KR20230028438A - 리튬-이온 배터리 및 그에 사용되는 전해액 - Google Patents

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Abstract

리튬 이온 배터리용 전해액이 개시된다. 상기 전해액은 유기 용매, 리튬 염 및 첨가제를 포함한다. 개시된 전해액은 6-원 헤테로시클릭 기재 카르복실산 무수물 첨가제를 함유하고, 배터리 가스 생성 및 계면 저항의 증가를 효과적으로 억제하고, 배터리의 고온 안정성을 개선시키고, 배터리의 수명을 증가시킬 수 있다.

Description

리튬-이온 배터리 및 그에 사용되는 전해액
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2020년 6월 23일에 출원된 중국 특허 출원 번호 202010584645.X의 우선권 및 이익을 주장한다. 상기 언급된 출원의 전체 내용은 본원에 참조로 포함된다.
분야
본 개시내용은 리튬-이온 배터리 분야, 구체적으로는 리튬-이온 배터리용 전해액 및 리튬-이온 배터리에 관한 것이다.
높은 에너지 밀도를 갖는 리튬-이온 배터리는 항상 배터리 시장에서 필수적인 배터리 시스템이었다. 그러나, 이러한 배터리 시스템의 사용 동안, 계면과 전해액 사이의 기생 반응에 의해 가스가 생성되고, 계면 임피던스가 증가하여, 배터리의 팽창 및 배터리의 사용 수명 단축을 초래한다. 특히, 최근 수년간 더 높은 에너지 밀도를 갖는 배터리의 추구에 있어서, 고-전압 적용에 적합한 양극 물질이 계속적으로 개발되어 왔고, 고-전압 적용을 위한 물질에 대한 전해액의 연구가 또한 최우선이 되었다. 기존의 전해액 시스템의 한계 전압은 4.2 V이고, 4.2 V 초과의 전압은 전해액이 양극에서 산화되게 하고, 이는 가스 생성 및 전해액의 과도하게 빠른 소모를 초래하여, 배터리의 안전 위험을 초래하고 배터리의 사용 수명을 단축시킨다. 따라서, 고-전압 시스템에 적합한 전해액의 연구는 현재 긴급한 우선사항이다. 종래의 해결책은 전해액의 산화 분해 전위를 증가시키기 위해 플루오린-함유 용매를 사용하는 것이다. 플루오린-함유 용매는 산화 분해 전위가 높지만, 전해액의 이후 단계에서 HF의 방출은 양극 및 음극 물질의 입자를 손상시키고 배터리의 사용 수명에 영향을 미칠 것이다.
전해액의 산화 분해 전위를 추가로 증가시키고, 고전압 하에서의 전해액 분해의 현행 문제를 해결하고, 리튬-이온 배터리의 고-전압 및 고온 안정성을 개선시키기 위해, 본 개시내용은 리튬-이온 배터리용 전해액 및 리튬-이온 배터리를 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 개시내용의 제1 측면은 리튬-이온 배터리용 전해액을 제공한다. 리튬-이온 배터리용 전해액은 유기 용매, 리튬 염 및 첨가제를 포함한다. 첨가제는 화학식 (1)에 의해 나타내어진 제1 첨가제를 포함한다:
Figure pct00001
상기 화학식 (1)에서, X1, X2, X3 및 X4는 각각 독립적으로 CR 또는 N으로부터 선택되고, X1, X2, X3 또는 X4 중 적어도 1개는 N이고; X1, X2, X3 및 X4에서의 R은 각각 독립적으로 H, 할로겐, C1-C4 알킬, C1-C4 치환된 알킬, C4-C7 시클로알킬, 또는 C1-C3 알콕시로부터 선택된다.
본 개시내용의 발명자들은 화학식 (1)에 의해 나타내어진 첨가제가 산화 반응을 우선적으로 겪어 고-니켈 양극 계면에서 필름을 형성할 수 있고, 생성된 양극 필름 층이 우수한 이온-전도성을 가지며, 사이클 및 저장 공정 동안 산화 반응을 촉진하는 양극과 전해액 사이의 계면 열화 반응을 잘 방지함으로써, 계면에서의 필름 층의 연속적 증가로 인한 분극 증가 및 계면에서의 반응에 의해 생성된 가스로 인한 팽창을 방지하거나 감소시킨다는 것을 예상외로 발견하였다. 따라서, 본 출원이 얻어진다.
본 개시내용의 제2 측면은 리튬-이온 배터리를 제공한다. 리튬-이온 배터리는 본 개시내용의 제1 측면에서 제공된 리튬-이온 배터리용 전해액을 포함한다.
상기 기술적 해결책을 통해, 본 개시내용은 리튬-이온 배터리용 전해액 및 리튬-이온 배터리를 제공하고, 본 개시내용에서 제공된 전해액을 포함하는 리튬-이온 배터리는 높은 전압에서 보다 우수한 고온 안정성 및 배터리 사이클 성능을 갖는다.
본 개시내용의 다른 특징 및 이점은 하기 상세한 설명에서 상세히 기재될 것이다.
본 개시내용의 구체적 구현이 하기에 상세히 기재된다. 본원에 기재된 특정 실시는 단지 본 개시내용을 기재하고 설명하기 위해 사용되는 것이고, 본 개시내용을 제한하려는 의도는 아니라는 것이 이해되어야 한다.
본 개시내용의 제1 측면은 리튬-이온 배터리용 전해액을 제공한다. 리튬-이온 배터리용 전해액은 유기 용매, 리튬 염 및 첨가제를 포함한다. 첨가제는 화학식 (1)에 의해 나타내어진 제1 첨가제를 포함한다:
Figure pct00002
여기서, X1, X2, X3 및 X4는 각각 독립적으로 CR 또는 N으로부터 선택되고, X1, X2, X3 또는 X4 중 적어도 1개는 N이고; X1, X2, X3 및 X4에서의 R은 각각 독립적으로 H, 할로겐, C1-C4 알킬, C1-C4 치환된 알킬, C4-C7 시클로알킬, 또는 C1-C3 알콕시로부터 선택된다.
본 개시내용의 리튬-이온 배터리용 전해액은 6-원 헤테로시클릴 카르복실산 무수물 첨가제를 포함하고, 양극의 표면 상에 필름을 형성할 수 있고, 즉 우수한 리튬-이온 전도성을 갖는 양극 계면 필름을 형성할 수 있으며, 이는 고전압 조건 하에 양극의 표면 상의 전해액의 열화 반응을 차단하고, 배터리의 사이클 공정 동안 가스의 연속적 생성을 억제하고, 배터리 팽창을 감소시키고, 전해액의 분해를 억제하고, 배터리의 사용 수명을 연장시킬 수 있다.
6-원 헤테로시클릭 고리는 바람직하게는 1개의 N 원자 또는 2개의 N 원자를 함유하는 6-원 고리, 보다 바람직하게는 1개의 N 원자를 함유하는 6-원 고리인데, 이는 이러한 분자의 반응 전위가 더 낮고 산화 반응에 의한 양극의 표면 상의 필름의 형성하기에 보다 전도성이고, 필름을 형성하는 성분이 우수한 이온 전도성을 갖기 때문이다.
본 개시내용에 따르면, 리튬-이온 배터리용 전해액 중 유기 용매의 함량, 리튬 염의 함량 및 첨가제의 함량은 광범위하게 달라질 수 있다. 바람직하게는, 유기 용매의 함량은 50 중량%-90 중량%일 수 있고, 리튬 염의 함량은 1 중량%-20 중량%일 수 있고, 첨가제의 함량은 0.1 중량%-10 중량%일 수 있다. 보다 바람직하게는, 유기 용매의 함량은 60 중량%-85 중량%일 수 있고, 리튬 염의 함량은 5 중량%-15 중량%일 수 있고, 첨가제의 함량은 0.5 중량%-8 중량%일 수 있다. 상기 바람직한 경우에, 배터리의 양극 및 음극의 계면 상에 탁월한 필름 층이 형성되어, 양극 및 음극의 계면 상의 활성 부위 상의 전해액의 부반응을 억제하고, 배터리에서의 가스 생성 및 계면 임피던스의 증가를 억제하고, 배터리의 고온 안정성을 개선하고, 배터리의 사용 수명을 연장시킬 수 있다.
본 개시내용에 따르면, 첨가제에서, 첨가제의 총 중량을 기준으로 하여, 화학식 (1)에 의해 나타내어진 제1 첨가제의 함량은 0.5 중량%-4 중량%, 바람직하게는 0.6 중량%-3 중량%일 수 있다.
본 개시내용에 따르면, 화학식 (1)에서, X1, X2, X3 및 X4에서 R1은 바람직하게는 H이다. 이 바람직한 경우에, 첨가제는 보다 작은 분자량 및 보다 낮은 산화 분해 전위를 갖고, 양극의 표면 상에서 산화 반응을 보다 용이하게 우선적으로 겪을 수 있다.
보다 바람직하게는, 화학식 (1)에 의해 나타내어진 제1 첨가제는 2,3-피리딘 디카르복실산 무수물, 3,4-피리딘 디카르복실산 무수물, 2,3-피라진 디카르복실산 무수물 및 4,5-피리다진 디카르복실산 무수물이다. 이러한 바람직한 경우에, 제1 첨가제는 낮은 산화 분해 또는 필름 형성 전위를 갖고, 따라서 양극의 표면 상에 필름을 우선적으로 형성할 수 있다.
Figure pct00003
2,3-피리딘 디카르복실산 무수물
Figure pct00004
3,4-피리딘 디카르복실산 무수물
Figure pct00005
2,3-피라진 디카르복실산 무수물
Figure pct00006
4,5-피리다진 디카르복실산 무수물
본 개시내용에 따르면, 리튬 염은 통상의 기술자에게 널리 공지되어 있고, 예를 들어, LiPF6, LiBF4, LiClO4, LiAsF6, LiCF3SO3, LiN(CF3SO2)2, LiN(C2F5SO2)2, LiC(CF3SO2)3, 또는 LiB(C2O4)2 중 1종 이상일 수 있다.
본 개시내용에 따르면, 유기 용매는 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 널리 공지되어 있고, 예를 들어 에틸 메틸 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 프로필렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 에틸렌 술파이트, 프로필렌 술파이트, 디에틸 술파이트, γ-부티로락톤, 디메틸 술폭시드, 에틸 아세테이트, 또는 메틸 아세테이트 중 1종 이상일 수 있다.
본 개시내용에 따르면, 첨가제의 총 중량을 기준으로 하여, 첨가제는 잔량의 제2 첨가제를 추가로 포함하고, 제2 첨가제는 비닐 카르보네이트, 리튬 보록살레이트 또는 리튬 디플루오로술폰이미드 중 1종 이상을 포함한다.
본 개시내용의 제2 측면은 리튬-이온 배터리를 제공한다. 리튬-이온 배터리는 하우징, 및 하우징 내부에 수용된 본 개시내용의 제1 측면에 제공된 배터리 코어 및 리튬 이온 배터리용 전해액을 포함한다.
본 개시내용에 따르면, 배터리 코어는 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이의 분리판을 포함할 수 있다.
본 개시내용에 따르면, 양극은 양극 전류 집전체 및 양극 물질을 포함할 수 있고, 양극 물질은 양극 활성 물질, 전도제, 및 양극 결합제를 포함할 수 있다. 양극 활성 물질, 전도제, 및 양극 결합제는 관련 기술분야에서 통상적으로 사용되는 양극 활성 물질, 전도제, 및 양극 결합제일 수 있다. 양극 활성 물질은 스피넬 또는 층상 구조의 니켈 망가니즈 양극 물질 또는 리튬 철 포스페이트 양극 물질, 바람직하게는 스피넬 LiNi0.5Mn1.5O4일 수 있다.
본 개시내용에 따르면, 음극은 음극 전류 집전체 및 음극 물질을 포함하고, 음극 물질은 음극 활성 물질 및 음극 결합제를 포함한다. 음극 물질은 통상적인 전도제이며 양극 물질 층의 전도제와 동일하거나 상이할 수 있는 전도제를 임의로 포함할 수 있다. 음극 활성 물질 및 음극 결합제는 관련 기술분야에서 통상적으로 사용되는 음극 활성 물질 및 음극 결합제일 수 있다. 음극 활성 물질은 리튬 또는 흑연 음극 또는 규소-탄소 음극 물질, 바람직하게는 금속 리튬이다.
본 개시내용은 하기 실시예를 통해 추가로 상세히 기재된다. 실시예에서 사용된 원료는 모두 상업적으로 입수가능하다.
실시예 1
(1) 비-수성 전해액의 제조:
26 중량부의 비닐 카르보네이트 (EC), 61 중량부의 디에틸 카르보네이트 (DEC), 12 중량부의 리튬 헥사플루오로포스페이트 (LiPF6), 및 0.5 중량부의 2,3-피리딘 디카르복실산 무수물을 아르곤 글로브 박스에서 균일하게 혼합하여 본 실시양태의 리튬-이온 배터리 전해액 C1을 수득하였다.
(2) 리튬-이온 배터리의 제조:
양극 활성 물질 (LiNi0.5Mn1.5O4), 아세틸렌 블랙, 및 폴리비닐리덴 플루오라이드를 90:5:5의 비로 균일하게 혼합하고, 알루미늄 호일 상에 압착하여 양극을 수득하였다. 리튬 금속 시트를 음극으로서 사용하였다. PE/PP 복합체 막을 이온 교환 막으로서 사용하였다. 버튼 전지 S1은 본 실시양태의 전해액 C1을 사용하여 관련 기술분야의 통상적인 방법에 기초하여 제조하였다.
실시예 2
단계 (1)에서의 2,3-피리딘 디카르복실산 무수물 0.5 중량부를 3,4-피리딘 디카르복실산 무수물 1 중량부로 대체하고, 리튬-이온 배터리 비-수성 전해액 C2 및 버튼 전지 S2를 제조한 것을 제외하고는 실시예 1에서와 동일한 단계를 수행함으로써 전해액 및 버튼 전지를 제조하였다.
실시예 3
단계 (1)에서의 2,3-피리딘 디카르복실산 무수물 0.5 중량부를 2,3-피라진 디카르복실산 무수물 3 중량부로 대체하고, 리튬-이온 배터리 비-수성 전해액 C3 및 버튼 전지 S3을 제조한 것을 제외하고는, 실시예 1에서와 동일한 단계를 수행함으로써 비-수성 전해액 및 버튼 전지를 제조하였다.
실시예 4
단계 (1)에서의 2,3-피리딘 디카르복실산 무수물 0.5 중량부를 4,5-피리다진 디카르복실산 무수물 5 중량부로 대체하고, 리튬-이온 배터리 비-수성 전해액 C4 및 버튼 전지 S4를 제조한 것을 제외하고는, 실시예 1에서와 동일한 단계를 수행함으로써 비-수성 전해액 및 버튼 전지를 제조하였다.
실시예 5
단계 (1)에서의 2,3-피리딘 디카르복실산 무수물 0.5 중량부를 2,3-피리딘 디카르복실산 무수물 0.05 중량부로 대체하고, 리튬-이온 배터리 비-수성 전해액 C5 및 버튼 전지 S5를 제조한 것을 제외하고는, 실시예 1의 단계들과 동일한 단계를 수행함으로써 비-수성 전해액 및 버튼 전지를 제조하였다.
실시예 6
단계 (1)에서의 2,3-피리딘 디카르복실산 무수물 0.5 중량부를 2,3-피리딘 디카르복실산 무수물 0.1 중량부로 대체하고, 리튬-이온 배터리 비-수성 전해액 C6 및 버튼 전지 S6을 제조한 것을 제외하고는, 실시예 1의 단계들과 동일한 단계를 수행함으로써 비-수성 전해액 및 버튼 전지를 제조하였다.
실시예 7
2,3-피리딘 디카르복실산 무수물 12 중량부를 단계 (1)에서 첨가하고, 리튬-이온 배터리 전해액 C7 및 버튼 전지 S7을 제조한 것을 제외하고는, 실시예 1에서와 동일한 단계를 수행함으로써 비-수성 전해액 및 버튼 전지를 제조하였다.
비교예 1
단계 (1)에서의 2,3-피리딘 디카르복실산 무수물을 사용하지 않고, 리튬-이온 배터리 비-수성 전해액 DC1 및 버튼 전지 DS1을 제조한 것을 제외하고는, 실시예 1에서와 동일한 단계를 수행함으로써 전해액 및 버튼 전지를 제조하였다.
비교예 2
단계 (1)에서의 2,3-피리딘 디카르복실산 무수물을 말레산 무수물로 대체하고, 리튬-이온 배터리 전해액 DC2 및 버튼 전지 DS2를 제조한 것을 제외하고는, 실시예 1에서의 단계들과 동일한 단계를 수행함으로써 비-수성 전해액 및 버튼 전지를 제조하였다:
비교예 3
단계 (1)에서의 2,3-피리딘 디카르복실산 무수물을 피리딘으로 대체하고, 리튬-이온 배터리 전해액 DC3 및 버튼 전지 DS3을 제조한 것을 제외하고는, 실시예 1에서와 동일한 단계를 수행함으로써 전해액 및 버튼 전지를 제조하였다.
비교예 4
단계 (1)에서의 2,3-피리딘 디카르복실산 무수물을 피라진으로 대체하고, 리튬-이온 배터리 전해액 DC4 및 버튼 전지 DS4를 제조한 것을 제외하고는, 실시예 1에서와 동일한 단계를 수행함으로써 전해액 및 버튼 전지를 제조하였다.
비교예 5
단계 (1)에서의 2,3-피리딘 디카르복실산 무수물을 피리다진으로 대체하고, 리튬-이온 배터리 전해액 DC5 및 버튼 전지 DS5를 제조한 것을 제외하고는, 실시예 1에서와 동일한 단계를 수행함으로써 전해액 및 버튼 전지를 제조하였다.
시험 실시양태
(1) 산화 분해 전위 시험
3-전극 시험 방법을 사용하였다. 작업 전극으로서 백금 시트, 기준 전극으로서 리튬 시트, 및 전해액으로서 실시예에서 제조된 C1-C7 및 비교예에서 제조된 DC1-DC5를 각각 사용하여 전지를 제조하였다. 첨가제의 중합 전위 및 전해액의 산화 분해 전위를 특성화하였다. 시험 결과는 표 1에 제시된다.
(2) 배터리 충전 및 방전 성능 시험
시험 중인 버튼 전지 S1-S7 및 DS1-DS5를 정상 온도에서 0.1 mA의 정전류에서 4.95 V까지 충전한 다음, 0.1 mA의 정전류에서 2.8 V까지 방전하였다. 전지의 방전 용량 및 충전 용량을 기록하였다. 충전 및 방전 효율을 하기 식에 기초하여 계산하였다: 충전 및 방전 효율 (%) = 충전 용량 / 방전 용량 x 100%. 시험 결과는 표 2에 제시된다.
(3) 배터리 사이클 시험
상기 전지를 실온에서 1C-레이트 정전류 (약 0.5 mA) 및 정전압에서 4.95 V까지 충전하였다. 충전 컷오프 전류는 0.05 mA였다. 이어서, 전지를 0.5 mA의 정전류에서 2.8 V까지 방전시켰다. 이와 같이, 1 사이클이 완료된다. 초기 충전 용량 및 초기 방전 용량을 기록하고, 방전 효율 (%)을 계산하였다. 100회 사이클의 반복 충전 및 방전 후, 100회째의 사이클의 방전 용량을 기록하고, 사이클 후의 용량 유지율을 하기 식에 기초하여 계산하였다: 용량 유지율 (%) = 100회째의 사이클의 방전 용량 / 초기 방전 용량 x 100%. 컷오프 전압은 4.95 V였다. 시험 결과는 표 3에 제시된다.
표 1
Figure pct00007
표 2
Figure pct00008
표 3
Figure pct00009
표 1 내지 3의 데이터로부터, 본 개시내용은 피리딜 디카르복실산 무수물 첨가제를 리튬 이온 전해액에 첨가하여 전해액의 분해를 효과적으로 억제함으로써, 리튬-이온 배터리의 고온 안정성이 개선되고 배터리의 사용 수명이 연장됨을 알 수 있다.
본 개시내용의 바람직한 실시양태가 상기에 상세히 기재되어 있지만, 본 개시내용은 상기 실시양태에서의 구체적 세부사항에 제한되지는 않는다. 본 개시내용의 기술적 사상의 범위 내에서 본 개시내용의 기술적 해결책에 다양한 간단한 변형이 이루어질 수 있고, 이러한 간단한 변형은 모두 본 개시내용의 보호 범위 내에 속할 것이다.
상기 실시양태에 기재된 구체적인 기술적 특징은 모순되지 않고 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있음을 추가로 주목해야 한다. 불필요한 반복을 피하기 위해, 다양한 가능한 조합은 본 개시내용에 추가로 기재되지 않는다.
추가로, 본 개시내용의 상이한 실행은 또한 본 개시내용의 사상으로부터 벗어나지 않으면서 임의로 조합될 수 있고, 이들 조합은 여전히 본 개시내용에 개시된 내용으로서 간주될 것이다.

Claims (10)

  1. 리튬-이온 배터리용 전해액으로서,
    리튬-이온 배터리용 전해액은 유기 용매, 리튬 염 및 첨가제를 포함하고; 첨가제는 화학식 (1)에 의해 나타내어진 제1 첨가제를 포함하는 것인 리튬-이온 배터리용 전해액.
    Figure pct00010

    여기서 화학식 (1)에서, X1, X2, X3 및 X4는 각각 독립적으로 CR 또는 N으로부터 선택되고, X1, X2, X3 또는 X4 중 적어도 1개는 N이고; X1, X2, X3 및 X4에서의 R은 각각 독립적으로 H, 할로겐, C1-C4 알킬, C1-C4 치환된 알킬, C4-C7 시클로알킬, 또는 C1-C3 알콕시로부터 선택된다.
  2. 제1항에 있어서, X1, X2, X3 및 X4에서의 R이 H이고; 바람직하게는, X1, X2, X3 및 X4 중 어느 1개 또는 2개가 N인 전해액.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 전해액의 총 중량을 기준으로 하여, 유기 용매의 함량이 50 중량%-90 중량%이고, 리튬 염의 함량이 1 중량%-20 중량%이고, 첨가제의 함량이 0.1 중량%-10 중량%인 전해액.
  4. 제3항에 있어서, 바람직하게는, 전해액의 총 중량을 기준으로 하여, 유기 용매의 함량이 60 중량%-85 중량%이고, 리튬 염의 함량이 5 중량%-15 중량%이고, 첨가제의 함량이 0.5 중량%-8 중량%인 전해액.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 첨가제에서, 첨가제의 총 중량을 기준으로 하여, 제1 첨가제의 함량이 30 중량%-100 중량%, 바람직하게는 50 중량%-100 중량%인 전해액.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 첨가제가 2,3-피리딘 디카르복실산 무수물, 3,4-피리딘 디카르복실산 무수물, 2,3-피라진 디카르복실산 무수물 및 4,5-피리다진 디카르복실산 무수물인 전해액.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 유기 용매가 에틸 메틸 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 프로필렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 에틸렌 술파이트, 프로필렌 술파이트, 디에틸 술파이트, γ-부티로락톤, 디메틸 술폭시드, 에틸 아세테이트, 또는 메틸 아세테이트 중 1종 이상인 전해액.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 리튬 염이 LiPF6, LiBF4, LiClO4, LiAsF6, LiCF3SO3, LiN(CF3SO2)2, LiN(C2F5SO2)2, LiC(CF3SO2)3, 또는 LiB(C2O4)2 중 1종 이상인 전해액.
  9. 제5항에 있어서, 첨가제에서, 첨가제의 총 중량을 기준으로 하여, 첨가제가 잔량의 제2 첨가제를 추가로 포함하고, 제2 첨가제는 비닐 카르보네이트, 리튬 보록살레이트 또는 리튬 디플루오로술폰이미드 중 1종 이상을 포함하는 것인 전해액.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 전해액을 포함하는 리튬-이온 배터리.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2005347222A (ja) * 2004-06-07 2005-12-15 Sony Corp 電解液および電池
US20120077076A1 (en) * 2010-09-23 2012-03-29 Uchicago Argonne, Llc Heteroaromatic-based electrolytes for lithium and lithium-ion batteries
FR3017247A1 (fr) * 2014-02-06 2015-08-07 Renault Electrolytes non aqueux a base de composes sulfones pour batteries au lithium
CN107887647B (zh) * 2017-10-26 2020-08-11 广州天赐高新材料股份有限公司 一种5v高电压锂二次电池用电解液及含有该电解液的锂二次电池
CN110518284B (zh) * 2018-05-22 2021-04-20 比亚迪股份有限公司 一种非水电解液、含有该非水电解液的电池和电动车辆
JP7174324B2 (ja) * 2018-09-20 2022-11-17 トヨタ自動車株式会社 リチウムイオン二次電池用非水電解液

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