KR20060001744A - A lithium secondary battery - Google Patents
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Abstract
본 발명은 안전성과 고온 저장성이 우수한 리튬 이차 전지에 관한 것으로 상기 리튬 이차 전지는 리튬의 가역적인 인터칼레이션/디인터칼레이션이 가능한 양극과 음극, 및 전해질을 구비하고, 양극 또는 음극중 적어도 하나는 활물질; 수용성 고분자 바인더; 및 수용성 증점제를 포함하고, 상기 전해질은 환형 카보네이트와 알킬치환기를 가지는 락톤계 화합물을 포함하는 비수성 유기 용매 및 리튬염을 포함한다.The present invention relates to a lithium secondary battery having excellent safety and high temperature storage property. The lithium secondary battery includes a positive electrode and a negative electrode capable of reversible intercalation / deintercalation of lithium, and an electrolyte, and includes at least one of a positive electrode and a negative electrode. Silver active material; Water-soluble polymer binders; And a water-soluble thickener, and the electrolyte includes a non-aqueous organic solvent and a lithium salt including a lactone compound having a cyclic carbonate and an alkyl substituent.
락톤,감마발레로락톤,감마카프로락톤,감마옥타노락톤,고온저장성,안전성 Lactone, gamma valerolactone, gamma caprolactone, gamma octanolactone, high temperature storage, safety
Description
도 1은 리튬 이차 전지의 분해 사시도이다.1 is an exploded perspective view of a lithium secondary battery.
도 2는 본 발명의 전해질 제조에 사용된 유기용매의 쿨롱 효율을 측정한 결과를 보인 도면이다.2 is a view showing the results of measuring the coulombic efficiency of the organic solvent used in the preparation of the electrolyte of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
1: 리튬 이차 전지 2: 음극1: lithium secondary battery 2: negative electrode
3: 양극 4: 세퍼레이터3: anode 4: separator
5: 전지 용기 5: battery container
[산업상 이용 분야][Industrial use]
본 발명은 리튬 이차 전지용 전해질 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것으로서, 상세하게는 전지의 안전성, 고온 저장성 및 전기화학적 특성을 향상시킬 수 있는 리튬 이차 전지용 전해질 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것이다.The present invention relates to an electrolyte for a lithium secondary battery and a lithium secondary battery comprising the same, and more particularly, to an electrolyte for a lithium secondary battery and a lithium secondary battery including the same, which may improve battery safety, high temperature storage, and electrochemical characteristics. .
[종래 기술][Prior art]
비수 전해액을 이용한 리튬 이차 전지는 고전압ㆍ고에너지 밀도를 가지고, 또한, 저장성능이나 저온동작성이 우수하여, 넓게 휴대용 민생전기제품에 이용되고 있다. 또, 이 전지를 대형화하여, 전기 자동차용이나 가정용 야간전력 저장장치로서 활용해 나가기 위한 연구ㆍ개발이 왕성하게 행하여지고 있다. 또, 최근에는, 특히 박형으로 고용량의 전지가 요구되고 있고, 폴리머 전지 또는 라미네이트 외장의 박형 리튬 이차 전지의 수요가 증가하고 있다. Lithium secondary batteries using nonaqueous electrolytes have high voltage and high energy density, and are excellent in storage performance and low temperature operation, and are widely used in portable consumer electronics products. In addition, research and development have been actively conducted to increase the size of the battery and to utilize it as an electric vehicle or a home nighttime power storage device. Moreover, in recent years, the battery of especially thin shape and high capacity is calculated | required, and the demand of the polymer battery or the thin lithium secondary battery of a laminated exterior is increasing.
그러나, 이들에 이용되는 용매의 대부분은 인화점이 낮고, 연소성이 높기 때문에, 과충전이나 가열 등에 의하여 발화, 폭발 등의 위험성이 있다. 따라서, 최근에는 이 전지의 안전성을 확보하기 위한 제안이 증가하고 있다. 예를 들면, 일본 특개평10-189043호 공보에는, 할로겐화 카보네이트를 비수 전해액에 혼합함으로써, 전해액의 연소성을 낮출 수 있고, 또한, 고온특성, 저온특성, 및 사이클 특성과 함께 충분한 전지성능을 나타내는 비수 전해액이 기재되어 있다. However, since most of the solvents used in these solvents have a low flash point and high combustibility, there is a risk of ignition or explosion due to overcharging, heating, or the like. Therefore, in recent years, proposals for securing the safety of this battery have been increasing. For example, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 10-189043 discloses that non-aqueous electrolyte exhibits sufficient battery performance along with high-temperature characteristics, low-temperature characteristics, and cycle characteristics, by reducing halogenated carbonate in a nonaqueous electrolyte. An electrolytic solution is described.
또, 일본 특개평11-40199호 공보에는, 할로겐화 카보네이트를 비수전해액에 혼합함으로써, 과충전하였을 때의 전지의 내압을 상승시키는 것에 따라, 안전밸브를 작동시켜, 안전성을 확보하는 것이 제안되어 있다. Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 11-40199 proposes to ensure safety by operating a safety valve by increasing the internal pressure of a battery when overcharged by mixing a halogenated carbonate with a nonaqueous electrolyte.
그러나, 할로겐화 카보네이트를 비수전해액에 혼합한 리튬 이차 전지를, 60 ℃정도의 온도로 수일간 저장하면, 음극표면에 형성되어 있던 피막이 분해하여 가스가 발생하고, 전지의 내압이 대폭 상승하는 문제가 있다. 특히 폴리머전지 또는 라미네이트 외장의 박형 리튬 이차 전지에서는, 분해가스에 의해서 전지두께가 증가하는 것은 치명적인 문제이다. 또, 폴리머전지 또는 라미네이트 외장의 박형 리 튬 이차 전지에서는, 과충전에 따르는 과도하게 급격한 내압상승으로 전지가 팽창변형하여, 내부쇼트를 발생하는 문제가 있다. 특히, 방전상태로부터 대전류로 과충전시, 리튬석출에 의해서 내부 쇼트되기 쉽기 때문에, 안전성의 확보가 또한 곤란해지는 문제가 있다.However, when a lithium secondary battery containing a halogenated carbonate mixed with a nonaqueous electrolyte is stored at a temperature of about 60 ° C. for several days, the film formed on the negative electrode surface is decomposed to generate gas, and the internal pressure of the battery is greatly increased. . In particular, in the thin lithium secondary battery of a polymer battery or a laminate exterior, it is a fatal problem that battery thickness increases by decomposition gas. In addition, in a polymer battery or a thin lithium secondary battery of a laminated exterior, there is a problem that the battery expands and deforms due to excessively rapid withstand pressure increase due to overcharging, thereby generating an internal short. In particular, when overcharged from a discharged state to a large current, the internal shortage is likely to occur due to lithium precipitation, and thus there is a problem that securing of safety is also difficult.
또한, 프로필렌 카보네이트나 감마부티로락톤 등을 포함하는 인화점이나 연소열이 높은 비수전해액을 사용하여 안전성을 확보하는 방법도 제안되고 있으나, 이들 용매에 의한 상기 프로필렌 카보네이트나 감마부티로락톤에 의해 생성된 음극 피막은 내구성이 취약하기 때문에 리튬 이차 전지의 기본 특성인 수명특성을 확보 할 수 없을 뿐만 아니라, 수명열화 시에 전지의 부풀움(swelling) 현상을 동반하기 때문에 리튬 이차 전지에 대한 신뢰성을 확보할 수 없게 된다.In addition, a method of ensuring safety by using a flash point containing propylene carbonate, gamma butyrolactone, or the like, or a nonaqueous electrolyte having a high combustion heat has been proposed, but a negative electrode produced by the propylene carbonate or gamma butyrolactone by these solvents is also proposed. Due to the poor durability of the coating, it is not only possible to secure the life characteristics, which are the basic characteristics of the lithium secondary battery, but also to ensure the reliability of the lithium secondary battery because it is accompanied by swelling of the battery when the lifetime is deteriorated. There will be no.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안전성, 고온 저장성, 및 전기화학적 특성이 우수한 리튬 이차 전지를 제공하기 위한 것이다.The present invention is to provide a lithium secondary battery excellent in safety, high temperature storage, and electrochemical properties in order to solve the above problems.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여, The present invention to achieve the above object,
리튬의 가역적인 인터칼레이션/디인터칼레이션이 가능한 양극과 음극, 및 전해질을 구비하여 이루어지는 리튬 이차 전지에 있어서, In a lithium secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte capable of reversible intercalation / de-intercalation of lithium,
상기 양극 또는 음극중 적어도 하나는 활물질; 수용성 고분자 바인더; 및 수용성 증점제를 포함하고, At least one of the positive electrode and the negative electrode is an active material; Water-soluble polymer binders; And water soluble thickeners,
상기 전해질은 환형 카보네이트와 알킬치환기를 가지는 락톤계 화합물을 포 함하는 비수성 유기 용매 및 리튬염을 포함하는 것인 리튬 이차 전지를 제공한다. The electrolyte provides a lithium secondary battery comprising a lithium salt and a non-aqueous organic solvent containing a lactone compound having a cyclic carbonate and an alkyl substituent.
이하 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
본 발명의 리튬 이차 전지는 리튬의 가역적인 인터칼레이션/디인터칼레이션이 가능한 양극과 음극 및 전해질로 이루어지고, 상기 양극과 음극 중 적어도 하나는 활물질, 수용성 고분자 바인더, 및 수용성 증점제를 포함한다.The lithium secondary battery of the present invention comprises a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte capable of reversible intercalation / deintercalation of lithium, and at least one of the positive electrode and the negative electrode includes an active material, a water-soluble polymer binder, and a water-soluble thickener. .
상기 활물질로는 일반적으로 리튬 이차 전지에 사용되는 리튬의 가역적인 인터칼레이션/디인터칼레이션이 가능한 물질이면 사용가능하다. 양극활물질의 바람직한 예로는 코발트, 망간, 니켈에서 선택되는 최소한 일종과 리튬의 복합화합물을 들 수 있고, 구체적으로는 하기에 기재된 리튬 함유 화합물이 바람직하게 사용될 수 있다: LixMn1-yMyA2 (1); LixMn1-yM yO2-zXz (2); LixMn2O4-zXz (3); LixMn2-yMyM'zA4 (4); LixCo1-yMyA2 (5); LixCo1-yMyO2-zXz (6); LixNi1-yMyA2 (7); LixNi1-yMyO2-zXz (8); LixNi1-yCoyO2-zXz (9); LixNi1-y-zCoyMzAα (10); LixNi1-y-zCoyMzO 2-αXα (11); LixNi1-y-zMnyMzAα (12); LixNi 1-y-zMnyMzO2-αXα (13); LixMn2-y-zMyM'zA4 (14). Generally as the active material, any material capable of reversible intercalation / deintercalation of lithium used in a lithium secondary battery may be used. Preferred examples of the positive electrode active material include a composite compound of at least one selected from cobalt, manganese, and nickel and lithium, and specifically, a lithium-containing compound described below may be preferably used: Li x Mn 1-y M y A 2 (1); Li x Mn 1-y M y O 2-z X z (2); Li x Mn 2 O 4-z X z (3); Li x Mn 2-y M y M'z A 4 (4); Li x Co 1-y M y A 2 (5); Li x Co 1-y M y O 2-z X z (6); Li x Ni 1-y M y A 2 (7); Li x Ni 1-y M y O 2-z X z (8); Li x Ni 1-y Co y O 2-z X z (9); Li x Ni 1-yz Co y M z A α (10); Li x Ni 1-yz Co y M z O 2-α X α (11); Li x Ni 1-yz Mn y M z A α (12); Li x Ni 1-yz Mn y M z O 2-α X α (13); Li x Mn 2-yz M y M'z A 4 (14).
상기 식에서 0.9 ≤x ≤1.1, 0 ≤y ≤0.5, 0 ≤z ≤0.5, 0 ≤α≤2; M과 M' 은 동일하거나 서로 다르며, Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, Sn, V, Ge, Ga, B, As, Zr, Ni, Mn, Cr, Fe, Sr, V 및 희토류 원소로 이루어진 군에서 선택되고, A는 O, F, S 및 P로 이루어진 군에서 선택되고, X 는 F, S 및 P로 이루어진 군에서 선택된다.Wherein 0.9 ≦ x ≦ 1.1, 0 ≦ y ≦ 0.5, 0 ≦ z ≦ 0.5, and 0 ≦ α ≦ 2; M and M 'are the same or different, Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, Sn, V, Ge, Ga, B, As, Zr, Ni, Mn, Cr, Fe, Sr, V is selected from the group consisting of rare earth elements, A is selected from the group consisting of O, F, S and P, and X is selected from the group consisting of F, S and P.
또한 LiFeO2, V2O5, TiS, MoS, 유기디설파이드 화합물 또는 유기폴리설파이드 화합물 등의 리튬을 흡장, 방출 가능한 것을 이용할 수도 있다. It can also take advantage of the available LiFeO 2, V 2 O 5, TiS, MoS, the organic disulfide compound and organic polycarboxylic occluding lithium, such as a sulfide compound, release.
음극 활물질의 예로는 인조 흑연, 천연 흑연, 흑연화 탄소 섬유, 흑연화 메조카본 마이크로비드, 플러렌(fullerene), 비정질 탄소, 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 탄소질 재료를 들 수 있다. 상기 탄소질 재료는 d002 층간거리(interplanar distance)가 3.35∼3.38이고 X-선 회절(X-ray diffraction)에 의한 Lc(crystallite size)가 적어도 20㎚ 이상이고 700 ℃ 이상에서 발열 피크를 가지는 물질이 바람직하다. 또, 리튬과 합금화가 가능한 금속물질 단체나 이 금속물질과 탄소질재료를 포함하는 복합물도 음극 활물질로서 예시할 수 있다. 리튬과 합금화가 가능한 금속으로는, Al, Si, Sn, Pb, Zn, Bi, In, Mg, Ga, Cd 등을 예시할 수 있다.Examples of the negative electrode active material include a carbonaceous material selected from the group consisting of artificial graphite, natural graphite, graphitized carbon fiber, graphitized mesocarbon microbeads, fullerene, amorphous carbon, or mixtures thereof. The carbonaceous material has a d 002 interplanar distance of 3.35 to 3.38 and an Lc (crystallite size) by X-ray diffraction at least 20 nm and an exothermic peak at 700 ° C. or more. This is preferable. Moreover, the metallic substance which can be alloyed with lithium, or the composite containing this metallic substance and carbonaceous material can also be illustrated as a negative electrode active material. Examples of the metal that can be alloyed with lithium include Al, Si, Sn, Pb, Zn, Bi, In, Mg, Ga, and Cd.
상기 수용성 고분자 바인더로는 부타디엔기를 갖는 공중합체의 비불소계 유기중합체를 갖는 것이 바람직하다. 부타디엔기를 갖는 공중합체로서는 스티렌-부타디엔고무(SBR), 카르복시변성 스티렌-부타디엔고무(SBR), 아크릴로니트릴-부타디엔고무(NBR), 아크릴레이트-부타디엔고무 등이 있다. 또한 폴리아크릴산나트륨, 프로필렌과 탄소수가 2 내지 8의 올레핀의 공중합체, (메타)아크릴산과 (메타)아크릴산알킬에스테르의 공중합체 등도 사용될 수 있다.It is preferable to have a non-fluorine-type organic polymer of the copolymer which has butadiene group as said water-soluble high molecular binder. Copolymers having a butadiene group include styrene-butadiene rubber (SBR), carboxy-modified styrene-butadiene rubber (SBR), acrylonitrile-butadiene rubber (NBR), and acrylate-butadiene rubber. In addition, sodium polyacrylate, copolymers of propylene and olefins having 2 to 8 carbon atoms, copolymers of (meth) acrylic acid and alkyl esters of (meth) acrylic acid, and the like can also be used.
상기 수용성 고분자 바인더에 결착성을 향상시키기 위하여 수용성 증점제를 첨가한다. 상기 수용성 증점제로는 카르복시메틸 셀룰로오스-알칼리 금속염, 하이드 록시프로필메틸 셀룰로오스-알칼리 금속염, 또는 메틸 셀룰로오스-알칼리 금속염 등의 셀룰로오스계 화합물을 사용할 수 있다. 상기 알칼리 금속염에서, 알칼리 금속으로는 Na, K 또는 Li을 사용할 수 있고, 이와 같이, 알칼리 금속염이 부가된 셀룰로오스계 화합물을 사용하면, 셀룰로오스계 화합물을 단독으로 사용할 경우, 수용성 고분자 바인더와 셀룰로오스계 화합물이 모두 부도체임에 따라 전자 전도 경로의 감소 및 이온 전도 경로의 감소를 초래해 결국 전지 내부 저항의 증가를 가져오게 되고 결과적으로 전지의 고율 방전 특성의 악화를 초래하게 되는 문제를 방지할 수 있다. 또한 폴리비닐알콜, 폴리비닐피롤리돈, 폴리아크릴산, 폴리메타크릴산, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리아크릴아마이드, 폴리-N-이소프로필아크릴아미드, 폴리-N,N-디메틸아크릴아미드, 폴리에틸렌이민, 폴리옥시에틸렌, 폴리(2-메톡시에톡시에틸렌), 폴리(3-몰피리닐에틸렌), 폴리비닐설폰산, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 아밀로즈(amylose), 폴리(아크릴아마이드-코-디알릴디메틸암모늄 클로라이드) 등도 증점제로 사용될 수 있다. A water-soluble thickener is added to the water-soluble polymer binder in order to improve binding property. As the water-soluble thickener, a cellulose compound such as carboxymethyl cellulose-alkali metal salt, hydroxypropylmethyl cellulose-alkali metal salt, or methyl cellulose-alkali metal salt can be used. In the alkali metal salt, Na, K or Li may be used as the alkali metal. Thus, when the cellulose compound to which the alkali metal salt is added is used, when the cellulose compound is used alone, the water-soluble polymer binder and the cellulose compound Since both are nonconductors, the electron conduction path and the ion conduction path may be reduced, resulting in an increase in battery internal resistance, and consequently, a problem of deterioration of the high rate discharge characteristic of the battery may be prevented. Polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, polyethylene oxide, polyacrylamide, poly-N-isopropylacrylamide, poly-N, N-dimethylacrylamide, polyethyleneimine, polyoxy Ethylene, poly (2-methoxyethoxyethylene), poly (3-molpyridylethylene), polyvinylsulfonic acid, polyvinylidene fluoride, amylose, poly (acrylamide-co-diallyldimethyl Ammonium chloride) and the like can also be used as a thickener.
본 발명의 리튬 이차 전지에서, 상기 수용성 고분자 바인더의 함량은 활물질과 바인더의 총량(이하 "합제"라 함)에 대하여 0.5 내지 10 중량%가 바람직하다. 바인더의 함량이 0.5 중량% 미만이면, 바인더 양이 부족하여 극판의 물리적 성질이 저하되어 극판내 활물질들이 탈락하는 문제점이 있고, 10 중량% 보다 크면 활물질과 도전제의 비율이 줄어들어 전지 용량이 감소하는 문제점이 있다. In the lithium secondary battery of the present invention, the content of the water-soluble polymer binder is preferably 0.5 to 10% by weight based on the total amount of the active material and the binder (hereinafter referred to as "mixing"). If the content of the binder is less than 0.5% by weight, the amount of the binder is insufficient, the physical properties of the electrode plate is lowered, so that the active materials in the electrode plate is dropped off, if larger than 10% by weight, the ratio of the active material and the conductive agent is reduced to decrease the battery capacity There is a problem.
상기 수용성 증점제의 함량은 합제 중량의 0.1 내지 10 중량%가 바람직하다. 상기 수용성 증점제의 함량이 0.1 중량% 미만이면, 활물질 조성물의 점성이 너무 낮아서 활물질 조성물의 코팅이 어려운 문제점이 있고, 10 중량%를 초과하면 점도가 너무 높아서 활물질 조성물 코팅이 힘든 문제점이 있다. The content of the water-soluble thickener is preferably 0.1 to 10% by weight of the mixture weight. If the content of the water-soluble thickener is less than 0.1% by weight, there is a problem that the coating of the active material composition is difficult because the viscosity of the active material composition is too low, and if the content of more than 10% by weight, the coating of the active material composition is difficult.
본 발명의 양극과 음극은 전기 전도성 도전제를 더 포함할 수 있다. 이들의 구체적인 예로는 니켈 분말, 산화 코발트, 산화 티탄, 카본 등을 예시할 수 있다. 카본으로는, 케첸 블랙, 아세틸렌 블랙, 퍼니스 블랙, 흑연, 탄소 섬유, 플러렌 등을 예시할 수 있다. The positive electrode and the negative electrode of the present invention may further include an electrically conductive conductor. Specific examples thereof include nickel powder, cobalt oxide, titanium oxide, carbon, and the like. As carbon, Ketjen black, acetylene black, furnace black, graphite, carbon fiber, fullerene, etc. can be illustrated.
상기 양극과 음극은 활물질 분말, 수용성 고분자 바인더 및 수용성 증점제를 물에 분산시켜 슬러리를 제조하고, 상기 슬러리를 금속 집전체 상에 도포한 후 건조, 압연하여 제조한다. 또한 상기 슬러리에 금속 집전체를 침적한 후, 건조하여 제조할 수도 있다. 이러한 양극과 음극의 형태는 일반적으로는 쉬트 상 음극이나, 이에 제한되지 않고, 원주상, 원반상, 판상 또는 기둥상으로도 제조될 수 있다. The positive electrode and the negative electrode are prepared by dispersing an active material powder, a water-soluble polymer binder and a water-soluble thickener in water to prepare a slurry, applying the slurry onto a metal current collector, and then drying and rolling the same. Furthermore, after dipping a metal current collector in the said slurry, it can also manufacture by drying. The form of the positive electrode and the negative electrode is generally a sheet-shaped negative electrode, but is not limited thereto, and may also be manufactured in a columnar shape, a disk shape, a plate shape, or a columnar shape.
수성 분산액에 분산되는 수용성 바인더 및 수용성 증점제를 사용함에 따라 종래 유기 용매계 바인더-분산액을 사용하는 경우에, 유기 용매 처리에 필요한 특별한 설비가 필요하지 않으므로, 낮은 가격으로 환경적인 측면에서 우수하다. 특히 음극 활물질로 사용되는 흑연 등의 탄소계 분말에 대하여 우수한 결착성을 제공할 수 있다. In the case of using the conventional organic solvent-based binder-dispersion solution by using the water-soluble binder and the water-soluble thickener dispersed in the aqueous dispersion, it is excellent in terms of the environment at a low price since no special equipment for treating the organic solvent is required. In particular, excellent binding properties can be provided to carbon-based powders such as graphite used as the negative electrode active material.
본 발명은 또한 상기 양극과 음극을 구비하는 리튬 이차 전지를 제공한다. 상기 리튬 이차 전지는 양극, 음극 및 전해질을 포함하며, 필요에 따라 세퍼레이터를 포함할 수 있다. 상기 세퍼레이터로는 리튬 이차 전지에 사용되는 것이면 어떠한 것이나 사용할 수 있고, 예를 들면, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 또는 이들의 다 층막, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리아미드, 유리 섬유 등을 예로 들 수 있다. The present invention also provides a lithium secondary battery having the positive electrode and the negative electrode. The lithium secondary battery includes a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte, and may include a separator as necessary. As the separator, any one can be used as long as it is used in a lithium secondary battery, and examples thereof include polyethylene, polypropylene, or a multilayer film thereof, polyvinylidene fluoride, polyamide, glass fiber, and the like.
본 발명의 리튬 이차 전지의 전해질은 환형 카보네이트와 알킬치환기를 가지는 락톤계 화합물을 포함하는 비수성 유기 용매 및 리튬염으로 이루어진다.The electrolyte of the lithium secondary battery of the present invention consists of a non-aqueous organic solvent and a lithium salt containing a lactone compound having a cyclic carbonate and an alkyl substituent.
상기 전해질에서 환형 카보네이트는 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 비닐렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트 또는 이들의 혼합물이 바람직하며, 에틸렌 카보네이트가 더 바람직하다. 이들 환형카보네이트는 리튬이온과 용매화되기 쉽기 때문에, 전해질의 이온전도도를 높일 수 있다. The cyclic carbonate in the electrolyte is preferably ethylene carbonate, propylene carbonate, vinylene carbonate, butylene carbonate or mixtures thereof, more preferably ethylene carbonate. Since these cyclic carbonates are easily solvated with lithium ions, the ionic conductivity of the electrolyte can be increased.
상기 환형 카보네이트는 비수성 유기용매에 대하여 50 부피% 이하, 바람직하게는 5 부피% 내지 30 부피%, 더 바람직하게는 5 부피% 내지 20 부피%, 가장 바람직하게는 5 부피% 내지 15 부피%로 사용된다.The cyclic carbonate is 50% by volume or less, preferably 5% by volume to 30% by volume, more preferably 5% by volume to 20% by volume, most preferably 5% by volume to 15% by volume with respect to the non-aqueous organic solvent. Used.
상기 알킬치환기를 가지는 락톤계 화합물은 락톤계 환상 화합물에 알킬기를 치환기로 가지는 화합물로 이들의 바람직한 예로는 베타부티로락톤, 감마발레로락톤, 감마카프로락톤, 감마헵타노락톤, 감마옥타노락톤, 감마노나락톤, 감마데카노락톤, 델타카프로락톤, 델타헵타노락톤, 델타옥타노락톤, 델타노나락톤, 델타데카노락톤, 델타도데카노락톤 등이 있다. 상기 락톤계 화합물은 비수성 유기용매에 대하여 0.1 내지 80 부피%, 바람직하게는 0.5 내지 60부피%로 사용된다. 상기 범위로 사용되어야 전지의 특성을 향상시킬 수 있다.The lactone compound having an alkyl substituent is a compound having an alkyl group as a substituent in the lactone cyclic compound. Preferred examples thereof include beta butyrolactone, gamma valerolactone, gamma caprolactone, gamma heptanolactone, gamma octanolactone, Gamanonalactone, gamma decanolactone, deltacaprolactone, deltaheptanolactone, deltaoctanolactone, deltanonlactone, deltadecanolactone, deltadodecanolactone, and the like. The lactone compound is used in an amount of 0.1 to 80% by volume, preferably 0.5 to 60% by volume, based on the nonaqueous organic solvent. It should be used in the above range to improve the characteristics of the battery.
또한 상기 전해질은 저점도 용매를 더 포함하고 상기 저점도 용매가 비수성 유기용매에 대하여 1 부피% 내지 50 부피%의 범위에서 첨가되어 있는 것이 바람직하다. 상기 저점도 용매로는 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트(DPC), 메틸프로필 카보네이트(MPC), 에틸프로필 카보네이트(EPC), 메틸에틸 카보네이트(MEC), 테트라하이드로퓨란, 2-메틸 테트라하이드로퓨란, 1,4-디옥산, 1,2-디메톡시에탄, 1,2-디에톡시에탄, 아세토니트릴, 피로피온산메틸, 디메틸 포름아미드, 플루오로에테르 등이 있다. 상기 플루오로에테르로는, HCF2(CF2)3CH2OCF2CF2H, CF 3CF2CH2OCF2CFHCF3, HCF2CF2 CH2OCF2CF2H, HCF2CF2CH2OCF2CFHCF3, HCF2(CF 2)3CH2OCF2CFHCF3 중 1종 이상이 바람직하게 사용될 수 있다.In addition, the electrolyte further includes a low viscosity solvent, it is preferable that the low viscosity solvent is added in the range of 1% by volume to 50% by volume with respect to the non-aqueous organic solvent. The low viscosity solvent is dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate (DPC), methylpropyl carbonate (MPC), ethylpropyl carbonate (EPC), methylethyl carbonate (MEC), tetrahydrofuran , 2-methyl tetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, acetonitrile, methyl pyroionate, dimethyl formamide, fluoroether and the like. As the fluoroether, HCF 2 (CF 2 ) 3 CH 2 OCF 2 CF 2 H, CF 3 CF 2 CH 2 OCF 2 CFHCF 3 , HCF 2 CF 2 CH 2 OCF 2 CF 2 H, HCF 2 CF 2 CH One or more of 2 OCF 2 CFHCF 3 , HCF 2 (CF 2 ) 3 CH 2 OCF 2 CFHCF 3 may be preferably used.
또한 상기 전해질은 비치환 락톤계 화합물을 더 포함할 수 있고, 비수성 유기용매에 대하여 1 부피% 내지 60부피%의 범위에서 첨가되어 있는 것이 바람직하다. 상기 비치환 락톤계 화합물로는 베타프로피오락톤, 감마부티로락톤, 델타발레로락톤, 입슐론카프로락톤 등이 사용될 수 있다.In addition, the electrolyte may further include an unsubstituted lactone compound, it is preferably added in the range of 1% by volume to 60% by volume with respect to the non-aqueous organic solvent. As the unsubstituted lactone compound, beta propiolactone, gamma butyrolactone, delta valerolactone, epson caprolactone, or the like may be used.
상기 리튬염으로는, LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO 4, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, LiC4F9SO3, LiSbF 6, LiAlO4, LiAlCl4, LiN(CxF2x+1SO2 )(CyF2y+1SO2)(단, x, y는 자연수), LiCl, LiI 등 중 1종 또는 2종 이상의 리튬염을 혼합한 것과, 리튬 이차 전지용 리튬염으로 종래부터 알려진 것을 예로 들 수 있고, 특히 LiPF6, LiBF4 중 하나를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 리튬염은 0.1 mol/L 이상 2.0 mol/L 이하인 것이 바람직하고, 0.1 mol/L 이상 1.5 mol/L 이하인 것이 더 바람직하다.Examples of the lithium salt include LiPF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAsF 6 , LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, LiC 4 F 9 SO 3 , LiSbF 6 , LiAlO 4 , LiAlCl 4 , LiN (C x F 2x + 1 SO 2 ) (C y F 2y + 1 SO 2 ) (where x and y are natural water), LiCl, LiI, etc. And those conventionally known as lithium salts for lithium secondary batteries are mentioned, and it is particularly preferable to include one of LiPF 6 and LiBF 4 . The lithium salt is preferably 0.1 mol / L or more and 2.0 mol / L or less, and more preferably 0.1 mol / L or more and 1.5 mol / L or less.
상기 전해질은 전자흡인기를 가지는 에스테르 화합물을 더 포함할 수 있다. 에스테르 상기 에스테르 화합물은 환형 에스테르 화합물인 것이 바람직하다. 상기 환형 에스테르 화합물중에서 하기 화학식 1로 나타내어지는 에틸렌 카보네이트 유도체가 바람직하게 사용될 수 있다.The electrolyte may further include an ester compound having an electron withdrawing group. Ester The ester compound is preferably a cyclic ester compound. Of the cyclic ester compounds, ethylene carbonate derivatives represented by the following general formula (1) can be preferably used.
[화학식 1][Formula 1]
상기 식에서 X와 Y는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 시아노기(CN) 및 니트로기(NO2)로 이루어진 군에서 선택되는 전자 흡인기이고 상기 X와 Y중 적어도 하나는 할로겐, 시아노기(CN) 및 니트로기(NO2)로 이루어진 군에서 선택되는 전자 흡인기인 것이 바람직하다.Wherein X and Y are each independently an electron withdrawing group selected from the group consisting of hydrogen, halogen, cyano group (CN) and nitro group (NO 2 ) and at least one of X and Y is halogen, cyano group (CN) and is an electron withdrawing group selected from the group consisting of a nitro group (NO 2) is preferred.
상기 에틸렌 카보네이트 유도체의 바람직한 예로는 플루오로에틸렌카보네이트, 디플루오로에틸렌카보네이트, 플루오로프로필렌카보네이트, 디플루오로프로필렌카보네이트, 트리플루오로프로필렌카보네이트, 플루오로감마부티로락톤, 디플루오로감마부티로락톤, 클로로에틸렌카보네이트, 디클로로에틸렌카보네이트, 클로로프로필렌카보네이트, 디클로로프로필렌카보네이트, 트리클로로프로필렌카보네이트, 클로로감마부티로락톤, 디클로로감마부티로락톤, 브로모에틸렌카보네이트, 디브로모에틸렌카보네이트, 브로모프로필렌카보네이트, 디브로 모프로필렌카보네이트, 트리브로모프로필렌카보네이트, 브로모감마부티로락톤, 디브로모감마부티로락톤, 니트로에틸렌카보네이트, 니트로프로필렌카보네이트, 니트로감마부티로락톤, 시아노에틸렌카보네이트, 시아노프로필렌카보네이트, 시아노감마부티로락톤 등이 있다.Preferred examples of the ethylene carbonate derivatives include fluoroethylene carbonate, difluoroethylene carbonate, fluoropropylene carbonate, difluoropropylene carbonate, trifluoropropylene carbonate, fluorogamma butyrolactone, difluorogamma butyrolactone , Chloroethylene carbonate, dichloroethylene carbonate, chloropropylene carbonate, dichloropropylene carbonate, trichloropropylene carbonate, chloro gamma butyrolactone, dichloro gamma butyrolactone, bromoethylene carbonate, dibromoethylene carbonate, bromopropylene carbonate, Dibromopropylene carbonate, tribromopropylene carbonate, bromogamma butyrolactone, dibromo gamma butyrolactone, nitroethylene carbonate, nitropropylene carbonate, nitrogamma butyrolactone, cyanoethyl Ethylene carbonate, cyanopropylene carbonate, cyanogammabutyrolactone and the like.
상기 전자흡인기를 가지는 에스테르 화합물은 전해질에 대하여 0.1 중량% 이상 25 중량% 이하, 바람직하게는 0.5 중량% 이상 10 중량% 이하의 양으로 첨가된다. 상기 에스테르 화합물의 사용량이 0.1 중량% 미만일 경우에는 전지 내부에서의 가스 발생 억제 효과를 기대하기 어렵고, 25 중량%를 초과하는 경우에는 전지의 가역성을 손상시킬 정도로 두꺼운 도전성 피막이 형성되므로 사이클 수명 특성 등 전지 성능이 저하되는 문제가 발생한다.The ester compound having the electron withdrawing group is added in an amount of 0.1 wt% or more and 25 wt% or less, preferably 0.5 wt% or more and 10 wt% or less with respect to the electrolyte. When the amount of the ester compound is less than 0.1% by weight, it is difficult to expect the effect of suppressing gas generation inside the battery, and when the amount of the ester compound exceeds 25% by weight, a thick conductive film is formed to impair the reversibility of the battery. There is a problem of poor performance.
본 발명의 전해질 구성에 따르면 전해질의 불연성을 향상시켜 리튬 이차 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다. 또한 음극 표면에 락톤계 화합물에 의한 피막이 형성되고 이 피막에 의해서 유기용매의 분해가 억제되어 리튬 이차 전지의 사이클 수명 특성을 향상시킬 수 있다. 또한 음극 표면에 형성된 피막의 내구성이 우수하여 고온 저장시에도 분해되지 않아 가스의 발생을 억제할 수 있어 고온 저장 특성이 기존의 카보네이트계 용매로 이루어지는 비수계 전해질에 비하여 월등히 우수하다. According to the electrolyte configuration of the present invention, it is possible to improve the safety of the lithium secondary battery by improving the nonflammability of the electrolyte. In addition, a film of a lactone compound is formed on the surface of the negative electrode, and the film can suppress decomposition of the organic solvent, thereby improving cycle life characteristics of the lithium secondary battery. In addition, the film formed on the surface of the cathode is excellent in durability, it does not decompose even during high temperature storage to suppress the generation of gas, the high temperature storage characteristics are superior to the conventional non-aqueous electrolyte made of a carbonate solvent.
본 발명의 리튬 이차 전지는, 상기 음극, 양극, 전해질 및 필요에 따라 세퍼레이터를 일반적인 방법으로 전지케이스에 봉입하여 제조된 것이다. 도 1은 본 발명의 일 실시 형태인 리튬 이차 전지(1)의 분해 사시도이다. 이 리튬 이차 전지(1)는 원통형으로, 음극(2), 양극(3), 상기 음극(2)과 양극(3) 사이에 배치된 세퍼레이터(4), 음극(2), 양극(3) 및 세퍼레이터(4)에 함침된 전해질, 원통상의 전지 용기(5), 전지 용기(5)를 봉입하는 봉입부재를 주된 부분으로 하여 구성되어 있다. 이러한 리튬 이차 전지(1)는, 음극(2), 양극(3) 및 세퍼레이터(4)를 차례로 적층한 다음 스피럴 상으로 권취된 상태로 전지 용기(5)에 수납하여 구성된다. The lithium secondary battery of the present invention is manufactured by encapsulating the negative electrode, the positive electrode, the electrolyte, and the separator as necessary in a battery case. 1 is an exploded perspective view of a lithium secondary battery 1 which is one embodiment of the present invention. The lithium secondary battery 1 is cylindrical and has a
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일 뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred examples and comparative examples of the present invention are described. However, the following examples are only one preferred embodiment of the present invention and the present invention is not limited to the following examples.
(실시예 및 비교예: 리튬 이차 전지의 제조) (Examples and Comparative Examples: Production of Lithium Secondary Battery)
하기 표 1에 기재된 조성으로 전해질을 제조하였다. 표 1에서 비수성 유기용매의 조성은 부피비로 나타내었고, 리튬염은 1.3mol/L LiPF6 를 사용하였다. 표 1에서 EC는 에틸렌카보네이트, DEC은 디에틸카보네이트, EMC는 에틸메틸카보네이트, GBL은 감마부티로락톤, GCL은 감마카프로락톤, GVL은 감마발레로락톤, FEC는 모노플루오로에틸렌카보네이트이다. An electrolyte was prepared in the composition shown in Table 1 below. In Table 1, the composition of the non-aqueous organic solvent was represented by volume ratio, and lithium salt was used as 1.3 mol / L LiPF 6 . In Table 1, EC is ethylene carbonate, DEC is diethyl carbonate, EMC is ethyl methyl carbonate, GBL is gamma butyrolactone, GCL is gamma caprolactone, GVL is gamma valerolactone, and FEC is monofluoroethylene carbonate.
리튬 코발트 옥사이드(LiCoO2)로 이루어진 양극 활물질에 대하여, 카본블랙을 혼합하여 혼합물을 제조하였다. 또한 폴리플루오르화비닐리덴이 용해되어있는 N-메틸피롤리돈 용액을 준비하였다. 그리고 N-메틸피롤리돈 용액에 상기의 혼합물을 혼합하여 슬러리로 하여, 이 슬러리를 닥터 블레이드법에 의해 알루미늄박에 도포하였다. 슬러리가 도포한 후에 건조를 행하고, 또한 직사각형으로 재단하는 것으로, 집전체인 알루미늄 박상에 양극이 형성되어 이루어지는 양극을 제조하였다. For the positive electrode active material made of lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), carbon black was mixed to prepare a mixture. In addition, an N-methylpyrrolidone solution in which polyvinylidene fluoride was dissolved was prepared. And the said mixture was mixed with N-methylpyrrolidone solution to make a slurry, and this slurry was apply | coated to aluminum foil by the doctor blade method. After apply | coating a slurry, it dried and cut | disconnected to rectangle, and produced the positive electrode in which the positive electrode is formed on the aluminum foil which is an electrical power collector.
다음에, 물에 스티렌-부타디엔 고무, 카르복시메틸셀룰로오스나트륨, 인조흑연을 물에 분산시킨 후 제조된 슬러리를 닥터 블레이드법에 의해 동박에 도포하였다. 슬러리가 도포한 후에 건조하고, 또한 직사각형으로 재단하는 것으로, 집전체인 동박상에 음극이 형성되어 이루어지는 음극을 제조하였다.Next, styrene-butadiene rubber, sodium carboxymethylcellulose, and artificial graphite were dispersed in water in water, and the slurry thus prepared was applied to copper foil by a doctor blade method. After apply | coating a slurry, it dried and cut | disconnected to rectangle to manufacture the negative electrode in which the negative electrode is formed on the copper foil which is an electrical power collector.
양극과 음극 사이에 폴리프로필렌제 다공질 세퍼레이터를 사이에 삽입하고, 또한 이들을 소용돌이형으로 권회함으로써 소전지를 제작하여, 이것을 알루미늄 라미네이트제의 전지용기에 삽입하였다. 그리고, 소전지를 삽입한 전지용기에, 상기 의 비교예 및 실시예의 전해질을 소정량 주액하였다. 그리고, 주액후에 전지용기를 밀봉하여, 24시간 방치함으로써, 리튬 이차 전지를 제조하였다. 또한, 실험에 사용한 전지의 사이즈는, 두께 3.8 mm, 폭 35 mm, 높이 62 mm의 알루미늄 라미네이트 외장을 이용하고, 설계용량은 800 mAh 였다.A polypropylene porous separator was inserted between the positive electrode and the negative electrode, and the cells were fabricated by swirling them in a spiral shape, which was inserted into a battery container made of aluminum laminate. Then, a predetermined amount of electrolyte was injected into the battery container in which the cell was inserted. The lithium secondary battery was manufactured by sealing a battery container after pouring and leaving it to stand for 24 hours. In addition, the size of the battery used for experiment used the aluminum laminated exterior of thickness 3.8mm, width 35mm, and height 62mm, and design capacity was 800 mAh.
(시험예 1: 쿨룽효율 분석)Test Example 1: Coulomb Efficiency Analysis
비교예 1 내지 비교예 3 및 실시예 1 내지 실시예 7의 리튬 이차 전지의 전해질에 사용된 유기용매의 쿨룽효율 분석 결과를 도 2에 도시하였다. 도 2에 도시된 바와 같이, GBL(감마브티로락톤), GVL(감마발레로락톤), GCL(감마카프로락톤) 등도 리튬 이온 전지의 대표적인 음극피막 형성제인 EC(에틸렌카보네이트)와 마찬가지로 초기 충전시 음극에 피막을 형성하는 물질임을 알 수 있다. 이와 같이 초기에 형성되는 음극 피막 형성제는 리튬 이차 전지에 중요한 역할을 한다. 즉, 음극 표면에 피막을 형성하는 물질은 비교예 1은 EC이고 비교예 2와 비교예 2는 GBL이며, 실시예 1, 실시예 3, 실시예 5는 GCL이며, 실시예 2, 실시예 4, 실시예 6은 GVL이며, 실시예 7은 FEC이다.Coulomb efficiency analysis results of the organic solvents used in the electrolytes of the lithium secondary batteries of Comparative Examples 1 to 3 and Examples 1 to 7 are shown in FIG. 2. As shown in FIG. 2, GBL (gamma butyrolactone), GVL (gamma valerolactone), GCL (gamma caprolactone), and the like also have an initial charging time as in EC (ethylene carbonate), which is a typical negative electrode film former of a lithium ion battery. It can be seen that the material to form a film on the cathode. Thus, the negative film forming agent initially formed plays an important role in the lithium secondary battery. That is, the material forming the film on the surface of the cathode is Comparative Example 1 is EC, Comparative Example 2 and Comparative Example 2 is GBL, Example 1, Example 3, Example 5 is GCL, Example 2, Example 4 , Example 6 is GVL, and Example 7 is FEC.
(시험예: 유기용매의 특성)(Test Example: Characteristics of Organic Solvent)
상기 비교예 및 실시예의 전해질에 사용된 유기용매의 기화점, 인화점 및 연소열을 측정하여 하기 표 2에 기재하였다.The vaporization point, flash point and combustion heat of the organic solvents used in the electrolytes of Comparative Examples and Examples were measured and described in Table 2 below.
(시험예 2: 전지특성 평가)Test Example 2: Battery Characteristic Evaluation
실시예 1 내지 7 및 비교예 1 내지 3의 리튬 이차 전지에 대하여 상온 수명특성, 고온(60℃ ) 수명, 과충전 특성, 및 고온(80℃ )에서의 저장안정성을 측정하여 하기 표 3에 기재하였다. 각각의 전지특성의 평가는 다음과 같이 실시하였다.For the lithium secondary batteries of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 3, room temperature life characteristics, high temperature (60 ° C.) lifetime, overcharge characteristics, and storage stability at high temperature (80 ° C.) were measured and described in Table 3 below. . Evaluation of each battery characteristic was performed as follows.
상온 수명특성과 고온 수명특성은 리튬 이차 전지를 상온 또는 60℃ 에서 충방전을 반복 행함으로써 평가하였다. 또한, 충전조건은 정전류-정전압 충전으로 하고, 1 C의 전류로 전압이 4.2 V에 달할 때까지 정전류 충전한 후에, 4.2 V에서 2시간의 정전압 충전하는 조건으로 하였다. 또한 방전조건은 정전류 방전으로 하고, 1 C에서 전압이 3.0 V 에 달할 때까지 방전하는 조건으로 하였다. 100회후의 용량 잔존율을 표 2에 나타내었다. 100회 충방전후의 용량 잔존율이란, 수명 1회 충방전시의 방전용량에 대한 100회 충방전시의 방전용량의 비율이다.Normal temperature life characteristics and high temperature lifetime characteristics were evaluated by repeatedly charging and discharging a lithium secondary battery at normal temperature or 60 degreeC. The charging conditions were constant current-constant voltage charging, and constant current charging was performed at a current of 1 C until the voltage reached 4.2 V, followed by constant voltage charging at 4.2 V for 2 hours. In addition, discharge conditions were made into constant current discharge, and were made to discharge until the voltage reached 3.0V at 1C. Dose retention after 100 cycles is shown in Table 2. The capacity remaining ratio after 100 charge / discharge is a ratio of the discharge capacity at 100 charge / discharge to the discharge capacity at the time of charge / discharge once in a lifetime.
고온 저장안정성은 80℃ 의 항온 오븐에 5일 동안 방치 한 후에, 온도가 식기 전에 전지의 두께를 측정하여 고온 방치 전의 두께에 대한 두께 증가율을 측정하여 평가하였다. After storage for 5 days in a constant temperature oven at 80 ° C., the high temperature storage stability was evaluated by measuring the thickness of the battery before the temperature was reduced and then measuring the thickness increase rate with respect to the thickness before the high temperature.
과충전 특성은 4.2V까지 0.5C 정전류 충전한 후에, 4.2 V에서 2시간의 정전압충전을 실시한 뒤, 3시간 상온 방치 후, 2A의 정전류로 12V까지 5시간 동안 과충전을 실시하였다. The overcharge characteristics were 0.5C constant current charge to 4.2V, followed by constant voltage charging at 4.2V for 2 hours, and after standing for 3 hours at room temperature, overcharge for 5 hours to 12V with a constant current of 2A.
표 3에 기재된 바와 같이, EC에 의해 음극 피막을 형성시킨 비교예 1의 경우에는 수명특성은 우수하게 나타났지만, 과충전시에 폭발이 일어나고 있음을 알 수 있다. 이는 표 2에서와 같이 연소열이 높고 인화점이 낮은 DEC를 70부피% 사용하였기에 과충전시 발생하는 열량에 의해 폭발 단계까지 도달하게 됨을 알 수 있다. 비교예 2 및 비교예 3의 경우에는 사용된 전해질이 인화점과 연소열의 관점에서 비교예 1의 조건 보다는 안정적인 고연소열 저인화점의 용매(EC 및 GBL)를 70 내지 100 부피% 사용하였기 때문에, 과충전 조건에서 충전중 폭발이 일어나지 않으나, 수명 특성이 매우 좋지 않음을 알 수 있다. 이는 비교예 2 및 비교예 3의 조건에서 형성된 음극 피막이 충방전이 지속적으로 이루어지는 리튬 이온 이차 전지에는 적합하지 않음을 알 수 있다. As shown in Table 3, in Comparative Example 1 in which the negative electrode film was formed by EC, the life characteristics were excellent, but it can be seen that an explosion occurred during overcharging. As shown in Table 2, since 70% by volume of DEC having high combustion heat and low flash point was used, it can be seen that the amount of heat generated during overcharging reached the explosion stage. In the case of Comparative Example 2 and Comparative Example 3, since the used electrolyte used 70 to 100% by volume of high combustion heat low flash point solvents (EC and GBL) more stable than the conditions of Comparative Example 1 in terms of flash point and combustion heat, The explosion does not occur during charging, but the service life is very poor. This shows that the negative electrode films formed under the conditions of Comparative Example 2 and Comparative Example 3 are not suitable for the lithium ion secondary battery in which charge and discharge are continuously performed.
이에 비하여 GCL, GVL등을 음극피막 형성물로 사용한 실시예 1 및 2의 경우에는, 과충전 실험시 폭발 현상이 일어나지 않았을 뿐만 아니라, 수명특성도 양호한 것을 알 수 있다. 또한 수명 특성과 고온 방치 특성에 있어서도 감마브티로락톤을 사용한 비교예 2와 비교예 3에 비해 월등히 우수한 특성을 보이고 있음을 알 수 있다. 이는 난연성 용매로 감마발레로락톤과 감마카프로락톤이 사용될 수 있음을 충분히 시사해 주고 있다고 할 수 있다. 즉 실시예 1과 2에서 사용한 음극피막 형성 조건은 내열성 및 내구성도 함께 갖추고 있을 뿐만 아니라, 연소열과 인화점도 우수하여 리튬 이온 이차 전지의 전해질로 적합함을 알 수 있다.On the other hand, in the case of Examples 1 and 2 using GCL, GVL, etc. as the negative electrode film formation, it can be seen that not only the explosion phenomenon occurred in the overcharge experiment, but also the life characteristics were good. In addition, it can be seen that the characteristics excellent in comparison with Comparative Example 2 and Comparative Example 3 using a gamma butyl lactone also in the life characteristics and high temperature standing characteristics. This suggests that gamma valerolactone and gamma caprolactone can be used as a flame retardant solvent. That is, the cathode film forming conditions used in Examples 1 and 2 not only have heat resistance and durability, but also have excellent combustion heat and flash point, and thus are suitable as electrolytes for lithium ion secondary batteries.
또한 실시예 5 내지 실시예 7에서와 같이 GVL, GCL, FEC등을 전해액에 첨가제로 사용한 시스템에서도 이들 첨가물이 음극계면에서의 피막 형성물로 작용하고 있음을 알 수 있다, 또한 이러한 시스템에서는 전해액에 유전율이 낮은 DEC를 40% 사용하고 있기 때문에 전해액의 점도가 감소하여, 전지의 수명 성능도 향상 되고 있음을 알 수 있다. In addition, in the systems using GVL, GCL, FEC, etc. as an additive to the electrolyte as in Examples 5 to 7, it can be seen that these additives act as a film formation at the cathode interface. Since 40% of DEC having a low dielectric constant is used, it is understood that the viscosity of the electrolyte decreases, thereby improving the battery life performance.
본 발명의 리튬 이차 전지용 전해질은 기존의 비수성 유기용매에 알킬치환기를 가지는 락톤계 화합물을 혼합하여 사용함으로써 과충전시 안전성이 우수하고, 상온 및 고온에서 수명특성이 우수하다.The electrolyte for a lithium secondary battery of the present invention is excellent in safety during overcharging by using a lactone compound having an alkyl substituent in an existing non-aqueous organic solvent and excellent in life characteristics at room temperature and high temperature.
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