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KR100728180B1 - Non-aqueous electrolyte, lithium secondary battery, and secondary battery apparatus for lithium secondary battery - Google Patents

Non-aqueous electrolyte, lithium secondary battery, and secondary battery apparatus for lithium secondary battery Download PDF

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KR100728180B1
KR100728180B1 KR1020050048850A KR20050048850A KR100728180B1 KR 100728180 B1 KR100728180 B1 KR 100728180B1 KR 1020050048850 A KR1020050048850 A KR 1020050048850A KR 20050048850 A KR20050048850 A KR 20050048850A KR 100728180 B1 KR100728180 B1 KR 100728180B1
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KR
South Korea
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secondary battery
lithium secondary
nonaqueous electrolyte
mass
lithium
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타키타로우 야마구치
류이치 시미즈
정철수
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

내전압성이 우수한 동시에 리튬 이온의 전도도가 종래의 것과 동등한 비수 전해액 및 이 비수 전해액을 구비한 리튬 이차 전지 및 이차 전지 시스템을 제공한다. 백금 작용극에 대한 대극을 금속리튬으로 했을 때, 작용극 전위가 4.2V 내지 4.5V에서 중합가능한 방향족 화합물중 적어도 1종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 비수 전해액을 사용한다. Provided are a nonaqueous electrolyte having excellent withstand voltage resistance and a conductivity of lithium ions equivalent to that of the conventional one, and a lithium secondary battery and a secondary battery system provided with the nonaqueous electrolyte. When the counter electrode with respect to the platinum working electrode is made of metallic lithium, a nonaqueous electrolyte solution for a lithium secondary battery is used which contains at least one or more of aromatic compounds polymerizable at a working electrode potential of 4.2 V to 4.5 V.

리튬 이차 전지, 비수 전해액, 리튬 이차 전지 시스템, 음극 피막 개선 첨가제, 유리 플루오르화 화합물, 방향족 화합물 Lithium secondary battery, nonaqueous electrolyte, lithium secondary battery system, negative electrode film improving additive, free fluorinated compound, aromatic compound

Description

리튬 이차 전지용 비수 전해액, 리튬 이차 전지 및 이차 전지 장치{NON AQUEOUS ELECTROLYTE, RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY AND RECHARGEABLE BATTERY DEVICE} Non-aqueous electrolyte, lithium secondary battery and secondary battery device for lithium secondary battery {NON AQUEOUS ELECTROLYTE, RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY AND RECHARGEABLE BATTERY DEVICE}

도 1은, 본 발명의 실시형태인 이차 전지 시스템의 구성을 나타낸 모식도이다. 1: is a schematic diagram which shows the structure of the secondary battery system which is embodiment of this invention.

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명][Description of Symbols for Main Parts of Drawing]

1... 직류 전원장치, 1 DC power supply,

2... 리튬 이차 전지, 2 ... lithium secondary battery,

4... 스위치 수단, 4 ... switch means,

5... 제어장치 5 ... Control

[산업상 이용 분야][Industrial use]

본 발명은, 리튬 이차 전지용 비수 전해액, 리튬 이차 전지 및 이차 전지 시스템에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD This invention relates to the nonaqueous electrolyte solution for lithium secondary batteries, a lithium secondary battery, and a secondary battery system.

[종래 기술][Prior art]

종래의 리튬 이차 전지에서는, 비수 전해액의 산화내성 등의 관점에서, 충전 종지전압을 리튬에 대하여 4.2V 정도로 설정하는 것이 일반적이다. 이것은, 리튬에 대하여 4.2V 이상으로 충전하면, 양극의 전위가 상승하여 비수 전해액을 분해해 버려, 사이클 특성의 저하나, 고온에서의 전지 특성 열화의 문제가 생기기 때문이다. 그러나, 충전 전압을 4.2V 이상으로 하고, 또한 평균 작동 전압을 높이게 되면, 에너지 밀도를 한층 더 향상시킬 수 있다. In a conventional lithium secondary battery, it is common to set the charge end voltage at about 4.2V with respect to lithium from the viewpoint of oxidation resistance and the like of the nonaqueous electrolyte. This is because when the lithium is charged to 4.2 V or more, the potential of the positive electrode rises to decompose the nonaqueous electrolyte, resulting in a decrease in cycle characteristics and deterioration of battery characteristics at high temperatures. However, if the charging voltage is 4.2V or more and the average operating voltage is increased, the energy density can be further improved.

최근에는, 일본 특개평 제9-167635호에 나타난 바와 같이, 할로겐화알킬기를 갖는 아황산에스테르를 전해액 용매로서 첨가함으로써, 내전압이 높은 비수 전해액을 실현하는 것이 가능한 기술이 제안되어 있다. In recent years, as shown in Japanese Patent Laid-Open No. 9-167635, a technique capable of realizing a nonaqueous electrolyte having a high withstand voltage by adding sulfite ester having a halogenated alkyl group as an electrolyte solvent has been proposed.

그러나, 상기 특허문헌에서는, 아황산에스테르를 첨가함으로써, 전해액의 내전압성은 향상되지만, 리튬이온의 전도도가 대폭 저하되는 문제가 있었다.However, in the said patent document, although the withstand voltage resistance of electrolyte solution improves by adding sulfite ester, there exists a problem that the conductivity of lithium ion falls significantly.

본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 내전압성이 우수한 동시에 리튬이온의 전도도가 종래의 것과 동등한 비수 전해액 및 이 비수 전해액을 구비한 리튬 이차 전지 및 이차 전지 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.This invention is made | formed in view of the said situation, Comprising: It aims at providing the lithium secondary battery and secondary battery system provided with the nonaqueous electrolyte which is excellent in a withstand voltage resistance, and whose conductivity of lithium ion is equivalent to the conventional thing, and this nonaqueous electrolyte.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 이하의 구성을 채용했다. In order to achieve the above object, the present invention adopts the following configuration.

본 발명의 리튬 이차 전지용 비수 전해액은, 백금 작용극에 대한 대극을 금속리튬으로 했을 때, 작용극 전위가 4.2V 내지 4.5V에서 중합가능한 방향족 화합물중 적어도 1종 이상을 함유한다. The nonaqueous electrolyte solution for lithium secondary batteries of the present invention contains at least one or more of the aromatic compounds polymerizable at a working electrode potential of 4.2 V to 4.5 V when the counter electrode to the platinum working electrode is made of metal lithium.

상기의 비수 전해액을 리튬 이차 전지의 전해액으로서 사용함으로써, 초기 충전시에 리튬 이차 전지의 양극 표면에 방향족 화합물이 중합하여 피막을 형성한다. 이 피막형성에 의해서 양극과 비수 전해액이 직접 접촉하는 일이 없다. 이에 따라, 양극에 의한 비수 전해액의 산화 분해를 방지할 수 있고, 비수 전해액의 내전압 특성을 높일 수 있다. 또한, 리튬 이차 전지의 고온특성도 개선할 수 있다. By using said non-aqueous electrolyte solution as electrolyte solution of a lithium secondary battery, an aromatic compound superposes | polymerizes on the positive electrode surface of a lithium secondary battery at the time of initial charge, and forms a film. This film formation prevents the positive electrode from directly contacting the nonaqueous electrolyte. Thereby, the oxidative decomposition of the nonaqueous electrolyte solution by the anode can be prevented, and the breakdown voltage characteristic of the nonaqueous electrolyte solution can be improved. In addition, the high temperature characteristics of the lithium secondary battery can also be improved.

또한, 본 발명의 리튬 이차 전지용 비수 전해액에서는, 상기 방향족 화합물이, 페난스렌, 터페닐(Terphenyl), 디메틸비페닐 중 어느 1종 이상인 것이 바람직하고, 특히 페난스렌, 터페닐 중 어느 하나 또는 둘 모두가 바람직하다. Moreover, in the nonaqueous electrolyte solution for lithium secondary batteries of this invention, it is preferable that the said aromatic compound is any 1 or more types of phenanthrene, terphenyl, and dimethyl biphenyl, Especially either or both of phenanthrene and terphenyl is preferable. Is preferred.

다음으로 본 발명의 리튬 이차 전지용 비수 전해액은, 하기 화학식 1 또는 2의 유기플루오르화 화합물중 어느 하나 또는 둘 모두가 함유되어 이루어진다:Next, the nonaqueous electrolyte solution for a lithium secondary battery of the present invention comprises one or both of the organofluorinated compounds represented by the following general formula (1) or (2):

[화학식 1][Formula 1]

R1-O-R2 R 1 -OR 2

[화학식 2][Formula 2]

R1-O-CO-O-R2 R 1 -O-CO-OR 2

상기 화학식 1 및 2에서, R1 및 R2는 알킬기 또는 플루오로알킬기이다.In Formulas 1 and 2, R 1 and R 2 are an alkyl group or a fluoroalkyl group.

보다 바람직하게는 상기 화학식 1 및 2에서 R1 및 R2중 적어도 하나는 플루오로알킬기이다.More preferably, at least one of R 1 and R 2 in Formulas 1 and 2 is a fluoroalkyl group.

상기 유기플루오르화 화합물은, 리튬 이차 전지의 양극에 의한 산화에 대해 분해되는 일이 없다. 이와 같이 유기플루오르화 화합물을 함유함으로써, 내전압 특성이 우수한 비수 전해액을 구성할 수 있다. The organofluorinated compound is not decomposed with respect to oxidation by the positive electrode of the lithium secondary battery. Thus, by containing an organic fluorinated compound, the nonaqueous electrolyte excellent in the withstand voltage characteristic can be comprised.

또한 본 발명의 리튬 이차 전지용 비수 전해액에서는, 상기 유기플루오르화 화합물이 하기 화합물중에서 선택된 어느 1종 이상인 것이 바람직하다: HCF2CF2CH2OCF2CF2H, CF3CH2OCOOCH2CF3, CH3OCOOCH2CHFCH3, CH3OCOOCH(CH3)CH2F, CH3OCOOCH2CH2CH2F. 특히, 상기 유기플루오르화 화합물이 HCF2CF2CH2OCF2CF2H, CH3OCOOCH2CHFCH3 중 어느 하나 또는 둘 모두가 바람직하다. In the nonaqueous electrolyte solution for lithium secondary batteries of the present invention, the organic fluorinated compound is preferably at least one selected from the following compounds: HCF 2 CF 2 CH 2 OCF 2 CF 2 H, CF 3 CH 2 OCOOCH 2 CF 3 , CH 3 OCOOCH 2 CHFCH 3 , CH 3 OCOOCH (CH 3 ) CH 2 F, CH 3 OCOOCH 2 CH 2 CH 2 F. In particular, the organofluorinated compound is HCF 2 CF 2 CH 2 OCF 2 CF 2 H, CH 3 Preference is given to either or both of OCOOCH 2 CHFCH 3 .

또한, 본 발명의 리튬 이차 전지용 비수 전해액은, 상기 기재된 비수 전해액이며, 플루오로에틸렌카보네이트, 비닐렌카보네이트, 프로판술톤, 트리플루오로프로필메틸술폰, 플루오로벤젠, LiBF4중 어느 1종 이상의 음극피막 개선 첨가제를 포함한다. In addition, the nonaqueous electrolyte solution for lithium secondary batteries of the present invention is the nonaqueous electrolyte solution described above, and at least one negative electrode film of fluoroethylene carbonate, vinylene carbonate, propane sultone, trifluoropropylmethyl sulfone, fluorobenzene, and LiBF 4 . Improvement additives.

상기의 방향족 화합물 또는 유기플루오르화 화합물에 더하여, 음극피막 개선 첨가제를 첨가함으로써, 리튬 이차 전지의 음극표면에 형성되는 피막을 보호할 수 있다. 이에 따라, 특히 고온에서의 충방전시에, 음극과 비수 전해액과의 사이에서의 급격한 반응이 억제되어, 리튬 이차 전지의 열폭주를 미연에 방지할 수 있다. In addition to the above aromatic compound or organofluorinated compound, by adding a negative electrode film improving additive, the film formed on the negative electrode surface of the lithium secondary battery can be protected. As a result, the rapid reaction between the negative electrode and the nonaqueous electrolyte solution is particularly suppressed during charge and discharge at high temperatures, and thermal runaway of the lithium secondary battery can be prevented in advance.

다음으로 본 발명의 리튬 이차 전지는, 앞서 기재된 비수 전해액을 구비하여 이루어진다. Next, the lithium secondary battery of this invention is equipped with the nonaqueous electrolyte solution mentioned above.

상기의 구성에 의하면, 내전압 특성이 우수한 비수 전해액을 구비하고 있기 때문에, 만충전시의 전지 전압이 4.2V 내지 4.5V이더라도 비수 전해액이 분해될 우 려가 없고, 또한 고온시 열폭주가 일어날 우려가 없으며, 고용량으로 안정성이 높은 리튬 이차 전지를 실현할 수 있다. According to the above arrangement, since the nonaqueous electrolyte having excellent withstand voltage characteristics is provided, the nonaqueous electrolyte is not decomposed even when the battery voltage at full charge is 4.2V to 4.5V, and there is no fear of thermal runaway at high temperature. It is possible to realize a lithium secondary battery having high stability at high capacity.

다음으로 본 발명의 이차전지 시스템은, 앞서 기재된 리튬 이차 전지와, 그 리튬 전지의 만충전시의 전지 전압을 4.2V 내지 4.5V로 설정한 충전장치를 구비하여 이루어진다. Next, the secondary battery system of this invention is equipped with the lithium secondary battery mentioned above and the charging apparatus which set the battery voltage at the time of full charge of this lithium battery to 4.2V-4.5V.

상기의 구성에 의하면, 상기 구성의 리튬 이차 전지를 구비하고 있고, 이 리튬 이차 전지의 만충전시의 전지 전압을 4.2V 내지 4.5V로 제어할 수 있기 때문에, 리튬 이차 전지의 비수 전해액이 분해될 우려가 없고, 또한 고온시 열폭주가 일어날 우려도 없으며, 고용량으로 안정성이 높은 이차 전지 시스템을 실현할 수 있다. According to the said structure, since the lithium secondary battery of the said structure is provided and the battery voltage at the time of full charge of this lithium secondary battery can be controlled to 4.2V-4.5V, there exists a possibility that the nonaqueous electrolyte solution of a lithium secondary battery may decompose. There is no fear of thermal runaway at high temperature, and a secondary battery system having high stability at high capacity can be realized.

본 발명에 의하면, 내전압성이 우수한 비수 전해액, 이 비수 전해액을 구비한 리튬 이차 전지 및 이차 전지 시스템을 제공할 수 있다.ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the nonaqueous electrolyte excellent in voltage resistance, the lithium secondary battery provided with this nonaqueous electrolyte, and a secondary battery system can be provided.

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

본 실시예의 리튬 이차 전지는, 리튬의 흡장, 방출이 가능한 양극; 리튬의 흡장, 방출이 가능한 음극; 양극과 음극의 사이에 배치된 세퍼레이터; 및 비수 전해액을 구비하여 개략적으로 구성되어 있다. The lithium secondary battery of the present embodiment, the positive electrode capable of occluding and releasing lithium; A negative electrode capable of occluding and releasing lithium; A separator disposed between the positive electrode and the negative electrode; And a nonaqueous electrolyte, and are schematically configured.

양극은, 양극 활물질 분말에, 폴리비닐리덴플루오라이드 등의 결착재와 카본블랙 등의 도전조재가 혼합되어 시트상 등으로 성형되어 이루어지는 것이다. 이 양극은 양극 집전체에 접합되어 있다. 양극 집전체로는, 알루미늄 및 스테인리스강 등의 금속박 또는 금속 망을 예시할 수 있다. In the positive electrode active material powder, a binder such as polyvinylidene fluoride and a conductive assistant such as carbon black are mixed to form a sheet or the like. This positive electrode is bonded to the positive electrode current collector. Examples of the positive electrode current collector include metal foils or metal nets such as aluminum and stainless steel.

또, 양극 활물질로는, 코발트, 망간 및 니켈에서 선택되는 적어도 1종과 리 튬과의 복합산화물중 어느 1종 이상의 것이 바람직하고, 구체적으로는, LiMn2O4, LiCoO2, LiNiO2, LiCoNiMnO2, LiFeO2, V2O5 등이 바람직하고, LiCoO2, LiNiO2 또는 LiCoNiMnO2가 특히 바람직하다. 또한 TiS, MoS, 유기디설파이드 화합물, 유기폴리설파이드 화합물 등의 리튬의 흡장·방출이 가능한 것을 이용해도 좋다.As the positive electrode active material, at least one selected from cobalt, manganese and nickel and at least one selected from the group consisting of lithium and lithium, specifically, LiMn 2 O 4 , LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiCoNiMnO 2 , LiFeO 2 , V 2 O 5 and the like are preferred, and LiCoO 2 , LiNiO 2 or LiCoNiMnO 2 is particularly preferred. Moreover, you may use the thing which can occlude | release and discharge | release lithium, such as TiS, MoS, an organic disulfide compound, and an organic poly sulfide compound.

음극은, 음극 활물질 분말에, 폴리비닐리덴 플루오라이드 등의 결착재와, 필요에 따라 카본블랙 등의 도전조재가 혼합되어 시트상 등으로 성형된 것이다. 이 음극은 음극 집전체에 접합되어 있다. 음극 집전체로는, Cu 또는 Cu 합금으로 이루어진 금속박 또는 금속망을 예시할 수 있다. The negative electrode is formed by mixing a binder such as polyvinylidene fluoride with a conductive assistant such as carbon black and the like into a negative electrode active material powder if necessary. This negative electrode is bonded to the negative electrode current collector. As a negative electrode electrical power collector, the metal foil or metal mesh which consists of Cu or Cu alloy can be illustrated.

또한 음극 활물질로는, 인조흑연, 천연흑연, 흑연화 탄소섬유, 흑연화 메조카본마이크로비드, 비정질탄소 등의 탄소질 재료를 예시할 수 있다. 또, 리튬과 합금화가 가능한 금속물질 단체나 이 금속물질과 탄소질 재료를 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. 또한 음극 활물질로서 금속리튬 박도 사용할 수 있다. Moreover, carbonaceous materials, such as artificial graphite, natural graphite, graphitized carbon fiber, graphitized mesocarbon bead, and amorphous carbon, can be illustrated as a negative electrode active material. 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. Metal lithium foil can also be used as a negative electrode active material.

또한 세퍼레이터는, 다공질의 폴리프로필렌필름, 다공질의 폴리에틸렌필름 등, 공지의 세퍼레이터를 적절하게 사용할 수 있다. Moreover, a separator can use suitably well-known separators, such as a porous polypropylene film and a porous polyethylene film.

다음으로 비수 전해액은, 리튬이온을 전도하는 것으로서, 그 일 예로서, 비수용매와, 리튬염과, 중합가능한 방향족 화합물이 함유되어 이루어진 것을 예시할 수 있다. Next, the nonaqueous electrolytic solution conducts lithium ions. As an example, a nonaqueous electrolyte includes a nonaqueous solvent, a lithium salt, and a polymerizable aromatic compound.

중합가능한 방향족 화합물은, 백금 작용극에 대한 대극을 금속리튬으로 했을 때, 작용극 전위가 4.2V 내지 4.5V에서 작용극 표면에서 중합가능한 방향족 화합물이며, 구체적으로는, 페난스렌, 터페닐, 디메틸비페닐 중 어느 1종 이상이며, 그 중에서도 특히 페난스렌, 터페닐 중 어느 하나 또는 둘 모두가 바람직하다. The polymerizable aromatic compound is an aromatic compound polymerizable at the surface of the working electrode when the working electrode potential is 4.2 V to 4.5 V when the counter electrode to the platinum working electrode is made of metal lithium, and specifically, phenanthrene, terphenyl, dimethyl Any one or more types of biphenyls are preferable, and either or both of phenanthrene and terphenyl are particularly preferable.

상기의 비수 전해액을 리튬 이차 전지의 전해액으로서 사용함으로써, 초기 충전시 리튬 이차 전지의 양극(상기 작용극에 상당)의 표면에 방향족 화합물이 중합하여 피막을 형성한다. 이 피막형성에 의해서 양극과 비수 전해액이 직접 접하는 일이 없다. 이에 따라, 양극에 의한 비수 전해액의 산화분해를 방지할 수 있고, 비수 전해액의 내전압 특성을 높일 수 있다. 또한 리튬 이차 전지의 고온특성도 개선할 수 있다. By using said nonaqueous electrolyte as an electrolyte solution of a lithium secondary battery, an aromatic compound superposes | polymerizes on the surface of the positive electrode (corresponding to the said working electrode) of a lithium secondary battery at the time of initial charge, and forms a film. This film formation prevents the positive electrode from directly contacting the nonaqueous electrolyte. Thereby, the oxidative decomposition of the nonaqueous electrolyte solution by the anode can be prevented, and the breakdown voltage characteristic of the nonaqueous electrolyte solution can be improved. In addition, the high temperature characteristics of the lithium secondary battery can be improved.

비수 전해액에서의 상기의 방향족 화합물의 첨가량은, 0.01질량% 내지 5질량%의 범위가 바람직하고, 0.1질량% 내지 0.5질량%의 범위가 보다 바람직하다. 방향족 화합물의 첨가량이 0.1질량% 이상이면, 양극의 표면에 충분한 양의 피막을 형성할 수 있어, 양극에 의한 비수 전해액의 산화분해를 방지할 수 있다. 또, 방향족 화합물의 첨가량이 0.5질량% 이하이면, 비수 전해액의 리튬이온의 전도도가 저하되는 일 없이, 리튬 이차 전지의 충방전효율을 높일 수 있다. The range of 0.01 mass%-5 mass% is preferable, and, as for the addition amount of the said aromatic compound in a nonaqueous electrolyte, the range of 0.1 mass%-0.5 mass% is more preferable. When the amount of the aromatic compound added is 0.1% by mass or more, a sufficient amount of film can be formed on the surface of the positive electrode, and oxidative decomposition of the nonaqueous electrolyte solution by the positive electrode can be prevented. Moreover, when the addition amount of an aromatic compound is 0.5 mass% or less, the charge / discharge efficiency of a lithium secondary battery can be improved, without reducing the conductivity of lithium ion of a nonaqueous electrolyte solution.

다음으로 비수 전해액의 다른 예로서, 비수용매; 리튬염; 및 하기 화학식 1 또는 2의 유기플루오르화 화합물중 어느 하나 또는 둘 모두가 함유되어 이루어진 것을 예시할 수 있다: Next, as another example of a nonaqueous electrolyte, Non-aqueous solvent; Lithium salts; And any one or both of the organofluorinated compounds of Formula 1 or 2 may be contained:

[화학식 1] [Formula 1]

R1-O-R2 R 1 -OR 2

[화학식 2][Formula 2]

R1-O-CO-O-R2 R 1 -O-CO-OR 2

상기 화학식 1 및 2에서, R1 및 R2는 알킬기 또는 플루오로알킬기이다.In Formulas 1 and 2, R 1 and R 2 are an alkyl group or a fluoroalkyl group.

보다 바람직하게는, 상기 화학식 1 및 2에서 R1 및 R2중 적어도 하나는 플루오로알킬기이다.More preferably, in Formulas 1 and 2, at least one of R 1 and R 2 is a fluoroalkyl group.

상기의 유기플루오르화 화합물로는, HCF2CF2CH2OCF2CF2H, CF3CH2OCOOCH2CF3, CH3OCOOCH2CHFCH3, CH3OCOOCH(CH3)CH2F, CH3OCOOCH2CH2CH2F 중 어느 1종 이상을 이용하는 것이 바람직하고, 특히 이 중에서도, HCF2CF2CH2OCF2CF2H, CH3OCOOCH2CHFCH3 중 어느 하나 또는 둘 모두가 바람직하다. As said organofluorinated compound, HCF 2 CF 2 CH 2 OCF 2 CF 2 H, CF 3 CH 2 OCOOCH 2 CF 3 , CH 3 OCOOCH 2 CHFCH 3 , CH 3 OCOOCH (CH 3 ) CH 2 F, CH 3 It is preferable to use any one or more of OCOOCH 2 CH 2 CH 2 F, and in particular, any one or both of HCF 2 CF 2 CH 2 OCF 2 CF 2 H and CH 3 OCOOCH 2 CHFCH 3 is preferable.

상기의 유기플루오르화 화합물은, 리튬 이차 전지의 양극에 의한 산화에 대하여 분해되는 일이 없다. 이와 같이 유기플루오르화 화합물을 함유함으로써, 내전압 특성이 우수한 비수 전해액을 구성할 수 있다. The organic fluorinated compound is not decomposed with respect to oxidation by the positive electrode of the lithium secondary battery. Thus, by containing an organic fluorinated compound, the nonaqueous electrolyte excellent in the withstand voltage characteristic can be comprised.

비수 전해액에서의 상기의 유기플루오르화 화합물의 첨가량은, 0.1질량% 내지 50질량%의 범위가 바람직하고, 1질량% 내지 20질량%의 범위가 보다 바람직하다. 유기플루오르화 화합물의 첨가량이 1질량% 이상이면, 비수 전해액의 내전압특성이 향상되어, 양극에 의한 비수 전해액의 산화분해를 방지할 수 있다. 또, 유기플루오 르화 화합물의 첨가량이 20질량% 이하이면, 비수 전해액의 리튬이온의 전도도가 저하되는 일 없이, 리튬 이차 전지의 충방전효율을 높일 수 있다. The range of 0.1 mass%-50 mass% is preferable, and, as for the addition amount of the said organic fluorinated compound in a non-aqueous electrolyte, the range of 1 mass%-20 mass% is more preferable. When the amount of the organofluorinated compound added is 1% by mass or more, the breakdown voltage characteristic of the nonaqueous electrolyte can be improved, and oxidative decomposition of the nonaqueous electrolyte by the positive electrode can be prevented. Moreover, when the addition amount of an organic fluorinated compound is 20 mass% or less, the charge / discharge efficiency of a lithium secondary battery can be improved, without the conductivity of the lithium ion of a nonaqueous electrolyte solution falling.

또, 방향족 화합물 또는 유기플루오르화 화합물을 포함하는 상기 2종류의 비수 전해액에 각각, 플루오로에틸렌카보네이트, 비닐렌카보네이트, 프로판술톤, 트리플루오로프로필메틸술폰, 플루오로벤젠 및 LiBF4로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 음극 피막 개선 첨가제를 첨가해도 좋다. Further, in the above two kinds of nonaqueous electrolyte solution containing an aromatic compound or an organic fluorinated compound, in the group consisting of fluoroethylene carbonate, vinylene carbonate, propane sultone, trifluoropropylmethyl sulfone, fluorobenzene and LiBF 4 , respectively. You may add 1 or more types of negative electrode film improvement additives chosen.

상기 음극피막 개선 첨가제를 첨가함으로써, 충방전에 수반하여 리튬 이차 전지의 음극표면에 형성되는 피막을 보호할 수 있다. 이에 따라, 특히 고온에서의 충방전시에, 음극과 비수 전해액과의 사이에서의 급격한 반응이 억제되어, 리튬 이차 전지의 열폭주를 미연에 방지할 수 있다. By adding the negative electrode film improving additive, it is possible to protect the film formed on the negative electrode surface of the lithium secondary battery with charging and discharging. As a result, the rapid reaction between the negative electrode and the nonaqueous electrolyte solution is particularly suppressed during charge and discharge at high temperatures, and thermal runaway of the lithium secondary battery can be prevented in advance.

비수 전해액에서의 상기의 음극피막 개선 첨가제의 첨가량은, 0.05질량% 내지 20질량%의 범위가 바람직하고, 0.5질량% 내지 10질량%의 범위가 보다 바람직하다. 음극피막 개선 첨가제의 첨가량이 0.5질량% 이상이면, 음극표면에 형성되는 피막을 충분히 보호할 수 있다. 또, 음극피막 개선 첨가제의 첨가량이 10질량% 이하이면, 비수 전해액의 리튬이온의 전도도가 저하되는 일 없이, 리튬 이차 전지의 충방전효율을 높일 수 있다. The range of 0.05 mass%-20 mass% is preferable, and, as for the addition amount of the said negative electrode film improvement additive in a non-aqueous electrolyte solution, the range of 0.5 mass%-10 mass% is more preferable. When the amount of the negative electrode film improving additive added is 0.5% by mass or more, the film formed on the surface of the negative electrode can be sufficiently protected. Moreover, when the addition amount of a negative electrode film improvement additive is 10 mass% or less, the charge / discharge efficiency of a lithium secondary battery can be improved, without reducing the conductivity of lithium ion of a nonaqueous electrolyte solution.

다음으로, 상기의 비수 전해액에 함유되는 용매로는, 환형 카보네이트와 선형 카보네이트의 혼합물을 예시할 수 있다. Next, as a solvent contained in said non-aqueous electrolyte solution, the mixture of a cyclic carbonate and a linear carbonate can be illustrated.

환형 카보네이트로는, 예를 들면, 에틸렌카보네이트, 부틸렌카보네이트, 프 로필렌카보네이트 및 γ-부티로락톤중 어느 1종 이상을 포함하는 것이 바람직하다. 이들 환형카보네이트는 리튬이온과 용매화하기 쉽기 때문에, 전해질자체의 이온전도도를 높일 수 있다. As cyclic carbonate, it is preferable to contain any 1 or more types of ethylene carbonate, butylene carbonate, a propylene carbonate, and (gamma) -butyrolactone, for example. Since these cyclic carbonates are easily solvated with lithium ions, the ionic conductivity of the electrolyte itself can be increased.

또한 선형 카보네이트로는, 예를 들면, 디메틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트 및 디에틸카보네이트중 1종 이상을 포함하는 것이 바람직하다. 이들 선형 카보네이트는 저점도이기 때문에, 전해질 자체의 점도를 낮추어 이온전도도를 높일 수 있다. 단, 이들 선형 카보네이트는 인화점이 낮기 때문에, 과잉으로 첨가하면 전해질의 인화점을 낮추어 버리기 때문에 과잉첨가하지 않도록 주의할 필요가 있다. Moreover, as linear carbonate, it is preferable to contain 1 or more types of dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, and diethyl carbonate, for example. Since these linear carbonates have low viscosity, the conductivity of the electrolyte itself can be lowered to increase the ionic conductivity. However, since these linear carbonates have a low flash point, it is necessary to be careful not to overadd them because excessive flashing lowers the flash point of the electrolyte.

또한 리튬염으로는, LiPF6, LiBF4, Li[N(SO2C2F5)2], Li[B(OCOCF3)4] 또는 Li[B(OCOC2F5)4]을 이용할 수 있다. 이들 리튬염의 전해질에서의 농도는, 0.5mol/L 내지 2.0mol/L인 것이 바람직하다. 전해질중에 이들 리튬염이 포함됨으로써 전해질 자체의 이온전도도를 높일 수 있다. As the lithium salt, LiPF 6 , LiBF 4 , Li [N (SO 2 C 2 F 5 ) 2 ], Li [B (OCOCF 3 ) 4 ] or Li [B (OCOC 2 F 5 ) 4 ] can be used. have. The concentration of these lithium salts in the electrolyte is preferably 0.5 mol / L to 2.0 mol / L. By including these lithium salts in the electrolyte, the ionic conductivity of the electrolyte itself can be increased.

본 실시형태의 리튬 이차 전지에 의하면, 내전압특성이 우수한 비수 전해액을 구비하고 있기 때문에, 만충전시의 전지 전압이 4.2V 내지 4.5V이더라도 비수 전해액이 분해될 우려가 없고, 또한 고온시 열폭주가 일어날 우려도 없으며, 고용량으로 안정성이 높은 리튬 이차 전지를 실현할 수 있다. According to the lithium secondary battery of the present embodiment, since the nonaqueous electrolyte having excellent withstand voltage characteristics is provided, the nonaqueous electrolyte is not decomposed even when the battery voltage at full charge is 4.2V to 4.5V, and thermal runaway occurs at high temperature. There is no concern, and a lithium secondary battery with high stability at high capacity can be realized.

또한 본 실시형태의 리튬 이차 전지와, 이 리튬 전지의 만충전시의 전지 전압을 4.2V 내지 4.5V로 설정한 충전장치를 조합함으로써, 이차 전지 시스템을 구성할 수 있다. 이 이차 전지 시스템에 의하면, 리튬 이차 전지의 만충전시의 전지 전 압을 4.2V 내지 4.5V로 제어할 수 있기 때문에, 리튬 이차 전지의 비수 전해액이 분해될 우려가 없고, 또한 고온시 열폭주가 일어날 우려가 없으며, 고용량으로 안정성이 높은 이차 전지 시스템을 실현할 수 있다. Moreover, a secondary battery system can be comprised by combining the lithium secondary battery of this embodiment and the charging device which set the battery voltage at the time of full charge of this lithium battery to 4.2V-4.5V. According to this secondary battery system, since the battery voltage at the time of full charge of a lithium secondary battery can be controlled to 4.2V-4.5V, there is no possibility that a nonaqueous electrolyte solution of a lithium secondary battery may decompose, and thermal runaway will arise at high temperature. There is no concern, and a secondary battery system with high stability and high stability can be realized.

도 1에, 이차 전지 시스템의 일 예를 나타낸다. 도 1에 있어서, 부호 1은 직류 전원장치이며, 부호 2는 충전되는 본 발명에 따른 리튬 이차 전지이며, 부호 4는 정전류 회로에 직렬로 삽입한 스위치 수단이며, 부호 5는 제어장치이다. 직류 전원장치(1)에는, 충전전압의 조정기구가 조립되어 있고, 충전종지전압을 4.2 내지 4.5V로 설정된다. 스위치 수단(4)은, 제어장치(5)에 의해 제어된다. 제어장치(5)는 전지(2)의 전압을 감시하고, 전지 전압에 따라서 스위치 수단(4)을 온/오프하여 충전 전류를 제어한다. 이 이차 전지 시스템에서는, 스위치 수단(4)을 통하여 충전 전류를 직류 전원장치(1)로부터 리튬 이차 전지(2)에 공급하고, 정전류충전을 행한다. 그리고, 전지 전압이 4.2 내지 4.5V의 충전종지전압에 도달한 후, 정전압충전로 전환하여 소정의 시간까지 충전을 행한다. An example of a secondary battery system is shown in FIG. In Fig. 1, reference numeral 1 denotes a DC power supply, reference numeral 2 denotes a lithium secondary battery according to the present invention to be charged, reference numeral 4 denotes a switch means inserted in series into a constant current circuit, and reference numeral 5 denotes a control device. In the DC power supply 1, a charging voltage adjusting mechanism is assembled, and the charging end voltage is set to 4.2 to 4.5V. The switch means 4 is controlled by the control apparatus 5. The controller 5 monitors the voltage of the battery 2 and controls the charging current by turning on / off the switch means 4 in accordance with the battery voltage. In this secondary battery system, the charging current is supplied from the DC power supply 1 to the lithium secondary battery 2 via the switch means 4, and constant current charging is performed. After the battery voltage reaches the end-of-charge voltage of 4.2 to 4.5 V, the battery is switched to constant voltage charging and charged until a predetermined time.

이상의 구성에 의해, 리튬 이차 전지의 만충전시의 전지 전압을 4.2V 내지 4.5V로 제어할 수 있다. By the above structure, the battery voltage at the time of full charge of a lithium secondary battery can be controlled to 4.2V-4.5V.

[실시예] EXAMPLE

이하, 각 실험예에 의해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the experimental examples.

(실험예 1) Experimental Example 1

이 실험예 1에서는, 비수 전해액에, 중합가능한 방향족 화합물 또는 유기플루오르화 화합물을 첨가하여 3전극 셀을 제조하고, 사이크릭 볼타모그램(Cyclic Voltammogram) 시험을 행하여 전류전압곡선을 측정하고, 방향족 화합물 및 유기플루오르화 화합물의 반응 전위를 측정했다.  In this Experimental Example 1, a trielectrode cell was prepared by adding a polymerizable aromatic compound or an organofluorinated compound to a nonaqueous electrolyte solution, and performing a Cyclic Voltammogram test to measure a current voltage curve. And the reaction potential of the organofluorinated compound was measured.

3전극 셀의 제조는 다음과 같이 하여 행했다. 먼저, 직경 0.5mm의 백금선으로 이루어진 작용극과, 금속 리튬으로 이루어진 대극 및 참조극을 준비했다. The production of the three-electrode cell was performed as follows. First, the working electrode which consists of a platinum wire of diameter 0.5mm, the counter electrode which consists of metal lithium, and the reference electrode were prepared.

또, 에틸렌카보네이트(EC)와 디에틸카보네이트(DEC)가 EC:DEC=30:70의 비율로 혼합되어 이루어진 혼합 용매에, 농도 1.3mol/L의 LiPF6가 혼합된 전해액을 준비했다. 이 전해액에 대하여 0.2질량%의 페난스렌, 0.2질량%의 m-터페닐 및 10질량%의 CF3CH2OCOOCH2CF3를 각각 단독으로 첨가하여 실시예 1 내지 3의 비수 전해액을 조제했다. 또한 비교예 1로서, EC, DEC, LiPF6 이외는 아무것도 첨가되어 있지 않은 비수 전해액을 준비했다. Moreover, the electrolyte solution which mixed LiPF 6 of 1.3 mol / L in density | concentration was prepared in the mixed solvent which ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) mix in the ratio of EC: DEC = 30: 70. 0.2 mass% of phenanthrene, 0.2 mass% of m-terphenyl, and 10 mass% of CF 3 CH 2 OCOOCH 2 CF 3 were added alone to this electrolyte solution to prepare the nonaqueous electrolyte solutions of Examples 1 to 3. In addition, as Comparative Example 1, EC, DEC, LiPF 6 A nonaqueous electrolyte solution without any addition was prepared.

다음으로, 유리 용기에 상기의 비수 전해액을 주입하고, 이 비수 전해액에 상기의 작용극, 대극 및 참조극을 삽입하여 3전극 셀을 조립했다. 셀을 조립하고 나서 25℃에서 15시간 방치한 뒤, 0.31cm2의 면적의 작용극에 대하여 OCV(Open Circuit Voltage)(약 3V(vs Li))에서부터 8V(vs Li)까지 5mV/초의 속도로 전위주사한 후, 8V(vs Li)에서부터 0V(vs Li)까지 5mV/초의 속도로 전위 주사함으로써, 전류전압곡선을 측정했다. 단, 방향족 화합물을 첨가한 비수 전해액에 대해서는, 전위주사의 도중에 방향족 화합물에 의한 피크가 나타난 전위에서 8시간 유지하였다. Next, the nonaqueous electrolyte was injected into the glass container, and the working electrode, the counter electrode and the reference electrode were inserted into the nonaqueous electrolyte to assemble the three-electrode cell. After assembling the cells, the cells were left at 25 ° C. for 15 hours, and at a rate of 5 mV / sec from an open circuit voltage (OCV) (about 3 V (vs Li)) to 8 V (vs Li) for a working electrode having an area of 0.31 cm 2 . After the potential injection, the current voltage curve was measured by carrying out potential scanning at a speed of 5 mV / sec from 8 V (vs Li) to 0 V (vs Li). However, about the nonaqueous electrolyte solution to which the aromatic compound was added, it hold | maintained for 8 hours at the electric potential which the peak by the aromatic compound showed in the middle of electric potential injection.

하기 표 1에, 전압 7V 에서의 전류값 및 전류전압곡선의 기울기와, 전류전압곡선의 미분 계수가 극대가 되는 전압(피크 전압)을 나타낸다. In Table 1 below, the slope of the current value and the current voltage curve at the voltage 7V and the voltage (peak voltage) at which the derivative coefficient of the current voltage curve is maximized are shown.

표 1에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 3에서는, 비교예 1보다도 피크 전압이 높아지고 있고, 첨가제에 의해서 전해액의 분해 전위가 상승하고 있는 것을 알 수 있었다. 또, 실시예 1 내지 3의 7V 에서의 전류값이, 비교예 1의 경우보다 작아지고 있는 것이 알 수 있었다. 따라서 실시예 1 내지 3에서는, 페난스렌, m-터페닐 및 CF3CH2OCOOCH2CF3의 첨가에 의해 7V 부근에서의 전해액 분해가 억제되는 것으로 밝혀졌다. As shown in Table 1, in Examples 1-3, the peak voltage is higher than the comparative example 1, and it turned out that the decomposition potential of electrolyte solution is rising by the additive. Moreover, it turned out that the electric current value in 7V of Examples 1-3 is smaller than the case of the comparative example 1. Therefore, in Examples 1 to 3, it was found that the decomposition of the electrolyte solution at around 7 V was suppressed by the addition of phenanthrene, m-terphenyl and CF 3 CH 2 OCOOCH 2 CF 3 .

첨가제additive 유지전압Holding voltage 전압 7VVoltage 7V 피크 전압(V)Peak voltage (V) 전류(mA)Current (mA) 기울기 dI/dESlope dI / dE 실시예 1Example 1 페난스렌Penances 4.20V4.20V 0.0010.001 0.00170.0017 8 이상8 or more 실시예 2Example 2 m-터페닐m-terphenyl 4.50V4.50 V 0.0010.001 0.00150.0015 8 이상8 or more 실시예 3Example 3 CF3CH2OCOOCH2CF3 CF 3 CH 2 OCOOCH 2 CF 3 -- 0.0050.005 0.0130.013 7.57.5 비교예 1Comparative Example 1 없음none -- 0.0080.008 0.0220.022 7.37.3

(실험예 2) Experimental Example 2

이 실험예 2에서는, 비수 전해액에, 중합가능한 방향족 화합물 또는 유기 플루오르화 화합물을 첨가하여 코인형의 리튬 이차 전지를 제조하고, 각종 전지 특성을 평가했다. In Experimental Example 2, a coin-type lithium secondary battery was prepared by adding a polymerizable aromatic compound or an organic fluorinated compound to the nonaqueous electrolyte solution, and evaluated various battery characteristics.

리튬 이차 전지의 제조는 다음과 같이 하여 행했다. 먼저, 평균입경 10㎛의 LiNiO2와, 평균입경 10㎛의 LiCoO2를 준비하고, 이들을 질량비로 LiNiO2:LiCoO2=30:70의 비율로 혼합하여 양극 활물질를 제조하였다. 또, LiCoO2만으로 이루어진 양극 활물질도 준비했다. 이들 양극 활물질과, 폴리비닐리덴 플루오라이드로 이루어진 결착제와, 평균입경 3㎛의 탄소분말로 이루어진 도전조재를 혼합하고, N-메틸-2-피롤리돈을 더 혼합하여 양극 슬러리를 제조하였다. 이 양극슬러리를, 닥터블레이드법에 의해 두께 20μ m의 알루미늄박으로 이루어진 양극 집전체상에 도포하여, 진공 분위기중에서 120℃, 24시간 건조시켜 N-메틸-2-피롤리돈을 휘발시킨 후, 압연했다. 이와 같이 하여 양극 집전체상에, 양극 활물질, 결착제 및 도전조재로 이루어진 양극을 형성했다. The manufacturing of a lithium secondary battery was performed as follows. First, LiNiO 2 having an average particle diameter of 10 μm and LiCoO 2 having an average particle diameter of 10 μm were prepared, and these were mixed in a ratio of LiNiO 2 : LiCoO 2 = 30: 70 in a mass ratio to prepare a cathode active material. In addition, the positive electrode active material was also prepared containing only LiCoO 2. These positive electrode active materials, a binder made of polyvinylidene fluoride, and a conductive aid made of carbon powder having an average particle diameter of 3 µm were mixed, and N-methyl-2-pyrrolidone was further mixed to prepare a positive electrode slurry. The positive electrode slurry was coated on a positive electrode current collector made of aluminum foil having a thickness of 20 μm by the doctor blade method, dried at 120 ° C. for 24 hours in a vacuum atmosphere, and then volatilized N-methyl-2-pyrrolidone. Rolled. Thus, the positive electrode which consists of a positive electrode active material, a binder, and a conductive support material was formed on the positive electrode collector.

다음으로, 평균입경이 15㎛인 인조흑연 95중량부에, 5중량부의 폴리비닐리덴 플루오라이드로 이루어진 결착제를 혼합하고, N-메틸-2-피롤리돈을 더 혼합하여 음극 슬러리를 제조하였다. 이 음극 슬러리를, 닥터블레이드법에 의해 두께 14㎛의 Cu 박으로 이루어진 음극 집전체상에 도포하고, 진공 분위기중에서 120℃, 24시간 건조시켜 N-메틸-2-피롤리돈을 휘발시킨 후, 압연했다. 이와 같이 하여 음극 집전체상에, 음극 활물질 및 결착제로 이루어진 음극을 형성했다. Next, 5 parts by weight of a binder made of polyvinylidene fluoride was mixed with 95 parts by weight of artificial graphite having an average particle diameter of 15 μm, and N-methyl-2-pyrrolidone was further mixed to prepare a negative electrode slurry. . After apply | coating this negative electrode slurry on the negative electrode collector which consists of 14-micrometer-thick Cu foil by the doctor blade method, it is made to dry at 120 degreeC for 24 hours in vacuum atmosphere, and volatilizes N-methyl- 2-pyrrolidone, Rolled. Thus, the negative electrode which consists of a negative electrode active material and a binder was formed on the negative electrode collector.

다음으로, 에틸렌카보네이트(EC)와 디에틸카보네이트(DEC)가 EC:DEC=30:70의 비율로 혼합되어 이루어진 혼합용매에, 농도 1.3 mol/L의 LiPF6가 첨가된 전해액을 준비했다. 이 전해액에 대하여 0.2질량%의 페난스렌, 0.2질량%의 3,3'-디메틸비페닐, 0.15질량%의 페난스렌과 0.05질량%의 3,3'-디메틸비페닐의 혼합물, 10질량%의 HCF2CF2CH2OCF2CF2H, 0.2질량%의 m-터페닐 및 10질량%의 CF3CH2OCOOCH2CF3를 각각 첨가하여 실시예 4 내지 9의 비수 전해액을 조제했다. 또한 비교예로서, EC, DEC 및 LiPF6 이외는 아무것도 첨가되어 있지 않은 비수 전해액을 준비했다. Next, an electrolyte solution in which LiPF 6 with a concentration of 1.3 mol / L was added to a mixed solvent in which ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) were mixed at a ratio of EC: DEC = 30: 70 was prepared. 10 mass% of a mixture of 0.2 mass% of phenanthrene, 0.2 mass% of 3,3'-dimethylbiphenyl, 0.15 mass% of phenanthrene, and 0.05 mass% of 3,3'-dimethylbiphenyl to this electrolyte solution HCF 2 CF 2 CH 2 OCF 2 CF 2 H, 0.2% by mass of m-terphenyl and 10% by mass of CF 3 CH 2 OCOOCH 2 CF 3 were added to prepare the nonaqueous electrolyte solutions of Examples 4 to 9, respectively. Also as a comparative example, EC, DEC and LiPF 6 A nonaqueous electrolyte solution without any addition was prepared.

다음으로, 상기의 양극과 음극의 사이에 폴리프로필렌제 다공질 세퍼레이터를 배치하고 이들을 적층하여, 다음으로 이들을 코인형의 전지케이스에 수납하고, 또한 상기의 비수 전해액을 주액한 후 전지케이스를 밀폐함으로써, 실시예 4 내지 9 및 비교예 2, 3의 리튬 이차 전지를 제조했다. 또, 각 전지의 방전용량의 설정값은 5mAh이다. 각 전지의 구성을 표 2에 나타낸다. Next, by placing a polypropylene porous separator between the positive electrode and the negative electrode and laminating them, and storing them in a coin-type battery case, and injecting the non-aqueous electrolyte solution and then sealing the battery case, The lithium secondary batteries of Examples 4 to 9 and Comparative Examples 2 and 3 were prepared. In addition, the set value of the discharge capacity of each battery is 5mAh. The structure of each battery is shown in Table 2.

얻어진 리튬 이차 전지에 대해, 충방전을 2사이클 반복하여 충전상태로 하고 나서, 90℃의 항온조중에서 4시간 저장하고, 저장 후의 방전용량(보존용량)을 측정했다. 다음으로, 방전용량의 측정 후, 실온에서 1사이클의 충방전을 하여 방전용량(회복용량)을 측정했다. 또, 충방전은, 충전 전류 0.5C에서 전지 전압이 4.2V 내지 4.5V가 될 때까지 정전류 충전을 하고 나서 2시간에 걸쳐 정전압 충전을 행하고, 0.2C의 전류로 3.0V까지 정전류 방전하는 조건으로 했다. About the obtained lithium secondary battery, after charging / discharging was repeated 2 cycles and it was set to the charged state, it stored in the 90 degreeC thermostat for 4 hours, and measured the discharge capacity (storage capacity) after storage. Next, after the measurement of the discharge capacity, charge and discharge of one cycle at room temperature were performed to measure the discharge capacity (recovery capacity). In addition, charging and discharging are performed under constant current charging until the battery voltage becomes 4.2 V to 4.5 V at a charging current of 0.5 C, followed by constant voltage charging for 2 hours, and constant current discharge to 3.0 V at a current of 0.2 C. did.

표 3에, OCV(Open Circuit Voltage)와, 초기 용량을 100%로 했을 경우의 보존 용량 및 회복 용량의 백분율을 나타내었다. Table 3 shows OCV (Open Circuit Voltage) and the percentages of the storage capacity and the recovery capacity when the initial capacity is 100%.

첨가제additive 양극anode 실시예 4Example 4 페난스렌Penances LiNiO2+LiCoO2 (30:70)LiNiO 2 + LiCoO 2 (30:70) 실시예 5Example 5 3,3'-디메틸비페닐3,3'-dimethylbiphenyl LiNiO2+LiCoO2 (30:70)LiNiO 2 + LiCoO 2 (30:70) 실시예 6Example 6 페난스렌 3,3'-디메틸비페닐Phenanthrene 3,3'-dimethylbiphenyl LiNiO2+LiCoO2 (30:70)LiNiO 2 + LiCoO 2 (30:70) 실시예 7Example 7 HCF2CF2CH2OCF2CF2HHCF 2 CF 2 CH 2 OCF 2 CF 2 H LiNiO2+LiCoO2 (30:70)LiNiO 2 + LiCoO 2 (30:70) 실시예 8Example 8 m-터페닐m-terphenyl LiCoO2 LiCoO 2 실시예 9Example 9 CF3CH2OCOOCH2CF3 CF 3 CH 2 OCOOCH 2 CF 3 LiCoO2 LiCoO 2 비교예 2Comparative Example 2 없음none LiNiO2+LiCoO2 (30:70)LiNiO 2 + LiCoO 2 (30:70) 비교예 3Comparative Example 3 없음none LiCoO2 LiCoO 2

충전 전압Charge voltage 보존 용량Retention capacity 회복 용량Recovery capacity 실시예 4Example 4 4.20V4.20V 90%90% 99%99% 실시예 5Example 5 4.20V4.20V 82%82% 94%94% 실시예 6Example 6 4.20V4.20V 89%89% 97%97% 실시예 7Example 7 4.20V4.20V 78%78% 96%96% 실시예 8Example 8 4.50V4.50 V 89%89% 98%98% 실시예 9Example 9 4.50V4.50 V 78%78% 95%95% 비교예 2Comparative Example 2 4.20V4.20V 75%75% 93%93% 비교예 3Comparative Example 3 4.50V4.50 V 73%73% 91%91%

표 3에 나타난 바와 같이, 실시예 4 내지 9의 리튬 이차 전지는, 비교예 2, 3에 비하여 보존 용량 및 회복 용량이 높고, 고온 특성이 양호하는 것을 알 수 있다. 특히 실시예 8, 9에 대해서는, 충전 전압을 4.5V로 하여도 양호한 고온 특성을 나타내는 것을 알 수 있다. As shown in Table 3, it can be seen that the lithium secondary batteries of Examples 4 to 9 have higher storage capacity and recovery capacity and better high temperature characteristics than Comparative Examples 2 and 3. In particular, in Examples 8 and 9, it can be seen that favorable high temperature characteristics are exhibited even when the charging voltage is set to 4.5V.

(실험예 3) Experimental Example 3

이 실험예 3에서는, 비수 전해액에, 음극 피막 개선 첨가제와, 중합가능한 방향족 화합물 또는 유기플루오르화 화합물을 첨가하여 원통형의 리튬 이차 전지를 제조하고, 각종 전지 특성을 평가했다. In this Experimental Example 3, a negative electrode film improving additive and a polymerizable aromatic compound or an organofluorinated compound were added to the nonaqueous electrolyte to prepare a cylindrical lithium secondary battery, and various battery characteristics were evaluated.

리튬 이차 전지의 제조는 다음과 같이 하여 행했다. 먼저, 실험예 2와 동일하게 하여 양극 및 음극을 조제했다. The manufacturing of a lithium secondary battery was performed as follows. First, in the same manner as in Experiment 2, a positive electrode and a negative electrode were prepared.

다음으로, 에틸렌카보네이트(EC)와 디에틸카보네이트(DEC)가 EC:DEC= 30:70의 비율로 혼합되어 이루어진 혼합용매에, 농도 1.3 mol/L의 LiPF6가 첨가된 전해액을 준비했다. 이 전해액에 대하여, 음극 피막 개선 첨가제와, 중합가능한 방향족 화합물 또는 유기플루오르화 화합물을 첨가하여 실시예 10 내지 18의 비수 전해액을 조제했다. 또한 비교예로서, EC, DEC 및 LiPF6 이외는 아무것도 첨가되어 있지 않은 비수 전해액을 준비했다. Next, an electrolyte solution in which LiPF 6 with a concentration of 1.3 mol / L was added to a mixed solvent in which ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) were mixed at a ratio of EC: DEC = 30: 70 was prepared. The nonaqueous electrolyte solutions of Examples 10 to 18 were prepared by adding a negative electrode film improving additive and a polymerizable aromatic compound or an organic fluorinated compound to this electrolyte solution. Moreover, as a comparative example, the nonaqueous electrolyte solution which added nothing other than EC, DEC, and LiPF 6 was prepared.

다음으로, 상기의 양극과 음극의 사이에 폴리프로필렌제 다공질 세퍼레이터를 배치하고 이들을 적층하고, 다음으로 이들을 원통형으로 감아 원통형의 전지케이스에 수납하고, 또한 상기의 비수 전해액을 주액한 후 전지케이스를 밀폐함으로써, 실시예 10 내지 18 및 비교예 4 내지 6의 리튬 이차 전지를 제조했다. 또, 각 전지의 방전용량의 설정값은 2400~2600mAh 이다. 각 전지의 구성을 표 4에 나타낸다. 표 4중, FEC은 플루오로에틸렌카보네이트이며, VC는 비닐렌카보네이트이다. Next, a polypropylene porous separator is disposed between the positive electrode and the negative electrode, and these are laminated, and then, these are wound in a cylindrical shape and stored in a cylindrical battery case, and after pouring the nonaqueous electrolyte solution, the battery case is sealed. By doing this, the lithium secondary batteries of Examples 10 to 18 and Comparative Examples 4 to 6 were produced. Moreover, the setting value of the discharge capacity of each battery is 2400-2600 mAh. The structure of each battery is shown in Table 4. In Table 4, FEC is fluoroethylene carbonate and VC is vinylene carbonate.

얻어진 리튬 이차 전지에 대해, 충방전을 2사이클 반복하여 충전상태로 하고 나서, 90℃의 항온조중에 4시간 저장하여, 전류차단밸브의 동작상태를 조사했다. 또, 얻어진 리튬 이차 전지에 대해, 충방전을 2사이클 반복하여 충전상태로 하고 나서, 150℃의 항온조중에 저장하여, 전지의 파열의 유무를 조사했다. 결과를 표 5에 나타낸다. About the obtained lithium secondary battery, charging / discharging was repeated 2 cycles, and it stored in the 90 degreeC thermostat for 4 hours, and the operation state of the current cutoff valve was investigated. Moreover, about the obtained lithium secondary battery, charging / discharging was repeated 2 cycles, and it was stored in a 150 degreeC thermostat, and the presence or absence of the rupture of the battery was investigated. The results are shown in Table 5.

방향족 화합물 또는 유기플루오르화 화합물Aromatic compounds or organofluorinated compounds 음극 피막 개선 첨가제Cathode Improvement Agent 양극anode 실시예 10Example 10 페난스렌 (0.2질량%)Phenanthrene (0.2% by mass) FEC(3질량%) VC(1질량%)FEC (3 mass%) VC (1 mass%) LiNiO2+LiCoO2 (30:70)LiNiO 2 + LiCoO 2 (30:70) 실시예 11Example 11 m-터페닐 (0.2질량%)m-terphenyl (0.2 mass%) 없음none LiNiO2+LiCoO2 (30:70)LiNiO 2 + LiCoO 2 (30:70) 실시예 12Example 12 페난스렌 (0.2질량%)Phenanthrene (0.2% by mass) FEC(3질량%) VC(1질량%)FEC (3 mass%) VC (1 mass%) LiNiO2+LiCoO2 (30:70)LiNiO 2 + LiCoO 2 (30:70) 실시예 13Example 13 HCF2CF2CH2OCF2CF2H (10질량%)HCF 2 CF 2 CH 2 OCF 2 CF 2 H (10 mass%) FEC(4질량%) LiBF4(0.15질량%)FEC (4 mass%) LiBF 4 (0.15 mass%) LiNiO2+LiCoO2 (30:70)LiNiO 2 + LiCoO 2 (30:70) 실시예 14Example 14 m-터페닐 (0.2질량%)m-terphenyl (0.2 mass%) 없음none LiCoO2 LiCoO 2 실시예 15Example 15 CF3CH2OCOOCH2CF3 (10질량%)CF 3 CH 2 OCOOCH 2 CF 3 (10 mass%) 없음none LiCoO2 LiCoO 2 실시예 16Example 16 CH3OCOOCH2CHFCH3 (10질량%)CH 3 OCOOCH 2 CHFCH 3 (10 mass%) FEC(5질량%) VC(1질량%)FEC (5 mass%) VC (1 mass%) LiCoO2 LiCoO 2 실시예 17Example 17 CH3OCOOCH(CH3)CH2F (10질량%)CH 3 OCOOCH (CH 3 ) CH 2 F (10 mass%) FEC(5질량%) VC(1질량%)FEC (5 mass%) VC (1 mass%) LiCoO2 LiCoO 2 실시예 18Example 18 CH3OCOOCH2CH2CH2F (10질량%)CH 3 OCOOCH 2 CH 2 CH 2 F (10 mass%) FEC(5질량%) VC(1질량%)FEC (5 mass%) VC (1 mass%) LiCoO2 LiCoO 2 비교예 4Comparative Example 4 없음none 없음none LiNiO2+LiCoO2 (30:70)LiNiO 2 + LiCoO 2 (30:70) 비교예 5Comparative Example 5 없음none 없음none LiNiO2+LiCoO2 (30:70)LiNiO 2 + LiCoO 2 (30:70) 비교예 6Comparative Example 6 없음none 없음none LiCoO2 LiCoO 2

충전전압Charging voltage 전류차단밸브Current blocking valve 파열시험Rupture test 실시예 10Example 10 4.20V4.20V 작동하지 않음Not working 파열없음No burst 실시예 11Example 11 4.35V4.35V 작동하지 않음Not working 파열없음No burst 실시예 12Example 12 4.35V4.35V 작동하지 않음Not working 파열없음No burst 실시예 13Example 13 4.35V4.35V 작동하지 않음Not working 파열없음No burst 실시예 14Example 14 4.50V4.50 V 작동하지 않음Not working 파열없음No burst 실시예 15Example 15 4.50V4.50 V 작동하지 않음Not working 파열없음No burst 실시예 16Example 16 4.50V4.50 V 작동하지 않음Not working 파열없음No burst 실시예 17Example 17 4.50V4.50 V 작동하지 않음Not working 파열없음No burst 실시예 18Example 18 4.50V4.50 V 작동하지 않음Not working 파열없음No burst 비교예 4Comparative Example 4 4.20V4.20V 작동(7시간 후)Operation (after 7 hours) 파열rupture 비교예 5Comparative Example 5 4.35V4.35V 작동(3시간 후)After 3 hours 파열rupture 비교예 6Comparative Example 6 4.50V4.50 V 작동(35분 후)After 35 minutes 파열rupture

표 5에 나타난 바와 같이, 비교예 4 내지 6에 대해서는, 전류차단밸브가 작동하여, 또한 150℃의 저장에 의해 전지 파열이 일어났다. 실시예 10 내지 18에서는 특별한 이상이 없었다. As shown in Table 5, for Comparative Examples 4 to 6, the current blocking valve was operated, and battery rupture occurred due to storage at 150 ° C. In Examples 10 to 18, there was no particular abnormality.

(실험예 4) Experimental Example 4

이 실험예 4에서는, 비수 전해액에, 음극 피막 개선 첨가제를 단독으로, 또는 음극 피막 개선 첨가제와 방향족 화합물을 혼합하여 첨가하여 원통형의 리튬 이차 전지를 제조하고, 각종 전지특성을 평가했다. In this Experimental Example 4, the negative electrode film improving additive alone or the negative electrode film improving additive and the aromatic compound were added to the nonaqueous electrolyte solution to prepare a cylindrical lithium secondary battery, and various battery characteristics were evaluated.

리튬 이차 전지의 제조는, 양극을 모두 LiCoO2로 하고, 비수 전해액의 구성을 표 6에 나타내는 것으로 한 것 이외는 상기 실험예 3과 동일하게 하였다. 또, 각 전지의 방전용량의 설정값은 모두 2600mAh 이다. 각 전지의 구성을 표 6에 나타낸다. 표 6중, FEC은 플루오로에틸렌카보네이트, VC는 비닐렌카보네이트, PS는 프로판술톤, TFPMS는 트리플루오로프로필메틸술폰, FB는 플루오로벤젠, TP은 m-터페닐이다. In the production of the lithium secondary battery, all of the positive electrodes were LiCoO 2 , and the same procedure as in Experiment 3 was performed except that the structure of the nonaqueous electrolyte solution was shown in Table 6. Moreover, all the setting values of the discharge capacity of each battery are 2600 mAh. The structure of each battery is shown in Table 6. In Table 6, FEC is fluoroethylene carbonate, VC is vinylene carbonate, PS is propanesultone, TFPMS is trifluoropropylmethylsulfone, FB is fluorobenzene, and TP is m-terphenyl.

얻어진 리튬 이차 전지에 대해, 45℃의 항온조중에서 충방전을 100사이클 반복하고, 100사이클째의 방전 용량을 측정했다. About the obtained lithium secondary battery, charge and discharge were repeated 100 cycles in the 45 degreeC thermostat, and the discharge capacity of the 100th cycle was measured.

표 6에, 초기용량을 100%로 했을 경우의 100사이클째의 방전 용량을 백분율로 나타낸다. In Table 6, the discharge capacity at the 100th cycle when the initial capacity is 100% is indicated as a percentage.

첨가제additive 충전전압Charging voltage 100사이클 후After 100 cycles 실시예 19Example 19 FEC(2질량%), VC(1질량%)FEC (2 mass%), VC (1 mass%) 4.50V4.50 V 97%97% 실시예 20Example 20 VC(1질량%)VC (1 mass%) 4.50V4.50 V 92%92% 실시예 21Example 21 PS(1질량%)PS (1 mass%) 4.50V4.50 V 96%96% 실시예 22Example 22 TFPMS(1질량%)TFPMS (1 mass%) 4.50V4.50 V 93%93% 실시예 23Example 23 FB(5질량%), FEC(5질량%), VC(1질량%)FB (5 mass%), FEC (5 mass%), VC (1 mass%) 4.50V4.50 V 95%95% 실시예 24Example 24 TP(0.2질량%), FEC(5질량%), VC(1질량%)TP (0.2 mass%), FEC (5 mass%), VC (1 mass%) 4.50V4.50 V 95%95% 실시예 25Example 25 CF3CH2OCOOCH2CF3(10질량%), FEC(5질량%), VC(1질량%)CF 3 CH 2 OCOOCH 2 CF 3 (10 mass%), FEC (5 mass%), VC (1 mass%) 4.50V4.50 V 95%95% 비교예 7Comparative Example 7 없음none 4.50V4.50 V 88%88%

표 6에 나타난 바와 같이, 비교예 7에 비해, 실시예 19 내지 25는, 우수한 고온 사이클 특성을 나타내었다.As shown in Table 6, compared with Comparative Example 7, Examples 19 to 25 exhibited excellent high temperature cycle characteristics.

본 발명에 의하면, 내전압성이 우수한 비수 전해액 및 이 비수 전해액을 구비한 리튬 이차 전지 및 이차 전지 시스템을 제공할 수 있다.ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the nonaqueous electrolyte excellent in voltage resistance, the lithium secondary battery provided with this nonaqueous electrolyte, and a secondary battery system can be provided.

Claims (10)

백금 작용극에 대한 대극을 금속리튬으로 했을 때, 작용극 전위가 4.2V 내지 4.5V에서 중합가능한 방향족 화합물; 및When the counter electrode with respect to the platinum working electrode is made of metal lithium, an aromatic compound polymerizable at a working electrode potential of 4.2 V to 4.5 V; And 플루오로에틸렌카보네이트, 비닐렌카보네이트, 프로판술톤, 트리플루오로프로필메틸술폰, 플루오로벤젠, LiBF4 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 음극 피막 개선 첨가제를 포함하며, A negative electrode film improving additive selected from the group consisting of fluoroethylene carbonate, vinylene carbonate, propanesultone, trifluoropropylmethylsulfone, fluorobenzene, LiBF 4 and mixtures thereof; 상기 방향족 화합물은 페난스렌; 또는 터페닐, 디메틸비페닐 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 화합물과 페난스렌과의 혼합물인 것인 리튬 이차 전지용 비수 전해액. The aromatic compound is phenanthrene; Or a mixture of a compound selected from the group consisting of terphenyl, dimethylbiphenyl and mixtures thereof and phenanthrene, and a nonaqueous electrolyte solution for a lithium secondary battery. 삭제delete 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 방향족 화합물은 비수 전해액 총 질량에 대하여 0.01질량% 내지 5질량%의 양으로 포함되는 것인 리튬 이차 전지용 비수 전해액.The aromatic compound is a nonaqueous electrolyte solution for a lithium secondary battery that is contained in an amount of 0.01% by mass to 5% by mass relative to the total mass of the nonaqueous electrolyte. 하기 화학식 2의 유기플루오르화 화합물; 및An organofluorinated compound of Formula 2; And 플루오로에틸렌카보네이트, 비닐렌카보네이트, 프로판술톤, 트리플루오로프로필메틸술폰, 플루오로벤젠, LiBF4 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 음극 피막 개선 첨가제를 포함하는 리튬 이차 전지용 비수 전해액. A non-aqueous electrolyte solution for a lithium secondary battery comprising a negative electrode film improving additive selected from the group consisting of fluoroethylene carbonate, vinylene carbonate, propanesultone, trifluoropropylmethylsulfone, fluorobenzene, LiBF 4 and mixtures thereof. [화학식 2][Formula 2] R1-O-CO-O-R2 R 1 -O-CO-OR 2 (상기 화학식 2에서 R1 및 R2는 알킬기 또는 플루오로알킬기이다.)(In Formula 2, R 1 and R 2 is an alkyl group or a fluoroalkyl group.) 제 4 항에 있어서, The method of claim 4, wherein 상기 유기플루오르화 화합물은 CH3OCOOCH2CHFCH3, CH3OCOOCH(CH3)CH2F, CH3OCOOCH2CH2CH2F 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것인 리튬 이차 전지용 비수 전해액.The organofluorinated compound is selected from the group consisting of CH 3 OCOOCH 2 CHFCH 3 , CH 3 OCOOCH (CH 3 ) CH 2 F, CH 3 OCOOCH 2 CH 2 CH 2 F and mixtures thereof. . 제 4 항에 있어서, The method of claim 4, wherein 상기 유기 플루오르화 화합물은 비수 전해액 총 질량에 대하여 0.1질량% 내지 50질량%의 양으로 포함되는 것인 리튬 이차 전지용 비수 전해액.The organic fluorinated compound is a non-aqueous electrolyte solution for a lithium secondary battery that is contained in an amount of 0.1% by mass to 50% by mass relative to the total mass of the nonaqueous electrolyte. 삭제delete 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, The method according to claim 1 or 4, 상기 음극 피막 개선 첨가제는 비수 전해액 총 질량에 대하여 0.05질량% 내지 20질량%의 양으로 포함되는 것인 리튬 이차 전지용 비수 전해액.The negative electrode film improvement additive is a non-aqueous electrolyte solution for a lithium secondary battery that is contained in an amount of 0.05% by mass to 20% by mass relative to the total mass of the nonaqueous electrolyte. 제 1 항 또는 제 4 항에 따른 비수 전해액을 포함하는 리튬 이차 전지. A lithium secondary battery comprising the nonaqueous electrolyte according to claim 1 or 4. 제 9 항에 따른 리튬 이차 전지; 및A lithium secondary battery according to claim 9; And 상기 리튬 전지의 만충전시의 전지 전압을 4.2V 내지 4.5V로 설정한 충전 장치The charging device which set the battery voltage at the time of full charge of the said lithium battery to 4.2V-4.5V 를 포함하는 이차 전지 장치.Secondary battery device comprising a.
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