KR20220053353A - Secondary battery having an excellent fire resistance and improved safety - Google Patents

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KR20220053353A
KR20220053353A KR1020200137719A KR20200137719A KR20220053353A KR 20220053353 A KR20220053353 A KR 20220053353A KR 1020200137719 A KR1020200137719 A KR 1020200137719A KR 20200137719 A KR20200137719 A KR 20200137719A KR 20220053353 A KR20220053353 A KR 20220053353A
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윤수현
윤숙
김경호
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최지현
한정구
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Abstract

The present invention relates to a lithium secondary battery with improved flame retardancy and safety. Specifically, the present invention provides a lithium secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, a separator and an electrolyte, wherein the separator includes inorganic particles and a binder, and the electrolyte includes a fluorinated ether-based compound represented by chemical formula 1, a nitrile compound and ionizable lithium salt.

Description

난연성 및 안전성이 향상된 리튬 이차전지{SECONDARY BATTERY HAVING AN EXCELLENT FIRE RESISTANCE AND IMPROVED SAFETY}Lithium secondary battery with improved flame retardancy and safety {SECONDARY BATTERY HAVING AN EXCELLENT FIRE RESISTANCE AND IMPROVED SAFETY}

본 발명은 난연성 및 안전성이 향상된 리튬 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a lithium secondary battery having improved flame retardancy and safety.

정보사회의 발달로 인한 개인 IT 디바이스와 전산망이 발달하고 이에 수반하여 전반적인 사회의 전기에너지에 대한 의존도가 높아지면서, 전기 에너지를 효율적으로 저장하고 활용하기 위한 기술 개발이 요구되고 있다.With the development of personal IT devices and computer networks due to the development of the information society, and with it, the overall society's dependence on electric energy increases, the development of technology for efficiently storing and utilizing electric energy is required.

특히, 이차전지 기반 기술의 경우, 소형화가 가능하고, 전기자동차, 전력 저장 장치 등에 적용될 수 있기 때문에 여러 용도에 가장 적합한 기술로 대두되고 있다. 리튬 이온 이차전지는 이차전지 중에서도 이론적으로 에너지 밀도가 가장 높은 전지 시스템으로 각광을 받고 있으며, 현재 여러 디바이스들에 적용되고 있다. In particular, in the case of secondary battery-based technology, since it can be miniaturized and can be applied to electric vehicles and power storage devices, it is emerging as the most suitable technology for various uses. Lithium ion secondary batteries are in the spotlight as a battery system with the highest theoretical energy density among secondary batteries, and are currently being applied to various devices.

이러한 리튬 이온 이차전지는 양극, 음극 및 전해질과 세퍼레이터로 구성된다.Such a lithium ion secondary battery is composed of a positive electrode, a negative electrode, an electrolyte, and a separator.

이 중 세퍼레이터는 상기 양극과 음극을 분리하여 전기적으로 절연시키며, 리튬 이온의 투과성을 부여하기 위하여, 전기 절연 특성 및 내화학성 등의 물성이 요구됨에 따라, 기계적 물성 및 절연 특성이 우수하고, 가격이 저렴한 폴리에틸렌과 같은 폴리올레핀계 고분자 물질이 주 성분으로 사용되고 있다. Among them, the separator separates and electrically insulates the positive electrode and the negative electrode, and in order to provide lithium ion permeability, physical properties such as electrical insulation properties and chemical resistance are required. Polyolefin-based polymer materials such as inexpensive polyethylene are used as main components.

그러나 상기 폴리올레핀계 고분자 물질은 130℃ 이상의 온도에서 매우 취약한 내열성을 갖기 때문에, 130℃를 초과하는 고온에 노출되었을 경우 수축되는 되는 단점이 있다. 그 결과, 양극과 음극 간 내부 단락이 발생하는 등 이차전지의 절연 특성이 저하되면서, 리튬 이차전지의 안전성이 저하되는 문제가 있다.However, since the polyolefin-based polymer material has very weak heat resistance at a temperature of 130° C. or higher, it has a disadvantage of being contracted when exposed to a high temperature exceeding 130° C. As a result, there is a problem in that the insulation characteristics of the secondary battery are deteriorated, such as an internal short circuit between the positive electrode and the negative electrode, and the safety of the lithium secondary battery is deteriorated.

더욱이, 리튬 이온 이차전지는 비수성 유기용매를 주 성분으로 포함하는 전해질을 사용하고 있기 때문에 고온 노출 및 과충전과 같은 전지 남용(Abuse) 상황에서 가연성 가스 (Flammable Gas)가 발생하고, 상기 비수성 유기용매의 낮은 인화점 (Flash Point)로 인해 발화 가능성이 높다는 단점이 있다. Furthermore, since the lithium ion secondary battery uses an electrolyte containing a non-aqueous organic solvent as a main component, a flammable gas is generated in a battery abuse situation such as high temperature exposure and overcharging, and the non-aqueous organic solvent There is a disadvantage in that the possibility of ignition is high due to the low flash point of the solvent.

이에, 난연성과 더불어 안전성이 향상된 리튬 이온 이차전지를 개발하기 위한 여러 가지 시도가 이루어지고 있다.Accordingly, various attempts have been made to develop a lithium ion secondary battery with improved safety as well as flame retardancy.

한국 특허공개공보 제2020-0023409호Korean Patent Publication No. 2020-0023409

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 난연성 및 안전성이 향상된 리튬 이차전지를 제공하고자 한다.An object of the present invention is to solve the above problems, and to provide a lithium secondary battery with improved flame retardancy and safety.

일 구현예에 따르면, 본 발명은According to one embodiment, the present invention

양극, 음극, 세퍼레이터 및 전해질을 포함하고,a positive electrode, a negative electrode, a separator and an electrolyte;

상기 세퍼레이터는 무기물 입자 및 바인더로 이루어져 있으며,The separator consists of inorganic particles and a binder,

상기 전해질은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물; 니트릴 화합물 및 이온화 가능한 리튬염을 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다.The electrolyte is a compound represented by the following formula (1); Provided is a lithium secondary battery comprising a nitrile compound and an ionizable lithium salt.

[화학식 1][Formula 1]

R1-O-CH2-R2R1-O-CH 2 -R2

상기 화학식 1에서,In Formula 1,

R1 및 R2는 하나 이상의 불소로 치환된 탄소수 1 내지 8의 알킬기이다.R1 and R2 are an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms substituted with at least one fluorine.

본 발명의 리튬 이차전지는 폴리올레핀계 세퍼레이터 대신, 무기물 입자와 바인더로 이루어진 세라믹 세퍼레이터를 포함함으로써, 고온 노출 시 세퍼레이터의 수축을 방지하여 양극 및 음극 간의 내부 단락을 억제할 수 있으므로, 이차전지에 대한 안전성 향상 효과를 구현할 수 있다. 또한, 본 발명의 리튬 이차전지는 불소화 에터계 화합물과 니트릴 화합물을 포함하는 전해질을 포함함으로써, 세라믹 세퍼레이터에 대한 함습 능력을 향상시켜, 이차전지의 난연성뿐만 아니라, 제반 성능을 보다 개선할 수 있다.Since the lithium secondary battery of the present invention includes a ceramic separator made of inorganic particles and a binder instead of the polyolefin-based separator, it is possible to prevent the contraction of the separator when exposed to high temperatures, thereby suppressing an internal short circuit between the positive electrode and the negative electrode. improvement effect can be realized. In addition, the lithium secondary battery of the present invention includes an electrolyte including a fluorinated ether-based compound and a nitrile compound, thereby improving the moisture content of the ceramic separator, so that not only the flame retardancy of the secondary battery but also overall performance can be further improved.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니다.
도 1은 실험예 1에 따른 전해질에 대한 난연성 평가 결과를 나타낸 사진이다.
도 2는 실험예 2에 따른 세퍼레이터에 대한 난연성 평가 결과를 나타낸 사진이다.
도 3은 실험예 4에 따른 세퍼레이터의 내압축 평가 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 실험예 5에 따른 젖음성 평가 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 실험예 6에 따른 전해질 함침 후 세퍼레이터의 두께 변화율을 나타낸 그래프이다.
The following drawings attached to the present specification illustrate preferred embodiments of the present invention, and serve to further understand the technical spirit of the present invention together with the above-described content of the present invention, so the present invention is limited to the matters described in those drawings It should not be construed as being limited.
1 is a photograph showing a flame retardancy evaluation result for an electrolyte according to Experimental Example 1.
2 is a photograph showing a flame retardancy evaluation result for a separator according to Experimental Example 2. Referring to FIG.
3 is a graph showing a compression resistance evaluation result of a separator according to Experimental Example 4;
4 is a graph showing the wettability evaluation results according to Experimental Example 5.
5 is a graph showing the thickness change rate of the separator after impregnation with the electrolyte according to Experimental Example 6.

이하, 본 발명을 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다. 이때, 본 명세서에 기재된 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. At this time, since the configuration shown in the drawings described in this specification is only the most preferred embodiment of the present invention and does not represent all the technical spirit of the present invention, various equivalents and It should be understood that there may be variations.

이하, 본 발명을 더욱 상세하게 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. Based on the principle that there is, it should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

<리튬 이차전지><Lithium secondary battery>

일 구현예에 따르면, 본 발명은According to one embodiment, the present invention

양극, 음극, 세퍼레이터 및 전해질을 포함하고,a positive electrode, a negative electrode, a separator and an electrolyte;

상기 세퍼레이터는 무기물 입자 및 바인더로 이루어져 있으며,The separator consists of inorganic particles and a binder,

상기 전해질은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물; 니트릴 화합물 및 이온화 가능한 리튬염을 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다.The electrolyte is a compound represented by the following formula (1); Provided is a lithium secondary battery comprising a nitrile compound and an ionizable lithium salt.

[화학식 1][Formula 1]

R1-O-CH2-R2R1-O-CH 2 -R2

상기 화학식 1에서,In Formula 1,

R1 및 R2는 하나 이상의 불소로 치환된 탄소수 1 내지 8의 알킬기이다.R1 and R2 are an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms substituted with at least one fluorine.

(1) 양극(1) Anode

상기 양극은 양극 집전체 상에 양극 활물질, 전극용 바인더, 전극용 도전재 및 용매 등을 포함하는 양극 활물질 슬러리를 코팅하여 제조할 수 있다.The positive electrode may be prepared by coating a positive electrode active material slurry including a positive electrode active material, a binder for an electrode, a conductive material for an electrode, a solvent, and the like 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. 이때, 양극 집전체는, 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing 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. In this case, the positive electrode current collector may form fine irregularities on the surface to strengthen the bonding force of the positive electrode active material, and may be used in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, a nonwoven body.

상기 양극 활물질은 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물로서, 구체적으로는 코발트, 망간, 니켈 또는 알루미늄과 같은 1종 이상의 금속과 리튬을 포함하는 리튬 복합금속 산화물을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 리튬 복합금속 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-Y1MnY1O2(여기에서, 0<Y1<1), LiMn2-z1Niz1O4(여기에서, 0<Z1<2) 등), 리튬-니켈-코발트계 산화물(예를 들면, LiNi1-Y2CoY2O2(여기에서, 0<Y2<1) 등), 리튬-망간-코발트계 산화물(예를 들면, LiCo1-Y3MnY3O2(여기에서, 0<Y3<1), LiMn2-z2Coz2O4(여기에서, 0<Z2<2) 등), 리튬-니켈-망간-코발트계 산화물(예를 들면, Li(Nip1Coq1Mnr1)O2(여기에서, 0<p1<1, 0<q1<1, 0<r1<1, p1+q1+r1=1) 또는 Li(Nip2Coq2Mnr2)O4(여기에서, 0<p2<2, 0<q2<2, 0<r2<2, p2+q2+r2=2) 등), 또는 리튬-니켈-코발트-전이금속(M) 산화물(예를 들면, Li(Nip3Coq3Mnr3MS1)O2(여기에서, M은 Al, Fe, V, Cr, Ti, Ta, Mg 및 Mo로 이루어지는 군에서 선택되고, p3, q3, r3 및 s1은 각각 독립적인 원소들의 원자 분율로서, 0<p3<1, 0<q3<1, 0<r3<1, 0<s1<1, p3+q3+r3+s1=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 a lithium composite metal oxide including lithium and one or more metals such as cobalt, manganese, nickel, or aluminum. there is. More specifically, the lithium composite metal oxide is a lithium-manganese oxide (eg, LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , etc.), a lithium-cobalt-based oxide (eg, LiCoO 2 , etc.), lithium-nickel-based oxide (eg, LiNiO 2 , etc.), lithium-nickel-manganese oxide (eg, LiNi 1-Y1 Mn Y1 O 2 (here, 0<Y1<1), LiMn 2-z1 Ni z1 O 4 ( Here, 0<Z1<2, etc.), lithium-nickel-cobalt-based oxides (eg, LiNi 1-Y2 Co Y2 O 2 (here, 0<Y2<1), etc.), lithium-manganese-cobalt based oxides (eg, LiCo 1-Y3 Mn Y3 O 2 (here, 0<Y3<1), LiMn 2-z2 Co z2 O 4 (here, 0<Z2<2), etc.), lithium-nickel -manganese-cobalt oxide (eg, Li(Ni p1 Co q1 Mn r1 )O 2 (here, 0 < p1 < 1, 0 < q1 < 1, 0 < r1 < 1, p1+q1+r1= 1) or Li(Ni p2 Co q2 Mn r2 )O 4 (where 0<p2<2, 0<q2<2, 0<r2<2, p2+q2+r2=2), etc.), or lithium- Nickel-cobalt-transition metal (M) oxide (eg, Li(Ni p3 Co q3 Mn r3 M S1 )O 2 , where M is Al, Fe, V, Cr, Ti, Ta, Mg and Mo is selected from the group consisting of, and p3, q3, r3 and s1 are atomic fractions of each independent element, 0<p3<1, 0<q3<1, 0<r3<1, 0<s1<1, p3+q3 +r3+s1=1) and the like), and any one or two or more compounds may be included.

이중에서도 전지의 용량 특성 및 안정성을 높일 수 있다는 점에서 상기 리튬 복합금속 산화물은 LiCoO2, LiMnO2, LiNiO2, 리튬 니켈망간코발트 산화물(예를 들면, Li(Ni0.6Mn0.2Co0.2)O2, Li(Ni0.5Mn0.3Co0.2)O2, 또는 Li(Ni0.8Mn0.1Co0.1)O2 등), 또는 리튬 니켈코발트알루미늄 산화물(예를 들면, LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 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 또는 Li(Ni0.8Mn0.1Co0.1)O2 등일 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.Among them, the lithium composite metal oxide is LiCoO 2 , LiMnO 2 , LiNiO 2 , lithium nickel manganese cobalt oxide (for example, Li(Ni 0.6 Mn 0.2 Co 0.2 )O 2 , Li(Ni 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 )O 2 , or Li(Ni 0.8 Mn 0.1 Co 0.1 )O 2 , etc.), or lithium nickel cobalt aluminum oxide (eg, LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 etc.), etc. In consideration of the significant improvement effect according to the control of the type and content ratio of the element forming the lithium composite metal oxide, 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 , or 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 there is.

상기 전극용 바인더는 양극 활물질과 전극 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분이다. 구체적으로, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔테르 폴리머, 술폰화 에틸렌-프로필렌-디엔테르 폴리머, 스티렌-부타디엔 고무, 스티렌-부타디엔 고무-카르복시메틸셀룰로우즈(SBR-CMC), 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다. The binder for the electrode is a component that assists in bonding the positive electrode active material and the electrode conductive material and the like to the current collector. Specifically, polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose (CMC), starch, hydroxypropyl cellulose, regenerated cellulose, polyvinyl pyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene (PE) , polypropylene, ethylene-propylene-dienter polymer, sulfonated ethylene-propylene-dienter polymer, styrene-butadiene rubber, styrene-butadiene rubber-carboxymethylcellulose (SBR-CMC), fluororubber, various copolymers, etc. can be heard

상기 전극용 도전재는 양극 활물질의 도전성을 더욱 향상시키기 위한 성분이다. 상기 전극 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. 시판되고 있는 도전재의 구체적인 예로는 아세틸렌 블랙 계열인 쉐브론 케미칼 컴퍼니(Chevron Chemical Company)나 덴카 블랙(Denka Singapore Private Limited), 걸프 오일 컴퍼니(Gulf Oil Company) 제품 등), 케트젠블랙(Ketjenblack), EC 계열(아르막 컴퍼니(Armak Company) 제품), 불칸(Vulcan) XC-72(캐보트 컴퍼니(Cabot Company) 제품) 및 수퍼(Super) P(Timcal 사 제품) 등이 있다. The conductive material for the electrode is a component for further improving the conductivity of the positive electrode active material. The electrode 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; Conductive materials such as polyphenylene derivatives may be used. Specific examples of commercially available conductive materials include acetylene black-based products such as Chevron Chemical Company, Denka Singapore Private Limited, Gulf Oil Company, etc.), Ketjenblack, EC series (products of the Armak Company), the Vulcan XC-72 (products of the Cabot Company) and the Super P (products of the Timcal Company).

상기 용매는 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone) 등의 유기용매를 포함할 수 있으며, 상기 양극 활물질, 및 선택적으로 양극용 바인더 및 양극 도전재 등을 포함할 때 바람직한 점도가 되는 양으로 사용될 수 있다. The solvent may include an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), and may be used in an amount having a desirable viscosity when including the positive electrode active material, and optionally a positive electrode binder and positive electrode conductive material. there is.

(2) 음극(2) cathode

상기 음극은 음극 집전체 상에 음극 합제층을 형성하여 제조할 수 있다. 상기 음극 합제층은 음극 집전체 상에 음극활물질, 바인더, 도전재 및 용매 등을 포함하는 음극 슬러리를 코팅한 후, 건조 및 압연하여 형성할 수 있다.The negative electrode may be manufactured by forming a negative electrode mixture layer on the negative electrode current collector. The negative electrode mixture layer may be formed 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, 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, 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.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. A surface treated with carbon, nickel, titanium, silver, etc., an aluminum-cadmium alloy, etc. may be used on the surface. 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 음극활물질은 리튬 금속, 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션/디인터칼레이션할 수 있는 탄소 물질, 금속 또는 이들 금속과 리튬의 합금, 금속 산화물, 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질, 및 전이 금속 산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. In addition, the negative active material is lithium metal, a carbon material capable of reversibly intercalating/deintercalating lithium ions, a metal or an alloy of these metals and lithium, a metal oxide, a material capable of doping and dedoping lithium , and may include at least one selected from the group consisting of 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 with 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 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 선택되는 것이 사용될 수 있다.Examples of the metal 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, group 1, 2, 3 elements of the periodic table, halogen; 0<x≤1;1≤y≤3; 1≤z≤8) One 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 Y로는 Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Po, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.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 the like, and at least one of these and SiO 2 may be mixed and used. The element Y includes 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 산화물(LTO), 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물 등을 들 수 있다.Examples of the transition metal oxide include lithium-containing titanium oxide (LTO), vanadium oxide, and lithium vanadium oxide.

상기 음극 활물질은 음극 슬러리 중 고형분의 전체 중량을 기준으로 80 중량% 내지 99 중량%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 solid content 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, 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride, PVDF) 또는 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE)을 포함하는 불소 수지계 바인더; 스티렌-부타디엔 고무(styrene butadiene rubber, SBR), 아크릴로니트릴-부타디엔 고무, 스티렌-이소프렌 고무를 포함하는 고무계 바인더; 카르복시메틸셀룰로우즈(carboxyl methyl cellulose, CMC), 전분, 히드록시 프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로오스를 포함하는 셀룰로오스계 바인더; 폴리비닐알코올을 포함하는 폴리 알코올계 바인더; 폴리에틸렌, 폴리프로필렌을 포함하는 폴리 올레핀계 바인더; 폴리 이미드계 바인더; 폴리 에스테르계 바인더; 및 실란계 바인더 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 a binder include a fluororesin-based binder including polyvinylidene fluoride (PVDF) or polytetrafluoroethylene (PTFE); styrene-butadiene rubber (SBR), acrylonitrile-butadiene rubber, and styrene-rubber-based binders including isoprene rubber; Cellulose binders including carboxyl methyl cellulose (CMC), starch, hydroxypropyl cellulose, and regenerated cellulose; a polyalcohol-based binder comprising polyvinyl alcohol; Polyolefin-based binders including polyethylene and polypropylene; polyimide-based binders; polyester-based binders; and silane-based binders.

상기 도전재는 음극 활물질의 도전성을 더욱 향상시키기 위한 성분으로서, 음극 슬러리 중 고형분의 전체 중량을 기준으로 1 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 1 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 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 50 중량% 내지 75 중량%, 바람직하게 50 중량% 내지 65 중량%가 되도록 포함될 수 있다.The solvent may include water or an organic solvent such as NMP, alcohol, and the like, and may be used in an amount to have a desirable viscosity when the negative electrode active material and, optionally, a binder and a conductive material are included. For example, it may be included so that the solid content concentration in the slurry including the negative active material, and optionally the binder and the conductive material is 50 wt% to 75 wt%, preferably 50 wt% to 65 wt%.

(3) 세퍼레이터(3) separator

본 발명의 리튬 이차전지는 무기물 입자 및 바인더로 이루어진 세퍼레이터를 제공한다.The lithium secondary battery of the present invention provides a separator comprising inorganic particles and a binder.

즉, 본 발명의 세퍼레이터는 폴리올레핀계 기재를 포함하지 않는 대신, 무기물 입자와 이를 결합하기 위한 바인더만으로 이루어짐에 따라, 이온 이동에 대한 저항이 낮고, 고온에서의 열 수축율이 낮으므로, 이를 통해 이차전지의 안전성을 확보할 수 있다. 또한, 내압축성이 강해 전지 제조 시 두께의 변화를 억제할 수 있다. That is, since the separator of the present invention does not include a polyolefin-based substrate, but consists only of inorganic particles and a binder for bonding the same, the resistance to ion migration and thermal shrinkage at high temperature is low. safety can be ensured. In addition, since the compression resistance is strong, it is possible to suppress a change in thickness during battery manufacturing.

(3-1) 무기물 입자(3-1) inorganic particles

상기 세퍼레이터를 구성하는 무기물 입자는 보헤마이트 (boehmite, AlOOH) 입자를 포함하는 것이 바람직하다.The inorganic particles constituting the separator preferably include boehmite (AlOOH) particles.

상기 보헤마이트는 AlO(OH) 또는 Al2O3·H2O의 화학 조성으로 나타낼 수 있으며, 일반적으로 알루미나 3 수화물을 공기 중에서 가열 처리 또는 수열 처리함으로써 제조되는 화학적으로 안정적인 알루미나 1 수화물이다. 보헤마이트는 탈수 온도가 450℃ 내지 530℃로 높으며, 제조 조건을 조정하여 판형 보헤마이트, 침상 보헤마이트, 육각판형 보헤마이트 등 다양한 형상으로 제어할 수 있다. 또한 다양한 용도에 따라 제조 조건을 제어하여, 아스펙트비나 입자 지름을 적절히 제어할 수 있다. The boehmite may be represented by a chemical composition of AlO(OH) or Al 2 O 3 ·H 2 O, and is generally chemically stable alumina monohydrate prepared by heat treatment or hydrothermal treatment of alumina trihydrate in air. Boehmite has a high dehydration temperature of 450°C to 530°C, and various shapes such as plate-shaped boehmite, needle-shaped boehmite, and hexagonal plate-shaped boehmite can be controlled by adjusting manufacturing conditions. Moreover, an aspect-ratio and a particle diameter can be suitably controlled by controlling manufacturing conditions according to various uses.

본 발명의 세퍼레이터에 적용되는 보헤마이트 입자는 평균 입경(D50)이 15nm 내지 95 nm, 구체적으로 30 nm 내지 35 nm 인 것이 바람직하다. The boehmite particles applied to the separator of the present invention preferably have an average particle diameter (D50) of 15 nm to 95 nm, specifically 30 nm to 35 nm.

보헤마이트 입자의 평균 입경이 상기 수치 범위를 만족하는 경우, 바인더와의 접착력을 확보할 수 있고, 동시에 저항값이 낮으며, 전해질에 대한 전해질 함습 능력을 향상된 세퍼레이터를 구현할 수 있다. When the average particle diameter of the boehmite particles satisfies the above numerical range, it is possible to secure adhesion to the binder, and at the same time to implement a separator having a low resistance value and improved electrolyte moisture content with respect to the electrolyte.

한편, 평균 입경(D50)이란, 입경 분포의 50% 기준에서의 입경으로, 보다 구체적으로, 평균 입경 D50은 입경을 입도 분석기로 측정하여 작은 입자부터 부피를 누적할 경우 총 부피의 50%에 해당하는 입자의 입경을 의미한다. 상기 평균 입경은 레이터 회절법(laser diffraction method)을 이용하여 측정할 수 있다. 상기 레이저 회절법은 일반적으로 서브 마이크론(submicron) 영역에서부터 수 nm 정도의 입경의 측정이 가능하며, 고 재현성 및 고 분해성의 결과를 얻을 수 있다.On the other hand, the average particle size (D50) is a particle size based on 50% of the particle size distribution. More specifically, the average particle size D50 is 50% of the total volume when the volume is accumulated from small particles by measuring the particle size with a particle size analyzer It means the particle size of the particles. The average particle diameter may be measured using a laser diffraction method. In general, the laser diffraction method can measure a particle diameter of several nm from a submicron region, and high reproducibility and high resolution results can be obtained.

또한, 보헤마이트 입자의 비표면적은 80 ㎡/g 내지 180 ㎡/g, 구체적으로 95 ㎡/g 내지 100 ㎡/g일 수 있다. Further, the specific surface area of the boehmite particles may be 80 m 2 /g to 180 m 2 /g, specifically 95 m 2 /g to 100 m 2 /g.

보헤마이트 입자의 비표면적이 상기 수치 범위를 만족하는 경우, 바인더와의 접착력을 확보할 수 있고, 동시에 저항값이 현저히 낮은 세퍼레이터를 구현할 수 있다. When the specific surface area of the boehmite particles satisfies the above numerical range, it is possible to secure adhesion to the binder and, at the same time, to implement a separator having a remarkably low resistance value.

한편, 상기 비표면적은 BET 비표면적분석장비(Brunauer Emmett Teller, BET)를 이용하여 측정할 수 있다. 구체적으로는 BEL Japan 사 BELSORP-mino II를 이용하여 액체 질소 온도 하(77K)에서의 질소가스 흡착량으로부터 산출할 수 있다.Meanwhile, the specific surface area may be measured using a BET specific surface area analysis device (Brunauer Emmett Teller, BET). Specifically, it can be calculated from the amount of nitrogen gas adsorbed under liquid nitrogen temperature (77 K) using BELSORP-mino II manufactured by BEL Japan.

본 발명의 보헤마이트 입자는 상술한 범위의 평균 입경 및 비표면적을 가짐으로써, 바인더와의 접착력을 확보할 수 있고, 이온 이동에 대한 저항값이 감소된 세퍼레이터를 구현할 수 있다. 이때, 보헤마이트 입자의 평균 입경 및 비표면적이 상기 수치범위를 포함하지 않는 경우는 물론, 보헤마이트의 평균 입경이 상기 수치범위를 만족하지 않거나, 비표면적이 상기 수치범위를 만족하지 않는 경우, 바인더와의 접착력 개선이나, 낮은 저항값을 동시에 구현할 수 없다. 예를 들어, 보헤마이트 입자의 평균 입경이 15nm 내지 95 nm에 포함되지만, 비표면적이 80 ㎡/g 미만인 경우, 저항값은 본 발명의 일 측면에 따른 세퍼레이터와 동등 또는 유사한 수준인 반면, 보헤마이트의 분산이 어려우며 코팅성이 저하되는 문제가 있다. 만약, 보헤마이트 입자의 평균 입경이 15nm 내지 95 nm에 포함되지만, 비표면적이 180 ㎡/g을 초과인 경우, 저항값이 높고 슬러리 물성이 저하되어, 보헤마이트 입자를 균일하게 분산시키기 어렵다는 단점이 있다. 한편, 보헤마이트 입자의 비표면적이 80 ㎡/g 내지 180 ㎡/g 에 포함되지만, 평균 입경이 15 nm 미만으로 작은 경우에는, 보헤마이트 입자의 분산이 어려워 세퍼레이터의 저항값이 증가할 뿐만 아니라, 동일한 양의 바인더 고분자를 투입하더라도 보헤마이트 입자 사이를 접착시키기 어려워 접착력이 떨어지는 것으로 보인다. Since the boehmite particles of the present invention have an average particle diameter and a specific surface area within the above-described ranges, adhesion to the binder can be secured, and a separator with reduced resistance to ion migration can be implemented. In this case, when the average particle diameter and specific surface area of the boehmite particles do not fall within the numerical ranges, as well as when the average particle diameter of the boehmite does not satisfy the numerical ranges or the specific surface area does not satisfy the numerical ranges, the binder It is not possible to improve adhesion with and to achieve a low resistance value at the same time. For example, when the average particle diameter of the boehmite particles is in the range of 15 nm to 95 nm, but the specific surface area is less than 80 m 2 /g, the resistance value is equivalent to or similar to that of the separator according to an aspect of the present invention, whereas boehmite It is difficult to disperse and there is a problem in that the coating property is deteriorated. If the average particle diameter of the boehmite particles is in the range of 15 nm to 95 nm, but the specific surface area exceeds 180 m 2 /g, the resistance value is high and the physical properties of the slurry are lowered, so that it is difficult to uniformly disperse the boehmite particles. there is. On the other hand, although the specific surface area of the boehmite particles is included in 80 m 2 /g to 180 m 2 /g, when the average particle diameter is small, less than 15 nm, it is difficult to disperse the boehmite particles, so that the resistance value of the separator is increased, Even if the same amount of the binder polymer is added, it is difficult to bond between the boehmite particles, so the adhesive force seems to be low.

따라서, 본 발명의 세퍼레이터에 사용되는 보헤마이트 입자는 낮은 저항을 가지면서, 바인더와의 접착력을 향상시키기 위하여, 평균 입경이 15nm 내지 95 nm, 구체적으로 30 nm 내지 35 nm이고, 비표면적이 80 ㎡/g 내지 180 ㎡/g, 구체적으로 95 ㎡/g 내지 100 ㎡/g인 것이 바람직하다. Therefore, the boehmite particles used in the separator of the present invention have an average particle diameter of 15 nm to 95 nm, specifically 30 nm to 35 nm, and a specific surface area of 80 m 2 in order to improve adhesion with the binder while having low resistance. It is preferred that /g to 180 m 2 /g, specifically 95 m 2 /g to 100 m 2 /g.

(3-2) 바인더(3-2) binder

또한, 본 발명의 세퍼레이터는 상기 무기물 입자들을 연결 및 고정시키기 위하여, 바인더를 포함할 수 있다.In addition, the separator of the present invention may include a binder to connect and fix the inorganic particles.

상기 바인더는 세퍼레이터 형성 시에 통상적으로 사용되는 고분자를 사용할 수 있으며, 특히, 세퍼레이터의 유연성 및 탄성 등과 같은 기계적 물성을 향상시키기 위하여, 유리 전이 온도(glass transition temperature, Tg)가 -200℃ 내지 200 ℃인 고분자를 사용할 수 있다.As the binder, a polymer commonly used in forming the separator may be used. In particular, in order to improve mechanical properties such as flexibility and elasticity of the separator, the glass transition temperature (T g ) is -200° C. to 200° C. A polymer having a temperature of ℃ can be used.

이러한 고분자는 무기물 입자들 사이를 연결하는 동시에 안정하게 고정시켜주는 바인더 역할을 수행함으로써, 무기물 입자로 이루어진 세퍼레이터를 막 형태로 형성할 수 있을 뿐만 아니라, 이온전도도 향상과 기계적 물성 저하 방지 효과를 얻을 수 있다.These polymers serve as a binder to connect and stably fix the inorganic particles, so that a separator made of inorganic particles can be formed in the form of a film, and the effect of improving ionic conductivity and preventing deterioration of mechanical properties can be obtained. there is.

구체적으로, 상기 바인더는 이온 전도 능력을 반드시 가질 필요는 없으나, 이온 전도 능력을 갖는 고분자를 사용할 경우 전기화학소자의 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. 따라서, 상기 바인더 고분자는 가능한 유전율 상수가 높은 불소 수지계 바인더를 포함하는 것이 바람직하다.Specifically, the binder does not necessarily have an ion-conducting ability, but when a polymer having an ion-conducting ability is used, the performance of the electrochemical device may be further improved. Accordingly, the binder polymer preferably includes a fluororesin-based binder having a high possible dielectric constant.

이러한 불소 수지계 바인더는 그 대표적인 예로 폴리비닐리덴 플루오라이드-co-헥사플루오로프로필렌 (PVDF-co-HFP), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 또는 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE)을 포함할 수 있으며, 이 중에서 무기물간 결착력을 보다 확보하기 위하여 폴리비닐리덴 플루오라이드-co-헥사플루오로프로필렌 (PVDF-co-HFP)를 포함하는 것이 바람직하다.The fluororesin binder may include polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene (PVDF-co-HFP), polyvinylidene fluoride (PVDF) or polytetrafluoroethylene (PTFE) as a representative example thereof. Among them, it is preferable to include polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene (PVDF-co-HFP) in order to further secure the binding force between inorganic substances.

한편, 상기 세퍼레이터를 구성하는 무기물 입자 : 바인더는 1:0.1 내지 1:0.35 중량비, 구체적으로 1: 0.2 내지 1: 0.25 중량비로 혼합되는 것이 바람직하다.Meanwhile, the inorganic particles constituting the separator: the binder is preferably mixed in a weight ratio of 1:0.1 to 1:0.35, specifically, 1:0.2 to 1:0.25 by weight.

상기 무기물 입자와 바인더의 중량비가 상기 범위를 만족하는 경우, 높은 분산성 및 접착력을 구현할 수 있다. 만약, 상기 바인더의 함량이 0.35를 초과하는 경우 과량의 바인더에 의한 저항 증가로 이차전지의 성능 저하가 야기될 수 있고, 0.1 미만인 경우 접착력 저하가 야기될 수 있다. When the weight ratio of the inorganic particles to the binder satisfies the above range, high dispersibility and adhesion may be realized. If the content of the binder exceeds 0.35, the performance of the secondary battery may be deteriorated due to an increase in resistance due to an excessive amount of binder, and if it is less than 0.1, adhesion may be deteriorated.

한편, 본 발명의 세퍼레이터는 이온전도성을 고려하여 약 10 ㎛ 내지 30 ㎛ 두께, 구체적으로 15 ㎛ 내지 30 ㎛ 두께를 가질 수 있다. 상기 세퍼레이터의 두께가 10 ㎛ 이상인 경우 기계적 강도를 확보할 수 있고, 30 ㎛ 이하인 경우 이온 전달자인 양성자(H+) 등이 통과가 용이하여, 이차전지 스팩의 단위 성능 당 부피 증가를 방지하여 높은 성능의 이차전지를 제조할 수 있다.Meanwhile, the separator of the present invention may have a thickness of about 10 μm to 30 μm, specifically, 15 μm to 30 μm in consideration of ion conductivity. When the thickness of the separator is 10 μm or more, mechanical strength can be secured, and when the thickness is 30 μm or less, protons (H + ), which are ion transporters, can easily pass through, thereby preventing an increase in volume per unit performance of the secondary battery specification and thus high performance of secondary batteries can be manufactured.

한편, 본 발명의 세퍼레이터는 난연성 및 내열성 확보를 위하여, 폴리올레핀 기재를 포함하지 않는 것이 바람직하다. Meanwhile, the separator of the present invention preferably does not include a polyolefin substrate in order to secure flame retardancy and heat resistance.

즉, 이차전지 일반적으로 사용되는 폴리올레핀계 기재는 130℃ 이상의 온도에서 매우 취약한 내열성을 갖기 때문에, 130℃를 초과하는 고온에 노출되었을 경우, 수축되고 절연 특성이 저하되어, 양극과 음극 간의 내부 단락을 야기한다. 이에, 이차전지의 내열성 및 안전성이 저하되는 단점이 있다. 더욱이, 폴리올레핀계 기재의 경우, 후술하는 니트릴 화합물과 이온화 가능한 리튬염을 포함하는 본 발명의 전해질에 대한 젖음성이 매우 낮다는 단점이 있다. That is, polyolefin-based substrates commonly used in secondary batteries have very weak heat resistance at a temperature of 130° C. or higher, so when exposed to a high temperature exceeding 130° C., they shrink and the insulation properties are lowered, thereby preventing an internal short circuit between the positive electrode and the negative electrode. cause Accordingly, there is a disadvantage in that the heat resistance and safety of the secondary battery are deteriorated. Moreover, in the case of a polyolefin-based substrate, there is a disadvantage in that wettability to the electrolyte of the present invention including a nitrile compound and an ionizable lithium salt to be described later is very low.

상술한 바와 같이, 본 발명의 리튬 이차전지는 폴리올레핀계 기재 없이 무기물 입자와 바인더로 이루어진 세라믹계 세퍼레이터를 적용함으로써, 고온 노출 시 세퍼레이터의 수축이 방지되어, 양극 및 음극 간의 내부 단락을 억제할 수 있고, 나아가 모세관 (capillary) 효과에 의하여 후술하는 전해질에 대한 젖음성 (Wettability)이 향상될 수 있다. 그 결과, 리튬 이차전지의 난연성 및 안전성이 향상될 수 있다.As described above, in the lithium secondary battery of the present invention, by applying a ceramic separator made of inorganic particles and a binder without a polyolefin-based substrate, the contraction of the separator is prevented when exposed to high temperatures, thereby suppressing an internal short circuit between the positive electrode and the negative electrode. , and further, wettability to an electrolyte, which will be described later, may be improved by the capillary effect. As a result, flame retardancy and safety of the lithium secondary battery may be improved.

(4) 전해질(4) electrolyte

본 발명의 전해질은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물; 니트릴 화합물 및 이온화 가능한 리튬염을 포함한다.The electrolyte of the present invention is a compound represented by the following formula (1); nitrile compounds and ionizable lithium salts.

[화학식 1][Formula 1]

R1-O-CH2-R2R1-O-CH 2 -R2

상기 화학식 1에서,In Formula 1,

R1 및 R2는 하나 이상의 불소로 치환된 탄소수 1 내지 8의 알킬기이다.R1 and R2 are an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms substituted with at least one fluorine.

(4-1) 화학식 1로 표시되는 화합물(4-1) a compound represented by the formula (1)

본 발명의 전해질은 점도 및 이온전도도 개선을 위하여, 첨가제로 상기 화학식 1로 표시되는 불소화 에터계 화합물을 더 포함할 수 있다.The electrolyte of the present invention may further include a fluorinated ether-based compound represented by Formula 1 as an additive to improve viscosity and ionic conductivity.

구체적으로, 상기 화학식 1에서 상기 R1은 하나 이상의 불소로 치환된 탄소수 2 내지 4의 알킬기이고, 상기 R2는 하나 이상의 불소로 치환된 탄소수 2 내지 6의 알킬기일 수 있다. Specifically, in Formula 1, R1 may be an alkyl group having 2 to 4 carbon atoms substituted with at least one fluorine, and R2 may be an alkyl group having 2 to 6 carbon atoms substituted with at least one fluorine.

본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 및 R2에 각각 포함된 탄소 원자 및 불소 원자의 비는 1:2일 수 있다.In an exemplary embodiment of the present invention, the ratio of carbon atoms and fluorine atoms included in each of R1 and R2 may be 1:2.

구체적으로, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 1,1,2,2-테트라플루오로에틸 2,2,3,3-테트라플루오로프로필 에터 또는 1H, 1H, 5H-옥타플루오로펜틸 1,1,2,2-테트라플루오로에틸 에터 (1H, 1H, 5H-octafluoropentyl 1,1,2,2-tetrafluroethyl ether)일 수 있으며, 더욱 구체적으로 1H, 1H, 5H-옥타플루오로펜틸 1,1,2,2-테트라플루오로에틸 에터 일 수 있다.Specifically, the compound represented by Formula 1 is 1,1,2,2-tetrafluoroethyl 2,2,3,3-tetrafluoropropyl ether or 1H, 1H, 5H-octafluoropentyl 1,1 ,2,2-tetrafluoroethyl ether (1H, 1H, 5H-octafluoropentyl 1,1,2,2-tetrafluroethyl ether), more specifically 1H, 1H, 5H-octafluoropentyl 1,1, 2,2-tetrafluoroethyl ether.

본 발명의 전해질에 포함되는 화학식 1로 표시되는 불소화 에터계 화합물은 전해질 난연성을 개선하는 동시에, 폴리올레핀 기재를 포함하지 않는 세퍼레이터에 대한 전해질 함침성을 향상시켜 전지 제작 시 전해질의 주액 시간을 단축시킬 수 있다. 즉, 전해질 성분으로 상기 화학식 1로 표시되는 화합물과 후술하는 니트릴 화합물 및 이온화 가능한 리튬염을 함께 포함하는 경우, 전해질의 점도 감소 및 이온전도도 증가와 전해질 함침성을 개선하여, 이차전지의 고온 안정성 향상 등 전지 성능 특성을 더욱 개선하는 효과를 구현할 수 있다.The fluorinated ether-based compound represented by Chemical Formula 1 included in the electrolyte of the present invention improves electrolyte flame retardancy and at the same time improves electrolyte impregnation properties for a separator not containing a polyolefin substrate, thereby shortening the electrolyte injection time during battery manufacturing. there is. That is, when the compound represented by Formula 1 and the nitrile compound and ionizable lithium salt described later are included as electrolyte components together, the viscosity of the electrolyte is reduced, the ion conductivity is increased, and the electrolyte impregnation property is improved, thereby improving the high-temperature stability of the secondary battery It is possible to implement the effect of further improving the battery performance characteristics, such as.

한편, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 전해질 전체 중량을 기준으로 0.1 중량% 내지 30 중량%, 구체적으로 0.5 중량% 내지 20 중량%, 더욱 구체적으로 0.5 중량% 내지 10 중량%, 가장 바람직하게는 0.5 중량% 내지 7 중량%로 포함될 수 있다. On the other hand, the compound represented by Formula 1 is 0.1 wt% to 30 wt%, specifically 0.5 wt% to 20 wt%, more specifically 0.5 wt% to 10 wt%, most preferably 0.5 wt%, based on the total weight of the electrolyte It may be included in weight % to 7 weight %.

상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 함량이 0.1 중량% 미만이면, 점도 및 이온전도도 개선 효과 및 난연성 개선 효과가 미미할 수 있다. 또한, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 함량이 30 중량%를 초과하면, 리튬염의 농도가 낮아져 전해질의 이온 전도도가 감소함에 따라, 전지에 적용 시 충전 속도 및 출력 특성이 저하될 수 있고, 안전성이 열화될 수 있다.When the content of the compound represented by Formula 1 is less than 0.1% by weight, the effect of improving the viscosity and ionic conductivity and the effect of improving the flame retardancy may be insignificant. In addition, when the content of the compound represented by Formula 1 exceeds 30% by weight, the concentration of the lithium salt is lowered and the ionic conductivity of the electrolyte decreases, so that when applied to a battery, the charging speed and output characteristics may decrease, and safety may be reduced. may deteriorate.

(4-2) 니트릴 화합물(4-2) Nitrile compound

상기 니트릴 화합물은 상온에서 고체의 형태를 갖는 물질로서, -C≡N 관능기를 포함하는 화합물을 의미한다.The nitrile compound is a material having a solid form at room temperature, and refers to a compound including a -C≡N functional group.

상기 니트릴 화합물은 그 대표적인 예로 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 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있다. 구체적으로 전해질의 안전성을 크게 향상시킬 수 있는 용매로, 상온에서 고체 형태로 존재하여 용매의 휘발성이 낮출 수 있는 숙시노니트릴(SN)이 가장 바람직하다.Representative examples of the nitrile compound include succinonitrile (SN), adiponitrile (Adn), acetonitrile, propionitrile, butyronitrile, valeronitrile, caprylonitrile, heptannitrile, cyclopentane carbonitrile, cyclohexane Carbonitrile, 2-fluorobenzonitrile, 4-fluorobenzonitrile, difluorobenzonitrile, trifluorobenzonitrile, phenylacetonitrile, 2-fluorophenylacetonitrile, and 4-fluorophenylacetonitrile It may be at least one selected from the group consisting of. Specifically, as a solvent that can significantly improve the safety of the electrolyte, succinonitrile (SN), which exists in a solid form at room temperature to lower the volatility of the solvent, is most preferable.

한편, 상기 니트릴 화합물은 전해질 전체 중량을 기준으로 50 중량% 내지 99.9 중량%, 구체적으로 50 중량% 내지 95 중량%, 더욱 구체적으로 50 중량% 내지 80 중량%로 포함될 수 있다.Meanwhile, the nitrile compound may be included in an amount of 50 wt% to 99.9 wt%, specifically 50 wt% to 95 wt%, more specifically 50 wt% to 80 wt%, based on the total weight of the electrolyte.

상기 니트릴 화합물이 상기 함량 범위로 포함되는 경우, 전해질의 휘발성이 낮아져 전지의 안전성을 향상할 수 있으며, 리튬염과 혼합하여 안정한 공용 혼합물을 형성할 수 있다는 장점이 있다.When the nitrile compound is included in the above content range, the volatility of the electrolyte is lowered to improve the safety of the battery, and there is an advantage that a stable common mixture can be formed by mixing with a lithium salt.

한편, 상기 니트릴 화합물의 함량이 50 중량% 미만인 경우, 전지의 난연성 및 안전성이 저하될 수 있다.On the other hand, when the content of the nitrile compound is less than 50% by weight, the flame retardancy and safety of the battery may be reduced.

(4-3) 이온화 가능한 리튬염(4-3) ionizable lithium salt

상기 이온화 가능한 리튬염은 리튬 이차 전지 내에서 전해질 염으로서 사용되는 것으로서, 이온을 전달하기 위한 매개체로서 사용되는 것이면 특별히 제한하지 않으며, 그 대표적인 예로 LiPF6, LiBF4, LiN(SO2CF2CF3)2 (lithium bis(perfluoroethanesulfonyl) imide; LiBETI), LiN(SO2F)2 (lithium bis(fluorosulfonyl) imide; 이하, "LiFSI"라 약칭함), 및 LiN(SO2CF3)2 (lithium bis(trifluoromethanesulfonyl) imide, LiTFSI)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.The ionizable lithium salt is used as an electrolyte salt in a lithium secondary battery, and is not particularly limited as long as it is used as a medium for transferring ions, and representative examples thereof include LiPF 6 , LiBF 4 , LiN (SO 2 CF 2 CF 3 ) ) 2 (lithium bis(perfluoroethanesulfonyl) imide; LiBETI), LiN(SO 2 F) 2 (lithium bis(fluorosulfonyl) imide; hereinafter abbreviated as “LiFSI”), and LiN(SO 2 CF 3 ) 2 (lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide, LiTFSI) may include at least one selected from the group consisting of.

특히, 상기 이온화 가능한 리튬염은 LiFSI 등의 이미드계 리튬염을 포함할 수 있다. 이러한 이미드계 리튬염은 전해질에 첨가되어, 음극에 견고하고 얇은 SEI 막을 형성할 수 있고, 이에 따라 저온 출력 특성을 개선시킴은 물론, 고온 사이클 작동시 발생할 수 있는 양극 표면의 분해를 억제하고 전해질의 산화 반응을 방지할 수 있는 물질로 알려져 있다. In particular, the ionizable lithium salt may include an imide-based lithium salt such as LiFSI. This imide-based lithium salt can be added to the electrolyte to form a strong and thin SEI film on the negative electrode, thereby improving low-temperature output characteristics, suppressing decomposition of the positive electrode surface that may occur during high-temperature cycle operation, and reducing the electrolyte It is known as a substance capable of preventing oxidation reactions.

상기 리튬염은 전해질 중 1.0M 내지 3.0M, 바람직하게는 1.0M 내지 1.5M 농도로 포함될 수 있다. 상기 리튬염의 농도가 1.0M 미만이면, 리튬 이차전지의 저온 출력 개선 및 사이클 특성 개선 효과가 미미하고, 3.0M을 초과하면 비수 전해질의 점도 및 표면장력이 과도하게 증가함에 따라 전해질 함침성이 저하될 수 있다.The lithium salt may be included in a concentration of 1.0M to 3.0M, preferably 1.0M to 1.5M in the electrolyte. If the concentration of the lithium salt is less than 1.0M, the effect of improving the low-temperature output and cycle characteristics of the lithium secondary battery is insignificant, and if it exceeds 3.0M, the electrolyte impregnation property will be lowered as the viscosity and surface tension of the non-aqueous electrolyte excessively increase. can

한편, 본 발명의 전해질은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물과, 리튬염 및 니트릴 화합물을 포함함에 따라, 5 cP 내지 15 cP의 점도를 유지할 수 있다. 일반적으로, 고농도 리튬염과 니트릴 화합물만을 포함하면 전해질의 점도가 15 cP 이상 높아질 수 있으나, 본 발명과 같이 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 함께 포함하는 경우, 전해질의 점도를 5 cP 내지 15 cP 범위로 유지할 수 있다.Meanwhile, the electrolyte of the present invention may maintain a viscosity of 5 cP to 15 cP by including the compound represented by Formula 1, a lithium salt, and a nitrile compound. In general, when only the high concentration lithium salt and the nitrile compound are included, the viscosity of the electrolyte may increase by 15 cP or more. can be maintained as

한편, 본 발명의 전해질 내에서 이온화 가능한 리튬염과 니트릴 화합물은 1:2 내지 1:8, 구체적으로 1:2 내지 1:5 중량비로 혼합되어 있는 것이 바람직하다.On the other hand, in the electrolyte of the present invention, the ionizable lithium salt and the nitrile compound are preferably mixed in a weight ratio of 1:2 to 1:8, specifically 1:2 to 1:5.

상기 니트릴 화합물과 이온화 가능한 리튬염의 중량비가 상기 범위 내로 포함되는 경우, 전해질 내에 리튬 이온이 일정 수준 이상으로 해리되어 전지의 충방전이 원활하게 이루어질 수 있으며, 전지 내의 젖음성(wetting)이 일정하게 유지될 수 있는 수준의 점성을 유지할 수 있다. 만약, 니트릴 화합물이 중량비가 2 미만인 경우 리튬염이 전부 용해되지 않는 단점이 야기될 수 있고, 8을 초과하는 경우 전해액의 이온전도도가 저하될 수 있다. When the weight ratio of the nitrile compound and the ionizable lithium salt is within the above range, lithium ions are dissociated to a certain level or more in the electrolyte, so that charging and discharging of the battery can be smoothly performed, and the wetting in the battery can be maintained constant. It can maintain a level of viscosity that can be achieved. If the weight ratio of the nitrile compound is less than 2, the lithium salt may not be completely dissolved, and if it exceeds 8, the ionic conductivity of the electrolyte may be reduced.

띠라서, 상기 니트릴 화합물과 이온화 가능한 리튬염의 중량비가 상기 수치 범위를 만족하는 경우, 본 발명의 전해질은 높은 열적 및 화학적 안정성을 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 특히 우수한 난연성을 확보할 수 있다.Therefore, when the weight ratio of the nitrile compound and the ionizable lithium salt satisfies the numerical range, the electrolyte of the present invention can not only realize high thermal and chemical stability, but also ensure particularly excellent flame retardancy.

한편, 본 발명의 전해질에 포함된 니트릴 화합물, 예를 들면 숙시노니트릴과 이온화 가능한 리튬염은 서로 혼합하여 액상 형태로 변형되는 동시에, SN의 녹는점 이하에서 중심 C-C 결합에 대하여 트랜스 이성질체 (trans-gauche isomerism)가 존재하기 때문에 이온 전도 거동을 가진다. 따라서, 전해질로서의 역할을 수행할 할 수 있다. 이때, 상기 트랜스 이성질체는 격자 결함 (lattice defects)의 악화와 이온 전도를 위한 활성화 에너지를 저하에 기여함으로써, 이온 전달 메커니즘 효과를 높일 수 있다. 따라서, 이러한 물적 안정도에 의해 종래 유기용매 및 이온성 액체를 포함하는 액체 전해질에 비해 더 넓은 전위창(electrochemical window)을 가질 수 있다. 실질적으로, 종래 액체 전해질의 전위창 상한치가 4.0V 내지 4.5V 정도인 것에 비해, 본 발명의 전해질의 전위창 상한치는 4.5V 내지 5.5V 범위로 액체 전해질보다 더 확장된 전위창을 가진다. 따라서, 전기 화학 소자의 사용 전압 범위를 확장할 수 있다. On the other hand, the nitrile compound contained in the electrolyte of the present invention, for example, succinonitrile and ionizable lithium salt is mixed with each other to be transformed into a liquid form, and at the same time, the trans isomer (trans-isomer) for the central C-C bond below the melting point of SN gauche isomerism) exists, so it has ionic conduction behavior. Therefore, it can serve as an electrolyte. In this case, the trans isomer contributes to aggravation of lattice defects and lowering of activation energy for ion conduction, thereby enhancing the effect of an ion transport mechanism. Accordingly, it is possible to have a wider electrochemical window than a liquid electrolyte including a conventional organic solvent and an ionic liquid due to such physical stability. Practically, the upper limit of the potential window of the conventional liquid electrolyte is about 4.0V to 4.5V, whereas the upper limit of the potential window of the electrolyte of the present invention is in the range of 4.5V to 5.5V, and has a potential window wider than that of the liquid electrolyte. Accordingly, it is possible to extend the operating voltage range of the electrochemical device.

본 발명의 전해질은 기존 용매에 비해 휘발하여 가스를 발생시킬 가능성이 작고, 전해질의 증발 및 고갈 문제가 없으며, 난연성을 보유하여 전기 화학 소자의 안전성을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 전해질 자체가 매우 안정한 형태이므로 소자 내에서의 부반응 억제를 구현할 수 있다. 실제로, 본 발명의 전해질은 액체로서의 넓은 온도 범위, 높은 용매화 능력, 비배위 결합성 등을 보유하기 때문에, 기존의 유독성 유기 용매를 대체할 수 있는 환경친화성 용매로서의 물리화학적 특성을 지닌 것으로 알려져 있다.The electrolyte of the present invention is less likely to volatilize and generate gas compared to conventional solvents, there is no problem of evaporation and depletion of the electrolyte, and has flame retardancy to improve the safety of the electrochemical device. In addition, since the electrolyte itself of the present invention is in a very stable form, it is possible to implement suppression of side reactions in the device. In fact, since the electrolyte of the present invention has a wide temperature range as a liquid, high solvating ability, non-coordinating binding properties, etc., it is known to have physicochemical properties as an environmentally friendly solvent that can replace the existing toxic organic solvent. there is.

(4-4) 부가적 첨가제(4-4) additional additives

또한, 본 발명의 전해질은 이미드계 리튬염 등의 사용에 의한 Al Foil의 부식을 억제하는 동시에, 고온 노출 시 또는 고출력의 환경에서 음극 붕괴가 유발되는 것을 방지하거나, 고온 안정성, 과충전 방지, 고온 부풀음 개선 효과 등을 더욱 개선하기 위하여, 필요에 따라 부가적 첨가제들을 추가 포함할 수 있다. In addition, the electrolyte of the present invention suppresses corrosion of Al foil due to the use of imide-based lithium salt, etc., and at the same time prevents the anode from collapsing when exposed to high temperatures or in a high-output environment, high-temperature stability, overcharge prevention, high-temperature swelling In order to further improve the improvement effect, etc., additional additives may be further included as necessary.

이러한 부가적 첨가제로 비닐렌 카보네이트, 비닐에틸렌 카보네이트, 에틸렌 설페이트(Ethylene Sulfate; Esa), 리튬 디플루오로(비스옥살라토)포스페이트, 리튬 디플루오로포스페이트, 리튬 옥살릴디플루오로보레이트 (LiODFB), 리튬 비스옥살레이토보레이트 (LiBOB, LiB(C2O4)2), 1,3-프로판 설톤(PS), 1,4-부탄 설톤, 에텐설톤, 1,3-프로펜 설톤(PRS), 1,4-부텐 설톤, 및 1-메틸-1,3-프로펜 설톤, LiPO2F2, LiBF4, 또는 불화 알루미늄 (AlF3) 등을 들 수 있다.Such additional additives include vinylene carbonate, vinylethylene carbonate, ethylene sulfate (Esa), lithium difluoro(bisoxalato)phosphate, lithium difluorophosphate, lithium oxalyldifluoroborate (LiODFB) , lithium bisoxalatoborate (LiBOB, LiB(C 2 O 4 ) 2 ), 1,3-propane sultone (PS), 1,4-butane sultone, ethensultone, 1,3-propene sultone (PRS), 1,4-butene sultone, and 1-methyl-1,3-propene sultone, LiPO 2 F 2 , LiBF 4 , or aluminum fluoride (AlF 3 ).

상기 부가적 첨가제는 전해질 전체 중량을 기준으로 10 중량% 이하, 구체적으로 0.1 중량% 내지 7 중량%로 포함할 수 있다.The additional additive may be included in an amount of 10 wt% or less, specifically 0.1 wt% to 7 wt%, based on the total weight of the electrolyte.

상기 부가적 첨가제의 함량이 0.1 중량% 보다 적으면 전지의 저온 출력 개선 및 고온 저장 특성 및 고온 수명 특성 개선의 효과가 미미하고, 상기 부가적 첨가제의 함량이 10 중량%를 초과하면 전지의 충방전시 전해질 내의 부반응이 과도하게 발생할 가능성이 있다. 특히, 상기 SEI 막 형성용 첨가제들이 과량으로 첨가되면 고온에서 충분히 분해되지 못하여, 상온에서 전해질 내에 미반응물 또는 석출된 채로 존재하고 있을 수 있다. 이에 따라 이차전지의 수명 또는 저항특성이 저하되는 부반응이 발생될 수 있다.When the content of the additional additive is less than 0.1% by weight, the effect of improving low-temperature output and high-temperature storage characteristics and high-temperature lifespan characteristics of the battery is insignificant, and when the content of the additional additive exceeds 10% by weight, charging and discharging of the battery There is a possibility that side reactions in the electrolyte may occur excessively. In particular, when the additives for forming the SEI film are added in excess, they may not be sufficiently decomposed at high temperatures, and thus may remain unreacted or precipitated in the electrolyte at room temperature. Accordingly, a side reaction in which the lifespan or resistance characteristic of the secondary battery is deteriorated may occur.

(4-5) 비수성 유기용매(4-5) non-aqueous organic solvent

또한, 본 발명의 전해질은 필요에 따라 이온전도도 등을 개선하기 위하여, 카보네이트계 유기용매, 비불소화 에터계 용매 및 에스테르계 유기용매 등과 같은 비수성 유기용매를 추가로 함유할 수 있다.In addition, the electrolyte of the present invention may further contain a non-aqueous organic solvent such as a carbonate-based organic solvent, a non-fluorinated ether-based solvent, and an ester-based organic solvent, if necessary, in order to improve ionic conductivity.

상기 카보네이트계 유기용매는 전해질에 사용되는 일반적인 유기용매로서, 비불소계 환형 카보네이트계 용매, 비불소계 선형 카보네이트계 용매, 불소계 환형 카보네이트 용매, 불소계 선형 카보네이트 용매 또는 이들의 혼합물일 수 있다. The carbonate-based organic solvent is a general organic solvent used in the electrolyte, and may be a non-fluorine-based cyclic carbonate-based solvent, a non-fluorine-based linear carbonate-based solvent, a fluorine-based cyclic carbonate solvent, a fluorine-based linear carbonate solvent, or a mixture thereof.

상기 비불소계 환형 카보네이트계 용매는 고점도의 유기용매로서 유전율이 높아 전해질 내의 리튬염을 잘 해리시킬 수 있는 용매로서, 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 중 선택된 1종 이상일 수 있으며, 구체적으로, 에틸렌 카보네이트와 프로필렌 카보네이트 일 수 있다. The non-fluorine-based cyclic carbonate-based solvent is a high-viscosity organic solvent, which has a high dielectric constant and can well dissociate lithium salts in the electrolyte, and includes ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), 1,2-butylene carbonate, 2 It may be at least one selected from ,3-butylene carbonate, 1,2-pentylene carbonate, 2,3-pentylene carbonate, and vinylene carbonate, and specifically, it may be ethylene carbonate and propylene carbonate.

또한, 상기 비불소계 선형 카보네이트계 용매는 저점도 및 저유전율을 가지는 유기용매로서, 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트(EMC), 메틸프로필 카보네이트 및 에틸프로필 카보네이트로 중 선택된 1종 이상일 수 있으며, 구체적으로 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트일 수 있다. In addition, the non-fluorine-based linear carbonate-based solvent is an organic solvent having a low viscosity and a low dielectric constant, and includes dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate, ethylmethyl carbonate (EMC), methylpropyl carbonate, and ethyl It may be at least one selected from among propyl carbonate, and specifically, it may be dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethylmethyl carbonate.

상기 불소계 환형 카보네이트 용매는 플루오로에틸렌 카보네이트(FEC), 디플루오로에틸렌카보네이트(DFEC), 트리플루오로에틸렌카보네이트, 테트라플루오로에틸렌카보네이트, 3,3,3-트리플루오로프로필렌카보네이트 및 1-플루오로프로필렌카보네이트 중 선택된 1종 이상일 수 있으며, 구체적으로, 플루오로에틸렌 카보네이트일 수 있다.The fluorine-based cyclic carbonate solvent is fluoroethylene carbonate (FEC), difluoroethylene carbonate (DFEC), trifluoroethylene carbonate, tetrafluoroethylene carbonate, 3,3,3-trifluoropropylene carbonate, and 1-fluoro It may be at least one selected from among ropropylene carbonate, and specifically, it may be fluoroethylene carbonate.

상기 불소계 선형 카보네이트 용매는 플루오로메틸 메틸 카보네이트(FMMC) 및 플루오로에틸 메틸 카보네이트(FEMC) 중 선택된 1종 이상일 수 있으며, 구체적으로, 플루오로에틸 메틸 카보네이트(FEMC) 일 수 있다.The fluorine-based linear carbonate solvent may be at least one selected from fluoromethyl methyl carbonate (FMMC) and fluoroethyl methyl carbonate (FEMC), and specifically, fluoroethyl methyl carbonate (FEMC).

상기 비불소화 에터계 유기용매로는 디메틸에터, 디에틸에터, 디프로필 에터, 메틸에틸에터, 메틸프로필 에터 또는 에틸프로필 에터 등을 들 수 있다.Examples of the non-fluorinated ether-based organic solvent include dimethyl ether, diethyl ether, dipropyl ether, methyl ethyl ether, methyl propyl ether, or ethyl propyl ether.

상기 에스테르계 유기용매는 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 프로필 아세테이트, 메틸 프로피오네이트, 에틸 프로피오네이트, 프로필 프로피오네이트, 부틸 프로피오네이트, 부티로락톤, 또는 카프로락톤 등을 들 수 있다.The ester-based organic solvent may include methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, propyl propionate, butyl propionate, butyrolactone, or caprolactone.

한편, 상기 비수성 유기용매는 고온 노출 및 과충전과 같은 환경하에서 발화 가능성 등을 낮추고 안전성을 높이기 위하여, 전해질 전체 중량을 기준으로 30% 이하, 구체적으로 20 중량% 이하, 바람직하게 1 중량% 내지 15 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 비수성 유기용매가 상기 범위로 포함되는 경우, 전극 및 분리막 함침성이 향상된 고에너지 밀도의 이차전지를 구현할 수 있다.On the other hand, the non-aqueous organic solvent is 30% or less, specifically 20% by weight or less, preferably 1% to 15% by weight, based on the total weight of the electrolyte, in order to reduce the possibility of ignition and increase safety under environments such as high temperature exposure and overcharging. It is preferably included in weight %. When the non-aqueous organic solvent is included in the above range, it is possible to implement a secondary battery having improved electrode and separator impregnation properties with high energy density.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 폴리올레핀계 기재를 포함하지 않는 대신, 무기물 입자 및 바인더로 이루어진 세라믹계 세퍼레이터와, 화학식 1로 표시되는 화합물과, 니트릴 화합물 및 이온화 가능한 리튬염을 포함하는 전해질을 함께 구비함으로써, 세라믹계 세퍼레이터에 대한 전해질 젖음성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 고온 노출 시 세퍼레이터의 수축을 방지하여 양극/음극 간의 내부 단락을 억제할 수 있으므로, 난연성 및 안전성이 향상된 리튬 이차전지를 구현할 수 있다.As described above, in the present invention, instead of including a polyolefin-based substrate, a ceramic separator made of inorganic particles and a binder, an electrolyte including a compound represented by Formula 1, a nitrile compound, and an ionizable lithium salt are provided together By doing so, it is possible not only to improve the electrolyte wettability for the ceramic separator, but also to prevent the shrinkage of the separator when exposed to high temperatures, thereby suppressing an internal short circuit between the positive electrode and the negative electrode, thereby implementing a lithium secondary battery with improved flame retardancy and safety. .

이러한, 본 발명의 리튬 이차전지의 외형은 특별한 제한이 없으나, 수행되는 목적에 따라 원통형, 각형, 파우치(pouch)형 또는 코인(coin)형 등 다양하게 적용할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지는 파우치형 이차전지일 수 있다.The external shape of the lithium secondary battery of the present invention is not particularly limited, but may be variously applied such as a cylindrical shape, a prismatic shape, a pouch type, or a coin type, depending on the purpose for which it is performed. The lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention may be a pouch-type secondary battery.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.Hereinafter, examples will be given to describe the present invention in detail. However, the embodiments according to the present invention may be modified in various other forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described in detail below. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those of ordinary skill in the art.

실시예Example

I. 전해질 제조I. Electrolyte Preparation

실시예 1.Example 1.

LiFSI 2 g (1.3M)과 숙시노니트릴 (sigma Aldrich사 제조) 7 g을 둥근 바닥 플라스크에 투입하고 상온 (25℃)의 질소 분위기하에서 5분간 서서히 교반시켜 액상 상태를 형성하였다.2 g (1.3M) of LiFSI and 7 g of succinonitrile (manufactured by Sigma Aldrich) were put into a round-bottom flask and stirred slowly for 5 minutes under a nitrogen atmosphere at room temperature (25° C.) to form a liquid phase.

그런 다음, 1H, 1H, 5H-옥타플루오로펜틸 1,1,2,2-테트라플루오로에틸 에터 (TCI 사 제조) 0.5g 및 비닐렌 카보네이트 0.5 g을 추가 투입하고, 25℃ 질소 분위기하에서 12시간 동안 교반시켜 본 발명의 전해질을 제조하였다.Then, 0.5 g of 1H, 1H, 5H-octafluoropentyl 1,1,2,2-tetrafluoroethyl ether (manufactured by TCI) and 0.5 g of vinylene carbonate were further added, and 12 under a nitrogen atmosphere at 25° C. The electrolyte of the present invention was prepared by stirring for a period of time.

비교예 1. Comparative Example 1 .

에틸렌 카보네이트(EC):에틸 메틸 카보네이트(EMC)를 3:7 부피비로 혼합하여 비수성 유기용매를 제조하였다. 상기 비수성 유기용매 99 g에 LiFSI를 1.3M 농도가 되도록 용해시켰다. Ethylene carbonate (EC): ethyl methyl carbonate (EMC) was mixed in a 3:7 volume ratio to prepare a non-aqueous organic solvent. LiFSI was dissolved in 99 g of the non-aqueous organic solvent to a concentration of 1.3M.

그런 다음, 1H, 1H, 5H-옥타플루오로펜틸 1,1,2,2-테트라플루오로에틸 에터 시노니트릴 (TCI 사 제조) 0.5g 및 비닐렌 카보네이트 0.5 g을 추가 투입하여 리튬 이차전지용 비수전해질을 제조하였다.Then, 0.5 g of 1H, 1H, 5H-octafluoropentyl 1,1,2,2-tetrafluoroethyl ether cynonitrile (manufactured by TCI) and 0.5 g of vinylene carbonate were additionally added to the non-aqueous electrolyte for lithium secondary batteries was prepared.

II. 세퍼레이터 제조II. Separator Manufacturing

실시예 2. Example 2.

보헤마이트 입자 (평균 입경 35 nm, 비표면적 95 ㎡/g)와 바인더로 PVDF-co-HFP를 8:2 (1:0.25) 중량비로 혼합하고, 25℃ 질소 분위기하에서 240 분간 교반시켜 전구체 슬러리를 제조하였다. 그런 다음, 전구체 슬러리를 이형 필름에 다이코팅 방법으로 코팅하고, 건조한 다음, 분리하여 15 ㎛ 두께의 세퍼레이터를 제조하였다.Boehmite particles (average particle diameter 35 nm, specific surface area 95 m / g) and PVDF-co-HFP as a binder were mixed in a weight ratio of 8:2 (1:0.25), and stirred for 240 minutes under a nitrogen atmosphere at 25°C to prepare a precursor slurry. prepared. Then, the precursor slurry was coated on a release film by a die coating method, dried, and separated to prepare a separator having a thickness of 15 μm.

비교예 2.Comparative Example 2.

무기물 입자(Al2O3) 및 바인더 (PVDF-HFP)를 8:2 (1:0.25) 중량비로 혼합한 슬러리를 폴리에틸렌/폴리프로필렌 기재 양면에 다이코팅 방법으로 도포하여, 15 ㎛ 두께의 폴리올레핀계 다공성 세퍼레이터를 제조하였다. A slurry of inorganic particles (Al 2 O 3 ) and a binder (PVDF-HFP) in a weight ratio of 8:2 (1:0.25) was applied to both sides of a polyethylene/polypropylene substrate by die coating, and a 15 μm thick polyolefin-based slurry was applied. A porous separator was prepared .

III. 리튬 이차전지 제조 III. Lithium secondary battery manufacturing

실시예 3.Example 3.

양극 활물질 (LiCoO2; LCO), 도전재로 카본 블랙, 바인더로 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)를 97:1.7:1.3 중량비로 혼합한 후 용매인 N-메틸-2-피롤리돈(이하, NMP)에 첨가하여 고형분 함량이 60 중량%인 양극 활물질 슬러리를 제조하였다. 상기 양극 활물질 슬러리를 두께가 12㎛ 정도의 양극 집전체인 알루미늄(Al) 박막에 도포하고, 건조하여 양극을 제조한 후, 롤 프레스(roll press)를 실시하여 양극을 제조하였다.A cathode active material (LiCoO 2 ; LCO), carbon black as a conductive material, and polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder were mixed in a weight ratio of 97:1.7:1.3, and then N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent (hereinafter, NMP) to prepare a cathode active material slurry having a solid content of 60 wt%. The positive electrode active material slurry was applied to an aluminum (Al) thin film as a positive electrode current collector having a thickness of about 12 μm, dried to prepare a positive electrode, and then a positive electrode was manufactured by performing a roll press.

용제인 증류수에 음극 활물질(그라파이트), 바인더로 스티렌-부타디엔 고무-카르복시메틸셀룰로우즈(SBR-CMC), 도전재로서 카본 블랙을 96:3.5:0.5 중량비로 혼합하여 음극 활물질 슬러리(고형분 함량: 50 중량%)를 제조하였다. 상기 음극 활물질 슬러리를 두께가 6㎛인 음극 집전체 (Cu 박막)에 도포하고, 건조 및 롤 프레스를 실시하여 음극을 제조하였다.The negative electrode active material (graphite), styrene-butadiene rubber-carboxymethyl cellulose (SBR-CMC) as a binder, and carbon black as a conductive material are mixed in distilled water as a solvent in a 96:3.5:0.5 weight ratio to slurry the negative electrode active material (solid content: 50% by weight) was prepared. The negative electrode active material slurry was applied to a negative electrode current collector (Cu thin film) having a thickness of 6 μm, dried and roll pressed to prepare a negative electrode.

상기 양극, 실시예 2에서 제조된 세퍼레이터 및 음극을 순차적으로 적층하여 전극 조립체를 제조한 다음, 상기 전극 조립체를 전지 케이스에 수납하고, 실시예 1의 전해질을 주액하여 리튬 이차전지를 제조하였다.An electrode assembly was prepared by sequentially stacking the positive electrode, the separator prepared in Example 2, and the negative electrode, and then the electrode assembly was accommodated in a battery case, and the electrolyte of Example 1 was injected to prepare a lithium secondary battery.

비교예 3.Comparative Example 3.

실시예 2에서 제조된 세퍼레이터 대신 비교예 2에서 제조된 세퍼레이터를 사용하고, 실시예 1의 전해질 대신 비교예 1의 전해질을 주액하는 것을 제외하고는 상기 실시예 4와 마찬가지의 방법으로 리튬 이차전지를 제조하였다.A lithium secondary battery was prepared in the same manner as in Example 4, except that the separator prepared in Comparative Example 2 was used instead of the separator prepared in Example 2, and the electrolyte of Comparative Example 1 was injected instead of the electrolyte of Example 1 prepared.

실험예Experimental example

실험예 1. 전해질에 대한 난연성 평가 실험 (1)Experimental Example 1. Flame retardant evaluation experiment for electrolyte (1)

상기 실시예 1의 전해질 1g과 비교예 1의 전해질 1g을 각각 금속 용기에 담고, 가스 라이터로 전해질 표면에 불을 붙여 전해질에 불이 붙는지를 확인하고, 그 결과를 하기 표 1 및 도 1에 나타내었다.1 g of the electrolyte of Example 1 and 1 g of the electrolyte of Comparative Example 1 were placed in a metal container, respectively, and the surface of the electrolyte was ignited with a gas lighter to check whether the electrolyte was ignited, and the results are shown in Table 1 and FIG. 1 it was

이때, 불이 붙어 연소하는 경우는 O으로 표시하고, 불이 붙지 않아 연소하지 않은 경우를 X로 표시하였다.At this time, the case where the fire was ignited and combusted was indicated by O, and the case where the fire was not ignited and not burned was indicated by X.

연소 여부burning or not 실시예 1Example 1 XX 비교예 1Comparative Example 1 OO

상기 표 1 및 도 1을 참고하면, 본 발명의 실시예 1의 전해질은 연소하지 않은 반면에, 니트릴계 화합물을 포함하는 비교예 1의 전해질은 불이 붙어 연소하는 것을 확인하였다.Referring to Table 1 and FIG. 1 , it was confirmed that the electrolyte of Example 1 of the present invention did not burn, whereas the electrolyte of Comparative Example 1 including the nitrile-based compound caught fire and burned.

실험예 2. 세퍼레이터에 대한 난연성 평가 실험 (2)Experimental Example 2. Flame retardant evaluation experiment for separator (2)

실시예 2에서 제조된 세퍼레이터와 비교예 2에서 제조된 다공성 세퍼레이터에 가스 라이터로 불을 붙여 불이 붙는지를 확인하고, 그 결과를 하기 표 2 및 도 2에 나타내었다.It was confirmed that the separator prepared in Example 2 and the porous separator prepared in Comparative Example 2 were ignited by igniting a fire with a gas lighter, and the results are shown in Table 2 and FIG. 2 below.

이때, 불이 붙어 연소하는 경우는 O으로 표시하고, 불이 붙지 않아 연소하지 않은 경우를 X로 표시하였다.At this time, the case where the fire was ignited and combusted was indicated by O, and the case where the fire was not ignited and not burned was indicated by X.

연소 여부burning or not 실시예 2Example 2 XX 비교예 2Comparative Example 2 OO

상기 표 2 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 세퍼레이터는 연소하지 않은 반면에, 비교예 2의 폴리올레핀계 다공성 세퍼레이터는 불이 붙어 연소하는 것을 확인하였다.Referring to Table 2 and FIG. 2, it was confirmed that the separator of the present invention did not burn, whereas the polyolefin-based porous separator of Comparative Example 2 caught fire and burned.

실험예 3. 세퍼레이터에 대한 내열성 평가 실험Experimental Example 3. Heat resistance evaluation experiment for separator

실시예 2에서 제조된 세퍼레이터와 비교예 2에서 제조된 다공성 세퍼레이터를 각각 180℃에 30분 동안 노출 시킨 후, 광학 측정 장비 (Keyence, im-600)를 사용하여 수축율을 확인하고 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.After exposing the separator prepared in Example 2 and the porous separator prepared in Comparative Example 2 to 180° C. for 30 minutes, respectively, the shrinkage rate was checked using an optical measuring device (Keyence, im-600), and the results are shown in the table below 3 is shown.

수축율 (%)Shrinkage (%) 실시예 2Example 2 00 비교예 2Comparative Example 2 8.08.0

상기 표 3을 참고하면, 본 발명의 실시예 2의 세퍼레이터는 수축이 거의 발생하지 않은 반면에, 비교예 2의 폴리올레핀계 다공성 세퍼레이터는 약 8.0%의 수축이 일어나는 것을 확인할 수 있다.Referring to Table 3, it can be seen that the separator of Example 2 of the present invention hardly shrinks, whereas the polyolefin-based porous separator of Comparative Example 2 exhibits shrinkage of about 8.0%.

실험예 4. 세퍼레이터에 대한 내압축 평가 실험Experimental Example 4. Compression resistance evaluation experiment for separator

실시예 2에서 제조된 세퍼레이터와 비교예 2에서 제조된 다공성 세퍼레이터에 대하여 각각 70℃에서 7.49 MPa의 압력을 가하여 내압축성을 평가하고, 그 결과를 도 3에 나타내었다.Compression resistance was evaluated by applying a pressure of 7.49 MPa at 70° C. to the separator prepared in Example 2 and the porous separator prepared in Comparative Example 2, respectively, and the results are shown in FIG. 3 .

도 3을 참고하면, 본 발명의 실시예 2의 세퍼레이터는 비교예 2의 폴리올레핀계 다공성 세퍼레이터에 비해 내압축성이 높은 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 3 , it can be seen that the separator of Example 2 of the present invention has higher compression resistance than the polyolefin-based porous separator of Comparative Example 2.

실험예 5. 젖음성 평가 실험Experimental Example 5. Wettability evaluation experiment

25℃ 온도 조건하에서 실시예 1에서 제조된 전해질 10 ㎕ 및 비교예 1에서 제조된 전해질 10 ㎕를 각각 실시예 2에서 제조된 세퍼레이터에 적하한 다음, 3분 및 3시간 후의 함습성을 평가하고, 그 결과를 하기 도 4에 나타내었다.10 μl of the electrolyte prepared in Example 1 and 10 μl of the electrolyte prepared in Comparative Example 1 were added dropwise to the separator prepared in Example 2, respectively, under a temperature condition of 25° C., and then the moisture content was evaluated for 3 minutes and 3 hours, The results are shown in FIG. 4 below.

또한, 25℃ 온도 조건하에서 실시예 1에서 제조된 전해질 10 ㎕ 및 비교예 1에서 제조된 전해질 10 ㎕를 각각 비교예 2에서 제조된 세퍼레이터에 적하한 다음, 3분 및 3시간 후의 함습성을 평가하고, 그 결과를 하기 도 4에 나타내었다.In addition, 10 μl of the electrolyte prepared in Example 1 and 10 μl of the electrolyte prepared in Comparative Example 1 were added dropwise to the separator prepared in Comparative Example 2, respectively, under a temperature condition of 25° C., and then the moisture content was evaluated for 3 minutes and 3 hours. and the results are shown in FIG. 4 below.

도 4를 참고하면, 비교예 1의 전해질의 경우, 비교예 2의 폴리올레핀계 다공성 세퍼레이터 및 실시예 2의 세라믹계 세퍼레이터 모두에 대하여, 함습성이 우수한 것을 알 수 있다. 반면에, 실시예 1의 전해질의 경우, 비교예 2의 폴리올레핀계 다공성 세퍼레이터에 대한 함습성은 좋지 않으나, 실시예 4의 세라믹계 세퍼레이터에 대한 함습성은 우수한 것을 확인 할 수 있다.Referring to FIG. 4 , in the case of the electrolyte of Comparative Example 1, it can be seen that both the polyolefin-based porous separator of Comparative Example 2 and the ceramic-based separator of Example 2 have excellent moisture content. On the other hand, in the case of the electrolyte of Example 1, it can be seen that the moisture content of the polyolefin-based porous separator of Comparative Example 2 is not good, but the moisture content of the ceramic separator of Example 4 is excellent.

실험예 6. 함침 후 세퍼레이터의 두께 변화율 평가 실험Experimental Example 6. Evaluation of thickness change rate of separator after impregnation

25℃ 온도 조건하에서 실시예 2의 세라믹계 세퍼레이터를 비교예 1의 전해질 및 실시예 1의 전해질에 각각 1 시간 동안 함침한 다음, 세퍼레이터의 치수 변화율을 측정하였다. 그 결과를 도 5에 나타내었다.The ceramic separator of Example 2 was immersed in the electrolyte of Comparative Example 1 and the electrolyte of Example 1 for 1 hour under a temperature condition of 25° C., and then the dimensional change rate of the separator was measured. The results are shown in FIG. 5 .

도 5를 참고하면, 실시예 1의 전해질에 함침시킨 세퍼레이터의 두께 변화율은 1.0%인 반면에, 비교예 1의 전해질에 함침시킨 세퍼레이터의 두께 변화율은 1.9%로 높은 것을 알 수 있다. 이러한 결과를 참고할 때, 비교예 1의 전해질을 사용하는 경우, 전지의 스웰링 현상이 증가할 것으로 보인다.Referring to FIG. 5 , it can be seen that the thickness change rate of the separator impregnated in the electrolyte of Example 1 is 1.0%, while the thickness change rate of the separator impregnated in the electrolyte of Comparative Example 1 is as high as 1.9%. Referring to these results, when the electrolyte of Comparative Example 1 is used, the swelling of the battery is expected to increase.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 음극활물질, 그 제조방법 및 음극 활물질을 포함하는 이차전지를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상에 포함된다.What has been described above is only one embodiment for implementing a secondary battery including a negative active material, a method for manufacturing the same, and a negative active material according to the present invention, and the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the following claims are made. As claimed in the scope, it is included in the technical spirit of the present invention to the extent that various modifications can be made by anyone skilled in the art without departing from the gist of the present invention.

Claims (15)

양극, 음극, 세퍼레이터 및 전해질을 포함하고,
상기 세퍼레이터는 무기물 입자 및 바인더로 이루어져 있으며,
상기 전해질은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물, 니트릴 화합물 및 이온화 가능한 리튬염을 포함하는 리튬 이차전지.
[화학식 1]
R1-O-CH2-R2
상기 화학식 1에서,
R1 및 R2는 하나 이상의 불소로 치환된 탄소수 1 내지 8의 알킬기이다.
a positive electrode, a negative electrode, a separator and an electrolyte;
The separator consists of inorganic particles and a binder,
The electrolyte is a lithium secondary battery comprising a compound represented by the following Chemical Formula 1, a nitrile compound, and an ionizable lithium salt.
[Formula 1]
R1-O-CH 2 -R2
In Formula 1,
R1 and R2 are an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms substituted with at least one fluorine.
청구항 1에 있어서,
상기 무기물 입자는 보헤마이트 (boehmite, AlOOH)인 것인 리튬 이차전지.
The method according to claim 1,
The inorganic particle is a lithium secondary battery of boehmite (boehmite, AlOOH).
청구항 1에 있어서,
상기 바인더는 불소 수지계 바인더를 포함하는 것인 리튬 이차전지.
The method according to claim 1,
The binder is a lithium secondary battery comprising a fluororesin binder.
청구항 3에 있어서,
상기 불소 수지계 바인더는 폴리비닐리덴 플루오라이드-co-헥사플루오로프로필렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드 또는 폴리테트라플루오로에틸렌인 것인 리튬 이차전지.
4. The method according to claim 3,
The fluororesin binder is polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene, polyvinylidene fluoride, or polytetrafluoroethylene lithium secondary battery.
청구항 1에 있어서,
상기 무기물 입자 : 바인더는 1:0.1 내지 1:0.35 중량비로 혼합되는 것인 리튬 이차전지.
The method according to claim 1,
The inorganic particles: the binder is a lithium secondary battery that is mixed in a weight ratio of 1:0.1 to 1:0.35.
청구항 1에 있어서,
상기 화학식 1에서, R1은 하나 이상의 불소로 치환된 탄소수 2 내지 4의 알킬기이고, 상기 R2는 하나 이상의 불소로 치환된 탄소수 2 내지 6의 알킬기인 리튬 이차 전지용 비수 전해질.
The method according to claim 1,
In Formula 1, R1 is an alkyl group having 2 to 4 carbon atoms substituted with at least one fluorine, and R2 is an alkyl group having 2 to 6 carbon atoms substituted with at least one fluorine.
청구항 1에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 1,1,2,2-테트라플루오로에틸 2,2,3,3-테트라플루오로프로필 에터 또는 1H, 1H, 5H-옥타플루오로펜틸 1,1,2,2-테트라플루오로에틸 에터인 것인 리튬 이차전지.
The method according to claim 1,
The compound represented by Formula 1 is 1,1,2,2-tetrafluoroethyl 2,2,3,3-tetrafluoropropyl ether or 1H, 1H, 5H-octafluoropentyl 1,1,2, A lithium secondary battery that is 2-tetrafluoroethyl ether.
청구항 1에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 1H, 1H, 5H-옥타플루오로펜틸 1,1,2,2-테트라플루오로에틸 에터인 것인 리튬 이차전지.
The method according to claim 1,
The compound represented by Chemical Formula 1 is 1H, 1H, 5H-octafluoropentyl 1,1,2,2-tetrafluoroethyl ether.
청구항 1에 있어서,
상기 니트릴 화합물은 숙시노니트릴, 아디포니트릴, 아세토니트릴, 프로피오니트릴, 부티로니트릴, 발레로니트릴, 카프릴로니트릴, 헵탄니트릴, 사이클로펜탄 카보니트릴, 사이클로헥산 카보니트릴, 2-플루오로벤조니트릴, 4-플루오로벤조니트릴, 다이플루오로벤조니트릴, 트리플루오로벤조니트릴, 페닐아세토니트릴, 2-플루오로페닐아세토니트릴, 및 4-플루오로페닐아세토니트릴로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상인 것인 리튬 이차전지.
The method according to claim 1,
The nitrile compound is succinonitrile, adiponitrile, acetonitrile, propionitrile, butyronitrile, valeronitrile, caprylonitrile, heptannitrile, cyclopentane carbonitrile, cyclohexane carbonitrile, 2-fluorobenzonitrile , at least one selected from the group consisting of 4-fluorobenzonitrile, difluorobenzonitrile, trifluorobenzonitrile, phenylacetonitrile, 2-fluorophenylacetonitrile, and 4-fluorophenylacetonitrile lithium secondary battery.
청구항 1에 있어서,
상기 니트릴 화합물은 숙시노니트릴인 것인 리튬 이차전지.
The method according to claim 1,
The nitrile compound is a lithium secondary battery of succinonitrile.
청구항 1에 있어서,
상기 이온화 가능한 리튬염은 LiPF6, LiBF4, LiN(SO2CF2CF3)2, LiN(SO2F)2, 및 LiN(SO2CF3)2로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상인 것인 리튬 이차전지.
The method according to claim 1,
The ionizable lithium salt is LiPF 6 , LiBF 4 , LiN(SO 2 CF 2 CF 3 ) 2 , LiN(SO 2 F) 2 , and LiN(SO 2 CF 3 ) 2 At least one selected from the group consisting of lithium secondary battery.
청구항 1에 있어서,
상기 이온화 가능한 리튬염은 LiFSI인 것인 리튬 이차전지.
The method according to claim 1,
The ionizable lithium salt is a lithium secondary battery of LiFSI.
청구항 1에 있어서,
상기 이온화 가능한 리튬염과 니트릴 화합물은 1:2 내지 1:8 중량비로 포함되는 것인 리튬 이차전지.
The method according to claim 1,
The ionizable lithium salt and the nitrile compound is a lithium secondary battery that is included in a weight ratio of 1:2 to 1:8.
청구항 1에 있어서,
상기 전해질은 비닐렌 카보네이트, 비닐에틸렌 카보네이트, 에틸렌 설페이트, 리튬 디플루오로(비스옥살라토)포스페이트, 리튬 디플루오로포스페이트, 리튬 옥살릴디플루오로보레이트, 리튬 비스옥살레이토보레이트, 1,3-프로판 설톤, 1,4-부탄 설톤, 에텐설톤, 1,3-프로펜 설톤, 1,4-부텐 설톤, 및 1-메틸-1,3-프로펜 설톤, LiPO2F2, LiBF4, 및 불화 알루미늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 부가적 첨가제를 더 포함하는 것인 리튬 이차전지.
The method according to claim 1,
The electrolyte includes vinylene carbonate, vinylethylene carbonate, ethylene sulfate, lithium difluoro(bisoxalato)phosphate, lithium difluorophosphate, lithium oxalyldifluoroborate, lithium bisoxalatoborate, 1,3- propane sultone, 1,4-butane sultone, ethensultone, 1,3-propene sultone, 1,4-butene sultone, and 1-methyl-1,3-propene sultone, LiPO 2 F 2 , LiBF 4 , and at least one additional additive selected from the group consisting of aluminum fluoride.
청구항 14에 있어서,
상기 부가적 첨가제는 비닐렌 카보네이트인 리튬 이차전지.
15. The method of claim 14,
The additional additive is a lithium secondary battery of vinylene carbonate.
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