 개선이 미미한 단점이 있고, 상기 제1 첨가제의 함량이 1.8 중량%를 초과할 경우, 용매에 대한 용해성이 낮아 충분히 용해되지 않는 문제점이 발생할 수 있다.The content of the first additive is 0.1 wt% to 1.8 wt%, preferably 0.5 wt% to 1.5 wt%, more preferably 0.75 wt% to 1.2 wt%, based on the total weight of the non-aqueous electrolyte. When the content of the first additive is less than 0.1% by weight, there is a disadvantage in that a sufficient film is not formed and thus the performance improvement is insignificant. There may be problems that do not exist.

상기 제2 첨가제의 함량은 상기 비수 전해액 전체 중량을 기준으로 0.05 중량% 내지 2.5 중량%, 바람직하게는 0.1 중량% 내지 0.5 중량%, 더욱 바람직하게는 0.2 중량% 내지 0.25 중량%이다. 상기 제2 첨가제의 함량이 0.05 중량% 미만일 경우, 충분한 피막이 형성되지 않아 성능 개선이 미미한 단점이 있고, 상기 제2 첨가제의 함량이 2.5 중량%를 초과할 경우, 피막의 두께가 지나치게 두꺼워져 저항이 증가하며, 이에 따라 전지의 저항도 커지는 문제점이 발생할 수 있다.The content of the second additive is 0.05 wt% to 2.5 wt%, preferably 0.1 wt% to 0.5 wt%, more preferably 0.2 wt% to 0.25 wt% based on the total weight of the non-aqueous electrolyte. When the content of the second additive is less than 0.05% by weight, there is a disadvantage in that a sufficient film is not formed, so that the performance improvement is insignificant, and when the content of the second additive exceeds 2.5% by weight, the thickness of the film is too thick increases, and thus the resistance of the battery may also increase.

상기 제1 첨가제 및 제2 첨가제의 중량비는 1:1 내지 10:1, 바람직하게는 3:1 내지 6:1이다. 제1 첨가제 및 제2 첨가제의 중량비가 상기 범위에 포함되면, 양극 상에 저항이 크지 않으면서 고온에 안정한 유/무기 성분이 혼합된 피막을 형성할 수 있으므로 고온에서의 전지 성능 개선 면에서 바람직하다.The weight ratio of the first additive and the second additive is 1:1 to 10:1, preferably 3:1 to 6:1. When the weight ratio of the first additive and the second additive is included in the above range, it is preferable in terms of improving battery performance at high temperature because it is possible to form a film in which an organic/inorganic component that is stable at high temperature without high resistance on the positive electrode is mixed. .

(d) 제3 첨가제(d) third additive

한편, 본 발명에 따른 리튬 이차 전지용 전해질은 초기저항을 크게 증가시키지 않으면서, 음극 및 양극 표면에 안정한 피막을 형성하거나, 비수전해액 내 용매의 분해를 억제하고, 리튬 이온의 이동성을 향상시키는 보완제 역할을 할 수 있는 제3 첨가제를 추가적으로 포함할 수 있다.On the other hand, the electrolyte for a lithium secondary battery according to the present invention forms a stable film on the surface of the negative electrode and the positive electrode without significantly increasing the initial resistance, suppresses the decomposition of the solvent in the non-aqueous electrolyte, and improves the mobility of lithium ions. It may additionally include a third additive that may play a role.

예를 들어, 상기 제3 첨가제는 바이닐 실란계 화학물, 포스페이트계 화합물, 설파이트계 화합물, 설폰계 화합물, 설페이트계 화합물, 설톤계 화합물, 할로겐 치환된 카보네이트계 화합물, 니트릴계 화합물, 보레이트계 화합물, 및 리튬염계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물을 포함할 수 있다.For example, the third additive may be a vinyl silane-based chemical, a phosphate-based compound, a sulfite-based compound, a sulfone-based compound, a sulfate-based compound, a sultone-based compound, a halogen-substituted carbonate-based compound, a nitrile-based compound, or a borate-based compound , and may include one or more compounds selected from the group consisting of lithium salt-based compounds.

상기 바이닐 실란계 화합물은 음극 표면에서 전기화학적으로 환원되어 안정한 SEI를 형성하여 전지의 내구성을 개선시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 바이닐 실란계 화합물로서 테트라 바이닐 실란 등을 포함할 수 있다.The vinyl silane compound may be electrochemically reduced on the surface of the negative electrode to form a stable SEI, thereby improving battery durability. More specifically, the vinyl silane-based compound may include tetravinyl silane and the like.

상기 포스페이트계 화합물은 양극과 음극 표면에서 전기 화학적으로 분해되어 SEI 막 형성에 도움을 주는 성분으로, 이차전지의 수명 특성을 향상시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 리튬 디플루오로(비스옥살라토)포스페이트, 테트라메틸 트리메틸 실릴 포스페이트(TMSPa), 트리메틸 실릴 포스파이트 (TMSPi), 트리스(2,2,2-트리플루오로에틸)포스페이트(TFEPa) 및 트리스(트리플루오로에틸) 포스파이트(TFEPi)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 화합물을 포함할 수 있다.The phosphate-based compound is electrochemically decomposed on the surfaces of the positive electrode and the negative electrode to help form the SEI film, and may improve the lifespan characteristics of the secondary battery. More specifically, lithium difluoro (bisoxalato) phosphate, tetramethyl trimethyl silyl phosphate (TMSPa), trimethyl silyl phosphite (TMSPi), tris (2,2,2-trifluoroethyl) phosphate (TFEPa) and tris(trifluoroethyl)phosphite (TFEPi).

상기 설파이트계 화합물은 에틸렌 설파이트, 메틸 에틸렌 설파이트, 에틸 에틸렌 설파이트, 4,5-디메틸 에틸렌 설파이트, 4,5-디에틸 에틸렌 설파이트, 프로필렌 설파이트, 4,5-디메틸 프로필렌 설파이트, 4,5-디에틸 프로필렌설파이트, 4,6-디메틸 프로필렌 설파이트, 4,6-디에틸 프로필렌 설파이트, 및 1,3-부틸렌 글리콜 설파이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 화합물을 포함할 수 있다.The sulfite-based compound is ethylene sulfite, methyl ethylene sulfite, ethyl ethylene sulfite, 4,5-dimethyl ethylene sulfite, 4,5-diethyl ethylene sulfite, propylene sulfite, 4,5-dimethyl propylene sulfite at least one compound selected from the group consisting of phite, 4,5-diethyl propylene sulfite, 4,6-dimethyl propylene sulfite, 4,6-diethyl propylene sulfite, and 1,3-butylene glycol sulfite may include

상기 설폰계 화합물로는 디비닐설폰, 디메틸 설폰, 디에틸 설폰, 메틸에틸 설폰, 및 메틸비닐 설폰으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 화합물을 포함할 수 있다.The sulfone-based compound may include at least one compound selected from the group consisting of divinyl sulfone, dimethyl sulfone, diethyl sulfone, methylethyl sulfone, and methylvinyl sulfone.

상기 설페이트계 화합물은 에틸렌 설페이트(Ethylene Sulfate; Esa), 트리메틸렌설페이트 (Trimethylene sulfate; TMS), 및 메틸트리메틸렌설페이트 (Methyl trimethylene sulfate; MTMS)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 화합물을 포함할 수 있다.The sulfate-based compound may include at least one compound selected from the group consisting of ethylene sulfate (Esa), trimethylene sulfate (TMS), and methyl trimethylene sulfate (MTMS). .

상기 설톤계 화합물은 상기 화학식 2로 표시되는 화합물을 제외하고, 1,3-프로판 설톤(PS) 및 1,4-부탄 설톤으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 화합물을 포함할 수 있다.The sultone-based compound may include at least one compound selected from the group consisting of 1,3-propane sultone (PS) and 1,4-butane sultone, except for the compound represented by Formula 2 above.

상기 할로겐 치환된 카보네이트계 화합물로서, 플루오로에틸렌 카보네이트(FEC))등을 포함할 수 있다. As the halogen-substituted carbonate-based compound, fluoroethylene carbonate (FEC)) may be included.

또한, 상기 니트릴계 화합물은 숙시노니트릴(SN), 아디포니트릴(Adn), 아세토니트릴, 프로피오니트릴, 부티로니트릴, 발레로니트릴, 카프릴로니트릴, 헵탄니트릴, 사이클로펜탄 카보니트릴, 사이클로헥산 카보니트릴, 2-플루오로벤조니트릴, 4-플루오로벤조니트릴, 다이플루오로벤조니트릴, 트리플루오로벤조니트릴, 페닐아세토니트릴, 2-플루오로페닐아세토니트릴 및 4-플루오로페닐아세토니트릴로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 화합물을 포함할 수 있다.In addition, the nitrile-based compound is succinonitrile (SN), adiponitrile (Adn), acetonitrile, propionitrile, butyronitrile, valeronitrile, caprylonitrile, heptannitrile, cyclopentane carbonitrile, cyclohexane consisting of carbonitrile, 2-fluorobenzonitrile, 4-fluorobenzonitrile, difluorobenzonitrile, trifluorobenzonitrile, phenylacetonitrile, 2-fluorophenylacetonitrile and 4-fluorophenylacetonitrile It may include one or more compounds selected from the group.

상기 보레이트계 화합물은 리튬 옥살릴디플루오로보레이트 등을 포함할 수 있다The borate-based compound may include lithium oxalyldifluoroborate and the like.

상기 리튬염계 화합물은 상기 비수전해액에 포함되는 리튬염과 상이한 화합물로서, LiODFB, LiBOB(리튬 비스옥살레이토보레이트(LiB(C2O4)2) 및 LiBF4로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 화합물을 포함할 수 있다.The lithium salt-based compound is a compound different from the lithium salt contained in the non-aqueous electrolyte, and includes at least one compound selected from the group consisting of LiODFB, LiBOB (lithium bisoxalatoborate (LiB(C 2 O 4 ) 2 ) and LiBF 4 ). may include

상기 제3 첨가제는 상기 비수 전해액 전체 중량을 기준으로 20 중량% 이하, 바람직하게는 10 중량% 이하로 포함될 수 있다. 상기 첨가제들의 함량이 상기 범위를 초과하면 리튬 이차 전지가 충방전하는 도중 전해질 내 부반응이 과도하게 발생할 수 있고, 고온에서 충분히 분해되지 못하여, 비수전해액 내에서 미반응물 또는 석출된 채로 존재할 수 있으며, 이에 따라 이차전지의 수명 또는 저항특성이 저하될 수 있다.The third additive may be included in an amount of 20 wt% or less, preferably 10 wt% or less, based on the total weight of the non-aqueous electrolyte. If the content of the additives exceeds the above range, side reactions in the electrolyte may excessively occur during charging and discharging of the lithium secondary battery, and may not be sufficiently decomposed at high temperature, and may exist as unreacted or precipitated in the non-aqueous electrolyte, Accordingly, the lifespan or resistance characteristics of the secondary battery may be reduced.

(2) 양극(2) anode

본 발명에 따른 양극은 양극 활물질을 포함하며, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 바인더, 도전재 및 용매 등을 포함하는 양극 슬러리를 코팅한 다음, 건조 및 압연하여 제조할 수 있다.The positive electrode according to the present invention includes a positive electrode active material, and may be prepared by coating a positive electrode slurry including a positive electrode active material, a binder, a conductive material, and a solvent on a positive electrode current collector, followed by drying and rolling.

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 알루미늄 또는 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; Alternatively, a surface treated with carbon, nickel, titanium, silver, etc. on the surface of aluminum or stainless steel may be used.

상기 양극 활물질은 니켈(Ni), 코발트(Co), 망간(Mn) 및 알루미늄(Al)을 포함하는 리튬 복합 전이금속 산화물을 포함하고, 상기 리튬 복합 전이금속 산화물은 하기 화학식 1로 표시될 수 있다. The positive active material may include a lithium composite transition metal oxide including nickel (Ni), cobalt (Co), manganese (Mn) and aluminum (Al), and the lithium composite transition metal oxide may be represented by the following Chemical Formula 1 .

[화학식 1][Formula 1]

Lix[NiyCozMnwAlvMp]O2 Li x [Ni y Co z Mn w Al v M p ]O 2

상기 화학식 1에서, In Formula 1,

M은 W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, In, Ta, Y, La, Sr, Ga, Sc, Gd, Sm, Ca, Ce, Nb, Mg, B 또는 Mo이고,M is W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, In, Ta, Y, La, Sr, Ga, Sc, Gd, Sm, Ca, Ce, Nb, Mg, B or Mo;

x, y, z, w, v 및 p는 각 원소의 원자 분율로서,x, y, z, w, v and p are the atomic fractions of each element,

0.8≤x≤1.2, 0.7≤y<1, 0<z<0.3, 0<w<0.3, 0<v≤0.2, 0≤p<0.1이고,0.8≤x≤1.2, 0.7≤y<1, 0<z<0.3, 0<w<0.3, 0<v≤0.2, 0≤p<0.1,

y+z+w+v+p=1이다.y+z+w+v+p=1.

상기 x는 상기 화학식 1의 리튬 복합 전이금속 산화물 내에서 전체 전이금속 대비 리튬의 원자 분율을 의미하는 것으로, 0.8 내지 1.2, 바람직하게는, 0.9 내지 1.1일 수 있다. Where x means the atomic fraction of lithium relative to the total transition metal in the lithium composite transition metal oxide of Formula 1, and may be 0.8 to 1.2, preferably, 0.9 to 1.1.

상기 y는 상기 화학식 1의 리튬 복합 전이금속 산화물 내에서 전이금속 중 니켈의 원자 분율을 의미하는 것으로 0.7 이상 1 미만, 바람직하게는 0.8 내지 1 미만, 더 바람직하게는 0.82 내지 0.98이다. In the lithium composite transition metal oxide of Formula 1, y means an atomic fraction of nickel among transition metals, and is 0.7 or more and less than 1, preferably 0.8 to less than 1, more preferably 0.82 to 0.98.

상기 z는 상기 화학식 1의 리튬 복합 전이금속 산화물 내에서 전이금속 중 코발트의 원자 분율을 의미하는 것으로, 0 초과 0.3 미만, 바람직하게는 0.01 이상 0.3 미만, 더 바람직하게는 0.01 이상 0.25 미만이다.The z denotes the atomic fraction of cobalt in the transition metal in the lithium composite transition metal oxide of Formula 1, and is more than 0 and less than 0.3, preferably 0.01 or more and less than 0.3, more preferably 0.01 or more and less than 0.25.

상기 w는 상기 화학식 1의 리튬 복합 전이금속 산화물 내에서 전이금속 중 망간의 원자 분율을 의미하는 것으로, 0 초과 0.3 미만, 바람직하게는 0.01 이상 0.3 미만, 더 바람직하게는 0.01 이상 0.25 미만이다.The w denotes the atomic fraction of manganese in the transition metal in the lithium composite transition metal oxide of Formula 1, and is more than 0 and less than 0.3, preferably 0.01 or more and less than 0.3, more preferably 0.01 or more and less than 0.25.

상기 v는 상기 화학식 1의 리튬 복합 전이금속 산화물 내에서 전체 전이금속 대비 알루미늄의 원자 분율을 의미하는 것으로, 0 초과 0.2 이하, 바람직하게는 0 초과 0.1 이하일 수 있다. 이 경우 니켈이 과량인 전지에서 불안정한 양극의 안전성을 개선하는 장점이 있다.In the lithium composite transition metal oxide of Formula 1, v means the atomic fraction of aluminum relative to the total transition metal, and may be greater than 0 and less than or equal to 0.2, preferably greater than or equal to 0 and less than or equal to 0.1. In this case, there is an advantage of improving the safety of an unstable positive electrode in a battery in which nickel is excessive.

상기 p는 상기 화학식 1의 리튬 복합 전이금속 산화물 내에서 전이금속 중 추가로 도핑되는 원소의 원자 분율을 의미하는 것으로, 0 내지 0.1이다.In the lithium composite transition metal oxide of Formula 1, p denotes an atomic fraction of an additionally doped element among transition metals, and is 0 to 0.1.

상기 양극 활물질은 양극 슬러리 중 고형분의 전체 중량을 기준으로 80 중량% 내지 99 중량%, 구체적으로 90 중량% 내지 99 중량%로 포함될 수 있다. 이때, 상기 양극 활물질의 함량이 80 중량% 이하인 경우 에너지 밀도가 낮아져 용량이 저하될 수 있다.The cathode active material may be included in an amount of 80 wt% to 99 wt%, specifically, 90 wt% to 99 wt%, based on the total weight of the solid content in the cathode slurry. In this case, when the content of the positive active material is 80% by weight or less, the energy density may be lowered, and thus the capacity may be lowered.

상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 슬러리 중 고형분의 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 모노머, 스티렌-부타디엔 고무, 불소 고무 또는 이들의 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.The binder is a component that assists in bonding between the active material and the conductive material and bonding to the current collector, and is typically added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the solid content in the positive electrode slurry. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, polytetrafluoroethylene , polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene ether monomer, styrene-butadiene rubber, fluororubber, or various copolymers thereof.

또한, 상기 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 부여하는 물질로서, 양극 슬러리 중 고형분의 전체 중량을 기준으로 0.5 내지 20 중량%로 첨가될 수 있다. In addition, the conductive material is a material that imparts conductivity without causing a chemical change to the battery, and may be added in an amount of 0.5 to 20% by weight based on the total weight of the solid content in the positive electrode slurry.

이러한 도전재는 그 대표적인 예로 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼니스 블랙, 램프 블랙, 또는 서멀 블랙 등의 탄소 분말; 결정구조가 매우 발달된 천연 흑연, 인조흑연, 또는 그라파이트 등의 흑연 분말; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본 분말, 알루미늄 분말, 니켈 분말 등의 도전성 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스커; 산화티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.Representative examples of the conductive material include carbon powder such as carbon black, acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, or thermal black; Graphite powder, such as natural graphite, artificial graphite, or graphite with a highly developed crystal structure; conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; conductive powders such as carbon fluoride powder, aluminum powder, and nickel powder; conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate; conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives may be used.

또한, 상기 양극 슬러리의 용매는 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone) 등의 유기용매를 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 양극 슬러리 중의 고형분 농도가 10 중량% 내지 90 중량%, 바람직하게 40 중량% 내지 85 중량%가 되도록 포함될 수 있다.In addition, the solvent of the positive electrode slurry may include an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), and may be used in an amount having a desirable viscosity when the positive electrode active material and, optionally, a binder and a conductive material are included. can For example, the solid content concentration in the positive electrode slurry including the positive electrode active material and optionally the binder and the conductive material may be 10 wt% to 90 wt%, preferably 40 wt% to 85 wt%.

(3) 음극(3) cathode

상기 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질, 바인더, 도전재 및 용매 등을 포함하는 음극 슬러리를 코팅한 다음, 건조 및 압연하여 제조할 수 있다.The negative electrode may be prepared by coating a negative electrode slurry including a negative electrode active material, a binder, a conductive material and a solvent on a negative electrode current collector, and then drying and rolling.

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; 구리 또는 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것; 또는 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The negative electrode current collector 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. For example, copper; stainless steel; aluminum; nickel; titanium; calcined carbon; Copper or stainless steel surface treated with carbon, nickel, titanium, silver, etc.; Alternatively, an aluminum-cadmium alloy or the like may be used. In addition, like the positive electrode current collector, the bonding strength 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, sheet, foil, net, porous body, foam, non-woven body, and the like.

또한, 상기 음극 활물질은 리튬 금속, 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션/디인터칼레이션할 수 있는 탄소 물질, 금속 또는 이들 금속과 리튬의 합금, 금속 복합 산화물, 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질 및 전이 금속 산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. In addition, the negative active material may include lithium metal, a carbon material capable of reversibly intercalating/deintercalating lithium ions, a metal or an alloy of these metals and lithium, a metal composite oxide, and lithium doping and de-doping. It may include at least one selected from the group consisting of materials and transition metal oxides.

상기 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션/디인터칼레이션할 수 있는 탄소 물질로는, 리튬 이온 이차전지에서 일반적으로 사용되는 탄소계 음극 활물질이라면 특별히 제한 없이 사용할 수 있으며, 그 대표적인 예로는 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 이들을 함께 사용할 수 있다. 상기 결정질 탄소의 예로는 무정형, 판상, 인편상(flake), 구형 또는 섬유형의 천연 흑연 또는 인조 흑연과 같은 흑연을 들 수 있고, 상기 비정질 탄소의 예로는 소프트 카본(soft carbon: 저온 소성 탄소) 또는 하드 카본(hard carbon), 메조페이스 피치 탄화물, 소성된 코크스 등을 들 수 있다.As a carbon material capable of reversibly intercalating/deintercalating lithium ions, any carbon-based negative active material generally used in lithium ion secondary batteries may be used without particular limitation, and representative examples thereof include crystalline carbon, Amorphous carbon or these may be used together. Examples of the crystalline carbon include graphite such as amorphous, plate-like, flake, spherical or fibrous natural graphite or artificial graphite, and examples of the amorphous carbon include soft carbon (low-temperature calcined carbon). or hard carbon, mesophase pitch carbide, and calcined coke.

상기 금속 또는 이들 금속과 리튬의 합금으로는 Cu, Ni, Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Si, Sb, Pb, In, Zn, Ba, Ra, Ge, Al 및 Sn으로 이루어진 군에서 선택되는 금속 또는 이들 금속과 리튬의 합금이 사용될 수 있다.Examples of the above metals or alloys of these metals and lithium include Cu, Ni, Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Si, Sb, Pb, In, Zn, Ba, Ra, Ge, Al. And a metal selected from the group consisting of Sn or an alloy of these metals and lithium may be used.

상기 금속 복합 산화물로는 PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, Bi2O5, LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1) 및 SnxMe1-xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이 사용될 수 있다.Examples of the metal composite oxide include PbO, PbO 2 , Pb 2 O 3 , Pb 3 O 4 , Sb 2 O 3 , Sb 2 O 4 , Sb 2 O 5 , GeO, GeO 2 , Bi 2 O 3 , Bi 2 O 4 , Bi 2 O 5 , Li x Fe 2 O 3 (0≤x≤1), Li x WO 2 (0≤x≤1) and Sn x Me 1-x Me' y O z (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, elements of Groups 1, 2, and 3 of the periodic table, halogen; 0<x≤1;1≤y≤3; 1≤z≤8) One or more selected from may be used.

상기 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질로는 Si, SiOx(0<x≤2), Si-Y 합금(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 전이금속, 희토류 원소 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 원소이며, Si은 아님), Sn, SnO2, Sn-Y(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 전이금속, 희토류 원소 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 원소이며, Sn은 아님) 등을 들 수 있고, 또한 이들 중 적어도 하나와 SiO2를 혼합하여 사용할 수도 있다. 상기 원소 Y는 Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Po 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.Examples of materials capable of doping and dedoping lithium include Si, SiO x (0<x≤2), Si-Y alloy (wherein Y is an alkali metal, alkaline earth metal, group 13 element, group 14 element, transition metal, An element selected from the group consisting of rare earth elements and combinations thereof, but not Si), Sn, SnO 2 , Sn-Y (wherein Y is an alkali metal, an alkaline earth metal, a group 13 element, a group 14 element, a transition metal, a rare earth) It is an element selected from the group consisting of elements and combinations thereof, and is not Sn), and at least one of these and SiO 2 may be mixed and used. The element Y is Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, It may be selected from the group consisting of Te, Po, and combinations thereof.

상기 전이 금속 산화물로는 리튬 함유 티타늄 복합 산화물(LTO), 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물 등을 들 수 있다.Examples of the transition metal oxide include lithium-containing titanium composite oxide (LTO), vanadium oxide, and lithium vanadium oxide.

본 발명에서 상기 음극 활물질은 흑연인 것이 바람직하다. In the present invention, the negative active material is preferably graphite.

상기 음극 활물질은 음극 슬러리 중 고형분의 전체 중량을 기준으로 80 중량% 내지 99중량%로 포함될 수 있다.The negative active material may be included in an amount of 80% to 99% by weight based on the total weight of the solids in the negative electrode slurry.

상기 바인더는 도전재, 활물질 및 집전체 간의 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 음극 슬러리 중 고형분의 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 모노머, 스티렌-부타디엔 고무, 불소 고무, 스티렌-부타디엔 고무-카르복시메틸셀룰로우즈(SBR-CMC) 또는 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, and is typically added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the solid content in the negative electrode slurry. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, polytetrafluoroethylene , polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene monomer, styrene-butadiene rubber, fluororubber, styrene-butadiene rubber-carboxymethylcellulose (SBR-CMC), or various copolymers thereof.

상기 도전재는 음극 활물질의 도전성을 더욱 향상시키기 위한 성분으로서, 음극 슬러리 중 고형분의 전체 중량을 기준으로 0.5 중량% 내지 20 중량%로 첨가될 수 있다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼니스 블랙, 램프 블랙, 또는 서멀 블랙 등의 탄소 분말; 결정구조가 매우 발달된 천연 흑연, 인조흑연, 또는 그라파이트 등의 흑연 분말; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본 분말, 알루미늄 분말, 니켈 분말 등의 도전성 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스커; 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 negative electrode active material, and may be added in an amount of 0.5 wt % to 20 wt % based on the total weight of the solid content in the negative electrode slurry. The conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity without causing a chemical change in the battery, and for example, carbon black, acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, or thermal black. carbon powder; Graphite powder, such as natural graphite, artificial graphite, or graphite with a highly developed crystal structure; conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; conductive powders such as carbon fluoride powder, aluminum powder, and nickel powder; conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate; conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives may be used.

상기 음극 슬러리의 용매는 물; 또는 NMP, 알코올 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 슬러리 중의 고형분 농도가 40 중량% 내지 75 중량%, 바람직하게 40 중량% 내지 65 중량%가 되도록 포함될 수 있다.The solvent of the negative electrode slurry is water; Alternatively, it may contain an organic solvent such as NMP or alcohol, and may be used in an amount that has a desirable viscosity when the negative electrode active material and optionally a binder and a conductive material are included. For example, the solid content concentration in the slurry including the negative electrode active material and optionally the binder and the conductive material may be 40 wt% to 75 wt%, preferably 40 wt% to 65 wt%.

(4) 분리막(4) separator

본 발명에 따른 리튬 이차전지는, 상기 양극 및 음극 사이에 분리막을 포함한다.The lithium secondary battery according to the present invention includes a separator between the positive electrode and the negative electrode.

상기 분리막은 음극과 양극을 분리하고 리튬 이온의 이동 통로를 제공하는 것으로, 통상 리튬 이차 전지에서 분리막으로 사용되는 것이라면 특별한 제한없이 사용가능하며, 특히 전해액의 이온 이동에 대하여 저저항이면서 전해액 함침 능력이 우수한 것이 바람직하다. The separator separates the negative electrode and the positive electrode and provides a passage for lithium ions to move, and can be used without any particular limitation as long as it is normally used as a separator in a lithium secondary battery. Excellent is preferred.

구체적으로는 분리막으로 다공성 고분자 필름, 예를 들어 에틸렌 단독중합체, 프로필렌단독중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체 및 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름 또는 이들의 2층 이상의 적층 구조체가 사용될 수 있다. 또 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포가 사용될 수도 있다. 또, 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.Specifically, the separator is a porous polymer film, for example, a porous polymer film made of polyolefin-based polymers such as ethylene homopolymer, propylene homopolymer, ethylene/butene copolymer, ethylene/hexene copolymer, and ethylene/methacrylate copolymer. Alternatively, a laminated structure of two or more layers thereof may be used. In addition, a conventional porous nonwoven fabric, for example, a nonwoven fabric made of high melting point glass fiber, polyethylene terephthalate fiber, etc. may be used. In addition, in order to secure heat resistance or mechanical strength, a coated separator including a ceramic component or a polymer material may be used, and may optionally be used in a single-layer or multi-layer structure.

상기와 같은 본 발명에 따른 리튬 이차전지는 휴대전화, 노트북 컴퓨터, 디지털 카메라 등의 휴대용 기기; 및 하이브리드 전기자동차(hybrid electric vehicle, HEV) 등의 전기 자동차 분야 등에 유용하게 사용될 수 있다. The lithium secondary battery according to the present invention as described above is a portable device such as a mobile phone, a notebook computer, a digital camera; and an electric vehicle field such as a hybrid electric vehicle (HEV).

이에 따라, 본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 상기 리튬 이차전지를 단위 셀로 포함하는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩이 제공된다. Accordingly, according to another embodiment of the present invention, a battery module including the lithium secondary battery as a unit cell and a battery pack including the same are provided.

상기 전지모듈 또는 전지팩은 파워 툴(Power Tool); 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차, 및 플러그인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV)를 포함하는 전기차; 또는 전력 저장용 시스템 중 어느 하나 이상의 중대형 디바이스 전원으로 이용될 수 있다.The battery module or battery pack is a power tool (Power Tool); electric vehicles, including electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles, and plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs); Alternatively, it may be used as a power source for any one or more medium-to-large devices in a system for power storage.

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, a prismatic shape, a pouch type, or a coin type using a can.

본 발명에 따른 리튬 이차전지는 소형 디바이스의 전원으로 사용되는 전지셀에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 다수의 전지셀들을 포함하는 중대형 전지모듈에 단위전지로도 바람직하게 사용될 수 있다. The lithium secondary battery according to the present invention can be used not only in a battery cell used as a power source for a small device, but can also be preferably used as a unit cell in a medium or large battery module including a plurality of battery cells.

이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through specific examples.

<실시예: 리튬 이차 전지의 제조><Example: Preparation of lithium secondary battery>

실시예 1.Example 1.

(1) 비수 전해액의 제조(1) Preparation of non-aqueous electrolyte

에틸렌 카보네이트(EC):에틸메틸카보네이트(EMC)를 3:7 부피비로 혼합한 유기용매에 LiPF6(리튬헥사플루오로포스페이트)가 1.2M이 되도록 용해하여 비수성 유기용액을 제조하였다.A non-aqueous organic solution was prepared by dissolving LiPF 6 (lithium hexafluorophosphate) to 1.2M in an organic solvent mixed with ethylene carbonate (EC):ethylmethyl carbonate (EMC) in a volume ratio of 3:7.

그런 다음, 비수 전해액 100 중량% 대비 디플루오로포스페이트(LiDFP) 0.75 중량%, 프로프-1-엔-1,3 설톤(PRS) 0.25 중량%, 비닐렌 카보네이트(VC) 2 중량%, 에틸렌설페이트(ESa) 1 중량% 및 1,3-프로판 설톤(PS) 0.5 중량%를 첨가하고 잔부를 상기 비수성 유기용액으로 하여, 비수 전해액을 제조하였다.Then, based on 100% by weight of the non-aqueous electrolyte, 0.75% by weight of difluorophosphate (LiDFP), 0.25% by weight of prop-1-ene-1,3 sultone (PRS), 2% by weight of vinylene carbonate (VC), and ethylene sulfate (ESa) 1 wt% and 1,3-propane sultone (PS) 0.5 wt% were added and the balance was used as the non-aqueous organic solution to prepare a non-aqueous electrolyte.

(2) 리튬 이차 전지 제조(2) Lithium secondary battery manufacturing

양극 활물질로서 Li[Ni0.86Co0.05Mn0.07Al0.02]O2, 도전재로서 카본 블랙 및 바인더로서 폴리비닐리덴플루오라이드를 98:0.7:1.3 중량비로 용제인 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)에 첨가하여 양극 슬러리(고형분 함량 78.4 중량%)를 제조하였다. 상기 양극 슬러리를 두께가 15㎛인 양극 집전체(Al 박막)에 도포하고, 건조 및 롤 프레스(roll press)를 실시하여 양극을 제조하였다.Li[Ni 0.86 Co 0.05 Mn 0.07 Al 0.02 ]O 2 as a cathode active material, carbon black as a conductive material, and polyvinylidene fluoride as a binder in a weight ratio of 98:0.7:1.3 to N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent ( NMP) to prepare a positive electrode slurry (solid content 78.4 wt%). The positive electrode slurry was applied to a positive electrode current collector (Al thin film) having a thickness of 15 μm, and dried and roll pressed to prepare a positive electrode.

용제인 증류수에 음극 활물질로 흑연(인조흑연:천연흑연(8:2)), 바인더로서 스티렌-부타디엔 고무-카르복시메틸셀룰로우즈(SBR-CMC), 도전재로서 카본블랙, 증점제로서 카르복시메틸셀룰로스나트륨(CMC)을 96.3:1.2:0.5:1 중량비로 혼합한 뒤, 증류수를 용제로서 혼합하여 고형분 함량이 45.9 중량%인 음극 활물질 슬러리를 제조하였다. 상기 음극 활물질 슬러리를 두께가 8㎛인 음극 집전체 (Cu 박막)에 도포하고, 건조 및 롤 프레스(roll press)를 실시하여 음극을 제조하였다.In distilled water as a solvent, graphite as an anode active material (artificial graphite: natural graphite (8:2)), styrene-butadiene rubber-carboxymethylcellulose (SBR-CMC) as a binder, carbon black as a conductive material, and carboxymethylcellulose as a thickener After mixing sodium (CMC) in a weight ratio of 96.3:1.2:0.5:1, distilled water was mixed as a solvent to prepare a negative active material slurry having a solid content of 45.9% by weight. The negative electrode active material slurry was applied to a negative electrode current collector (Cu thin film) having a thickness of 8 μm, dried and rolled to prepare a negative electrode.

상기 양극, 음극 및 폴리프로필렌/폴리에틸렌/폴리프로필렌 (PP/PE/PP)으로 이루어진 분리막을 양극/분리막/음극 순서대로 적층하였으며, 상기 적층 구조물을 파우치형 전지 케이스에 위치시킨 후 상기 제조된 비수 전해액을 주액하여 리튬 이차 전지를 제조하였다.The positive electrode, the negative electrode, and the separator made of polypropylene/polyethylene/polypropylene (PP/PE/PP) were laminated in the order of the positive electrode/separator/negative electrode, and the laminated structure was placed in a pouch-type battery case and then the prepared non-aqueous electrolyte solution was injected to prepare a lithium secondary battery.

실시예 2.Example 2.

비수 전해액 제조 시 LiDFP의 함량을 1.5 중량%로 변경한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차 전지를 제조하였다. A lithium secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1, except that the content of LiDFP was changed to 1.5 wt% during the preparation of the non-aqueous electrolyte.

실시예 3.Example 3.

비수 전해액 제조 시 LiDFP의 함량을 1 중량%로, PRS의 함량을 0.2 중량%로 변경한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차 전지를 제조하였다. A lithium secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1, except that the content of LiDFP was changed to 1% by weight and the content of PRS to 0.2% by weight during the preparation of the non-aqueous electrolyte.

비교예 1.Comparative Example 1.

비수 전해액 제조 시 LiDFP 및 PRS를 첨가하지 않은 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차 전지를 제조하였다. A lithium secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1, except that LiDFP and PRS were not added during the preparation of the non-aqueous electrolyte.

비교예 2.Comparative Example 2.

비수 전해액 제조 시 PRS는 첨가하지 않은 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차 전지를 제조하였다.A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that PRS was not added during the preparation of the non-aqueous electrolyte.

비교예 3.Comparative Example 3.

비수 전해액 제조 시 LiDFP는 첨가하지 않은 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차 전지를 제조하였다.A lithium secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1, except that LiDFP was not added during the preparation of the non-aqueous electrolyte.

비교예 4.Comparative Example 4.

비수 전해액 제조 시 LiDFP 및 PRS를 첨가하지 않고, 양극 활물질로서 Li[Ni0.86Co0.05Mn0.07Al0.02]O2 대신 Li[Ni0.8Co0.1Mn0.1]O2을 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차 전지를 제조하였다.LiDFP and PRS were not added when preparing the non-aqueous electrolyte, and Li[Ni 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 ]O 2 was used instead of Li[Ni 0.86 Co 0.05 Mn 0.07 Al 0.02 ]O 2 as a positive electrode active material. A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in 1 .

비교예 5.Comparative Example 5.

양극 활물질로서 Li[Ni0.86Co0.05Mn0.07Al0.02]O2 대신 Li[Ni0.8Co0.1Mn0.1]O2을 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 3과 동일한 방법으로 리튬 이차 전지를 제조하였다.A lithium secondary battery was prepared in the same manner as in Example 3, except that Li[Ni 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 ]O 2 was used instead of Li[Ni 0.86 Co 0.05 Mn 0.07 Al 0.02 ]O 2 as a positive active material.

비교예 6. Comparative Example 6.

비수 전해액 제조 시 LiDFP의 함량을 2 중량%로, PRS의 함량을 3 중량%로 변경한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차 전지를 제조하였다. A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the content of LiDFP was changed to 2% by weight and the content of PRS to 3% by weight during the preparation of the non-aqueous electrolyte.

<실험예: 리튬 이차전지의 고온 저장 평가><Experimental Example: Evaluation of High-Temperature Storage of Lithium Secondary Battery>

실험예 1. 고온 저장 후의 용량 유지율 측정Experimental Example 1. Measurement of capacity retention rate after high-temperature storage

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 5에서 제조된 상기 리튬 이차 전지에 대하여, 200mA 전류(0.1C rate)로 포메이션(formation)을 진행한 뒤, 전지 내 가스를 제거하였다(degas 공정). 상기 가스가 제거된 리튬 이차 전지를 상온(25℃)의 충방전기로 옮긴 후, 0.33C rate로 4.2V까지 정전류/정전압 조건으로 충전 및 0.05C cut off 충전을 실시하고, 0.33C 2.5V로 방전하였다. 이때, 상기 충/방전을 각각 3회 진행한 이후 방전 용량을 PNE-0506 충방전기(제조사: (주)PNE 솔루션, 5V, 6A)를 이용하여 측정하였고, 이때의 방전 용량을 초기 방전 용량으로 설정하였다. 이어서 0.33C rate로 4.2V까지 정전류/정전압 조건 충전 및 0.05C cut off 충전을 실시한 뒤, 60℃에서 12주간 보관하였다.For the lithium secondary batteries prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 5, formation was performed at a current of 200 mA (0.1 C rate), and then gas in the battery was removed (degas process). After transferring the degassed lithium secondary battery to a charge/discharger at room temperature (25°C), charging and 0.05C cut-off charging are performed under constant current/constant voltage conditions up to 4.2V at 0.33C rate, and discharge at 0.33C 2.5V did At this time, after each of the charging/discharging was performed 3 times, the discharge capacity was measured using a PNE-0506 charger/discharger (manufacturer: PNE Solution Co., Ltd., 5V, 6A), and the discharge capacity at this time was set as the initial discharge capacity did Then, after constant current/constant voltage charging up to 4.2V at 0.33C rate and 0.05C cut-off charging, it was stored at 60°C for 12 weeks.

이후, 리튬 이차 전지를 상온(25℃)의 충방전기로 옮긴 다음 0.33C rate로 4.2V까지 정전류/정전압 조건으로 충전 및 0.05C cut off 충전을 실시하고, 0.33C 2.5V로 방전을 실시하였다. 상기 충/방전을 각각 3회 진행한 이후의 방전 용량을 PNE-0506 충방전기(제조사: (주)PNE 솔루션, 5V, 6A)를 이용하여 측정하였다. 이때의 방전 용량과 초기 방전 용량(100%)을 비교하여 고온 용량 유지율(%)을 계산하여 표 1에 나타내었다.Thereafter, the lithium secondary battery was transferred to a charger and discharger at room temperature (25° C.), charged at a rate of 0.33 C to 4.2 V under constant current/constant voltage conditions, and charged at 0.05 C cut off, and discharged at 0.33 C and 2.5 V. The discharge capacity after each of the charging/discharging was performed three times was measured using a PNE-0506 charger/discharger (manufacturer: PNE Solution, 5V, 6A). The discharge capacity at this time and the initial discharge capacity (100%) were compared to calculate the high-temperature capacity retention rate (%) and are shown in Table 1.

실험예 2. 고온 저장 후의 저항 증가율 측정Experimental Example 2. Measurement of resistance increase rate after high temperature storage

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 5에서 제조된 리튬 이차 전지에 대하여, 200mA 전류(0.1 C rate)로 포메이션(formation)을 진행한 뒤, 전지 내 가스를 제거하였다(degas 공정). 상기 가스가 제거된 리튬 이차 전지를 상온(25℃)의 충방전기로 옮긴 후, 0.33C rate로 4.2V까지 정전류/정전압 조건으로 충전 및 0.05C cut off 충전을 실시하고, 0.33C 2.5V로 방전을 실시하였다. 이때, 상온(25℃)에서 상기 충/방전을 각각 3회 진행한 이후의 방전용량을 기준으로 SOC(State Of Charge) 50%를 맞추었다, 이때, 5A(2.5C)로 10초 동안 방전 펄스(pulse)를 주었을 때 나타나는 전압 강하를 통하여 직류 내부 저항을 측정(PNE-0506 충방전기(제조사: (주)PNE 솔루션, 5V, 6A)를 이용하여 측정)하였고, 이때의 저항을 초기 저항으로 설정하였다. For the lithium secondary batteries prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 5, formation was performed at a current of 200 mA (0.1 C rate), and then gas in the battery was removed (degas process). After transferring the degassed lithium secondary battery to a charge/discharger at room temperature (25°C), charging and 0.05C cut-off charging are performed under constant current/constant voltage conditions up to 4.2V at 0.33C rate, and discharge at 0.33C 2.5V was carried out. At this time, 50% of the SOC (State Of Charge) was set based on the discharge capacity after each of the three charging/discharging was performed at room temperature (25°C). At this time, a discharge pulse of 5A (2.5C) for 10 seconds The DC internal resistance was measured through the voltage drop that appears when (pulse) was applied (measured using a PNE-0506 charger/discharger (manufacturer: PNE Solution, 5V, 6A)), and the resistance at this time was set as the initial resistance. did

이후, 상기 리튬 이차 전지를 상온(25℃)에서 0.33C rate로 4.2V까지 정전류/정전압 조건으로 충전 및 0.05C cut off 충전을 실시하여 만충전하고 60℃에서 12주간 보관하였다. 이후, 리튬 이차 전지를 상온(25℃)의 충방전기로 옮긴 다음 SOC(State Of Charge) 50%으로 맞춘 뒤, 5A(2.5C)로 10초 동안 방전 펄스(pulse)를 주었을 때 나타나는 전압 강하를 통하여 직류 내부 저항을 측정(PNE-0506 충방전기(제조사: (주)PNE 솔루션, 5V, 6A)를 이용하여 측정)하였다. 이를 초기 저항(0%)과 비교하여 저항증가율(%)을 계산하고 그 결과를 표 1에 나타내었다. Thereafter, the lithium secondary battery was charged to 4.2V at a constant current/constant voltage condition at a rate of 0.33C at room temperature (25° C.) and a 0.05C cut-off charge was performed to fully charge it and stored at 60° C. for 12 weeks. After that, the lithium secondary battery was transferred to a charge/discharger at room temperature (25℃), set to 50% SOC (State Of Charge), and the voltage drop that appears when a discharge pulse is applied at 5A (2.5C) for 10 seconds The direct current internal resistance was measured (measured using a PNE-0506 charger/discharger (manufacturer: PNE Solution Co., Ltd., 5V, 6A)). This was compared with the initial resistance (0%) to calculate the resistance increase rate (%), and the results are shown in Table 1.

실험예 3. 고온 저장 후의 부피 증가율 측정Experimental Example 3. Measurement of volume increase rate after high-temperature storage

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 5에서 제조된 리튬 이차 전지에 대하여, 실험예 1의 초기방전용량 확인 완료 전지를 0.33C rate로 4.2V까지 정전류/정전압 조건으로 충전 및 0.05C cut off 충전을 실시하여 만충전 하고 상온에서 부력방식으로 부피를 측정하였다. 이를 초기부피(0%)로 하였다. 부피 측정 완료 전지를 60℃에서 12주간 보관한 후 상온(25℃)의 충방전기로 옮긴 다음 실험예1의 용량유지율을 측정 한 후, 0.33C rate로 4.2V까지 정전류/정전압 조건으로 충전 및 0.05C cut off 충전을 실시하여 만충전하고, 부력방식으로 부피를 측정하였다. 이를 초기 부피(0%)와 비교하여 부피증가율을 계산하고 그 결과를 표 1에 나타내었다.For the lithium secondary batteries prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 5, the initial discharge capacity check of Experimental Example 1 was charged under constant current/constant voltage conditions up to 4.2V at 0.33C rate and 0.05C cut off After filling, the volume was measured by buoyancy method at room temperature. This was taken as the initial volume (0%). After the volumetric measurement was completed, the battery was stored at 60°C for 12 weeks, transferred to a charger and discharger at room temperature (25°C), and the capacity retention rate of Experimental Example 1 was measured. It was fully charged by performing C cut-off charging, and the volume was measured by the buoyancy method. This was compared with the initial volume (0%) to calculate the volume increase rate, and the results are shown in Table 1.

양극anode 첨가제
(중량 %)
additive
(weight %)
실험예 1Experimental Example 1 실험예 2Experimental Example 2 실험예 3Experimental Example 3
DFPDFP PRSPRS 용량 유지율(%)Capacity retention rate (%) 저항 증가율(%)Resistance increase rate (%) 부피 증가율 (%)Volume increase rate (%) 실시예1Example 1 NCMANCMA 0.750.75 0.250.25 93.4793.47 -5.67-5.67 7.017.01 실시예2Example 2 NCMANCMA 1.51.5 0.250.25 94.0294.02 -6.66-6.66 5.975.97 실시예3Example 3 NCMANCMA 1One 0.20.2 93.8593.85 -6.03-6.03 6.236.23 비교예1Comparative Example 1 NCMANCMA -- -- 92.3692.36 8.228.22 10.2910.29 비교예2Comparative Example 2 NCMANCMA 0.750.75 -- 93.0093.00 -0.19-0.19 8.968.96 비교예3Comparative Example 3 NCMANCMA -- 0.250.25 91.4291.42 37.4437.44 12.9612.96 비교예4Comparative Example 4 NCMNCM -- -- 82.5782.57 21.3621.36 7.277.27 비교예5Comparative Example 5 NCMNCM 1One 0.20.2 82.7482.74 18.6118.61 6.486.48

상기 표 1의 결과를 통해, 본 발명의 제1 첨가제 및 제2 첨가제를 모두 포함하는 실시예 1 내지 3의 이차전지는 두 첨가제를 모두 포함하지 않는 경우(비교예 1)는 물론, 둘 중 어느 하나라도 포함하지 않을 경우(비교예 2 및 3)에 비해 용량 유지율, 저항 증가율 및 부피 증가율이 모두 개선됨을 확인할 수 있다.From the results of Table 1, the secondary batteries of Examples 1 to 3 including both the first additive and the second additive of the present invention did not include both additives (Comparative Example 1), as well as any one of the two It can be seen that the capacity retention rate, resistance increase rate, and volume increase rate are all improved compared to the case in which at least one is not included (Comparative Examples 2 and 3).

특히, 두 첨가제를 모두 포함하지 않으면서, 양극 활물질이 Al을 포함하지 않을 경우(비교예 4) 가장 특성이 좋지 못한 것을 알 수 있으며, 두 첨가제를 본 발명의 범위에 포함되는 함량으로 사용하더라도 양극 활물질이 Al을 포함하지 않으면(비교예 5), 실시예에 비해 용량 유지율이 매우 낮고, 저항 증가율은 큰 폭으로 증가하는 것을 확인할 수 있다.In particular, it can be seen that when both additives are not included and the positive electrode active material does not contain Al (Comparative Example 4), the characteristics are the worst, and even if both additives are used in an amount included in the scope of the present invention, the positive electrode active material When the active material does not contain Al (Comparative Example 5), it can be seen that the capacity retention rate is very low compared to the Example, and the resistance increase rate significantly increases.

실험예 4. 초기 저항값 측정Experimental Example 4. Measurement of initial resistance value

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 6에서 제조된 리튬 이차 전지에 대하여, 200mA 전류(0.1C rate)로 포메이션(formation)을 진행한 뒤, 전지 내 가스를 제거하였다(degas 공정). 상기 가스가 제거된 리튬 이차 전지를 상온(25℃)의 충방전기로 옮긴 후, 0.33C rate로 4.2V까지 정전류/정전압 조건으로 충전 및 0.05C cut off 충전을 실시하고, 0.33C 2.5V로 방전을 실시하였다. 이때, 상온(25℃)에서 상기 충/방전을 각각 3회 진행한 이후의 방전용량을 기준으로 SOC(State Of Charge) 50%를 맞추었다, 이때, 5A(2.5C)로 10초 동안 방전 펄스(pulse)를 주었을 때 나타나는 전압 강하를 통하여 직류 내부 저항을 측정(PNE-0506 충방전기(제조사: (주)PNE 솔루션, 5V, 6A)를 이용하여 측정)하였고, 이때의 저항을 초기 저항으로 설정하였다. For the lithium secondary batteries prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Example 6, formation was performed at a current of 200 mA (0.1 C rate), and then gas in the battery was removed (degas process). After transferring the degassed lithium secondary battery to a charge/discharger at room temperature (25°C), charging and 0.05C cut-off charging are performed under constant current/constant voltage conditions up to 4.2V at 0.33C rate, and discharge at 0.33C 2.5V was carried out. At this time, 50% of the SOC (State Of Charge) was set based on the discharge capacity after each of the three charging/discharging was performed at room temperature (25°C). At this time, a discharge pulse of 5A (2.5C) for 10 seconds The DC internal resistance was measured through the voltage drop that appears when (pulse) was applied (measured using a PNE-0506 charger/discharger (manufacturer: PNE Solution, 5V, 6A)), and the resistance at this time was set as the initial resistance. did

양극anode 첨가제
(중량 %)
additive
(weight %)
초기 저항 (mohm)Initial resistance (mohm)
DFPDFP PRSPRS 실시예1Example 1 NCMANCMA 0.750.75 0.250.25 73.2773.27 실시예2Example 2 NCMANCMA 1.51.5 0.250.25 74.1174.11 실시예3Example 3 NCMANCMA 1One 0.20.2 72.8672.86 비교예6Comparative Example 6 NCMANCMA 22 33 116.25116.25

상기 표 2를 살펴보면, 본 발명의 제1 첨가제 및 제2 첨가제를 모두 포함하면서, 양극 활물질도 실시예와 동일한 물질을 적용하더라도, 첨가제의 함량이 본 발명의 범위를 벗어날 경우 초기 저항이 매우 높아짐을 알 수 있다. Looking at Table 2, even if the positive active material includes both the first additive and the second additive of the present invention and the same material as in the embodiment is applied, when the content of the additive is outside the scope of the present invention, the initial resistance is very high. Able to know.

Claims (12)

양극 활물질을 포함하는 양극; 음극 활물질을 포함하는 음극; 상기 양극 및 음극 사이에 개재되는 분리막; 및 비수 전해액을 포함하며,
상기 양극 활물질은 니켈(Ni), 코발트(Co), 망간(Mn) 및 알루미늄(Al)을 포함하는 리튬 복합 전이금속 산화물을 포함하고,
상기 비수 전해액은 리튬염; 유기용매; 제1 첨가제로서 리튬 디플루오로포스페이트(lithium difluorophosphate); 및 제2 첨가제로서 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하며,
상기 제1 첨가제의 함량은 상기 비수 전해액 전체 중량을 기준으로 0.1 중량% 내지 1.8 중량%이고,
상기 제2 첨가제의 함량은 상기 비수 전해액 전체 중량을 기준으로 0.05 중량% 내지 2.5 중량%인 리튬 이차 전지:
[화학식 2]
Figure pat00005

상기 화학식 2에서,
n은 1 또는 2이고,
R은 수소; 할로겐기; 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기이다.
a positive electrode including a positive electrode active material; a negative electrode comprising an anode active material; a separator interposed between the anode and the cathode; and a non-aqueous electrolyte;
The positive active material includes a lithium composite transition metal oxide containing nickel (Ni), cobalt (Co), manganese (Mn) and aluminum (Al),
The non-aqueous electrolyte may include a lithium salt; organic solvents; lithium difluorophosphate as a first additive; and a compound represented by the following formula (2) as a second additive,
The content of the first additive is 0.1 wt% to 1.8 wt% based on the total weight of the non-aqueous electrolyte,
The content of the second additive is 0.05 wt% to 2.5 wt% based on the total weight of the non-aqueous electrolyte lithium secondary battery:
[Formula 2]
Figure pat00005

In Formula 2,
n is 1 or 2,
R is hydrogen; halogen group; or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms.
청구항 1에 있어서,
상기 리튬 복합 전이금속 산화물은 하기 화학식 1로 표시되는 것인 리튬 이차 전지:
[화학식 1]
Lix[NiyCozMnwAlvMp]O2
상기 화학식 1에서,
M은 W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, In, Ta, Y, La, Sr, Ga, Sc, Gd, Sm, Ca, Ce, Nb, Mg, B 또는 Mo이고,
x, y, z, w, v 및 p는 각 원소의 원자 분율로서,
0.8≤x≤1.2, 0.7≤y<1, 0<z<0.3, 0<w<0.3, 0<v≤0.2, 0≤p<0.1이고,
y+z+w+v+p=1이다.
The method according to claim 1,
The lithium composite transition metal oxide is a lithium secondary battery represented by the following formula 1:
[Formula 1]
Li x [Ni y Co z Mn w Al v M p ]O 2
In Formula 1,
M is W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, In, Ta, Y, La, Sr, Ga, Sc, Gd, Sm, Ca, Ce, Nb, Mg, B or Mo;
x, y, z, w, v and p are the atomic fractions of each element,
0.8≤x≤1.2, 0.7≤y<1, 0<z<0.3, 0<w<0.3, 0<v≤0.2, 0≤p<0.1,
y+z+w+v+p=1.
청구항 2에 있어서,
상기 화학식 1의 v는 0<v≤0.1인 리튬 이차 전지.
3. The method according to claim 2,
In Formula 1, v is 0<v≤0.1 of a lithium secondary battery.
청구항 1에 있어서,
상기 화학식 2로 표시되는 화합물은 프로프-1-엔-1,3 설톤(prop-1-ene-1,3 sultone) 및 부트-1-엔-1,3 설톤(but-1-ene-1,4 sultone) 중 선택된 1종 이상인 것인 리튬 이차 전지.
The method according to claim 1,
The compound represented by Formula 2 is prop-1-ene-1,3 sultone (prop-1-ene-1,3 sultone) and but-1-ene-1,3 sultone (but-1-ene-1) ,4 sultone) of at least one selected from a lithium secondary battery.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 첨가제 및 제2 첨가제의 중량비는 1:1 내지 10:1인 리튬 이차 전지.
The method according to claim 1,
A weight ratio of the first additive to the second additive is 1:1 to 10:1.
청구항 5에 있어서,
상기 제1 첨가제 및 제2 첨가제의 중량비는 3:1 내지 6:1인 리튬 이차 전지.
6. The method of claim 5,
The weight ratio of the first additive and the second additive is 3:1 to 6:1 of a lithium secondary battery.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 첨가제의 함량은 상기 비수 전해액 전체 중량을 기준으로 0.5 중량% 내지 1.5 중량%인 리튬 이차 전지.
The method according to claim 1,
The content of the first additive is 0.5 wt% to 1.5 wt% based on the total weight of the non-aqueous electrolyte lithium secondary battery.
청구항 1에 있어서,
상기 제2 첨가제의 함량은 상기 비수 전해액 전체 중량을 기준으로 0.1 중량% 내지 0.5 중량%인 리튬 이차 전지.
The method according to claim 1,
The content of the second additive is 0.1 wt% to 0.5 wt% based on the total weight of the non-aqueous electrolyte lithium secondary battery.
청구항 1에 있어서,
상기 유기용매는 환형 카보네이트계 용매 및 선형 카보네이트계 용매를 포함하는 것인 리튬 이차 전지.
The method according to claim 1,
The organic solvent is a lithium secondary battery comprising a cyclic carbonate-based solvent and a linear carbonate-based solvent.
청구항 9에 있어서,
상기 환형 카보네이트계 용매 및 선형 카보네이트계 용매의 부피비는 1:10 내지 5:5인 것인 리튬 이차 전지.
10. The method of claim 9,
The volume ratio of the cyclic carbonate-based solvent and the linear carbonate-based solvent is 1:10 to 5:5 of a lithium secondary battery.
청구항 1에 있어서,
상기 리튬염은 LiPF6를 포함하는 것인 리튬 이차 전지.
The method according to claim 1,
The lithium salt is a lithium secondary battery comprising LiPF 6 .
청구항 1에 있어서,
상기 음극 활물질은 흑연을 포함하는 것인 리튬 이차 전지.
The method according to claim 1,
The negative active material is a lithium secondary battery comprising graphite.
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