KR20220138764A - Non-aqueous electrolyte and lithium secondary battery comprising the same - Google Patents

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KR20220138764A
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lithium
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이길선
윤정애
오미연
이정민
강에스더
장덕훈
노찬우
염철은
김경훈
이철행
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주식회사 엘지화학
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    • HELECTRICITY
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    • H01M10/052Li-accumulators

Abstract

The present invention relates to a non-aqueous electrolyte and a lithium secondary battery including the same, wherein the non-aqueous electrolyte has metal ion adsorption performance, forms a stable solid electrolyte interphase (SEI) film on a positive electrode or a negative electrode at high temperature, and suppresses the elution of transition metal ions, thereby improving high-temperature storage characteristics and lifespan characteristics.

Description

비수 전해질 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지{NON-AQUEOUS ELECTROLYTE AND LITHIUM SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}Non-aqueous electrolyte and lithium secondary battery comprising same

본 발명은 비수 전해질 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속 이온 흡착 성능을 가지며, 고온에서 양극 또는 음극에 안정적인 SEI(solid Electrolyte Interphase) 막을 형성하고 전이금속 이온의 용출을 억제하여, 고온 저장 특성 및 수명 특성이 향상될 수 있는 전해질 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것이다. The present invention relates to a non-aqueous electrolyte and a lithium secondary battery comprising the same, and more particularly, has a metal ion adsorption performance, forms a stable SEI (solid electrolyte interphase) film on a positive electrode or a negative electrode at a high temperature, and inhibits the elution of transition metal ions Accordingly, it relates to an electrolyte in which high-temperature storage characteristics and lifespan characteristics can be improved, and a lithium secondary battery including the same.

최근 에너지 저장 기술에 대한 관심이 갈수록 높아지고 있으며, 휴대폰, 캠코더 및 노트북 PC, 나아가서는 전기자동차의 에너지까지 적용분야가 확대되면서 전기화학소자의 연구와 개발에 대한 노력이 점점 구체화되고 있다.Recently, interest in energy storage technology is increasing, and as the field of application is expanded to energy of mobile phones, camcorders, notebook PCs, and even electric vehicles, efforts for research and development of electrochemical devices are becoming more concrete.

전기화학소자 중에서도 충방전이 가능한 이차 전지의 개발에 대한 관심이 대두되고 있으며, 특히 1990년대 초에 개발된 리튬 이차전지는 작동 전압이 높고 에너지 밀도가 월등히 크다는 장점에서 각광 받고 있다.Among electrochemical devices, interest in the development of rechargeable batteries capable of charging and discharging is on the rise. In particular, lithium secondary batteries developed in the early 1990s are in the spotlight because of their high operating voltage and extremely high energy density.

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 전해질을 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 serving as a medium for transferring lithium ions, and then sealing the assembly.

한편, 리튬 이차 전지는 충방전이 진행됨에 따라 양극 활물질이 구조적으로 붕괴되면서 양극의 성능이 열화되는 문제점이 있다. 또한, 양극에서 용출된 전이금속 이온이 음극에 전착되어 음극의 성능이 열화되며, 이러한 리튬 이차 전지의 성능의 열화는 전압이 높아지거나 고온에 노출될 경우 더욱 가속화되는 경향을 보인다.On the other hand, the lithium secondary battery has a problem in that the performance of the positive electrode is deteriorated as the positive electrode active material structurally collapses as charging and discharging proceed. In addition, transition metal ions eluted from the positive electrode are electrodeposited on the negative electrode to deteriorate the performance of the negative electrode, and the deterioration of the performance of the lithium secondary battery tends to be accelerated when the voltage is increased or exposed to high temperature.

이에, 음극의 성능이 열화되는 것을 방지하기 위해 화합물들을 첨가하는 방법이 제안되었으나, 이러한 화합물 첨가제에 의해 전지의 제반 성능이 저하되는 문제점이 있다.Accordingly, a method of adding compounds to prevent deterioration of the performance of the negative electrode has been proposed, but there is a problem in that the overall performance of the battery is deteriorated by the compound additive.

따라서, 전지의 제반 성능이 저하되지 않으면서, 고온 조건에서 양극 또는 음극에 안정적인 SEI 막을 형성하여 전이금속 이온의 용출을 억제하고, 전지의 안정성이 향상될 수 있는 리튬 이차 전지에 대한 개발이 요구되고 있다. Therefore, it is required to develop a lithium secondary battery capable of suppressing the elution of transition metal ions by forming a stable SEI film on the positive electrode or negative electrode under high temperature conditions without deteriorating the overall performance of the battery, and improving the stability of the battery. have.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 양극으로부터 용출되는 금속 이온 흡착 성능을 가지며, 양극 또는 음극에서 안정적인 SEI 막을 형성할 수 있는 관능기를 갖는 화합물을 포함하는 비수 전해질 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지를 제공하고자 한다. The present invention is to solve the above problems, a non-aqueous electrolyte containing a compound having a functional group capable of adsorbing metal ions eluted from a positive electrode and forming a stable SEI film at the positive electrode or the negative electrode, and a lithium secondary containing the same We would like to provide a battery.

본 발명은 유기 용매; 리튬염; 및 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 비수 전해질을 제공한다. The present invention relates to an organic solvent; lithium salt; And it provides a non-aqueous electrolyte comprising a compound represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

상기 화학식 1에서, R1 내지 R3는 각각 독립적으로 수소; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기이며, A는 S 또는 P이고, A가 S일 때, m은 1의 정수이고, R4는 수소; 적어도 하나의 할로겐 원자로 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 6의 알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 헤테로 아릴기; 적어도 하나의 할로겐 원자로 치환된 탄소수 3 내지 7의 헤테로 아릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 8의 아릴기; 적어도 하나의 할로겐 원자로 치환된 탄소수 6 내지 8의 아릴기; 또는 적어도 하나의 할로겐 원자로 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 환형 카보네이트기이며, A가 P일 때, m은 1 또는 2의 정수이고, R4는 수소; 적어도 하나의 할로겐 원자로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 헤테로 아릴기; 적어도 하나의 할로겐 원자로 치환된 탄소수 3 내지 7의 헤테로 아릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 8의 아릴기; 적어도 하나의 할로겐 원자로 치환된 탄소수 6 내지 8의 아릴기; 적어도 하나의 할로겐 원자로 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 환형 카보네이트기; 또는 탄소수 2 내지 6의 알키닐기이다.In Formula 1, R 1 to R 3 are each independently hydrogen; or a substituted or unsubstituted C 1 to C 6 alkyl group, A is S or P, when A is S, m is an integer of 1, R 4 is hydrogen; an alkyl group having 3 to 6 carbon atoms unsubstituted or substituted with at least one halogen atom; a substituted or unsubstituted heteroaryl group having 3 to 7 carbon atoms; a heteroaryl group having 3 to 7 carbon atoms substituted with at least one halogen atom; a substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 8 carbon atoms; an aryl group having 6 to 8 carbon atoms substituted with at least one halogen atom; or a cyclic carbonate group having 3 to 7 carbon atoms unsubstituted or substituted with at least one halogen atom, when A is P, m is an integer of 1 or 2, R 4 is hydrogen; an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms unsubstituted or substituted with at least one halogen atom; a substituted or unsubstituted heteroaryl group having 3 to 7 carbon atoms; a heteroaryl group having 3 to 7 carbon atoms substituted with at least one halogen atom; a substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 8 carbon atoms; an aryl group having 6 to 8 carbon atoms substituted with at least one halogen atom; a cyclic carbonate group having 3 to 7 carbon atoms which is unsubstituted or substituted with at least one halogen atom; or an alkynyl group having 2 to 6 carbon atoms.

또한, 본 발명은 상기 본 발명에 따른 비수 전해질을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다.In addition, the present invention provides a lithium secondary battery comprising the non-aqueous electrolyte according to the present invention.

본 발명의 비수 전해질에 포함되는 화학식 1로 표시되는 화합물은 프로파질기(propargyl group)를 포함하는 화합물로, 양극으로부터 용출된 금속 이온 물질을 흡착하여, 금속 이온 물질에 의한 전지 내부의 부작용을 억제할 수 있고, 고온에서 양극 또는 음극에 안정적인 SEI 막을 형성하여 양극 및 음극 표면의 부식을 억제함으로써, 전지의 고온 저장 특성 및 수명 특성이 우수한 리튬 이차 전지를 구현할 수 있다. The compound represented by Formula 1 included in the non-aqueous electrolyte of the present invention is a compound containing a propargyl group, and adsorbs metal ion materials eluted from the positive electrode to suppress side effects inside the battery caused by the metal ion materials By forming a stable SEI film on the positive electrode or negative electrode at high temperature to suppress corrosion of the surface of the positive electrode and the negative electrode, a lithium secondary battery having excellent high temperature storage characteristics and lifespan characteristics of the battery can be realized.

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.

본 명세서에서 "치환 또는 비치환된"이라는 용어는 중수소, 할로겐기, 히드록시기, 아미노기, 싸이올기, 니트로기, 니트릴기, 실릴기 및 직쇄 또는 분지쇄 C1-C6의 알콕시기 중 선택된 1개 이상의 치환기로 치환되었거나, 또는 어떠한 치환기도 갖지 않는 것을 의미한다.As used herein, the term "substituted or unsubstituted" refers to one selected from deuterium, a halogen group, a hydroxyl group, an amino group, a thiol group, a nitro group, a nitrile group, a silyl group, and a linear or branched C 1 -C 6 alkoxy group. It means that it is substituted with the above substituents, or does not have any substituents.

본 발명자들은 고온에서도 우수한 성능을 갖는 리튬 이차 전지를 개발하기 위해 연구를 거듭한 결과, 비수 전해질 첨가제로 프로파질기(propargyl group)를 포함하는 화합물을 사용함으로써, 금속 이온 물질에 의한 전지 내부의 부작용을 억제할 수 있고, 전지의 고온 저장 특성 및 수명 특성이 향상될 수 있음을 알아내고 본 발명을 완성하였다. As a result of repeated research to develop a lithium secondary battery having excellent performance even at high temperatures, the present inventors used a compound containing a propargyl group as a non-aqueous electrolyte additive, thereby causing side effects inside the battery due to metal ion materials. The present invention was completed by finding out that it is possible to suppress and improve the high-temperature storage characteristics and lifespan characteristics of the battery.

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

비수 전해질non-aqueous electrolyte

본 발명에 따른 비수 전해질은 유기 용매, 리튬염 및 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함한다.The non-aqueous electrolyte according to the present invention includes an organic solvent, a lithium salt, and a compound represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00002
Figure pat00002

상기 화학식 1에서, R1 내지 R3는 각각 독립적으로 수소; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기이며, A는 S 또는 P이고, A가 S일 때, m은 1의 정수이고, R4는 수소; 적어도 하나의 할로겐 원자로 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 6의 알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 헤테로 아릴기; 적어도 하나의 할로겐 원자로 치환된 탄소수 3 내지 7의 헤테로 아릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 8의 아릴기; 적어도 하나의 할로겐 원자로 치환된 탄소수 6 내지 8의 아릴기; 또는 적어도 하나의 할로겐 원자로 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 환형 카보네이트기이며, A가 P일 때, m은 1 또는 2의 정수이고, R4는 수소; 적어도 하나의 할로겐 원자로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 헤테로 아릴기; 적어도 하나의 할로겐 원자로 치환된 탄소수 3 내지 7의 헤테로 아릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 8의 아릴기; 적어도 하나의 할로겐 원자로 치환된 탄소수 6 내지 8의 아릴기; 적어도 하나의 할로겐 원자로 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 환형 카보네이트기; 또는 탄소수 2 내지 6의 알키닐기이다.In Formula 1, R 1 to R 3 are each independently hydrogen; or a substituted or unsubstituted C 1 to C 6 alkyl group, A is S or P, when A is S, m is an integer of 1, R 4 is hydrogen; an alkyl group having 3 to 6 carbon atoms unsubstituted or substituted with at least one halogen atom; a substituted or unsubstituted heteroaryl group having 3 to 7 carbon atoms; a heteroaryl group having 3 to 7 carbon atoms substituted with at least one halogen atom; a substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 8 carbon atoms; an aryl group having 6 to 8 carbon atoms substituted with at least one halogen atom; or a cyclic carbonate group having 3 to 7 carbon atoms unsubstituted or substituted with at least one halogen atom, when A is P, m is an integer of 1 or 2, R 4 is hydrogen; an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms unsubstituted or substituted with at least one halogen atom; a substituted or unsubstituted heteroaryl group having 3 to 7 carbon atoms; a heteroaryl group having 3 to 7 carbon atoms substituted with at least one halogen atom; a substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 8 carbon atoms; an aryl group having 6 to 8 carbon atoms substituted with at least one halogen atom; a cyclic carbonate group having 3 to 7 carbon atoms which is unsubstituted or substituted with at least one halogen atom; or an alkynyl group having 2 to 6 carbon atoms.

또한, 상기 R1은 수소일 수 있다.In addition, R 1 may be hydrogen.

또한, 상기 R2 및 R3는 수소일 수 있다.In addition, R 2 and R 3 may be hydrogen.

또한, 상기 할로겐 원자는 불소 원자일 수 있다.In addition, the halogen atom may be a fluorine atom.

또한, 상기 탄소수 3 내지 7의 환형 카보네이트기는 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 1,2-부틸렌 카보네이트, 2,3-부틸렌 카보네이트, 1,2-펜틸렌 카보네이트, 2,3-펜틸렌 카보네이트 또는 비닐렌 카보네이트일 수 있다.In addition, the cyclic carbonate group having 3 to 7 carbon atoms is ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), 1,2-butylene carbonate, 2,3-butylene carbonate, 1,2-pentylene carbonate, 2,3 - may be pentylene carbonate or vinylene carbonate.

구체적인 예로, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 2-1 내지 화학식 2-5로 표시되는 화합물 중 어느 하나일 수 있다. As a specific example, the compound represented by Formula 1 may be any one of compounds represented by Formulas 2-1 to 2-5 below.

[화학식 2-1][Formula 2-1]

Figure pat00003
Figure pat00003

[화학식 2-2][Formula 2-2]

Figure pat00004
Figure pat00004

[화학식 2-3][Formula 2-3]

Figure pat00005
Figure pat00005

[화학식 2-4][Formula 2-4]

Figure pat00006
Figure pat00006

[화학식 2-5][Formula 2-5]

Figure pat00007
Figure pat00007

또한, 구체적인 예로, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 3-1 내지 화학식 3-9로 표시되는 화합물 중 어느 하나일 수 있다. In addition, as a specific example, the compound represented by Formula 1 may be any one of compounds represented by Formulas 3-1 to 3-9 below.

[화학식 3-1][Formula 3-1]

Figure pat00008
Figure pat00008

[화학식 3-2][Formula 3-2]

Figure pat00009
Figure pat00009

[화학식 3-3][Formula 3-3]

Figure pat00010
Figure pat00010

[화학식 3-4][Formula 3-4]

Figure pat00011
Figure pat00011

[화학식 3-5][Formula 3-5]

Figure pat00012
Figure pat00012

[화학식 3-6][Formula 3-6]

Figure pat00013
Figure pat00013

[화학식 3-7][Formula 3-7]

Figure pat00014
Figure pat00014

[화학식 3-8][Formula 3-8]

Figure pat00015
Figure pat00015

[화학식 3-9][Formula 3-9]

Figure pat00016
Figure pat00016

또한, 구체적인 예로, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 4-1 내지 화학식 4-9로 표시되는 화합물 중 어느 하나일 수 있다. In addition, as a specific example, the compound represented by Formula 1 may be any one of compounds represented by Formulas 4-1 to 4-9 below.

[화학식 4-1] [Formula 4-1]

Figure pat00017
Figure pat00017

[화학식 4-2][Formula 4-2]

Figure pat00018
Figure pat00018

[화학식 4-3][Formula 4-3]

Figure pat00019
Figure pat00019

[화학식 4-4][Formula 4-4]

Figure pat00020
Figure pat00020

[화학식 4-5][Formula 4-5]

Figure pat00021
Figure pat00021

[화학식 4-6][Formula 4-6]

Figure pat00022
Figure pat00022

[화학식 4-7][Formula 4-7]

Figure pat00023
Figure pat00023

[화학식 4-8][Formula 4-8]

Figure pat00024
Figure pat00024

[화학식 4-9][Formula 4-9]

Figure pat00025
Figure pat00025

(1) 유기 용매(1) organic solvents

상기 유기 용매로는, 리튬 전해질에 통상적으로 사용되는 다양한 유기 용매들이 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 유기 용매는 환형 카보네이트계 유기용매, 선형 카보네이트계 유기용매, 선형 에스테르계 유기 용매, 환형 에스테르계 유기 용매 또는 이들의 혼합 유기용매를 포함할 수 있다. As the organic solvent, various organic solvents commonly used in lithium electrolytes may be used without limitation. For example, the organic solvent may include a cyclic carbonate-based organic solvent, a linear carbonate-based organic solvent, a linear ester-based organic solvent, a cyclic ester-based organic solvent, or a mixed organic solvent thereof.

상기 환형 카보네이트계 유기 용매는 고점도의 유기 용매로서 유전율이 높아 전해질 내의 리튬염을 잘 해리시킬 수 있는 유기 용매로서, 그 구체적인 예로 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 적어도 하나 이상의 유기 용매를 포함할 수 있으며, 이 중에서도 에틸렌 카보네이트를 포함할 수 있다. 또한, 상기 선형 카보네이트계 유기 용매는 저점도 및 저유전율을 가지는 유기 용매로서, 그 대표적인 예로 디메틸 카보네이트(dimethyl carbonate, DMC), 디에틸 카보네이트(diethyl carbonate, DEC), 디프로필 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트(EMC), 메틸프로필 카보네이트 및 에틸프로필 카보네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나 이상의 유기 용매를 사용할 수 있으며, 구체적으로 에틸메틸 카보네이트(EMC)를 포함할 수 있다.The cyclic carbonate-based organic solvent is a high-viscosity organic solvent that has a high dielectric constant and can well dissociate lithium salts in the electrolyte, and specific examples thereof include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), 1,2-butylene. At least one organic solvent selected from the group consisting of carbonate, 2,3-butylene carbonate, 1,2-pentylene carbonate, 2,3-pentylene carbonate, and vinylene carbonate, among them, ethylene carbonate may include. In addition, the linear carbonate-based organic solvent is an organic solvent having a low viscosity and a low dielectric constant, and representative examples thereof include dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate, ethylmethyl carbonate ( EMC), at least one organic solvent selected from the group consisting of methylpropyl carbonate and ethylpropyl carbonate may be used, and specifically, ethylmethyl carbonate (EMC) may be included.

상기 선형 에스테르계 유기 용매는 구체적인 예로 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 프로필 아세테이트, 메틸 프로피오네이트, 에틸 프로피오네이트, 프로필 프로피오네이트 및 부틸 프로피오네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나 이상의 유기 용매를 들 수 있다. Specific examples of the linear ester-based organic solvent include at least one organic solvent selected from the group consisting of methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, propyl propionate and butyl propionate. can

또한, 상기 환형 에스테르계 유기 용매로는 γ-부티로락톤, γ-발레로락톤, γ-카프로락톤, σ-발레로락톤, ε-카프로락톤과 같은 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나 이상의 유기 용매를 들 수 있다.In addition, as the cyclic ester-based organic solvent, at least one organic solvent selected from the group consisting of γ-butyrolactone, γ-valerolactone, γ-caprolactone, σ-valerolactone, ε-caprolactone, can be heard

한편, 상기 유기 용매는 필요에 따라 리튬 이차전지용 전해액에 통상적으로 사용되는 유기 용매를 제한 없이 추가하여 사용할 수 있다. 예를 들면, 에테르계 유기 용매, 아미드계 유기 용매 및 니트릴계 유기용매 중 적어도 하나 이상의 유기 용매를 추가로 포함할 수도 있다.Meanwhile, as the organic solvent, an organic solvent commonly used in an electrolyte for a lithium secondary battery may be added without limitation, if necessary. For example, at least one organic solvent of an ether-based organic solvent, an amide-based organic solvent, and a nitrile-based organic solvent may be further included.

(2) 리튬염(2) lithium salt

상기 리튬염으로는, 리튬 이차전지용 전해질이 통상적으로 사용되는 다양한 리튬염들이 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 리튬염은, 양이온으로 Li+를 포함하고, 음이온으로는 F-, Cl-, Br-, I-, NO3 -, N(CN)2 -, BF4 -, ClO4 -, AlO4 -, AlCl4 -, PF6 -, SbF6 -, AsF6 -, B10Cl10 -, BF2C2O4 -, BC4O8 -, PF4C2O4 -, PF2C4O8 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 -, C4F9SO3 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N-, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, CH3SO3 -, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -, SCN- 및 (CF3CF2SO2)2N-로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.As the lithium salt, various lithium salts commonly used in electrolytes for lithium secondary batteries may be used without limitation. For example, the lithium salt includes Li + as a cation and F - , Cl - , Br - , I - , NO 3 - , N(CN) 2 - , BF 4 - , ClO 4 - as an anion. , AlO 4 - , AlCl 4 - , PF 6 - , SbF 6 - , AsF 6 - , B 10 Cl 10 - , BF 2 C 2 O 4 - , BC 4 O 8 - , PF 4 C 2 O 4 - , PF 2 C 4 O 8 - , (CF 3 ) 2 PF 4 - , (CF 3 ) 3 PF 3 - , (CF 3 ) 4 PF 2 - , (CF 3 ) 5 PF - , (CF 3 ) 6 P - , CF 3 SO 3 - , C 4 F 9 SO 3 - , CF 3 CF 2 SO 3 - , (CF 3 SO 2 ) 2 N - , (FSO 2 ) 2 N - , CF 3 CF 2 (CF 3 ) 2 CO - , (CF 3 SO 2 ) 2 CH - , CH 3 SO 3 - , CF 3 (CF 2 ) 7 SO 3 - , CF 3 CO 2 - , CH 3 CO 2 - , SCN - and (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 N may include at least one selected from the group consisting of.

구체적으로, 상기 리튬염은 LiCl, LiBr, LiI, LiBF4, LiClO4, LiAlO4, LiAlCl4, LiPF6, LiSbF6, LiAsF6, LiB10Cl10, LiBOB (LiB(C2O4)2), LiCF3SO3, LiTFSI (LiN(SO2CF3)2), LiFSI (LiN(SO2F)2), LiCH3SO3, LiCF3CO2, LiCH3CO2 및 LiBETI (LiN(SO2CF2CF3)2)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나 이상을 들 수 있다. 구체적으로 리튬염은 LiBF4, LiClO4, LiPF6, LiBOB (LiB(C2O4)2), LiCF3SO3, LiTFSI (LiN(SO2CF3)2), LiFSI (LiN(SO2F)2) 및 LiBETI (LiN(SO2CF2CF3)2)로 이루어진 군으로부터 선택된 단일물 또는 2종 이상의 혼합물을 포함할 수 있다. Specifically, the lithium salt is LiCl, LiBr, LiI, LiBF 4 , LiClO 4 , LiAlO 4 , LiAlCl 4 , LiPF 6 , LiSbF 6 , LiAsF 6 , LiB 10 Cl 10 , LiBOB (LiB(C 2 O 4 ) 2 ) , LiCF 3 SO 3 , LiTFSI (LiN(SO 2 CF 3 ) 2 ), LiFSI (LiN(SO 2 F) 2 ), LiCH 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiCH 3 CO 2 , and LiBETI (LiN(SO 2 ) At least one selected from the group consisting of CF 2 CF 3 ) 2 ) may be mentioned. Specifically, lithium salts are LiBF 4 , LiClO 4 , LiPF 6 , LiBOB (LiB(C 2 O 4 ) 2 ), LiCF 3 SO 3 , LiTFSI (LiN(SO 2 CF 3 ) 2 ), LiFSI (LiN(SO 2 F) ) 2 ) and LiBETI (LiN(SO 2 CF 2 CF 3 ) 2 ) may include a single substance or a mixture of two or more.

상기 리튬염은 통상적으로 사용 가능한 범위 내에서 적절히 변경할 수 있으나, 최적의 전극 표면의 부식 방지용 피막 형성 효과를 얻기 위하여, 전해액 내에 0.8M 내지 4.0M의 농도, 구체적으로 1.0M 내지 3.0M 농도로 포함될 수 있다. 상기 리튬염을 상기 범위 내로 사용하는 경우, 전해액 내에 리튬 이온의 이동성이 향상되어 리튬 이차 전지의 출력 및 사이클 특성이 개선될 수 있고, 전해액의 점도가 증가되는 것을 방지하여, 전해액의 함침성이 개선되는 효과가 있다. The lithium salt may be appropriately changed within the range that can be used in general, but to be included in the electrolyte at a concentration of 0.8M to 4.0M, specifically, at a concentration of 1.0M to 3.0M, in order to obtain an optimal effect of forming a film for preventing corrosion of the electrode surface. can When the lithium salt is used within the above range, the mobility of lithium ions in the electrolyte is improved, so that the output and cycle characteristics of the lithium secondary battery can be improved, and the viscosity of the electrolyte is prevented from increasing, so that the impregnation of the electrolyte is improved has the effect of being

(3) 첨가제(3) additives

본 발명의 비수 전해질은 첨가제로 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.The non-aqueous electrolyte of the present invention may include the compound represented by Formula 1 as an additive.

일반적으로, 리튬 이차 전지의 초기 충전 과정에서 양극으로부터 배출된 리튬 이온이 음극에 삽입되기 전에 전해액에 의해 분해되어, 음극 표면에 SEI(solid Electrolyte Interphase) 막을 형성한다. SEI 막은 리튬 이온은 통과시키고, 전자의 이동은 차단시키는 성질을 가지며, 전해액이 계속 분해되지 않도록 하는 보호막으로서 역할을 수행한다. 즉, 음극 표면에 SEI 막이 형성되면 전극과 전해액 사이에서 전자 이동에 의한 전해액 분해가 억제되고, 선택적으로 리튬 이온의 삽입, 탈리가 가능하게 된다.In general, lithium ions discharged from a positive electrode during an initial charging process of a lithium secondary battery are decomposed by an electrolyte before being inserted into the negative electrode, thereby forming a solid electrolyte interphase (SEI) film on the surface of the negative electrode. The SEI film has a property of allowing lithium ions to pass through and blocking the movement of electrons, and serves as a protective film that prevents the electrolyte from continuing to decompose. That is, when the SEI film is formed on the surface of the anode, the decomposition of the electrolyte by electron transfer between the electrode and the electrolyte is suppressed, and the insertion and desorption of lithium ions are selectively possible.

다만, 리튬 이차 전지는 반복적인 충방전 과정에 의해 양극 활물질의 구조적 붕괴 내지는 전해액에 포함된 리튬염이 분해되어 PF-5 또는 HF등과 같은 루이스 산(Lewis acid) 부산물이 발생되어 양극 활물질로부터 전이 금속 이온이 용출된다. 용출된 전이 금속 이온은 양극 표면 상에 재전착(redeposition)되어 양극의 저항을 증가시키게 되고, 용출된 전이 금속 이온은 전해액을 통하여 음극 표면 상에 전착되어, SEI 막을 구성하는 성분들과 분해 반응을 일으켜, SEI 막의 부동태(passivation) 능력을 저하시키게 된다. 이렇게 파괴된 SEI 막은 충방전을 반복하는 도중 전해질의 추가적인 분해 반응을 억제하지 못하여, 리튬 이온의 이동성을 저하시키며, 비가역 반응이 증가되고, 결과적으로 전지의 용량 및 충방전 효율의 감소를 가져오게 된다. However, in lithium secondary batteries, structural decay of the positive electrode active material or the decomposition of lithium salts in the electrolyte by repeated charging and discharging processes generate Lewis acid by-products such as PF -5 or HF, so that transition metals from the positive electrode active material are generated. ions are eluted. The eluted transition metal ions are redeposited on the surface of the anode to increase the resistance of the anode, and the eluted transition metal ions are electrodeposited on the surface of the cathode through the electrolyte to undergo a decomposition reaction with the components constituting the SEI film. This leads to a decrease in the passivation ability of the SEI film. In this way, the destroyed SEI film does not suppress the further decomposition reaction of the electrolyte during repeated charge and discharge, thereby lowering the mobility of lithium ions, increasing the irreversible reaction, and consequently reducing the capacity and charge and discharge efficiency of the battery. .

본 발명의 경우, 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 전해질용 첨가제로 사용한다. 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 구조 내에서 삼중 결합의 프로파질기와 산소 원자는 금속 이온 흡착 성능을 가지고 있어, 전지의 충방전 시 양극으로부터 용출된 Fe, Co, Mn, Ni 등의 금속 이물, 음극으로부터 용출된 Cu 등의 금속 이물, 또는 원재료나 제조 공정 시 혼입된 금속 이물과 용이하게 흡착할 수 있다. 그 결과, 용출된 금속 이물이 음극에 전착되어 덴드라이트(Dendrite)로 성장하는 것을 억제하여 용출된 금속 이물에 의한 전지의 저전압 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 구조 내 프로파질기는 SEI 막을 형성하는 과정에서 삼중결합이 깨지면서 중합 반응(polymerization)이 진행될 수 있으며, 이는 저항이 낮고 보다 견고한 SEI 막을 형성할 수 있다. 그 결과, 음극 표면에 안정한 이온전도성 피막을 형성하여 추가적인 전해액 분해 반응을 억제할 수 있다. 따라서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 전해질용 첨가제로 사용할 경우, 전지의 과충전 시 또는 고온 저장 시에도 음극으로부터 리튬 이온의 흡장 및 방출을 원활하게 하여 전지의 저전압 현상이 발생하는 것을 개선할 수 있고, 전지의 고온 저장 특성 및 장기 수명 특성이 향상되는 효과가 있다.In the present invention, in order to solve the above problems, the compound represented by Formula 1 is used as an electrolyte additive. In the compound structure represented by Formula 1, the triple bond propargyl group and oxygen atom have metal ion adsorption performance, so metal foreign substances such as Fe, Co, Mn, Ni, etc. eluted from the positive electrode during charging and discharging of the battery, the negative electrode It can be easily adsorbed with a metal foreign material such as Cu eluted from the metal, or a metal foreign material mixed with raw materials or a manufacturing process. As a result, it is possible to prevent the eluted metal foreign material from being electrodeposited on the negative electrode and growing into a dendrite, thereby preventing the occurrence of a low voltage phenomenon in the battery due to the eluted metal foreign material. In addition, the propargyl group in the compound structure represented by Formula 1 may undergo polymerization as the triple bond is broken in the process of forming the SEI film, which may form a more robust SEI film with low resistance. As a result, it is possible to form a stable ion conductive film on the surface of the anode, thereby suppressing an additional electrolyte decomposition reaction. Therefore, when the compound represented by Formula 1 is used as an additive for an electrolyte, it is possible to improve the occurrence of low voltage in the battery by smoothly occluding and releasing lithium ions from the negative electrode even when the battery is overcharged or stored at a high temperature. , there is an effect that the high-temperature storage characteristics and long-term life characteristics of the battery are improved.

상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 비수 전해질 100중량부에 대하여, 0.5 내지 5 중량부, 바람직하게는 0.5 내지 3중량부, 더 바람직하게는 0.5 내지 2중량부로 포함된다. 상기 화합물을 상기 범위 내로 사용하는 경우, 양극 또는 음극 표면에 안정한 SEI 막을 형성하여 고온에서 전해질이 분해되는 것을 억제하고, 전지의 저항 증가를 억제시킬 수 있는 효과가 있다.The compound represented by Formula 1 is included in an amount of 0.5 to 5 parts by weight, preferably 0.5 to 3 parts by weight, and more preferably 0.5 to 2 parts by weight, based on 100 parts by weight of the nonaqueous electrolyte. When the compound is used within the above range, a stable SEI film is formed on the surface of the positive electrode or the negative electrode to suppress the decomposition of the electrolyte at high temperature, and there is an effect of suppressing an increase in the resistance of the battery.

(4) 부가적 첨가제(4) additional additives

한편, 본 발명에 따른 비수 전해질은, 고출력의 환경에서 비수전해액이 분해되어 음극 붕괴가 유발되는 것을 방지하거나, 저온 고율방전 특성, 고온 안정성, 과충전 방지, 고온에서의 전지 팽창 억제 효과 등을 더욱 향상시키기 위하여, 필요에 따라, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 이외에 다른 부가적인 첨가제들을 더 포함할 수 있다. On the other hand, the non-aqueous electrolyte according to the present invention prevents negative electrode collapse due to decomposition of the non-aqueous electrolyte in a high-output environment, or further improves low-temperature high-rate discharge characteristics, high-temperature stability, overcharge prevention, and battery expansion inhibition effect at high temperatures. In order to do this, if necessary, other additional additives in addition to the compound represented by Formula 1 may be further included.

이러한 부가적 첨가제의 예로는 환형 카보네이트계 화합물, 할로겐 치환된 카보네이트계 화합물, 설페이트계 화합물, 포스페이트계 화합물, 보레이트계 화합물, 니트릴계 화합물, 벤젠계 화합물, 아민계 화합물, 실란계 화합물 및 리튬염계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상을 들 수 있다. Examples of such additional additives include a cyclic carbonate-based compound, a halogen-substituted carbonate-based compound, a sulfate-based compound, a phosphate-based compound, a borate-based compound, a nitrile-based compound, a benzene-based compound, an amine-based compound, a silane-based compound, and a lithium salt-based compound At least one selected from the group consisting of may be mentioned.

상기 환형 카보네이트계 화합물은, 예를 들면, 비닐렌카보네이트(VC) 또는 비닐에틸렌 카보네이트 등일 수 있다. The cyclic carbonate-based compound may be, for example, vinylene carbonate (VC) or vinylethylene carbonate.

상기 할로겐 치환된 카보네이트계 화합물은, 예를 들면, 플루오로에틸렌 카보네이트(FEC)) 등일 수 있다. The halogen-substituted carbonate-based compound may be, for example, fluoroethylene carbonate (FEC).

상기 설페이트계 화합물은, 예를 들면, 에틸렌 설페이트(Ethylene Sulfate; Esa), 트리메틸렌설페이트 (Trimethylene sulfate; TMS), 또는 메틸트리메틸렌설페이트 (Methyl trimethylene sulfate; MTMS) 등일 수 있다. The sulfate-based compound may be, for example, ethylene sulfate (Esa), trimethylene sulfate (TMS), or methyl trimethylene sulfate (MTMS).

상기 포스페이트계 화합물은, 예를 들면, 리튬 디플루오로(비스옥살라토)포스페이트, 리튬 디플루오로포스페이트, 테트라메틸 트리메틸 실릴 포스페이트, 트리메틸 실릴 포스파이트, 트리스(2,2,2-트리플루오로에틸)포스페이트 및 트리스(트리플루오로에틸) 포스파이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 화합물일 수 있다. The phosphate-based compound is, for example, lithium difluoro(bisoxalato)phosphate, lithium difluorophosphate, tetramethyl trimethyl silyl phosphate, trimethyl silyl phosphite, tris(2,2,2-trifluoro It may be at least one compound selected from the group consisting of ethyl) phosphate and tris (trifluoroethyl) phosphite.

상기 보레이트계 화합물은, 예를 들면, 테트라페닐보레이트, 리튬 옥살릴디플루오로보레이트 등일 수 있다. The borate-based compound may be, for example, tetraphenylborate, lithium oxalyldifluoroborate, or the like.

상기 니트릴계 화합물은, 예를 들면, 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 군에서 선택되는 적어도 하나 이상의 화합물일 수 있다. The nitrile-based compound is, for example, succinonitrile, adiponitrile, acetonitrile, propionitrile, butyronitrile, valeronitrile, caprylonitrile, heptanenitrile, cyclopentane carbonitrile, cyclohexane carbonitrile, From the group consisting of 2-fluorobenzonitrile, 4-fluorobenzonitrile, difluorobenzonitrile, trifluorobenzonitrile, phenylacetonitrile, 2-fluorophenylacetonitrile, and 4-fluorophenylacetonitrile It may be at least one or more selected compounds.

상기 벤젠계 화합물은, 예를 들면, 플루오로벤젠 등일 수 있고, 상기 아민계 화합물은 트리에탄올아민 또는 에틸렌디아민 등일 수 있으며, 상기 실란계 화합물은 테트라비닐실란 등일 수 있다. The benzene-based compound may be, for example, fluorobenzene or the like, the amine-based compound may be triethanolamine or ethylenediamine, and the silane-based compound may be tetravinylsilane.

상기 리튬염계 화합물은 상기 비수전해액에 포함되는 리튬염과 상이한 화합물로서, LiPO2F2, LiODFB(리튬 디플루오로옥살레이토보레이트 (LiBF2(C2O4)), LiBOB(리튬 비스옥살레이토보레이트(LiB(C2O4)2)) 및 LiBF4로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 화합물일 수 있다.The lithium salt-based compound is a compound different from the lithium salt included in the non-aqueous electrolyte, LiPO 2 F 2 , LiODFB (lithium difluorooxalatoborate (LiBF 2 (C 2 O 4 )), LiBOB (lithium bisoxalatoborate) (LiB(C 2 O 4 ) 2 )) and LiBF 4 may be at least one compound selected from the group consisting of.

이러한 부가적 첨가제 중, 비닐렌 카보네이트, 비닐에틸렌 카보네이트 또는 숙시노 니트릴을 포함하는 경우에 이차전지의 초기 활성화 공정시 양극 또는 음극 표면에 보다 견고한 SEI 피막을 형성할 수 있다. Among these additional additives, when vinylene carbonate, vinylethylene carbonate, or succinonitrile is included, a more robust SEI film may be formed on the surface of the positive electrode or the negative electrode during the initial activation process of the secondary battery.

상기 LiBF4를 포함하는 경우에는 고온 저장시 전해액의 분해로 인하여 생성될 수 있는 가스 발생을 억제하여, 이차전지의 고온 안정성을 향상시킬 수 있다.When the LiBF 4 is included, generation of a gas that may be generated due to the decomposition of the electrolyte during storage at a high temperature is suppressed, thereby improving the high-temperature stability of the secondary battery.

한편, 상기 부가적 첨가제들은 2 종 이상이 혼합되어 사용될 수 있으며, 비수 전해질 전체 중량을 기준으로 0.01 내지 50 중량%, 구체적으로 0.01 내지 10 중량%로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 0.05 내지 5 중량% 일 수 있다. 상기 부가적 첨가제들을 상기 범위 내로 사용하는 경우, 전지의 저온 출력 개선, 고온 저장 특성 및 고온 수명 특성 개선의 효과가 있다.Meanwhile, two or more of the additional additives may be mixed and used, and may be included in an amount of 0.01 to 50% by weight, specifically 0.01 to 10% by weight, preferably 0.05 to 5% by weight, based on the total weight of the non-aqueous electrolyte. can be When the additional additives are used within the above range, there are effects of improving low-temperature output, high-temperature storage, and high-temperature lifespan characteristics of the battery.

리튬 이차 전지lithium secondary battery

본 발명에 따른 리튬 이차 전지는 양극, 음극, 상기 양극 및 음극 사이에 개재되는 분리막 및 비수 전해질을 포함하며, 이때, 상기 비수 전해질은 상기 본 발명에 따른 비수 전해질이다. 비수 전해질에 대해서는 상술하였으므로, 이에 대한 설명은 생략하고, 이하에서는 다른 구성요소들에 대해 설명한다. The lithium secondary battery according to the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, and a non-aqueous electrolyte, wherein the non-aqueous electrolyte is the non-aqueous electrolyte according to the present invention. Since the non-aqueous electrolyte has been described above, a description thereof will be omitted, and other components will be described below.

(1) 양극(1) Anode

본 발명에 따른 양극은, 양극 활물질을 포함하는 양극 활물질층을 포함할 수 있으며, 필요에 따라, 상기 양극 활물질층은 도전재 및/또는 바인더를 더 포함할 수 있다. The positive electrode according to the present invention may include a positive electrode active material layer including a positive electrode active material, and if necessary, the positive electrode active material layer may further include a conductive material and/or a binder.

상기 양극 활물질은 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물로서, 구체적으로는 코발트, 망간, 니켈 또는 알루미늄과 같은 1종 이상의 전이 금속과 리튬을 포함하는 리튬 복합금속 산화물일 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-YMnYO2(0<Y<1), LiMn2-zNizO4(0<Z<2), 리튬-니켈-코발트계 산화물(예를 들면, LiNi1-Y1CoY1O2(0<Y1<1), 리튬-망간-코발트계 산화물(예를 들면, LiCo1-Y2MnY2O2(0<Y2<1), LiMn2-z1Coz1O4(0<Z1<2), 리튬-니켈-망간-코발트계 산화물(예를 들면, Li(NipCoqMnr1)O2(0<p<1, 0<q<1, 0<r1<1, p+q+r1=1) 또는 Li(Nip1Coq1Mnr2)O4(0<p1<2, 0<q1<2, 0<r2<2, p1+q1+r2=2), 또는 리튬-니켈-코발트-전이금속(M) 산화물(예를 들면, Li(Nip2Coq2Mnr3MS2)O2(M은 Al, Fe, V, Cr, Ti, Ta, Mg 및 Mo로 이루어지는 군으로부터 선택되고, p2, q2, r3 및 s2는 각각 독립적인 원소들의 원자분율로서, 0<p2<1, 0<q2<1, 0<r3<1, 0<s2<1, p2+q2+r3+s2=1이다) 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 be a lithium composite metal oxide including lithium and one or more transition metals such as cobalt, manganese, nickel or aluminum. . 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 ), lithium-nickel-manganese oxide (eg, LiNi 1-Y Mn Y O 2 (0<Y<1), LiMn 2-z Ni z O 4 (0<Z) <2), lithium-nickel-cobalt-based oxide (eg, LiNi 1-Y1 Co Y1 O 2 (0<Y1<1), lithium-manganese-cobalt-based oxide (eg, LiCo 1-Y2 Mn Y2 ) O 2 (0<Y2<1), LiMn 2-z1 Co z1 O 4 (0<Z1<2), lithium-nickel-manganese-cobalt oxide (eg, Li(Ni p Co q Mn r1 )O 2 (0<p<1, 0<q<1, 0<r1<1, p+q+r1=1) or Li(Ni p1 Co q1 Mn r2 )O 4 (0<p1<2, 0 < q1 <2, 0 <r2<2, p1+q1+r2=2), or lithium-nickel-cobalt-transition metal (M) oxide (eg, Li(Ni p2 Co q2 Mn r3 M S2 )O 2 ( M is selected from the group consisting of Al, Fe, V, Cr, Ti, Ta, Mg and Mo, and p2, q2, r3 and s2 are atomic fractions of each independent element, 0 < p2 < 1, 0 < q2 <1, 0<r3<1, 0<s2<1, p2+q2+r3+s2=1) and the like, and any one or two or more of these compounds may be included.

이 중에서도 전지의 용량 특성 및 안정성을 높일 수 있다는 점에서 상기 리튬 복합금속 산화물은 LiCoO2, LiMnO2, LiNiO2, 리튬 니켈코발트망간 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, Li(Ni0.8Co0.15Al0.05)O2 등) 등일 수 있으며, 더 구체적으로는, 하기 화학식 5로 표시되는 리튬 니켈코발트망간계 산화물일 수 있다.Among them, the lithium composite metal oxide is LiCoO 2 , LiMnO 2 , LiNiO 2 , lithium nickel cobalt manganese oxide (eg, Li(Ni 0.6 Mn 0.2 Co 0.2 )O 2 ) in terms of improving the capacity characteristics and stability of the battery. , 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, Li(Ni 0.8 Co 0.15 Al 0.05 )O 2 , etc.) ) and the like, and more specifically, may be a lithium nickel cobalt manganese-based oxide represented by the following Chemical Formula 5.

[화학식 5][Formula 5]

Lix[NiyCozMnwM1 v]O2-pAp Li x [Ni y Co z Mn w M 1 v ]O 2-p A p

상기 화학식 5에서, 상기 M1은 전이금속 사이트에 치환된 도핑 원소이며, W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, Al, In, Ta, Y, La, Sr, Ga, Sc, Gd, Sm, Ca, Ce, Nb, Mg, B, 및 Mo로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 원소일 수 있다.In Formula 5, M 1 is a doping element substituted at the transition metal site, W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, Al, In, Ta, Y, La, Sr, Ga, Sc , Gd, Sm, Ca, Ce, Nb, Mg, B, and may be at least one element selected from the group consisting of Mo.

상기 A는, 산소 사이트에 치환된 원소로, F, Cl, Br, I, At 및 S로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 원소일 수 있다.A is an element substituted for an oxygen site, and may be one or more elements selected from the group consisting of F, Cl, Br, I, At, and S.

상기 x는 리튬 니켈코발트망간계 산화물 내에서 전체 전이금속 대비 리튬의 원자 비율을 의미하는 것으로, 1 내지 1.30, 바람직하게는, 1 초과 1.30 이하, 더 바람직하게는 1.005 내지 1.30, 보다 더 바람직하게는 1.01 내지 1.20일 수 있다. Wherein x means the atomic ratio of lithium to the total transition metal in the lithium nickel cobalt manganese oxide, 1 to 1.30, preferably 1 to 1.30 or less, more preferably 1.005 to 1.30, even more preferably It may be 1.01 to 1.20.

상기 y는 리튬 니켈코발트망간계 산화물 내에서 전이금속 중 니켈의 원자 비율을 의미하는 것으로 0.3 이상 1 미만, 바람직하게는 0.6 내지 1미만, 더 바람직하게는 0.6 내지 0.95이다. 전이금속 중 니켈의 함량이 높아질수록 더 높은 용량을 구현할 수 있기 때문에, 니켈 함량이 0.6 이상인 것이 고용량 구현에 보다 유리하다.Wherein y means the atomic ratio of nickel in the transition metal in the lithium nickel cobalt manganese oxide, 0.3 or more and less than 1, preferably 0.6 to less than 1, more preferably 0.6 to 0.95. Since a higher capacity can be realized as the content of nickel in the transition metal increases, a nickel content of 0.6 or more is more advantageous for realizing a high capacity.

상기 z는 리튬 니켈코발트망간계 산화물 내에서 전이금속 중 코발트의 원자 비율을 의미하는 것으로, 0 초과 0.6 이하, 바람직하게는 0.01 내지 0.4이다.The z denotes the atomic ratio of cobalt in the transition metal in the lithium nickel cobalt manganese oxide, and is greater than 0 and 0.6 or less, preferably 0.01 to 0.4.

상기 w는 리튬 니켈코발트망간계 산화물 내에서 전이금속 중 망간 원자 비율을 의미하는 것으로, 0 초과 0.6 이하, 바람직하게는 0.01 내지 0.4이다.The w denotes the ratio of manganese atoms in the transition metal in the lithium nickel cobalt manganese oxide, and is greater than 0 and 0.6 or less, preferably 0.01 to 0.4.

상기 v는 리튬 니켈코발트망간계 산화물 내의 전이금속 사이트에 도핑된 도핑원소 M1의 원자 비율을 의미하는 것으로, 0 내지 0.2, 바람직하게는 0 내지 0.1일 수 있다. 도핑 원소 M1이 첨가될 경우, 리튬 니켈코발트망간계 산화물의 구조 안정성을 개선하는 효과가 있으나, 도핑 원소의 함유량이 증가하면 용량이 떨어질 수 있으므로, 0.2 이하의 함량으로 포함되는 것이 바람직하다.The v denotes the atomic ratio of the doping element M 1 doped to the transition metal site in the lithium nickel cobalt manganese oxide, and may be 0 to 0.2, preferably 0 to 0.1. When the doping element M 1 is added, there is an effect of improving the structural stability of the lithium nickel cobalt manganese oxide, but if the content of the doping element increases, the capacity may decrease, so it is preferably included in an amount of 0.2 or less.

상기 p는 산소 사이트에 치환된 원소 A의 원자 비율을 의미하는 것으로, 0 내지 0.2, 바람직하게는 0 내지 0.1일 수 있다.The p denotes an atomic ratio of element A substituted for an oxygen site, and may be 0 to 0.2, preferably 0 to 0.1.

한편, 상기 화학식 5에서, y+z+w+v=1이다. Meanwhile, in Formula 5, y+z+w+v=1.

상기 리튬 니켈코발트망간계 산화물의 구체적인 예로는, LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2, LiNi0.5Co0.2Mn0.4O2, LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2, LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2, LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. Specific examples of the lithium nickel cobalt manganese oxide include LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.4 O 2 , LiNi 0.5 Co 0.3 Mn 0.2 O 2 , LiNi 0.6 Co 0.2 Mn 0.2 O 2 , LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 and the like, but are not limited thereto.

상기 양극 활물질은 양극 활물질층 전체 중량을 기준으로 80 내지 98중량%, 보다 구체적으로는 85 내지 98중량%의 함량으로 포함될 수 있다. 양극 활물질이 상기 범위로 포함될 때 우수한 용량 특성을 나타낼 수 있다.The positive active material may be included in an amount of 80 to 98% by weight, more specifically 85 to 98% by weight, based on the total weight of the positive active material layer. When the positive active material is included in the above range, excellent capacity characteristics may be exhibited.

다음으로, 상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성을 갖는 것이면 특별한 제한 없이 사용 가능하다. Next, the conductive material is used to impart conductivity to the electrode, and in the configured battery, it can be used without any particular limitation as long as it has electronic conductivity without causing chemical change.

구체적인 예로는 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본 블랙, 아세틸렌블랙, 케첸블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙, 탄소섬유 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 휘스커; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 또는 폴리페닐렌 유도체 등의 전도성 고분자 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. Specific examples include graphite such as natural graphite and artificial graphite; carbon-based materials such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, summer black, and carbon fiber; metal powders or metal fibers such as copper, nickel, aluminum, and silver; conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate; conductive metal oxides such as titanium oxide; or a conductive polymer such as a polyphenylene derivative, and the like, and any one of them or a mixture of two or more thereof may be used.

상기 도전재는 양극 활물질층 전체 중량을 기준으로 0.1 내지 10중량%, 바람직하게는 0.1 내지 5중량%로 포함될 수 있다. The conductive material may be included in an amount of 0.1 to 10% by weight, preferably 0.1 to 5% by weight, based on the total weight of the positive electrode active material layer.

다음으로, 상기 바인더는 양극 활물질 입자들 간의 부착 및 양극 활물질과집전체와의 접착력을 향상시키는 역할을 한다. Next, the binder serves to improve the adhesion between the positive active material particles and the adhesion between the positive active material and the current collector.

상기 바인더의 구체적인 예로는 폴리비닐리덴플로라이드(PVDF), 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌코폴리머(PVDF-co-HFP), 폴리비닐알코올, 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔폴리머(EPDM), 술폰화-EPDM, 스티렌부타디엔 고무(SBR), 불소 고무, 또는 이들의 다양한 공중합체 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 바인더는 양극 활물질층 전체 중량을 기준으로 0.1 내지 15중량%, 바람직하게는 0.1 내지 10중량%로 포함될 수 있다.Specific examples of the binder include polyvinylidene fluoride (PVDF), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HFP), polyvinyl alcohol, polyacrylonitrile (polyacrylonitrile), carboxymethyl cellulose Woods (CMC), starch, hydroxypropyl cellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene polymer (EPDM), sulfonated-EPDM, and styrene-butadiene rubber (SBR), fluororubber, or various copolymers thereof, and any one of them or a mixture of two or more thereof may be used. The binder may be included in an amount of 0.1 to 15% by weight, preferably 0.1 to 10% by weight, based on the total weight of the positive electrode active material layer.

상기와 같은 본 발명의 양극은 당해 기술 분야에 알려져 있는 양극 제조 방법에 따라 제조될 수 있다. 예를 들면, 상기 양극은, 양극 활물질, 바인더 및/또는 도전재를 용매 중에 용해 또는 분산시켜 제조한 양극 슬러리를 양극 집전체 상에 도포한 후, 건조 및 압연하는 방법, 또는 상기 양극 슬러리를 별도의 지지체 상에 캐스팅한 다음, 지지체를 박리하여 얻은 필름을 양극 집전체 상에 라미네이션하는 방법 등을 통해 제조될 수 있다. The positive electrode of the present invention as described above may be manufactured according to a method for manufacturing a positive electrode known in the art. For example, in the positive electrode, a positive electrode slurry prepared by dissolving or dispersing a positive electrode active material, a binder and/or a conductive material in a solvent is applied on a positive electrode current collector, followed by drying and rolling, or separately separating the positive electrode slurry After casting on the support of the, and then peeling the support can be prepared through a method such as laminating the film obtained on the positive electrode current collector.

상기 양극 집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소 또는 알루미늄이나 스테인레스스틸 표면에 탄소, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. 또, 상기 양극 집전체는 통상적으로 3㎛ 내지 500㎛의 두께를 가질 수 있으며, 상기 집전체 표면 상에 미세한 요철을 형성하여 양극재의 접착력을 높일 수도 있다. 예를 들어 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, and for example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, fired carbon, or carbon, nickel, titanium on the surface of aluminum or stainless steel. , silver or the like surface-treated may be used. In addition, the positive electrode current collector may typically have a thickness of 3 μm to 500 μm, and may increase the adhesion of the positive electrode material by forming fine irregularities on the surface of the current collector. For example, it may be used in various forms, such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, a non-woven body.

상기 용매는 당해 기술분야에서 일반적으로 사용되는 용매일 수 있으며, 디메틸셀폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO), 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol), N-메틸피롤리돈(NMP), 아세톤(acetone) 또는 물 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 용매의 사용량은 양극 합재의 도포 두께, 제조 수율, 작업성 등을 고려하여 양극 합재가 적절한 점도를 갖도록 조절될 수 있는 정도이면 되고, 특별히 한정되지 않는다. The solvent may be a solvent generally used in the art, dimethyl sulfoxide (DMSO), isopropyl alcohol (isopropyl alcohol), N-methylpyrrolidone (NMP), acetone (acetone) or water and the like, and any one of them or a mixture of two or more thereof may be used. The amount of the solvent used is not particularly limited, as long as it can be adjusted so that the positive electrode mixture has an appropriate viscosity in consideration of the coating thickness of the positive electrode mixture, manufacturing yield, workability, and the like.

(2) 음극(2) cathode

본 발명에 따른 음극은, 당업계에서 사용되는 다양한 음극 활물질, 예를 들어탄소계 음극 활물질, 실리콘계 음극 활물질, 금속 합금 등이 사용될 수 있고, 상기 음극은 필요에 따라, 도전재 및/또는 바인더를 더 포함할 수 있다.In the negative electrode according to the present invention, various negative active materials used in the art, for example, a carbon-based negative electrode active material, a silicon-based negative active material, a metal alloy, etc. may be used, and the negative electrode may include, if necessary, a conductive material and/or a binder. may include more.

상기 탄소계 음극 활물질로는, 당업계에서 사용되는 다양한 탄소계 음극 활물질들, 예를 들면, 천연 흑연, 인조 흑연, 키시흑연 (Kish graphite)과 같은 그라파이트계 물질; 열분해 탄소 (pyrolytic carbon), 액정 피치계 탄소섬유 (mesophase pitch based carbon fiber), 탄소 미소구체 (meso-carbon microbeads), 액정피치 (Mesophase pitches) 및 석유와 석탄계 코크스 (petroleum or coal tar pitch derived cokes) 등의 고온 소성탄소, 연화탄소 (soft carbon), 경화탄소 (hard carbon) 등이 사용될 수 있다. 상기 탄소계 음극 활물질의 형상은 특별히 제한되지 않으며, 무정형, 판상, 인편상, 구형 또는 섬유형 등과 같은 다양한 형상의 물질들이 사용될 수 있다.Examples of the carbon-based negative active material include various carbon-based negative active materials used in the art, for example, graphite-based materials such as natural graphite, artificial graphite, and Kish graphite; pyrolytic carbon, mesophase pitch based carbon fiber, meso-carbon microbeads, liquid crystal pitches (Mesophase pitches) and petroleum and coal tar pitch derived cokes (petroleum or coal tar pitch derived cokes) High-temperature calcined carbon, soft carbon, hard carbon, etc. may be used. The shape of the carbon-based anode active material is not particularly limited, and various shapes of materials such as amorphous, plate-like, scale-like, spherical or fibrous shape may be used.

상기 실리콘계 음극 활물질은, 금속 실리콘(Si), 실리콘 산화물(SiOx, 여기서 0<x≤2) 실리콘 탄화물(SiC) 및 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)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 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, Ti, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Po, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.The silicon-based negative active material is, metal silicon (Si), silicon oxide (SiO x , where 0<x≤2) silicon carbide (SiC) and a Si-Y alloy (wherein Y is an alkali metal, an alkaline earth metal, a group 13 element, 14 It is an element selected from the group consisting of group elements, transition metals, rare earth elements, and combinations thereof, and may include at least one selected from the group consisting of (not Si). 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, Ti, Ge, P, As, Sb, Bi, S, It may be selected from the group consisting of Se, Te, Po, and combinations thereof.

다음으로, 상기 도전재는 음극활물질의 도전성을 더욱 향상시키기 위한 성분으로서, 음극 활물질층의 전체 중량을 기준으로 10 중량% 이하, 바람직하게는 5 중량% 이하로 첨가될 수 있다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서멀 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 휘스커; 산화티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.Next, the conductive material is a component for further improving the conductivity of the anode active material, and may be added in an amount of 10 wt% or less, preferably 5 wt% or less, based on the total weight of the anode active material layer. Such a conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity without causing a chemical change in the battery. For example, graphite such as natural graphite or artificial graphite; carbon black such as acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and thermal black; conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; conductive 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 바인더는 도전재, 활물질 및 집전체 간의 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 음극 활물질층의 전체 중량을 기준으로 0.1 중량% 내지 10 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔폴리머(EPDM), 술폰화-EPDM, 스티렌-부타디엔 고무, 니트릴-부타디엔 고무, 불소 고무, 이들의 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.The binder is a component that assists in bonding between the conductive material, the active material, and the current collector, and is typically added in an amount of 0.1 wt% to 10 wt% based on the total weight of the anode active material layer. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoro and roethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene polymer (EPDM), sulfonated-EPDM, styrene-butadiene rubber, nitrile-butadiene rubber, fluororubber, and various copolymers thereof.

상기 음극은 당해 기술 분야에 알려져 있는 음극 제조 방법에 따라 제조될 수 있다. 예를 들면, 상기 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질과, 선택적으로 바인더 및 도전재를 용매 중에 용해 또는 분산시켜 제조한 음극 슬러리를 도포하고 압연, 건조하는 방법 또는 상기 음극 슬러리를 별도의 지지체 상에 캐스팅한 다음, 지지체를 박리시켜 얻은 필름을 음극 집전체 상에 라미네이션함으로써 제조될 수 있다.The negative electrode may be manufactured according to a method for manufacturing a negative electrode known in the art. For example, the negative electrode is a method of applying a negative electrode slurry prepared by dissolving or dispersing a negative electrode active material and, optionally, a binder and a conductive material in a solvent on the negative electrode current collector, rolling, drying, or applying the negative electrode slurry on a separate support. It can be prepared by casting a film on the negative electrode current collector and then laminating the film obtained by peeling the support.

상기 음극 집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 탄소, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또, 상기 음극 집전체는 통상적으로 3㎛ 내지 500㎛의 두께를 가질 수 있으며, 양극 집전체와 마찬가지로, 상기 집전체 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있다. 예를 들어, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The negative electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical change in the battery, and for example, copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, copper or stainless steel surface. Carbon, nickel, titanium, silver, etc. surface-treated, aluminum-cadmium alloy, etc. may be used. In addition, the negative electrode current collector may have a thickness of typically 3 μm to 500 μm, and similarly to the positive electrode current collector, fine irregularities may be formed on the surface of the current collector to strengthen the bonding force of the negative electrode active material. For example, it may be used in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam body, a nonwoven body, and the like.

상기 용매는 당해 기술분야에서 일반적으로 사용되는 용매일 수 있으며, 디메틸셀폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO), 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol), N-메틸피롤리돈(NMP), 아세톤(acetone) 또는 물 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 용매의 사용량은 음극 합재의 도포 두께, 제조 수율, 작업성 등을 고려하여 음극 슬러리가 적절한 점도를 갖도록 조절될 수 있는 정도이면 되고, 특별히 한정되지 않는다. The solvent may be a solvent generally used in the art, dimethyl sulfoxide (DMSO), isopropyl alcohol (isopropyl alcohol), N-methylpyrrolidone (NMP), acetone (acetone) or water and the like, and any one of them or a mixture of two or more thereof may be used. The amount of the solvent used is not particularly limited, as long as it can be adjusted so that the negative electrode slurry has an appropriate viscosity in consideration of the coating thickness of the negative electrode mixture, manufacturing yield, workability, and the like.

(3) 분리막(3) 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 전해질의 이온 이동에 대하여 저저항이면서 전해액 함습 능력이 우수한 것이 바람직하다. The separator separates the anode and the anode 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, as a separator, a porous polymer film, for example, a porous polymer film made of a polyolefin-based polymer 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 containing 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 can be usefully used in portable devices such as mobile phones, notebook computers, digital cameras, and electric vehicles such as hybrid electric vehicles (HEVs).

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 and large-sized 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 using a can, a prismatic shape, a pouch type, or a coin type.

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. 그러나, 이하의 실시예는 본 명세서를 예시하기 위한 것이며, 이에 의하여 본 명세서의 범위가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through specific examples. However, the following examples are for illustrative purposes only, and the scope of the present specification is not limited thereby.

실시예Example

(비수 전해질 제조)(Manufacture of non-aqueous electrolyte)

에틸렌 카보네이트(EC): 에틸메틸카보네이트(EMC)를 3:7의 부피비로 혼합한 비수성 유기 용매 99.0g에 LiPF6를 1.0M가 되도록 용해시킨 후, 첨가제로 하기 화학식 2-4로 표시되는 화합물 1.0g를 첨가하여, 비수 전해질을 제조하였다. Ethylene carbonate (EC): After dissolving LiPF 6 to 1.0M in 99.0 g of a non-aqueous organic solvent mixed with ethylmethyl carbonate (EMC) in a volume ratio of 3:7, a compound represented by the following formula 2-4 as an additive 1.0 g was added to prepare a non-aqueous electrolyte.

[화학식 2-4][Formula 2-4]

Figure pat00026
Figure pat00026

(양극 제조)(anode manufacturing)

양극 활물질(LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2), 도전재(카본 블랙) 및 바인더(폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF))를 97.5:1:1.5의 중량 비율로 용제인 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)에 첨가하여 양극 활물질 슬러리(고형분 60 중량%)를 제조하였다. 상기 양극 활물질 슬러리를 두께가 15㎛인 양극 집전체(Al 박막)에 도포하고, 건조한 후, 롤 프레스(roll press)를 실시하여 양극을 제조하였다.The cathode active material (LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 ), the conductive material (carbon black), and the binder (polyvinylidene fluoride (PVDF)) were mixed with the solvent N-methyl-2-P in a weight ratio of 97.5:1:1.5. It was added to rollidone (NMP) to prepare a cathode active material slurry (solid content: 60 wt%). The positive electrode active material slurry was applied to a positive electrode current collector (Al thin film) having a thickness of 15 μm, dried, and then roll press was performed to prepare a positive electrode.

(음극 제조)(Cathode Manufacturing)

음극 활물질(그래파이트), 도전재(카본블랙) 및 바인더(폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF))를 96:0.5:3.5의 중량 비율로 증류수에 첨가하여 음극 슬러리(고형분 50 중량%)를 제조하였다. 상기 음극 활물질 슬러리를 두께가 8㎛인 음극 집전체인 구리(Cu) 박막에 도포하고, 건조한 후, 롤 프레스(roll press)를 실시하여 음극을 제조하였다.A negative electrode active material (graphite), a conductive material (carbon black), and a binder (polyvinylidene fluoride (PVDF)) were added to distilled water in a weight ratio of 96:0.5:3.5 to prepare a negative electrode slurry (solid content: 50% by weight). The negative electrode active material slurry was applied to a copper (Cu) thin film as an anode current collector having a thickness of 8 μm, dried, and then roll press was performed to prepare a negative electrode.

(이차전지 제조)(Secondary battery manufacturing)

전술한 방법으로 제조한 양극과 음극을 분리막인 폴리에틸렌 다공성 필름과 함께 적층하여 전극 조립체를 제조한 다음, 이를 전지 케이스에 넣고 전술한 방법으로 제조한 비수 전해질을 주입한 후 밀봉하여, 파우치형 리튬 이차 전지(전지용량 6.24mAh)를 제조하였다.The positive electrode and the negative electrode prepared by the above method are laminated together with a polyethylene porous film, which is a separator, to prepare an electrode assembly, and then put it in a battery case, inject the nonaqueous electrolyte prepared by the above method, and then seal the pouch-type lithium secondary A battery (battery capacity 6.24 mAh) was manufactured.

실시예 2Example 2

상기 실시예 1의 비수 전해질 제조 시 첨가제로 화학식 2-4로 표시되는 화합물 1.0g 대신 하기 화학식 3-3으로 표시되는 화합물 1.0g을 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차 전지를 제조하였다.In the preparation of the non-aqueous electrolyte of Example 1, the lithium secondary lithium secondary in the same manner as in Example 1, except that 1.0 g of the compound represented by the following Formula 3-3 was used instead of 1.0 g of the compound represented by the Formula 2-4 as an additive. A battery was prepared.

[화학식 3-3] [Formula 3-3]

Figure pat00027
Figure pat00027

실시예 3Example 3

상기 실시예 1의 비수 전해질 제조 시 첨가제로 화학식 2-4로 표시되는 화합물 1.0g 대신 하기 화학식 4-3으로 표시되는 화합물 1.0g을 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차 전지를 제조하였다.In the preparation of the non-aqueous electrolyte of Example 1, the lithium secondary lithium secondary in the same manner as in Example 1, except that 1.0 g of the compound represented by the following Formula 4-3 was used instead of 1.0 g of the compound represented by the Formula 2-4 as an additive. A battery was prepared.

[화학식 4-3] [Formula 4-3]

Figure pat00028
Figure pat00028

비교예 1Comparative Example 1

상기 실시예 1의 비수 전해질 제조 시 첨가제를 투입하지 않는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차 전지를 제조하였다.A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that no additives were added during the preparation of the non-aqueous electrolyte of Example 1.

비교예 2Comparative Example 2

상기 실시예 1의 비수 전해질 제조 시 첨가제로 화학식 2-4로 표시되는 화합물 1.0g 대신 하기 화학식 A로 표시되는 화합물 1.0g을 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차 전지를 제조하였다.A lithium secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1, except that 1.0 g of the compound represented by the following formula (A) was used instead of 1.0 g of the compound represented by the formula (2-4) as an additive in the preparation of the non-aqueous electrolyte of Example 1 prepared.

[화학식 A] [Formula A]

Figure pat00029
Figure pat00029

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1, 2의 유기 용매 및 첨가제의 함량은 하기 표 1에 나타내었다.The contents of the organic solvents and additives of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 are shown in Table 1 below.

유기 용매organic solvent 첨가제additive 종류
(부피비)
type
(volume ratio)
첨가량
(g)
addition amount
(g)
종류type 첨가량
(g)
addition amount
(g)
실시예 1Example 1 EC:EMC = 3:7EC:EMC = 3:7 99.099.0 화학식 2-4Formula 2-4 1.01.0 실시예 2Example 2 EC:EMC = 3:7EC:EMC = 3:7 99.099.0 화학식 3-3Formula 3-3 1.01.0 실시예 3Example 3 EC:EMC = 3:7EC:EMC = 3:7 99.099.0 화학식 4-3Formula 4-3 1.01.0 비교예 1Comparative Example 1 EC:EMC = 3:7EC:EMC = 3:7 100.0100.0 -- -- 비교예 2Comparative Example 2 EC:EMC = 3:7EC:EMC = 3:7 99.099.0 화학식 AFormula A 1.01.0

실험예 1: 고온 저장 특성 평가Experimental Example 1: Evaluation of high temperature storage characteristics

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1, 2에서 제조한 리튬 이차 전지의 고온 저장 특성을 평가하기 위해, 리튬 이차 전지의 부피 변화율 및 저항 증가율을 하기와 같은 방법으로 측정하였다.In order to evaluate the high-temperature storage characteristics of the lithium secondary batteries prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2, the volume change rate and resistance increase rate of the lithium secondary battery were measured as follows.

(1) 부피 변화율(%)(1) Volume change rate (%)

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1, 2에서 제조한 각각의 리튬 이차 전지를 0.1C CC로 활성화 하였다. 이어서, 25℃에서 PESC05-0.5 충방전기(제조사: (주)PNE 솔루션, 5V, 500mA)를 사용하여 정전류-정전압(CC-CV) 충전 조건으로 4.2V까지 0.33C CC으로 충전한 다음 0.05C current cut을 진행하였고, CC 조건으로 2.5V까지 0.33C으로 방전하였다. 상기 충방전을 1 사이클로 하여, 2 사이클 진행하였다. 이어서, 0.33C/4.2V 정전류-정전압으로 만충전하고, SOC 50%에서 2.5C로 10초간 방전하여 방전 전 전압과, 방전 후 전압의 차를 통하여 초기 저항을 산출하였다. 이후, 0.33C 정전류로 2.5V가 될 때까지 방전하였다.Each of the lithium secondary batteries prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 was activated at 0.1C CC. Then, using a PESC05-0.5 charger/discharger (manufacturer: PNE Solution, 5V, 500mA) at 25°C under constant current-constant voltage (CC-CV) charging conditions, it was charged at 0.33C CC up to 4.2V and then 0.05C current The cut was carried out, and it was discharged at 0.33C up to 2.5V under CC conditions. The charging and discharging were performed as 1 cycle, and 2 cycles were performed. Then, it was fully charged with 0.33C/4.2V constant current-constant voltage, and discharged for 10 seconds at 2.5C at 50% SOC to calculate the initial resistance through the difference between the voltage before discharge and the voltage after discharge. Thereafter, it was discharged with a constant current of 0.33C until it became 2.5V.

이어서, 디가스를 진행하고, Two-pls社, TWD-150DM 장비를 이용하여 상온에서 물로 채워진 볼(bowl)에 상기 초기 충방전된 리튬 이차 전지를 넣어 초기 부피를 측정하였다. 이어서, 상기 리튬 이차 전지를 각각 0.33C/4.2V 정전류-정전압으로 만충전하고, 60℃에서 4주 동안 저장(SOC 100%)한 다음, Two-pls社, TWD-150DM 장비를 이용하여 상온에서 물로 채워진 볼(bowl)에 리튬 이차 전지를 넣어 고온 저장 후의 부피를 측정하였다. 상기와 같이 측정된 리튬 이차 전지의 초기 부피 및 고온 저장 후 부피를 하기 식 (1)에 대입하여 부피 변화율을 산출하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.Then, degassing was performed, and the initial volume was measured by putting the initially charged and discharged lithium secondary battery into a bowl filled with water at room temperature using TWD-150DM equipment from Two-pls. Next, the lithium secondary battery was fully charged at 0.33C/4.2V constant current-constant voltage, respectively, and stored at 60° C. for 4 weeks (SOC 100%), and then stored with water at room temperature using Two-pls, TWD-150DM equipment. The volume after high-temperature storage was measured by putting a lithium secondary battery in a filled bowl. The volume change rate was calculated by substituting the initial volume and the volume after high-temperature storage of the lithium secondary battery measured as described above in Equation (1), and the results are shown in Table 2 below.

- 식 (1): 부피 변화율(%) = {(고온 저장 후 부피 - 초기 부피)/초기 부피}×100- Equation (1): Volume change rate (%) = {(Volume after high temperature storage - Initial volume)/Initial volume}×100

(2) 저항 증가율(%)(2) Resistance increase rate (%)

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1, 2에서 제조한 각각의 리튬 이차 전지를 0.1C CC로 활성화 하였다. 이어서, 25℃에서 PESC05-0.5 충방전기(제조사: (주)PNE 솔루션, 5V, 500mA)를 사용하여 정전류-정전압(CC-CV) 충전 조건으로 4.2V까지 0.33C CC으로 충전한 다음 0.05C current cut을 진행하였고, CC 조건으로 2.5V까지 0.33C으로 방전하였다. 상기 충방전을 1 사이클로 하여, 2 사이클 진행하였다. 이어서, 0.33C/4.2V 정전류-정전압으로 만충전하고, SOC 50%에서 2.5C로 10초간 방전하여 방전 전 전압과, 방전 후 전압의 차를 통하여 초기 저항을 산출하였다. 이후, 0.33C 정전류로 2.5V가 될 때까지 방전하였다. Each of the lithium secondary batteries prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 was activated at 0.1C CC. Then, using a PESC05-0.5 charger/discharger (manufacturer: PNE Solution, 5V, 500mA) at 25°C under constant current-constant voltage (CC-CV) charging conditions, it was charged at 0.33C CC up to 4.2V and then 0.05C current The cut was carried out, and it was discharged at 0.33C up to 2.5V under CC conditions. The charging/discharging was performed as 1 cycle, and 2 cycles were performed. Then, it was fully charged with 0.33C/4.2V constant current-constant voltage, and discharged for 10 seconds at 2.5C at 50% SOC to calculate the initial resistance through the difference between the voltage before discharge and the voltage after discharge. Thereafter, it was discharged with a constant current of 0.33C until it became 2.5V.

이어서, 디가스를 진행한 후, 상기 리튬 이차 전지를 각각 4.2V로 충전하고, 60℃에서 4주 동안 저장(SOC 100%)한 다음, SOC 50%에서 2.5C로 10초간 다시 방전하면서 고온 저장 후의 저항을 측정하였다. 상기와 같이 측정된 리튬 이차 전지의 초기 저항 값 및 고온 저장 후 저항 값을 하기 식 (2)에 대입하여 저항 증가율을 산출하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.Then, after degassing, the lithium secondary battery is charged to 4.2V, respectively, stored at 60° C. for 4 weeks (SOC 100%), and then stored at high temperature while discharging again from SOC 50% to 2.5C for 10 seconds. The subsequent resistance was measured. The resistance increase rate was calculated by substituting the initial resistance value of the lithium secondary battery measured as described above and the resistance value after high temperature storage into Equation (2) below, and the results are shown in Table 2 below.

- 식 (2): 저항 증가율(%) = {(고온 저장 후 저항 값 - 초기 저항 값)/초기 저항 값}×100- Equation (2): resistance increase rate (%) = {(resistance value after high temperature storage - initial resistance value)/initial resistance value}×100

부피 변화율(%)Volume change rate (%) 저항 증가율(%)Resistance increase rate (%) 실시예 1Example 1 1818 1616 실시예 2Example 2 1313 1515 실시예 3Example 3 1515 2020 비교예 1Comparative Example 1 3737 4545 비교예 2Comparative Example 2 2727 4242

상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물을 전해질용 첨가제로 이용한 실시예 1 내지 3의 경우, 리튬 이차 전지의 부피 변화율 및 저항 증가율이 모두 낮은 것을 확인할 수 있었다. As shown in Table 2, in Examples 1 to 3 in which the compound represented by Formula 1 according to the present invention was used as an electrolyte additive, it was confirmed that both the volume change rate and the resistance increase rate of the lithium secondary battery were low.

반면, 전해질에 첨가제를 포함하지 않는 비교예 1과, 전해질에 첨가제를 포함하더라도 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하지 않는 비교예 2는 실시예 1 내지 3 대비 부피 변화율 및 저항 증가율이 현저히 높음으로 인해 리튬 이차 전지의 고온 저장 특성이 열악한 것을 확인할 수 있었다.On the other hand, Comparative Example 1, which does not contain an additive in the electrolyte, and Comparative Example 2, which does not include the compound represented by Formula 1 even though the electrolyte contains the additive, have significantly higher volume change rate and resistance increase rate compared to Examples 1 to 3. It was confirmed that the high temperature storage characteristics of the lithium secondary battery were poor.

이러한 결과로부터, 본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물을 전해질용 첨가제로 이용하는 경우, 안정도가 높고 저항이 낮은 견고한 SEI 막을 형성하여, 고온 저장 특성이 우수한 리튬 이차 전지를 제공할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다. From these results, it can be confirmed that when the compound represented by Formula 1 according to the present invention is used as an additive for an electrolyte, a strong SEI film with high stability and low resistance can be formed, thereby providing a lithium secondary battery having excellent high-temperature storage characteristics. there was.

실험예 2: 수명 특성 평가Experimental Example 2: Lifespan characteristic evaluation

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1, 2에서 제조한 리튬 이차 전지의 수명 특성을 평가하기 위해, 리튬 이차 전지의 용량 유지율 및 저항 증가율을 하기와 같은 방법으로 측정하였다.In order to evaluate the lifespan characteristics of the lithium secondary batteries prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2, the capacity retention rate and resistance increase rate of the lithium secondary battery were measured as follows.

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1, 2에서 제조한 각각의 리튬 이차 전지를 0.1C CC로 활성화 하였다. 이어서, 25℃에서 PESC05-0.5 충방전기(제조사: (주)PNE 솔루션, 5V, 500mA)를 사용하여 정전류-정전압(CC-CV) 충전 조건으로 4.2V까지 0.33C CC으로 충전한 다음 0.05C current cut을 진행하였고, CC 조건으로 2.5V까지 0.33C으로 방전하였다. 상기 충방전을 1 사이클로 하여, 2 사이클 진행하였다. 이어서, 0.33C/4.2V 정전류-정전압으로 만충전하고, SOC 50%에서 2.5C로 10초간 방전하여 10초간 방전 전 전압과, 10초간 방전 후 전압의 차를 통하여 초기 저항을 산출하였다. 이후, 0.33C 정전류로 2.5V가 될 때까지 방전하였다. Each of the lithium secondary batteries prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 was activated at 0.1C CC. Then, using a PESC05-0.5 charger/discharger (manufacturer: PNE Solution, 5V, 500mA) at 25°C under constant current-constant voltage (CC-CV) charging conditions, it was charged at 0.33C CC up to 4.2V and then 0.05C current The cut was carried out, and it was discharged at 0.33C up to 2.5V under CC conditions. The charging and discharging were performed as 1 cycle, and 2 cycles were performed. Then, it was fully charged with 0.33C/4.2V constant current-constant voltage, discharged at SOC 50% at 2.5C for 10 seconds, and the initial resistance was calculated through the difference between the voltage before discharging for 10 seconds and the voltage after discharging for 10 seconds. Thereafter, it was discharged with a constant current of 0.33C until it became 2.5V.

이어서, 디가스를 진행한 후, 상기 리튬 이차 전지를 각각 45℃ 조건에서 각각 2.5V 내지 4.2V 전압 구동 범위하에 0.33C로 정전류로 4.2V가 될 때까지 충전하고, 4.2V의 정전압으로 충전하여 충전 전류가 0.05C가 되면 충전을 종료하였다. 이어서, 20분간 방치한 다음 0.33C 정전류로 2.5V가 될 때까지 방전하였다. 상기 충방전을 1 사이클로 하여, 100 사이클 진행하였다.Then, after degassing, the lithium secondary battery is charged at a constant current of 0.33C under a voltage driving range of 2.5V to 4.2V, respectively, at 45° C., until it becomes 4.2V, and charged at a constant voltage of 4.2V. When the charging current reached 0.05C, charging was terminated. Then, it was allowed to stand for 20 minutes and then discharged at a constant current of 0.33C until it became 2.5V. The charge/discharge was performed as 1 cycle, and 100 cycles were performed.

이 때, 1 사이클 후의 용량과 100 사이클 후의 용량을 PESC05-0.5 충방전기(제조사: (주)PNE 솔루션, 5V, 500mA)를 사용하여 측정하고, 용량을 하기 식 (3)에 대입하여 100 사이클 후 용량 유지율을 산출하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.At this time, the capacity after 1 cycle and the capacity after 100 cycles are measured using a PESC05-0.5 charger/discharger (manufacturer: PNE Solution, 5V, 500mA), and the capacity is substituted in the following formula (3) to after 100 cycles The capacity retention rate was calculated, and the results are shown in Table 3 below.

- 식 (3): 100 사이클 후 용량 유지율(%) = (100 사이클 후 용량/1 사이클 후 용량)×100- Equation (3): Capacity retention rate (%) after 100 cycles = (Capacity after 100 cycles / Capacity after cycle)×100

한편, 100 사이클을 실시한 다음, SOC 50%에서 2.5C로 10초간 방전하여 10초간 방전 전 전압과, 10초간 방전 후 전압의 차를 통하여 100 사이클 후의 저항을 산출하였다.On the other hand, 100 cycles were performed, and then the resistance after 100 cycles was calculated through the difference between the voltage before discharging for 10 seconds and the voltage after discharging for 10 seconds by discharging at SOC 50% at 2.5C for 10 seconds.

상기와 같이 측정된 초기 저항 값 및 100 사이클 후 저항 값을 하기 식(4)에 대입하여 저항 증가율을 산출하였다. 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.The resistance increase rate was calculated by substituting the initial resistance value measured as described above and the resistance value after 100 cycles into Equation (4) below. The results are shown in Table 3 below.

- 식 (4): 100 사이클 후 저항 증가율(%) = {(100 사이클 후 저항 값 - 초기 저항 값)/초기 저항 값}×100- Equation (4): resistance increase rate (%) after 100 cycles = {(resistance value after 100 cycles - initial resistance value)/initial resistance value}×100

100 사이클 후 용량 유지율(%)Capacity retention rate (%) after 100 cycles 100 사이클 후 저항 증가율(%)Resistance increase rate (%) after 100 cycles 실시예 1Example 1 9191 1818 실시예 2Example 2 8989 1717 실시예 3Example 3 9090 1818 비교예 1Comparative Example 1 7878 4040 비교예 2Comparative Example 2 8787 2525

상기 표 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물을 전해질용 첨가제로 이용한 실시예 1 내지 3의 경우, 리튬 이차 전지의 100 사이클 후 용량 유지율은 향상되며, 100 사이클 후 저항 증가율이 낮은 것을 확인할 수 있었다. As shown in Table 3, in the case of Examples 1 to 3 using the compound represented by Formula 1 according to the present invention as an additive for electrolyte, the capacity retention rate after 100 cycles of the lithium secondary battery is improved, and the resistance increase rate after 100 cycles This low was confirmed.

반면, 전해질에 첨가제를 포함하지 않는 비교예 1은 실시예 1 내지 3 대비 100 사이클 후 용량 유지율이 크게 저하되었을 뿐만 아니라, 100 사이클 후 저항 증가율도 크게 증가되어 리튬 이차 전지의 수명 특성이 열악한 것을 확인할 수 있었다. 또한, 전해질에 첨가제를 포함하더라도 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하지 않는 비교예 2는 실시예 1 내지 3 대비 100 사이클 후 용량 유지율이 저하되었으며, 100 사이클 후 저항 증가율은 증가됨으로 인해 리튬 이차 전지의 수명 특성이 열악한 것을 확인할 수 있었다.On the other hand, in Comparative Example 1, which does not contain an additive in the electrolyte, not only the capacity retention rate significantly decreased after 100 cycles compared to Examples 1 to 3, but also the resistance increase rate after 100 cycles was greatly increased, confirming that the life characteristics of the lithium secondary battery were poor. could In addition, in Comparative Example 2, which does not include the compound represented by Formula 1, even though the electrolyte contains an additive, the capacity retention rate after 100 cycles was lowered compared to Examples 1 to 3, and the resistance increase rate after 100 cycles increased due to the increase of the lithium secondary battery. It was confirmed that the lifespan characteristics were poor.

이러한 결과로부터, 본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물을 전해질용 첨가제로 이용하는 경우, 안정도가 높고 저항이 낮은 견고한 SEI 막을 형성하여, 고온 저장 특성 및 수명 특성이 모두 우수한 리튬 이차 전지를 제공할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다. From these results, when the compound represented by Formula 1 according to the present invention is used as an additive for an electrolyte, a strong SEI film with high stability and low resistance is formed, thereby providing a lithium secondary battery excellent in both high-temperature storage characteristics and lifespan characteristics. could confirm that there was

Claims (9)

유기 용매; 리튬염; 및 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 비수 전해질:
[화학식 1]
Figure pat00030

상기 화학식 1에서,
R1 내지 R3는 각각 독립적으로 수소; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기이며,
A는 S 또는 P이고,
A가 S일 때, m은 1의 정수이고, R4는 수소; 적어도 하나의 할로겐 원자로 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 6의 알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 헤테로 아릴기; 적어도 하나의 할로겐 원자로 치환된 탄소수 3 내지 7의 헤테로 아릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 8의 아릴기; 적어도 하나의 할로겐 원자로 치환된 탄소수 6 내지 8의 아릴기; 또는 적어도 하나의 할로겐 원자로 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 환형 카보네이트기이며,
A가 P일 때, m은 1 또는 2의 정수이고, R4는 수소; 적어도 하나의 할로겐 원자로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 헤테로 아릴기; 적어도 하나의 할로겐 원자로 치환된 탄소수 3 내지 7의 헤테로 아릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 8의 아릴기; 적어도 하나의 할로겐 원자로 치환된 탄소수 6 내지 8의 아릴기; 적어도 하나의 할로겐 원자로 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 환형 카보네이트기; 또는 탄소수 2 내지 6의 알키닐기이다.
organic solvents; lithium salt; And a non-aqueous electrolyte comprising a compound represented by the following formula (1):
[Formula 1]
Figure pat00030

In Formula 1,
R 1 to R 3 are each independently hydrogen; Or a substituted or unsubstituted C 1 to C 6 alkyl group,
A is S or P,
When A is S, m is an integer of 1, R 4 is hydrogen; an alkyl group having 3 to 6 carbon atoms unsubstituted or substituted with at least one halogen atom; a substituted or unsubstituted heteroaryl group having 3 to 7 carbon atoms; a heteroaryl group having 3 to 7 carbon atoms substituted with at least one halogen atom; a substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 8 carbon atoms; an aryl group having 6 to 8 carbon atoms substituted with at least one halogen atom; or a cyclic carbonate group having 3 to 7 carbon atoms that is unsubstituted or substituted with at least one halogen atom,
When A is P, m is an integer of 1 or 2, R 4 is hydrogen; an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms unsubstituted or substituted with at least one halogen atom; a substituted or unsubstituted heteroaryl group having 3 to 7 carbon atoms; a heteroaryl group having 3 to 7 carbon atoms substituted with at least one halogen atom; a substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 8 carbon atoms; an aryl group having 6 to 8 carbon atoms substituted with at least one halogen atom; a cyclic carbonate group having 3 to 7 carbon atoms which is unsubstituted or substituted with at least one halogen atom; or an alkynyl group having 2 to 6 carbon atoms.
제1항에 있어서,
상기 R1은 수소인 것인 비수 전해질.
According to claim 1,
wherein R 1 is hydrogen.
제1항에 있어서,
상기 R2 및 R3는 수소인 것인 비수 전해질.
According to claim 1,
wherein R 2 and R 3 are hydrogen.
제1항에 있어서,
상기 할로겐 원자는 불소 원자인 것인 비수 전해질.
According to claim 1,
wherein the halogen atom is a fluorine atom.
제1항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 2-1 내지 화학식 2-5로 표시되는 화합물 중 어느 하나인 것인 비수 전해질.
[화학식 2-1]
Figure pat00031

[화학식 2-2]
Figure pat00032

[화학식 2-3]
Figure pat00033

[화학식 2-4]
Figure pat00034

[화학식 2-5]
Figure pat00035
According to claim 1,
The compound represented by Formula 1 is any one of the compounds represented by Formulas 2-1 to 2-5 below.
[Formula 2-1]
Figure pat00031

[Formula 2-2]
Figure pat00032

[Formula 2-3]
Figure pat00033

[Formula 2-4]
Figure pat00034

[Formula 2-5]
Figure pat00035
제1항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 3-1 내지 화학식 3-9로 표시되는 화합물 중 어느 하나인 것인 비수 전해질.
[화학식 3-1]
Figure pat00036

[화학식 3-2]
Figure pat00037

[화학식 3-3]
Figure pat00038

[화학식 3-4]
Figure pat00039

[화학식 3-5]
Figure pat00040

[화학식 3-6]
Figure pat00041

[화학식 3-7]
Figure pat00042

[화학식 3-8]
Figure pat00043

[화학식 3-9]
Figure pat00044
According to claim 1,
The compound represented by Formula 1 is any one of the compounds represented by Formulas 3-1 to 3-9 below.
[Formula 3-1]
Figure pat00036

[Formula 3-2]
Figure pat00037

[Formula 3-3]
Figure pat00038

[Formula 3-4]
Figure pat00039

[Formula 3-5]
Figure pat00040

[Formula 3-6]
Figure pat00041

[Formula 3-7]
Figure pat00042

[Formula 3-8]
Figure pat00043

[Formula 3-9]
Figure pat00044
제1항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 4-1 내지 화학식 4-9로 표시되는 화합물 중 어느 하나인 것인 비수 전해질.
[화학식 4-1]
Figure pat00045

[화학식 4-2]
Figure pat00046

[화학식 4-3]
Figure pat00047

[화학식 4-4]
Figure pat00048

[화학식 4-5]
Figure pat00049

[화학식 4-6]
Figure pat00050

[화학식 4-7]
Figure pat00051

[화학식 4-8]
Figure pat00052

[화학식 4-9]
Figure pat00053
According to claim 1,
The compound represented by Formula 1 is any one of the compounds represented by Formulas 4-1 to 4-9 below.
[Formula 4-1]
Figure pat00045

[Formula 4-2]
Figure pat00046

[Formula 4-3]
Figure pat00047

[Formula 4-4]
Figure pat00048

[Formula 4-5]
Figure pat00049

[Formula 4-6]
Figure pat00050

[Formula 4-7]
Figure pat00051

[Formula 4-8]
Figure pat00052

[Formula 4-9]
Figure pat00053
제1항에 있어서,
상기 화합물은 상기 비수 전해질 100중량부에 대하여, 0.5 내지 5 중량부로 포함되는 것인 비수 전해질.
According to claim 1,
The compound is included in an amount of 0.5 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the nonaqueous electrolyte.
제1항에 따른 비수 전해질을 포함하는 것인 리튬 이차 전지.
A lithium secondary battery comprising the non-aqueous electrolyte according to claim 1 .
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