KR20230035681A - 전기화학 디바이스 및 전자 디바이스 - Google Patents

전기화학 디바이스 및 전자 디바이스 Download PDF

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KR20230035681A
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춘루이 쉬
얀얀 쉬
샤오윤 저우
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닝더 엠프렉스 테크놀로지 리미티드
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Abstract

본 출원은 전기화학 디바이스 및 전자 디바이스를 제공하는 바, 전기화학 디바이스는 양극 극편, 음극 극편, 분리막 및 전해액을 포함하고, 양극 극편은 양극 활물질을 포함하며, 양극 활물질은 Co원소를 포함하고, 전해액은 폴리니트릴 화합물을 포함하며, 양극 활물질 중 Co원소의 함량에 따라, 폴리니트릴 화합물의 함량을 조절하고, 나아가 폴리니트릴 화합물과 Co의 배위 착물화 작용 및 기타 첨가제와의 조합 사용을 통해, 양극재에서 리튬 심각하게 디인터칼레이션된 후의 구조 안정성을 현저히 향상시켰고, Co의 용출을 억제하고, 양극 활물질에 의한 전해액의 산화를 저감시키고, 관련 부반응을 억제함으로써, 전기화학 디바이스의 고온에서의 성능을 효과적으로 개선시켰다.

Description

전기화학 디바이스 및 전자 디바이스
본 출원은 2021년 11월 18일에 중국 특허국에 제출한, 출원 번호가 202111372370.4이고 발명의 명칭이 "전기화학 디바이스 및 전자 디바이스"인 중국 특허 출원의 우선권을 주장하는바, 이의 전부 내용은 인용을 통하여 본 발명에 결합된다.
본 발명은 에너지 저장 기술분야에 관한 것으로, 특히, 전기화학 디바이스와 전자 디바이스에 관한 것이다.
현재, 리튬이온 전지는 이미 전기 자동차, 소비전자 제품, 에너지 축적 디바이스 등 분야에 널리 사용되고 있으며, 또한, 에너지밀도가 높고, 메모리 효과가 없는 등 우점으로 상기 분야에서 점차적으로 주류 전지로 되었다. 현재, 수많은 성숙된 양극재 들 중에서, Co를 함유하는 리튬코발트산화물, 리튬니켈코발트망간산화물 등 재료는 상대적으로 높은 부피당 에너지밀도를 가지고 있으므로, 고에너지밀도 재료로서의 필연적 선택으로 되었다. 에너지밀도를 한층 더 향상시키기 위해, 충전시 차단전압을 계속 증가시키는 데, 이에 따라, 전지의 고온 성능이 심각한 도전에 직면하게 된다.
이에 감안하여, 에너지 저장 기술분야에서 리튬이온 전지의 고온 성능을 한층 더 향상시키는 것은 각 큰 리튬이온 전지 제조업체와 관련 종업자들이 연구하는 가장 중요한 것으로 되고 있다.
본 출원의 제1 측면에서 전기화학 디바이스를 제공하는 바, 상기 전기화학 디바이스는 양극 극편, 음극 극편, 분리막 및 전해액을 포함하고, 그 중, 상기 양극 극편은 양극 활물질을 포함하고, 상기 양극 활물질은 Co원소를 포함하며, 상기 Co원소의 질량 백분율 함량은 상기 양극 활물질의 전체 질량을 기준으로 하여 a이고; 상기 전해액은 폴리니트릴 화합물을 포함하고, 상기 폴리니트릴 화합물의 질량 백분율 함량은 상기 전해액의 전체 질량을 기준으로 하여 b%이며, 상기 폴리니트릴 화합물의 질량 백분율 함량 b%와 상기 Co원소의 질량 백분율 함량 a는 하기 관계를 만족한다. 즉, b = 9.7a - 0.07 + C, -1.5 < C ≤ 1.5, 0 < a ≤ 0.65를 만족하고, 예를 들면, C는 -1.4, -1.0, -0.5, 0, 0.5, 1.0, 1.5 또는 이들 간의 임의의 범위일 수 있고, a는 0.001, 0.25, 0.30, 0.35, 0.40, 0.45, 0.50, 0.55, 0.60, 0.65 또는 이들 간의 임의의 범위일 수 있다. 깊은 연구를 통해, 본 출원의 발명자는, 양극 활물질 중 Co원소의 질량 백분율 함량과 폴리니트릴 화합물의 질량 백분율 함량이 상술한 범위 내에 있도록 협동적으로 컨트롤하는 것을 통하여, 폴리니트릴 화합물이 양극 활물질을 보호하는 것을 효과적으로 발휘하는 동시에 폴리니트릴 화합물이 음극 계면을 파괴하는 것을 면하여, 전기화학 디바이스의 고온에서의 성능을 현저히 개선할 수 있음을 발견하였다.
본 출원의 일 실시형태에서, 상기 폴리니트릴 화합물의 질량 백분율 함량 b%는 상기 전해액의 전체 질량을 기준으로 하여 0 < b ≤ 7인 것을 만족하는 바, 예를 들면, b는 0.01, 0.5, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 또는 이들 간의 임의의 범위일 수 있다. 폴리니트릴 화합물의 질량 백분율 함량을 상술한 범위 내로 컨트롤하는 것으로, 양극 구조의 안정성을 강화하여, 전기화학 디바이스의 고온에서의 성능을 개선할 수 있다.
본 출원의 일 실시형태에서, 상기 폴리니트릴 화합물은 디니트릴 화합물 및/또는 트리니트릴 화합물을 포함하고, 상기 전해액의 전체 질량을 기준으로 하여, 상기 디니트릴 화합물의 질량 백분율 함량은 b1%이고, 상기 트리니트릴 화합물의 질량 백분율 함량은 b2%이며, b1과 b2는 0 ≤ b1/b2 ≤ 4인 것을 만족하는 바, 예를 들면, b1/b2는 0, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0 또는 이들 간의 임의의 범위일 수 있다. 어떤 이론에도 한정됨이 없이, 본 출원자는 디니트릴 화합물과 트리니트릴 화합물의 질량 백분율 함량이 상기 관계식을 만족하도록 협동적으로 컨트롤하는 것으로 전기화학 디바이스의 고온에서의 성능을 한층 더 개선할 수 있음을 발견하였다.
본 출원의 일 실시형태에서, 상기 디니트릴 화합물은 숙시노니트릴(SN), 아디포니트(AND), 1,2-비스(시아노에톡시)에탄(DENE) 또는 1,4-디시아노-2-부텐(HEDN) 중 적어도 1종을 포함하고, 상기 트리니트릴 화합물은 1,3,6-헥산트리카보니트릴(HTCN) 또는 1,2,3-트리스(2-시아노에톡시)프로판(TCEP) 중 적어도 1종을 포함한다. 어떤 이론에도 한정됨이 없이, 본 출원자는, 상기 디니트릴 화합물과 트리니트릴 화합물을 선택하는 것으로 전기화학 디바이스의 고온에서의 성능을 한층 더 개선할 수 있음을 발견하였다.
본 출원의 일 실시형태에서, 상기 전해액은 하기 조건 중 적어도 하나를 만족한다. 즉,
(1)상기 전해액은 에틸렌카보네이트(EC)를 더 포함하고, 상기 에틸렌카보네이트의 질량 백분율 함량은 상기 전해액의 전체 질량을 기준으로 하여 c%이고, c는 0.5 ≤ c/b ≤ 20, 3 ≤ c ≤ 30을 만족하는 바, 예를 들면, c/b는 0.5, 1.5, 3.5, 5.5, 7.5, 9.5, 11.5, 13.5, 15.5, 17.5, 19.5, 20 또는 이들 간의 임의의 범위일 수 있고, c는 3, 5, 7, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30 또는 이들 간의 임의의 범위일 수 있고, EC의 질량 백분율 함량이 지나치게 낮은 경우, EC는 음극에서 양호한 고체 전해질 계면(SEI) 필름을 형성할 수 없고, 폴리니트릴 화합물이 SEI 필름을 파괴하는 것을 막을 수 없으며, EC의 질량 백분율 함량이 지나치게 높은 경우, 폴리니트릴 화합물의 질량 백분율 함량이 지나치게 낮아서, 양극 활물질의 활성 위치점에 효과적으로 착물(complex)을 이룰 수 없고, 전해액 중 에틸렌카보네이트의 질량 백분율 함량을 상술한 범위 내로 컨트롤하는 것으로, 전기화학 디바이스의 고온에서의 성능을 향상시킬 수 있는 것;
(2)상기 전해액은 리튬디플루오로포스페이트를 포함하고, 상기 리튬디플루오로포스페이트의 질량 백분율 함량은 상기 전해액의 전체 질량을 기준으로 하여 d%이며, d는 0.01 ≤ d ≤ 1인 것을 만족하는 바, 예를 들면, d는 0.01, 0.05, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0 또는 이들 간의 임의의 범위일 수 있고, 전해액 중 리튬디플루오로포스페이트의 질량 백분율 함량을 상술한 범위 내로 컨트롤하는 것으로, 음극 표면에서 안정한 SEI 필름을 형성하여, 양극에서 용출한 Co가 SEI 필름을 파괴하는 것을 막음으로써, 전기화학 디바이스의 고온에서의 성능을 향상시킬 수 있는 것;
(3)상기 전해액은 리튬디플루오로포스페이트를 포함하고, 상기 리튬디플루오로포스페이트의 질량 백분율 함량은 상기 전해액의 전체 질량을 기준으로 하여 d%이며, d는 0.01 5≤ d/a인 것을 만족 하는 바, 리튬디플루오로포스페이트와 양극 활물질 중 Co원소의 질량 백분율 함량이 상기 관계식을 만족하도록 협동적으로 컨트롤하는 것으로, 음극에서 안정한 SEI 필름을 형성하고, 양극에서 용출한 Co가 SEI 필름을 파괴하는 것을 막음으로써, 전기화학 디바이스의 고온에서의 성능을 향상시킬 수 있는 것;
(4)상기 전해액은 플루오로에틸렌카보네이트(FEC), 비닐렌 카보네이트(VC), 프로필렌설파이트(PS), 에틸렌설페이트(DTD), 리튬디플루오로(옥살라토)보레이트(LiDFOB) 또는 리튬비스(옥살라토)보레이트(LiBOB) 중 적어도 1종을 포함하고, 상기 첨가제를 선택하는 것으로 양극과 음극의 표면에 안정한 양극 전해질 계면(CEI)과 SEI 필름을 형성하여, 양극과 음극을 안정시키고, 양극, 음극 및 전해액 간의 부반응을 억제하여, 전기화학 디바이스의 고온에서의 성능을 향상시킬 수 있는 것이다.
어떤 이론에도 한정됨이 없이, 본 출원자는, 전해액이 상기 조건 중 1종, 2종 또는 2종 이상의 조합을 만족하도록 컨트롤하는것으로 전기화학 디바이스의 고온에서의 성능을 한층 더 향상시킬 수 있음을 발견하였다.
본 출원의 일 실시형태에서, 상기 전해액은 리튬염을 포함하고, 상기 리튬염은 무기리튬염 또는 유기리튬염 중 적어도 1종을 포함하며, 상기 리튬염의 질량 백분율 함량은 상기 전해액의 전체 질량을 기준으로 하여, 7.5% 내지 25%이고, 예를 들면, 리튬염의 질량 백분율 함량은 7.5%, 10.0%, 12.5%, 15.0%, 17.5%, 20.0%, 22.5%, 25% 또는 이들 간의 임의의 범위일 수 있다. 상기 리튬염을 선택하고 리튬염의 질량 백분율 함량을 상기 범위 내로 컨트롤하는 것으로, 전해액의 이온 전도율을 향상시켜, 전기화학 디바이스의 고온에서의 성능을 개선할 수 있다.
본 출원의 일 실시형태에서, 상기 리튬염은 리튬헥사플루오로포스페이트, 리튬테트라플루오로보레이트, 리튬헥사플루오로아르세네이트, 과염소산리튬, 리튬비스플루오로술포닐이미드, 리튬비스트리플루오로메탄술폰이미드 중 적어도 1종을 포함한다. 어떤 이론에도 한정됨이 없이, 본 출원자는 상기 리튬염을 선택하는 것으로, 전기화학 디바이스의 고온에서의 성능을 한층 더 개선할 수 있음을 발견하였다.
본 출원의 일 실시형태에서, 상기 전해액은 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트, 프로필렌카보네이트, 에틸아세테이트, 에틸프로피오네이트, 프로필프로피오네이트 중 적어도 1종을 더 포함한다. 본 출원에서, 상기 비수 용매의 질량 백분율 함량은 전해액의 전체 질량을 기준으로 하여, 10% 내지 70%이고, 예를 들면, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70% 또는 이들 간의 임의의 범위일 수 있다. 어떤 이론에도 한정됨이 없이, 본 출원자는 상기 용매를 선택하는 것으로, 전기화학 디바이스의 고온에서의 성능을 한층 더 개선할 수 있음을 발견하였다.
본 출원의 일 실시형태에서, 양극 극편의 시차주사 열량(DSC) 곡선은 적어도 하나의 주요 발열 피크를 포함하고, 양극 극편의 DSC 테스트에서 상기 적어도 하나의 주요 발열 피크가 나타난 경우, 전해액의 성분을 조정하는 것으로 상대적으로 높은 분해 온도(상대적으로 높은 안정성)을 획득할 수 있는 바, 여기서, 상기 주요 발열 피크는 DSC 테스트 과정에서 발열량 > 2 mW/mg인 발열 피크이다.
본 출원의 일 실시형태에서, DSC 곡선에서, 상기 주요 발열 피크의 온도는 T ℃이고, T는 T = 10b + 267 + X을 만족하고, 여기서, -20 ≤ X ≤ 20, 0 < b ≤ 7, 200 ≤ T ≤ 360이며, 예를 들면, T는 200, 220, 240, 260, 280, 300, 320, 340, 360 또는 이들 간의 임의의 범위일 수 있고, 주요 발열 피크의 온도와 폴리니트릴 화합물의 질량 백분율 함량이 상기 관계식을 만족하는 경우, 폴리니트릴 화합물은 Co 함유 양극재와 양호하게 배위되어, 양극재 표면 구조의 안정성을 향상시킬 수 있고, 나아가 전기화학 디바이스의 고온에서의 성능을 개선할 수 있다.
본 출원에서, 양극 집전체는 본 출원의 목적을 실현할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는 바, 예를 들면, 알루미늄박, 알루미늄합금박 또는 복합집전체 등을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 본 출원에서, 양극 집전체의 두께는 본 출원의 목적을 실현할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는 바, 예를 들면, 두께는 4 μm 내지 12 μm이다. 본 출원에서, 양극재층은 양극 집전체의 두께 방향의 하나의 표면에 설치될 수도 있고, 양극 집전체의 두께 방향의 두 개의 표면에 설치될 수도 있다. 설명이 필요한 바로는, 본 명세서에서의 "표면"은 양극 집전체의 전반 영역일 수도 있고, 양극 집전체의 일부 영역일 수도 있으며, 본 출원에서, 본 출원의 목적을 실현할 수 있는 것이라면, 특별히 제한되지 않는다.
본 출원에서, 양극재층은 본 출원의 상기 어느 한 실시형태에 따른 양극 활물질을 포함하고, 양극 활물질은 복합 산화물을 포함할 수 있으며, 상기 복합 산화물은 리튬을 함유하고, 그리고 코발트, 망간 및 니켈로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 함유한다. 양극 활물질의 구체적인 종류는 본 출원의 목적을 실현할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 구체적으로, 상기 양극 활물질은 리튬코발트산화물(LiCoO2), 리튬니켈망간코발트 3원계 재료, 리튬망간산화물(LiMn2O4), 니켈리튬망간산화물(LiNi0.5Mn1.5O4), 리튬철인산화물(LiFePO4)로부터 선택되는 1종 또는 복수 종이다. 본 출원에서, 양극 활물질층의 두께는 본 출원의 목적을 실현할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는 바, 예를 들면, 두께는 30 μm 내지 120 μm이다.
양극재층는 바인더를 더 포함할 수 있고, 본 출원에서 바인더는 본 출원의 목적을 실현할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는 바, 예를 들면, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산나트륨, 폴리아크릴산칼륨, 폴리아크릴산리튬, 폴리이미드, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스나트륨, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 스티렌부타디엔고무, 폴리플루오르화비닐리덴 중 적어도 1종을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
본 출원에서, 양극재층은 도전제를 더 포함할 수 있고, 본 출원에서 도전제는 본 출원의 목적을 실현할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는 바, 예를 들면, 도전성 카본블랙(Super P), 탄소나노튜브(CNTs), 탄소섬유, 인상 흑연, 케첸블랙, 그래핀, 금속재료 또는 도전성 중합체 중 적어도 1종을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 상기 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브 및/또는 다중벽 탄소나노튜브를 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 상기 탄소섬유는 기상성장탄소섬유(VGCF) 및/또는 탄소나노섬유를 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 상기 금속재료는 금속 분말 및/또는 금속 섬유를 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않으며, 구체적으로, 금속은 구리, 니켈, 알루미늄 또는 은 중 적어도 1종을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 상기 도전성 중합체는 폴리페닐렌 유도체, 폴리아닐린, 폴리티오펜, 폴리아세틸렌 또는 폴리피롤 중 적어도 1종을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
선택적으로, 양극은 양극 집전체와 양극재층 사이에 위치한 도전층을 더 포함할 수 있다. 본 출원에서 도전층의 구성은 특별히 제한되지 않는 바, 본 출원이 속하는 분야에서 통상적으로 사용되는 도전층일 수 있고, 도전층은 상술한 도전제와 상술한 바인더를 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
본 출원의 음극 극편은 본 출원의 목적을 실현할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는 바, 예를 들면, 음극 극편은 통상적으로 음극 집전체와 음극재층을 포함한다. 본 출원에서, 음극재층은 음극 집전체의 두께 방향의 하나의 표면에 설치될 수도 있고, 음극 집전체의 두께 방향의 두 개의 표면에 설치될 수도 있다. 설명이 필요한 바로는, 본 명세서의 "표면"은 음극 집전체의 전반 영역일 수도 있고, 음극 집전체의 일부 영역일 수도 있으며, 본 출원의 목적을 실현할 수 있는 것이라면 본 출원에서 특별히 제한되지 않는다.
본 출원에서, 음극 집전체는 본 출원의 목적을 실현할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는 바, 예를 들면, 구리박, 구리합금박, 니켈박, 스테인리스강박, 티타늄박, 발포 니켈, 발포 구리 또는 복합 집전체 등을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 본 출원에서, 음극 집전체의 두께는 본 출원의 목적을 실현할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는 바, 예를 들면, 두께는 4 μm 내지 12 μm이다.
본 출원에서, 음극재층은 음극 활물질을 포함하고, 그 중, 음극 활물질은 본 출원의 목적을 실현할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는 바, 예를 들면, 천연흑연, 인조흑연, 메소페이스카본마이크로비즈, 하드카본, 소프트카본, 규소, 규소-탄소 복합체, Li-Sn합금, Li-Sn-O합금, Sn, SnO, SnO2, 스피넬 구조의 리튬화 TiO2-Li4Ti5O12 또는 Li-Al 합금 중 적어도 1종을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
본 출원에서, 음극재층은 도전제를 더 포함할 수 있고, 본 출원에서 도전제는 본 출원의 목적을 실현할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는 바, 예를 들면, 상술한 도전제 중 적어도 1종을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
본 출원에서, 음극재층은 바인더를 더 포함할 수 있고, 본 출원에서 바인더는 본 출원의 목적을 실현할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는 바, 예를 들면, 상술한 바인더 중 적어도 1종을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
선택적으로, 음극은 음극 집전체와 음극재층 사이에 위치한 도전층을 더 포함할 수 있다. 본 출원에서 도전층의 구성은 특별히 제한되지 않는 바, 본 출원이 속하는 분야에서 통상적으로 사용되는 도전층일 수 있고, 도전층은 상술한 도전제와 상술한 바인더를 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
본 출원에서 분리막은 본 출원의 목적을 실현할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는 바, 예를 들면, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리테트라플루오로에틸렌을 위주로 하는 폴리올레핀(PO)계 격막, 폴리에스테르필름(예를 들면, 폴리에틸렌테레프타레이트(PET) 필름), 셀룰로오스필름, 폴리이미드필름(PI), 폴리아미드필름(PA), 스판덱스, 아라미드섬유필름, 직조필름, 비직조필름(부직포), 미세기공필름, 복합필름, 격막페이퍼, 압연필름 또는 방사필름 중 적어도 1종을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않고, 바람직하게는 PP이다. 본 출원의 분리막은 다공성 구조를 가질 수 있고, 기공 직경의 사이즈는 본 출원의 목적을 실현할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는 바, 예를 들면, 기공 직경의 사이즈는 0.01 μm 내지 1 μm일 수 있다. 본 출원에서, 분리막의 두께는 본 출원의 목적을 실현할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는 바, 예를 들면, 두께는 5 μm 내지 500 μm일 수 있다.
예를 들면, 분리막은 기재층 및 표면처리층을 포함할 수 있다. 기재층은 다공성 구조를 가지는 부직포, 필름 또는 복합필름일 수 있고, 기재층의 재료는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트 또는 폴리이미드 중 적어도 1종을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 선택적으로, 폴리프로필렌 다공성 필름, 폴리에틸렌 다공성 필름, 폴리프로필렌 부직포, 폴리에틸렌 부직포 또는 폴리프로필렌-폴리에틸렌-폴리프로필렌 다공성 복합막을 사용 가능하다. 선택적으로, 기재층의 적어도 하나의 표면에 표면처리층이 설치되어 있고, 표면처리층은 중합체층 또는 무기물층일 수도 있고, 중합체와 무기물을 혼합하여 형성된 층일 수도 있다.
무기물층은 무기입자와 무기물층 바인더를 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않으며, 본 출원에서 무기입자는 특별히 제한되지 않는 바, 예를 들면, 산화알루미늄, 산화규소, 산화마그네슘, 산화티타늄, 이산화하프늄, 산화주석, 이산화세륨, 산화니켈, 산화아연, 산화칼슘, 산화지르코늄, 산화이트륨, 탄화규소, 베마이트, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 수산화칼슘 또는 황산바륨 중 적어도 1종을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 본 출원에서 유기물층 바인더는 특별히 제한되지 않는 바, 예를 들면, 폴리플루오르화비닐리덴, 플루오르화비닐리덴-헥사플루오로프로필렌의 공중합체, 폴리아미드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리아크릴레이트, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산염, 폴리에틸렌피롤리돈, 폴리비닐에테르, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌 또는 폴리헥사플루오로프로필렌 중 적어도 1종을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 중합체층은 중합체를 포함하고, 중합체의 재료는 폴리아미드, 폴리아크릴로니트릴, 아크릴레이트중합체, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산염, 폴리에틸렌피롤리돈, 폴리비닐에테르, 폴리플루오르화비닐리덴 또는 폴리(플루오르화비닐리덴-헥사플루오로프로필렌) 중 적어도 1종을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
본 출원의 전기화학 디바이스는 특별히 제한되지 않는 바, 상기 전기화학 디바이스는 전기화학 반응이 일어나는 임의의 디바이스를 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 전기화학 디바이스는：리튬금속 2차전지, 리튬이온 2차전지(리튬이온 전지), 리튬중합체 2차전지 또는 리튬이온중합체 2차전지 등을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
전기화학 디바이스의 제조 공정은 본 출원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진자에게 잘 알려진 것이고, 본 출원에서 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 하기 단계를 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 즉, 양극 극편, 분리막 및 음극 극편을 순서에 따라 적층시키고, 수요에 따라 이들에 대해 권취, 폴딩 등 작업을 수행한 후 권취 구조의 전극 구성 소자를 얻고, 전극 구성 소자를 포장백 속에 넣고, 전해액을 포장백에 주입하고 밀봉 포장하여, 전기화학 디바이스를 얻거나, 또는 양극, 분리막 및 음극을 순서에 따라 적층시킨 후, 전부 적층 구조의 네 모서리를 테이프로 고정하여 적층 구조의 전극 구성 소자를 얻고, 전극 구성 소자를 포장백 속에 넣고, 포장백에 전해액을 주입하고 밀봉 포장하여, 전기화학 디바이스를 얻는다. 또한, 수요에 따라 포장백에 과전류 방지 소자, 리드판 등을 내장하여, 전기화학 디바이스의 내부 압력의 상승, 과충전/과방전을 방지할 수도 있다.
본 출원의 제2 측면에서 전자 디바이스를 제공하는 바, 상기 전자 디바이스는 본 출원의 상기 어느 한 실시형태에 따른 전기화학 디바이스를 포함한다. 본 출원에서 제공되는 전기화학 디바이스는 양호한 고온 성능을 갖고 있으므로, 본 출원에서 제공되는 전자 디바이스는 상대적으로 긴 사용 수명과 양호한 성능을 가진다.
본 출원의 전자 디바이스는 특별히 한정하지 않는 바, 상기 전자 디바이스는 종래 기술에서 이미 알고 있는 임의의 전자 디바이스로 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 전자 디바이스는 노트북, 펜 입력 컴퓨터, 휴대용 컴퓨터, 전자책 플레이어, 휴대용 전화기, 휴대용 팩스, 휴대용 복사기, 휴대용 프린터, 헤드셋, 비디오, 액정 TV, 휴대용 청소기, 휴대용 CD 플레이어, 미니디스크, 송수신기, 전자 메모장, 계산기, 메모리 카드, 휴대용 녹음기, 라디오, 백업 전원 공급 장치, 모터, 자동차, 오토바이, 전기 자전거, 자전거, 조명 기구, 장난감, 게임기, 시계, 전동 공구, 섬광등, 카메라, 가정용 대용량 축전지 및 리튬이온 커패시터 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
본 출원에서 제공되는 전기화학 디바이스 및 전자 디바이스는, 양극 활물질 중 Co원소의 질량 백분율 함량에 따라, 폴리니트릴 화합물의 질량 백분율 함량을 조절하고, 나아가 폴리니트릴 화합물, Co의 배위 착물화 작용 및 기타 첨가제와의 조합 사용을 통해, 양극재에서 리튬이 심각하게 디인터칼레이션된 후의 구조 안정성을 현저히 향상시켰고, Co의 용출을 억제하고, 활물질에 의한 전해액의 산화를 저감시키고, 관련 부반응을 억제함으로써, 전기화학 디바이스의 고온에서의 성능을 효과적으로 개선시켰다.
물론, 본 출원의 어느 한 제품 또는 방법에 있어서, 반드시 상술한 전부의 우점을 동시에 구비해야 만이 실시할 수 있는 것은 아니다.
본 발명의 내용 중에 포함되어 있다.
이하에서는, 본 출원의 목적, 기술적수단 및 우점이 보다 명확하게 이해될 수 있도록, 실시예를 참조하여 본 출원을 더욱 구체적으로 설명하기로 한다. 이하에서 설명되는 실시예는 단지 본 출원의 일부 실시예일 뿐, 전부의 실시예가 아닌 것은 분명하다. 본 출원의 실시예에 기초하여, 본 출원이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자들이 획득한 기타 모든 기술적 수단도 모두 본 출원의 보호 범위에 속한다.
설명이 필요한 바로는, 본 출원의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용은 리튬이온 전지를 전기화학 디바이스의 예로 들어 설명하지만, 본 출원의 전기화학 디바이스는 리튬이온 전지에만 한정되는 것은 아니다.
테스트 방법 및 장치:
고온 사이클 성능 테스트:
리튬이온 전지를 45 ℃ 항온박스에 넣어, 리튬이온 전지가 항온에 도달하도록 30 min 정치시킨다. 항온에 도달한 리튬이온 전지를 1 C으로 전압이 4.45 V로 될 때까지 정전류로 충전시킨 후, 4.45 V에서 전류가 0.05 C으로 될 때까지 정전압으로 충전시키고, 이어서 1 C으로 전압이 2.8 V로 될 때까지 정전류로 방전시키며, 이를 하나의 충방전 사이클로 한다. 최초 방전의 용량을 100%로 하고, 방전 용량이 80%로 쇠감될 때까지 충방전 사이클을 반복하여, 테스트를 중지하고, 사이클 횟수와 리튬이온 전지의 두께 팽창률을 기록하여, 리튬이온 전지의 사이클 성능을 평가하는 지표로 한다.
두께 팽창률 = (사이클 완료 후의 두께 - 최초 두께) / 최초 두께 × 100%.
고온 저장 성능 테스트:
리튬이온 전지를 25℃ 항온박스에 넣어, 리튬이온 전지가 항온에 도달하도록 30 min 정치시킨다. 1 C으로 4.45 V까지 정전류로 충전시키고, 전류가 0.05 C으로 될 때까지 정전압으로 충전시킨 후, 1 C으로 2.8 V까지 정전류로 방전시켜, 방전 용량을 기록하여, 리튬이온 전지의 최초 용량으로 한다. 다음, 0.5 C으로 4.45 V까지 정전류로 충전시키고, 전류가 0.05 C으로 될 때까지 정전압으로 충전시켜, 마이크로미터 측정기로 전지의 두께를 테스트하고 기록한다. 테스트 대상인 리튬이온 전지를 60 ℃ 항온박스에 옮겨 90일 저장하고, 그 동안에 매 3일에 한번 씩 전지의 두께를 테스트하고 기록하며, 90일 저장이 종료되면, 전지를 25 ℃ 항온박스에 옮겨, 1 h 정치시키고, 1 C으로 2.8 V까지 정전류로 방전시켜, 방전 용량을 기록하여, 리튬이온 전지의 잔여 용량으로 한다. 1 C으로 4.45 V까지 정전류로 충전시키고, 전류가 0.05 C으로 될 때까지 정전압으로 충전시킨 후, 1 C으로 2.8 V까지 정전류로 방전시켜, 방전 용량을 기록하여, 리튬이온 전지의 회복가능 용량으로 한다. 전지의 두께(THK)를 테스트하고, 리튬이온 전지의 저장 시 두께 팽창률을 계산하고, 리튬이온 전지의 고온 저장 시 가스 생성량을 평가하는 지표로 한다.
두께 팽창률 = [(24시간 저장 시 두께 - 최초 두께) / 최초 두께] × 100%.
0 ℃ 직류 임피던스(DCR) 테스트:
리튬이온 전지를 0 ℃ 저온 박스에 넣어, 리튬이온 전지가 항온에 도달하도록 4 h 정치시킨다. 0.1 C으로 전압이 4.45 V로 될 때까지 정전류로 충전시키고, 전류가 0.05 C으로 될 때까지 정전압으로 충전시키고, 10 min 정치시킨다. 그리고, 0.1 C으로 3.4 V까지 정전류로 방전시키고, 해당 용량을 실제 방전 용량 D0으로 한다. 뒤이어 5 min 정치시키고, 0.1 C으로 4.45 V까지 정전류로 충전시키고, 전류가 0.05 C(전류는 D0에 대응하는 용량으로 계산함)으로 될 때까지 정전압으로 충전시킨다. 10 min 정치시키고, 0.1 C으로 3 h 정전류로 방전시켜(전류는 D0에 대응하는 용량으로 계산함), 이 때의 전압 V1을 기록한다. 이어서, 1 C으로 1s 정전류로 방전(10ms 채점, 전류는 코어에 표시된 용량에 대응하여 계산함)시키고, 이 때의 전압 V2를 기록한다. 그리고, 코어의 70% 잔여 전기량(SOC) 상태에 대응되는 직류 임피던스를 계산하는 바, 계산 공식은 하기와 같다:
70% SOC DCR = (V2 - V1) / 1C.
과충전 테스트：
25 ℃에서 0.5 C으로 2.8 V까지 리튬이온 전지를 방전시킨 다음, 2 C으로 5 V까지 정전류로 충전시키고, 그 다음에 정전압으로 3 h 더 충전시키며, 코어 표면의 온도 변화를 모니터링하는 바, 코어가 발화, 연소, 폭발하지 않는 것을 합격 표준으로 한다.
캘린더 수명(ITC) 테스트：
리튬이온 전지를 45 ℃ 항온박스에 넣어, 리튬이온 전지가 항온에 도달하도록 30 min 정치시킨다. 항온에 도달한 리튬이온 전지를 1 C으로 전압이 4.45 V로 될 때까지 정전류로 충전시키고, 4.45 V에서 전류가 0.05 C으로 될 때까지 정전압으로 충전시키고, 마이크로미터 측정기로 전지의 최초 두께를 테스트하고 기록하고, 45 ℃에서 24 h 정치시키고, 이어서, 1 C으로 전압이 2.8 V로 될 때까지 정전류로 방전시킨 바, 이를 하나의 충방전 사이클로 한다. 최초 방전의 용량을 100%로 하고, 방전 용량이 80%로 쇠감될 때까지 충방전 사이클을 반복하고, 테스트를 중지한다. 테스트를 중지하기 전에, 리튬이온 전지를 25 ℃ 항온박스에 넣고, 30 min 정치시켜, 리튬이온 전지가 항온에 도달하게 한다. 항온에 도달한 리튬이온 전지를 1 C으로 전압이 4.45 V로 될 때까지 정전류로 충전시키고, 4.45 V에서 전류가 0.05 C(마이크로미터 측정기로 전지의 사이클 후 두께를 테스트하고 기록함)으로 될 때까지 정전압으로 충전시키고, 사이클 횟수를 기록하여, 리튬이온 전지의 캘린더 수명을 평가하는 지표로 한다.
두께 팽창률=[(사이클 완료된 후의 두께-최초 두께)/최초 두께]×100%.
부동 충전 성능 테스트(CV 테스트)：
리튬이온 전지를 25℃ 항온박스에 넣어, 리튬이온 전지가 항온에 도달하도록 30 min 정치시킨다. 1 C으로 전압이 4.45 V로 될 때까지 정전류로 충전시키고, 전류가 0.05 C로 될 때까지 정전압으로 충전시키고, 마이크로미터 측정기로 전지의 최초 두께를 테스트하고 기록한다. 테스트 대상인 리튬이온 전지를 45 ℃ 항온박스에 옮겨 1 C의 전류로 60일 계속 충전하고, 완료되면 전지를 25 ℃ 항온박스에 옮겨, 전지의 두께를 테스트하고 60일 부동 충전 시 두께로 기록한다. 리튬이온 전지의 부동 충전 테스트 과정 중의 두께 팽창률을 계산하고, 리튬이온 전지의 부동 충전 성능을 평가하는 지표로 한다.
두께 팽창률=[(60일 부동 충전 시 두께-최초 두께)/최초 두께]×100%.
양극 극편 열안정성 테스트(DSC 테스트)：
리튬이온 전지를 25℃ 항온박스에 넣어, 리튬이온 전지가 항온에 도달하도록 30 min 정치시킨다. 1 C으로 4.45 V까지 정전류로 충전시키고, 전류가 0.05 C으로 될 때까지 정전압으로 충전시킨다. 전지의 양극 극편를 탈착시켜, 디메틸카보네이트(DMC)에 24 h 침지시킨 후, 시차주사 열량 측정기를 사용하여 DSC 테스트를 실행하는 바, 2 ℃/min의 속도로 400 ℃까지 가열시키고, 양극 극편의 주요 열반응 피크 및 대응 온도 T를 기록한다.
실시예 1-1
(1)양극 극편의 제조
양극 활물질인 리튬니켈망간코발트 3원 재료(NCM613), 도전제인 Super P, 바인더인 폴리플루오르화비닐리덴을 97 : 1.4 : 1.6의 중량비에 따라 혼합시키고, N-메틸피롤리돈(NMP)을 첨가하고, 진공 교반기의 작용 하에 체계가 균일하고 투명한 상태로 된, 고형분함량이 72wt%인, 양극 슬러리로 교반하고; 양극 슬러리를 두께가 12 μm인 양극 집전체의 알루미늄박에 균일하게 코팅하고; 85 ℃에서 알루미늄박을 건조시키고, 냉간 프레스하여 양극 활물질층의 두께가 100 μm인 양극 극편을 얻은 후, 양극 극편의 다른 한 표면에 상술한 단계를 반복하여, 양면에 양극 활물질층이 도포되어 있는 양극 극편을 얻는다. 양극 극편을 74 mm × 867 mm의 규격으로 절단하고 탭을 용접한 후 사용을 위해 대기시킨다.
(2)음극 극편의 제조
음극 활물질인 인조 흑연, 도전제인 Super P, 카르복시메틸셀룰로오스나트륨(CMC), 스티렌부타디엔고무(SBR)를 96.4 : 1.5 : 0.5 : 1.6의 질량비에 따라 혼합시킨 후, 탈이온수를 용매로하여 첨가하여, 고형분함량이 54wt%인 슬러리로 조제하고, 균일하게 교반한다. 슬러리를 두께가 8 μm인 구리박의 한 표면에 균일하게 도포하고, 110 ℃ 조건에서 건조시키고, 냉간 프레스하여 음극 활물질층의 두께가 150 μm인, 단일면에 음극 활물질층이 도포된 음극 극편을 얻은 후, 해당 음극 극편의 다른 한 표면에 상술한 단계를 반복하여, 양면에 음극 활물질층이 도포된 음극 극편을 얻는다. 음극 극편을 (74 mm × 867 mm)의 규격으로 절단하고 탭을 용접한 후 사용을 위해 대기시킨다.
(3)전해액의 제조
수분 함유량이 < 10 ppm인 아르곤 가스 분위기 글러브 박스에서, 에틸렌카보네이트(EC), 프로필렌카보네이트(PC), 메틸에틸카보네이트(EMC), 디에틸카보네이트(DEC)를 EC : PC : EMC : DEC = 10 : 30 : 30 : 30의 질량비에 따라 균일하게 혼합시켜, 기초 용매를 형성한 후, 표 1에 따라 폴리니트릴 화합물과 리튬염 LiPF6을 첨가하여 용해시키고 균일하게 교반하여, 전해액을 얻는 바, 여기서, 폴리니트릴 화합물은 아디포니트(AND), 1,2-비스(시아노에톡시)에탄(DENE) 및 1,3,6-헥산트리카보니트릴(HTCN)을 포함하고, 상기 폴리니트릴 화합물의 질량비는 AND : DENE : HTCN = 1 : 1 : 1이며, 그 중 LiPF6의 질량 백분율 함량은 12.5%이다.
(4)분리막
7 μm두께의 폴리에틸렌(PE) 다공성 중합체 박막을 분리막으로 사용한다.
(5)리튬이온 전지의 제조
양극 극편, 분리막, 음극 극편을 순서에 따라 적층하여, 분리막이 양극 극편, 음극 극편사이에 놓여 격리작용을 하도록 하고, 다음 양극과 음극을 권취하여 누드 코어를 얻고; 탭을 용접한 후, 누드 코어를 외포장박인 알루미늄 플라스틱 필름에 넣고, 알루미늄박 포장 백의 가장자리를 밀봉 포장시킨 후, 85 ℃ 진공 오븐에 넣고 12 h 건조시키고, 건조한 코어 중의 수분을 제거한 후, 최종적으로 상기 제조된 전해액을 건조한 누드 코어에 주입하고, 진공 밀봉 포장, 정치, 화성, 성형 등 공정을 거쳐, 리튬이온 전지의 제조를 완성한다(두께 3.3 mm, 폭 39 mm, 길이 96 mm).
실시예 1-2 내지 실시예 1-13
관련된 제조 파라미터와 성능 파라미터가 표 1에 표시한 바와 같은 것을 제외하고, 나머지는 실시예 1-1과 동일하다.
비교예 1-1 내지 비교예 1-7
관련된 제조 파라미터와 성능 파라미터가 표 1에 표시한 바와 같은 것을 제외하고, 나머지는 실시예 1-1과 동일하다.
표 1
Figure pct00001
실시예 1-1 내지 실시예 1-13 및 비교예 1-1 내지 비교예 1-7에서 볼 수 있듯이, 양극 활물질 중 Co원소와 폴리니트릴 화합물은 통상적으로 리튬이온 전지의 고온 사이클 성능과 고온 저장 성능에 영향을 미치고, 양극 활물질 중 Co원소의 질량 백분율 함량 a와 폴리니트릴 화합물의 질량 백분율 함량 b%가 본 출원 범위 내에 있고, 아울러 b와 a가 본 출원의 청구항 제 1 항의 관계식을 만족하는 리튬이온 전지를 선택하여 사용함에 따라, 폴리니트릴 화합물 중의 시아노기와 Co 사이의 착물화 작용에 의해, 구조의 안정성이 강화되고, 제조된 리튬이온 전지가 양호한 ITC, 고온 사이클 성능 및 고온 저장 성능을 가진다.
실시예 2-1 내지 실시예 2-10
관련된 제조 파라미터와 성능 파라미터가 표 2에 표시한 바와 같은 것을 제외하고, 나머지는 실시예 1-5과 동일하다.
표 2
Figure pct00002
표 2에서, "/"는 그에 상응되는 제조 파라미터가 존재하지 않음을 표시한다.
실시예 2-1 내지 실시예 2-10에서 볼 수 있듯이, 폴리니트릴 화합물의 종류와 질량 백분율 함량은 통상적으로 리튬이온 전지의 고온 성능에 영향을 미친다. 폴리니트릴 화합물의 질량 백분율 함량 그리고 디니트릴 화합물의 질량 백분율 함량과 트리니트릴 화합물의 질량 백분율 함량의 비의 값(b1/b2)은 리튬이온 전지의 고온 사이클 성능과 고온 저장 성능에 영향을 미치고, 실시예 2-1 내지 실시예 2-5에서 볼 수 있듯이, 폴리니트릴 화합물 중의 트리니트릴 화합물의 비율이 증가되면, 리튬이온 전지의 고온 사이클 성능과 고온 저장 성능이 더 좋게 개선된다.
실시예 3-1 내지 실시예 3-8
관련된 제조 파라미터와 성능 파라미터가 표 3에 표시한 바와 같은 것을 제외하고, 나머지는 실시예 1-3과 동일하고, EC의 질량 백분율 함량을 변화시키는 과정에서, EC의 질량 백분율 함량과 PC의 질량 백분율 함량의 합계는 40%를 유지한다.
비교예 3-1
관련된 제조 파라미터와 성능 파라미터가 표 3에 표시한 바와 같은 것을 제외하고, 나머지는 실시예 1-3과 동일하다.
표 3
Figure pct00003
실시예 3-1 내지 실시예 3-8 및 비교예 3-1에서 볼 수 있듯이, 폴리니트릴 화합물과 EC는 통상적으로 리튬이온 전지의 고온 사이클 성능과 고온 저장 성능에 영향을 미치게 되고, 폴리니트릴 화합물과 EC를 함유하고, 아울러 폴리니트릴 화합물의 질량 백분율 함량과 EC의 질량 백분율 함량의 비의 값(c/b)이 본 출원의 범위 내에 있는 리튬이온 전지를 선택하여 사용하면, 더 좋은 고온 사이클 성능과 고온 저장 성능을 가지게 된다.
실시예 4-1 내지 실시예 4-5
표 4에 따라 LiPO2F2의 질량 백분율 함량을 조절하는 것을 제외하고, 나머지는 실시예 1-4와 동일하다.
표 4
Figure pct00004
실시예 4-1 내지 실시예 4-5에서 볼 수 있듯이, LiPO2F2는 통상적으로 리튬이온 전지의 고온 사이클 성능과 고온 저장 성능에 영향을 미치게 되고, LiPO2F2의 질량 백분율 함량이 증가됨에 따라, LiPO2F2은 양극 표면에 저항이 낮은 양극-전해질 계면(CEI)을 형성하여, Co의 용출을 억제하였고, 아울러 음극에서 안정한 SEI 필름을 형성하여, 리튬이온 전지의 고온 사이클과 ITC성능을 효과적으로 개선하였으며, 또한 LiPO2F2의 강한 흡수성에 의해, 폴리니트릴 화합물과 협동적으로 사용함으로써, 폴리니트릴 화합물의 역할을 더 잘 발휘하여, 리튬이온 전지의 고온 저장 성능과 고온 사이클 성능을 개선할 수 있었다.
나아가, 실시예 1-4 내지 실시예 1-7에서 제조된 리튬이온 전지를 풀충전시키고 분해시켜 양극 극편을 얻고, 양극 극편에 대해 DSC 테스트를 실행하였으며, 얻어진 성능 테스트 결과는 표 5에 표시한 바와 같다.
표 5
Figure pct00005
실시예 1-4 내지 실시예 1-7의 양극 극편에 대한 DSC 테스트 결과에서 볼 수 있듯이, Co에 대한 폴리니트릴 화합물의 배위 착물화 작용에 의해, 양극 활물질의 안정성이 향상되었고, 양극의 리튬 디인터칼레이션의 열실효 온도는 폴리니트릴 화합물이 첨가됨에 따라 현저히 상승되었다.
실시예 5-1 내지 실시예 5-7
표 6에 따라 플루오로에틸렌카보네이트(FEC), 비닐렌 카보네이트(VC), 프로필렌설파이트(PS), 에틸렌설페이트(DTD), 리튬디플루오로(옥살라토)보레이트(LiDFOB) 또는 리튬비스(옥살라토)보레이트(LiBOB)를 첨가하고 그에 상응되는 물질의 질량 백분율 함량을 조절하는 것을 제외하고, 나머지는 실시예 1-4와 동일하다.
표 6
Figure pct00006
표 6에서, "/"는 그에 상응되는 제조 파라미터가 존재하지 않음을 표시한다.
실시예 5-1 내지 실시예 5-7에서 볼 수 있듯이, FEC, VC, PS, DTD, LiDFOB, LiBOB를 첨가제로 동시에 함유하는 리튬이온 전지는, 양극과 음극의 표면에서 안정한 CEI 필름과 SEI 필름을 형성하여, 양극, 음극 및 전해액 간의 부반응을 억제할 수 있고, 아울러 첨가제와 폴리니트릴 화합물사이의 시너지 작용에 의해, 폴리니트릴 화합물이 음극 계면에서 환원 분해됨에 따라 SEI 필름이 파괴되는 것을 효과적으로 억제할 수 있어, 리튬이온 전지의 고온 사이클 성능, 부동 충전 성능, 안전 성능 및 고온 저장 성능을 더 잘 향상시킬 수 있고, 아울러 리튬이온 전지의 직류 임피던스를 감소시킬 수 있다.
상술한 내용는 단지 본 출원의 바람직한 실시예일 뿐이고, 본 출원의 보호 범위는 이에 의해 한정되지 않는다. 본 출원의 정신 및 원칙 내에서 실행한 모든 수정, 동등 교체, 개진 등은 모두 본 출원의 보호범위 내에 포함된다.

Claims (11)

  1. 양극 극편, 음극 극편, 분리막 및 전해액을 포함하는 전기화학 디바이스로서, 양극 극편은 양극 활물질을 포함하고, 양극 활물질은 Co원소를 포함하며, 상기 Co원소의 질량 백분율 함량은 양극 활물질의 전체 질량을 기준으로 하여 a이고; 전해액은 폴리니트릴 화합물을 포함하고, 폴리니트릴 화합물의 질량 백분율 함량은 전해액의 전체 질량을 기준으로 하여 b%이며, 폴리니트릴 화합물의 질량 백분율 함량 b%와 Co원소의 질량 백분율 함량 a는 하기 관계: b = 9.7a - 0.07 + C, -1.5 < C ≤ 1.5, 0 < a ≤ 0.65를 만족하는 것인 전기화학 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    폴리니트릴 화합물의 질량 백분율 함량 b%는 전해액의 전체 질량을 기준으로 하여 0 < b ≤ 7인 것을 만족하는 것인 전기화학 디바이스.
  3. 제 1 항에 있어서,
    폴리니트릴 화합물은 디니트릴 화합물 및 트리니트릴 화합물 중 적어도 하나를 포함하고, 전해액의 전체 질량을 기준으로 하여, 디니트릴 화합물의 질량 백분율 함량은 b1%이고, 트리니트릴 화합물의 질량 백분율 함량은 b2%이며, b1과 b2는 0 ≤ b1/b2 ≤4인 것을 만족하는 것인 전기화학 디바이스.
  4. 제 3 항에 있어서,
    디니트릴 화합물은 숙시노니트릴, 아디포니트, 1,2-비스(시아노에톡시)에탄 또는 1,4-디시아노-2-부텐 중 적어도 1종을 포함하고, 트리니트릴 화합물은 1,3,6-헥산트리카보니트릴 또는 1,2,3-트리스(2-시아노에톡시)프로판 중 적어도 1종을 포함하는 것인 전기화학 디바이스.
  5. 제 1 항에 있어서,
    전해액은 하기 조건,
    (1) 전해액은 에틸렌카보네이트를 더 포함하고, 에틸렌카보네이트의 질량 백분율 함량은 전해액의 전체 질량을 기준으로 하여 c%이고, c는 0.5≤c/b≤20, 3≤c≤30인 것을 만족하는 것;
    (2) 전해액은 리튬디플루오로포스페이트를 포함하고, 리튬디플루오로포스페이트의 질량 백분율 함량은 전해액의 전체 질량을 기준으로 하여 d%이며, d는 0.01≤d≤1인 것을 만족하는 것;
    (3) 전해액은 리튬디플루오로포스페이트를 포함하고, 리튬디플루오로포스페이트의 질량 백분율 함량은 전해액의 전체 질량을 기준으로 하여 d%이며, d는 0.015≤d/a인 것을 만족하는 것;
    (4) 전해액은 플루오로에틸렌카보네이트, 비닐렌 카보네이트, 프로필렌설파이트, 에틸렌설페이트, 리튬디플루오로(옥살라토)보레이트 또는 리튬비스(옥살라토)보레이트 중 적어도 1종을 포함하는 것;
    중 적어도 하나를 만족하는 것인 전기화학 디바이스.
  6. 제 1 항에 있어서,
    전해액은 리튬염을 포함하고, 리튬염은 무기리튬염 또는 유기리튬염 중 적어도 1종을 포함하며, 리튬염의 질량 백분율 함량은 전해액의 전체 질량을 기준으로 하여, 7.5% 내지 25%인 전기화학 디바이스.
  7. 제 6 항에 있어서,
    리튬염은 리튬헥사플루오로포스페이트, 리튬테트라플루오로보레이트, 리튬헥사플루오로아르세네이트, 과염소산리튬, 리튬비스플루오로술포닐이미드, 리튬비스트리플루오로메탄술폰이미드 중 적어도 1종을 포함하는 것인 전기화학 디바이스.
  8. 제 1 항에 있어서,
    전해액은 디메틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 프로필렌카보네이트, 에틸아세테이트, 에틸프로피오네이트, 프로필프로피오네이트 중 적어도 1종을 더 포함하는 것인 전기화학 디바이스.
  9. 제 1 항에 있어서,
    양극 극편의 시차주사 열량 곡선은 적어도 하나의 주요 발열 피크를 포함하는 것인 전기화학 디바이스.
  10. 제 9 항에 있어서,
    시차주사 열량 곡선에서, 주요 발열 피크의 온도는 T ℃이고, T는 T = 10b + 267 + X을 만족하고, 여기서, -20 ≤ X ≤ 20, 0 < b ≤ 7, 200 ≤ T ≤ 360인 전기화학 디바이스.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 전기화학 디바이스를 포함하는 것인 전자 디바이스.
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