[go: up one dir, main page]

KR20250024345A - Flame retardant electrolyte comprising fluorosulfonate solvent - Google Patents

Flame retardant electrolyte comprising fluorosulfonate solvent Download PDF

Info

Publication number
KR20250024345A
KR20250024345A KR1020230105735A KR20230105735A KR20250024345A KR 20250024345 A KR20250024345 A KR 20250024345A KR 1020230105735 A KR1020230105735 A KR 1020230105735A KR 20230105735 A KR20230105735 A KR 20230105735A KR 20250024345 A KR20250024345 A KR 20250024345A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
chemical formula
fluorine
alkyl group
solvent
flame retardant
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
KR1020230105735A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
김하영
송관욱
이상진
Original Assignee
주식회사 천보
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 천보 filed Critical 주식회사 천보
Priority to KR1020230105735A priority Critical patent/KR20250024345A/en
Publication of KR20250024345A publication Critical patent/KR20250024345A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566Liquid materials
    • H01M10/0569Liquid materials characterised by the solvents
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C309/00Sulfonic acids; Halides, esters, or anhydrides thereof
    • C07C309/63Esters of sulfonic acids
    • C07C309/64Esters of sulfonic acids having sulfur atoms of esterified sulfo groups bound to acyclic carbon atoms
    • C07C309/65Esters of sulfonic acids having sulfur atoms of esterified sulfo groups bound to acyclic carbon atoms of a saturated carbon skeleton
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4235Safety or regulating additives or arrangements in electrodes, separators or electrolyte
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00Electrolytes
    • H01M2300/0017Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0025Organic electrolyte
    • H01M2300/0028Organic electrolyte characterised by the solvent
    • H01M2300/0034Fluorinated solvents
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

본 발명은 리튬 이차전지용 난연성 전해액에 관한 것으로 특히 불소화 설포네이트계 용제를 포함하여 이차전지에 난연성을 부여할 수 있는 난연성 전해액에 관한 것이다.The present invention relates to a flame retardant electrolyte for a lithium secondary battery, and more particularly, to a flame retardant electrolyte capable of imparting flame retardancy to a secondary battery by including a fluorinated sulfonate solvent.

Description

불소화 설포네이트계 용제를 포함하는 난연성 전해액{Flame retardant electrolyte comprising fluorosulfonate solvent}Flame retardant electrolyte comprising fluorosulfonate solvent

본 발명은 리튬 이차전지용 난연성 전해액에 관한 것으로 특히 불소화 설포네이트계 용제를 포함하여 이차전지에 난연성을 부여할 수 있는 난연성 전해액에 관한 것이다.The present invention relates to a flame retardant electrolyte for a lithium secondary battery, and more particularly, to a flame retardant electrolyte capable of imparting flame retardancy to a secondary battery by including a fluorinated sulfonate solvent.

모바일 기기의 대중화, 전기자동차의 상용화 및 전기저장 장치의 수요 증가에 따라 고출력, 고에너지 밀도, 고방전 전압 등의 성능을 갖춘 이차전지가 개발되고 있다. 특히 리튬 이차전지는 고에너지 밀도를 가지기 때문에 이동통신기기용 전원, 휴대용 정보단말용 전원 등으로 이용되고, 단말기의 보급과 함께 그 시장이 급속하게 성장하고 있다. 이러한 리튬 이차전지는 높은 구동 전압에서 작동되므로 리튬과 반응성이 높은 수계 전해액이 사용될 수 없다. 리튬 이차전지에는 비수계 전해액, 즉 유기전해액이 사용된다.With the popularization of mobile devices, the commercialization of electric vehicles, and the increase in demand for power storage devices, secondary batteries with high output, high energy density, and high discharge voltage are being developed. In particular, lithium secondary batteries have high energy density, so they are used as power sources for mobile communication devices and portable information terminals, and their market is growing rapidly along with the spread of terminals. Since these lithium secondary batteries operate at high operating voltages, aqueous electrolytes that are highly reactive with lithium cannot be used. Non-aqueous electrolytes, i.e. organic electrolytes, are used in lithium secondary batteries.

비수계 전해액과 함께 리튬 이차전지는 음극, 양극 및 분리막을 포함한다. A lithium secondary battery includes a negative electrode, a positive electrode, and a separator along with a non-aqueous electrolyte.

일반적으로 리튬 이차전지의 양극으로 리튬이온을 흡장 방출하는 리튬 금속 산화물이 이용되고, 음극으로 리튬이온을 흡장 방출하는 탄소 또는 실리콘 재료나 리튬 금속, 리튬 합금 등이 이용되며, 전해액으로 상온에서 액체의 유기 용매에 리튬염을 용해시켜서 이루어지는 전해액이 이용되고 있다. 전해액에 이용되는 유기 용매로서는 예를 들면 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 에틸메틸카보네이트, γ-부티로락톤, 프로피오락톤, 발레롤락톤, 테트라하이드로퓨란, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 메톡시에톡시에탄 등을 들 수 있다.In general, lithium metal oxide that absorbs and releases lithium ions is used as the positive electrode of a lithium secondary battery, carbon or silicon materials, lithium metal, lithium alloy, etc. that absorb and release lithium ions are used as the negative electrode, and an electrolyte prepared by dissolving a lithium salt in an organic solvent that is liquid at room temperature is used as the electrolyte. Examples of organic solvents used in the electrolyte include ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, γ-butyrolactone, propiolactone, valerolactone, tetrahydrofuran, dimethoxyethane, diethoxyethane, and methoxyethoxyethane.

그러나 상기 유기 용매는 휘발하기 쉽고 인화성도 높은 가연성 물질이기 때문에 리튬 이차전지, 특히 전력저장용 전원, 전기 자동차용 전원 등에 이용하는 비교적 대용량 리튬 이차전지에 사용하는 경우 과충전, 과방전 및 쇼트 등의 문제가 있고 발화 가능성과 같은 안전성 문제가 있다.However, since the organic solvent mentioned above is a flammable substance that is easily volatile and highly flammable, there are problems such as overcharge, overdischarge, and short circuit when used in lithium secondary batteries, especially in relatively large-capacity lithium secondary batteries used for power storage and electric vehicle power sources, and there are safety issues such as the possibility of ignition.

대한민국 공개특허 제10-2019-0021160호Republic of Korea Publication Patent No. 10-2019-0021160 대한민국 공개특허 제10-2020-0080224호Republic of Korea Publication Patent No. 10-2020-0080224 대한민국 공개특허 제10-2018-0108928호Republic of Korea Publication Patent No. 10-2018-0108928

이에, 난연성 용제로서 불소화 카보네이트, 불소화 에스테르, 불소화 에테르 등을 사용하여 난연성을 증대시키는 방안이 검토되어 왔다. 그러나 이들 용제는 리튬염에 대한 용해도가 부족하다는 문제점이 있다.Accordingly, methods to increase flame retardancy by using fluorinated carbonates, fluorinated esters, fluorinated ethers, etc. as flame retardant solvents have been examined. However, these solvents have the problem of insufficient solubility in lithium salts.

본 발명의 과제는 리튬 이차전지용 전해액으로, 휘발성 및 인화성이 낮아 발화 가능성을 낮추고 화재 및 폭발의 위험성을 줄일 수 있는 우수한 안전성을 가지는 용제를 포함하는 전해액으로, 특히 점도가 낮아서 리튬 이온전도도를 충분히 높일 수 있으며 리튬염에 대한 용해도가 충분한 용제를 포함하는 난연성 전해액을 제공하는 것이다. The object of the present invention is to provide an electrolyte for a lithium secondary battery, which comprises a solvent having excellent safety properties such that it has low volatility and flammability, thus lowering the possibility of ignition, and reducing the risk of fire and explosion, and in particular, a flame-retardant electrolyte comprising a solvent having low viscosity, thus sufficiently increasing lithium ion conductivity, and sufficient solubility for a lithium salt.

또한 본 발명의 과제는 사용 가능한 온도 범위가 넓고, 타 용매와의 혼화성이 높으며, 리튬 이온전도도가 높아 리튬 이차전지의 빠른 충방전, 고성능 등 고출력 성능을 부여할 수 있는 난연성 전해액을 제공하는 것이다.In addition, the task of the present invention is to provide a flame retardant electrolyte that has a wide usable temperature range, high miscibility with other solvents, and high lithium ion conductivity, thereby providing high output performance such as rapid charging and discharging and high performance to a lithium secondary battery.

상기 목적 달성을 위하여, 본 발명은 To achieve the above purpose, the present invention

하기 화학식 1의 불소화 설포네이트계 용제를 포함하는 리튬 이차전지용 난연성 전해액을 제공한다.A flame-retardant electrolyte for a lithium secondary battery comprising a fluorinated sulfonate solvent of the following chemical formula 1 is provided.

[화학식 1][Chemical Formula 1]

상기 화학식 1에서, R1은 불소 치환기를 갖는 C1-C5의 알킬기이고In the above chemical formula 1, R1 is a C1-C5 alkyl group having a fluorine substituent.

R2는 불소 치환기를 가지거나 가지지 않는 C1-C5의 알킬기이다.R2 is a C1-C5 alkyl group with or without a fluorine substituent.

본 발명은 하기 화학식 1의 불소화 설포네이트계 용제 및 리튬염을 포함하는 리튬 이차전지용 난용성 전해액을 제공한다.The present invention provides a sparingly soluble electrolyte for a lithium secondary battery comprising a fluorinated sulfonate solvent of the following chemical formula 1 and a lithium salt.

[화학식 1][Chemical Formula 1]

상기 화학식 1에서, R1은 불소 치환기를 갖는 C1-C5의 알킬기이고In the above chemical formula 1, R1 is a C1-C5 alkyl group having a fluorine substituent.

R2는 불소 치환기를 가지거나 가지지 않는 C1-C5의 알킬기이다.R2 is a C1-C5 alkyl group with or without a fluorine substituent.

본 발명은 하기 화학식 1의 불소화 설포네이트계 용제, 리튬염 및 불소 치환기를 갖는 양이온 포함 이온성 액체를 포함하는 리튬 이차전지용 난용성 전해액을 제공한다.The present invention provides a sparingly soluble electrolyte for a lithium secondary battery comprising a fluorinated sulfonate solvent of the following chemical formula 1, a lithium salt, and an ionic liquid containing a cation having a fluorine substituent.

[화학식 1][Chemical Formula 1]

상기 화학식 1에서, R1은 불소 치환기를 갖는 C1-C5의 알킬기이고In the above chemical formula 1, R1 is a C1-C5 alkyl group having a fluorine substituent.

R2는 불소 치환기를 가지거나 가지지 않는 C1-C5의 알킬기이다.R2 is a C1-C5 alkyl group with or without a fluorine substituent.

본 발명은 상기 난연성 전해액을 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다.The present invention provides a lithium secondary battery including the flame retardant electrolyte.

본 발명의 화학식 1의 불소화 설포네이트계 용제를 포함하는 난연성 전해액은 용제의 휘발성, 인화성이 낮고 난연성이 우수하여 이를 이용하여 리튬 이차전지를 제조하는 경우 화재 및 폭발의 위험성이 현저히 낮다는 효과가 있다.The flame retardant electrolyte containing the fluorinated sulfonate solvent of the chemical formula 1 of the present invention has low volatility and flammability of the solvent and excellent flame retardancy, so that when manufacturing a lithium secondary battery using the same, the risk of fire and explosion is significantly reduced.

본 발명의 난연성 전해액은 리튬염 및 이온에 대한 용해도가 우수하고, 열안전성이 우수하면서도 점도가 낮아서 리튬 이차전지에 사용하는 경우 이온전도도가 우수하여 이차전지의 빠른 충방전, 고성능 등 고출력을 도모할 수 있는 효과가 있다.The flame retardant electrolyte of the present invention has excellent solubility in lithium salts and ions, excellent thermal stability, and low viscosity, so that when used in a lithium secondary battery, it has excellent ion conductivity, thereby achieving high output such as rapid charging and discharging and high performance of the secondary battery.

이하, 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail. The terms or words used in this specification and claims should not be interpreted as limited to their usual or dictionary meanings, and should be interpreted as meanings and concepts that conform to the technical idea of the present invention based on the principle that the inventor can appropriately define the concept of the term in order to explain his or her own invention in the best way.

본 발명은 하기 화학식 1의 불소화 설포네이트계 용제를 포함하는 리튬 이차전지용 난연성 전해액에 관한 것이다. The present invention relates to a flame-retardant electrolyte for a lithium secondary battery comprising a fluorinated sulfonate solvent of the following chemical formula 1.

[화학식 1][Chemical Formula 1]

상기 화학식 1에서, R1은 불소 치환기를 갖는 C1-C5의 알킬기이고In the above chemical formula 1, R1 is a C1-C5 alkyl group having a fluorine substituent.

R2는 불소로 치환되거나 치환되지 않은 C1-C5의 알킬기이다.R2 is a C1-C5 alkyl group which is optionally substituted with fluorine.

본 발명자는 이차전지의 난연성을 증대시키면서도 리튬염에 대한 용해도가 우수하여 리튬 이온의 이동을 위한 매질 역할을 충분히 할 수 있는 용제를 찾고자 노력한 바 상기 불소 치환기를 갖는 설포네이트계 용제를 사용하는 경우 이를 해소할 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하였다.The inventor of the present invention has endeavored to find a solvent that can increase the flame retardancy of a secondary battery while also having excellent solubility in lithium salts and thus can sufficiently serve as a medium for the movement of lithium ions, and has discovered that this can be solved by using a sulfonate solvent having a fluorine substituent, thereby completing the present invention.

본 발명의 전해액은 전지의 전기화학적 반응을 위한 리튬 이온에 대한 용해도가 우수하고 리튬 이온의 이동을 위한 매질 역할을 충분히 하면서 난연성이 우수하다는 장점이 있다.The electrolyte of the present invention has the advantages of excellent solubility in lithium ions for the electrochemical reaction of a battery, sufficiently serving as a medium for the movement of lithium ions, and excellent flame retardancy.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 화학식 1의 불소화 설포네이트계 용제의 R1은 CF2H, CF3, CH2CFH2, CH2CF2H, CH2CF3, CFHCH3, CFHCFH2, CFHCF2H, CFHCF3, CF2CH3, CF2CFH2, CF2CF2H, CF2CF3, CH2CF2CF3, CF2CF2CF3, CH2CF2CF2CF3, CF2CF2CF2CF3, CH2CF2CF2CF2CF3 및 -CF2CF2CF2CF2CF3 중에서 선택될 수 있다.In one embodiment of the present invention, R1 of the fluorinated sulfonate solvent of the chemical formula 1 may be selected from CF 2 H, CF 3 , CH 2 CFH 2 , CH 2 CF 2 H, CH 2 CF 3 , CFHCH 3 , CFHCFH 2 , CFHCF 2 H, CFHCF 3 , CF 2 CH 3 , CF 2 CFH 2 , CF 2 CF 2 H , CF 2 CF 3 , CH 2 CF 2 CF 3 , CF 2 CF 2 CF 3 , CH 2 CF 2 CF 2 CF 3 , CF 2 CF 2 CF 2 CF 3 , CH 2 CF 2 CF 2 CF 3 and -CF 2 CF 2 CF 2 CF 2 CF 3 there is.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 화학식 1의 불소화 설포네이트계 용제의 R2는 CH3, CF3, CH2CH3 및 CH2CF3 중에서 선택될 수 있다.In one embodiment of the present invention, R2 of the fluorinated sulfonate solvent of the chemical formula 1 can be selected from CH 3 , CF 3 , CH 2 CH 3 and CH 2 CF 3 .

화학식 1의 R1 및/또는 R2가 상기와 같은 경우 리튬염에 대한 용해도가 우수하고 이차전지의 수명, 저항 특성 및 난연성면에서 특히 우수하다.When R1 and/or R2 of chemical formula 1 are as described above, the solubility in lithium salts is excellent, and the lifespan, resistance characteristics, and flame retardancy of the secondary battery are particularly excellent.

리튬염에 대한 용해도 및 난연성면에서 R1 및 R2가 각각 CF3가 바람직하다.In terms of solubility and flame retardancy in lithium salts, R1 and R2 are each preferably CF 3 .

본 발명은 상기 화학식 1의 불소화 설포네이트계 용제 및 리튬염을 포함하는 리튬 이차전지용 난용성 전해액을 제공한다.The present invention provides a sparingly soluble electrolyte for a lithium secondary battery comprising a fluorinated sulfonate solvent of the above chemical formula 1 and a lithium salt.

상기 난용성 전해액을 이용하여 리튬 이차전지 전해액을 제조하는 경우 상기 리튬염은 용제에 쉽게 용해되고 해리되며 해리된 염이 잘 이동함으로써 높은 리튬 이온전도도를 나타내면서도 화학적 안정성이 높고 전지의 열화현상을 억제하는 효과가 있다.When a lithium secondary battery electrolyte is manufactured using the above-mentioned poorly soluble electrolyte, the lithium salt is easily dissolved and dissociated in a solvent, and the dissociated salt moves well, thereby exhibiting high lithium ion conductivity while also having high chemical stability and suppressing the deterioration phenomenon of the battery.

본 발명의 난연성 전해액은 화학식 1의 불소화 불소화 설포네이트계 용제를 전해액 용제 총 중량에 대하여 20 내지 100중량%, 바람직하게는 20 내지 80중량%, 더욱 바람직하게는 30 내지 60중량% 포함할 수 있다. 이차전지 전해액 용제로 화학식 1의 불소화 설포네이트계 용제를 100중량% 포함하는 경우 난연성이 충분히 우수할 수 있다. 상기 화학식 1의 불소화 설포네이트계 용제와 타 용제가 혼합되는 경우 타 용제와 혼화성이 우수하면도 전지에 난연성을 부여하면서 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드 등의 리튬염을 충분히 용해시키고 저점도로 리튬 이온전도도가 우수할 수 있다.The flame retardant electrolyte of the present invention may contain 20 to 100 wt%, preferably 20 to 80 wt%, and more preferably 30 to 60 wt% of the fluorinated sulfonate solvent of Chemical Formula 1, based on the total weight of the electrolyte solvent. When the secondary battery electrolyte solvent contains 100 wt% of the fluorinated sulfonate solvent of Chemical Formula 1, the flame retardancy may be sufficiently excellent. When the fluorinated sulfonate solvent of Chemical Formula 1 is mixed with another solvent, if the miscibility with the other solvent is excellent, the battery may be provided with flame retardancy while sufficiently dissolving lithium salts such as lithium bis(fluorosulfonyl)imide and having low viscosity and excellent lithium ion conductivity.

본 발명은 상기 화학식 1의 불소화 설포네이트계 용제, 리튬염 및 불소 치환기를 갖는 양이온을 포함하는 이온성 액체를 포함하는 리튬 이차전지용 난용성 전해액을 제공한다.The present invention provides a sparingly soluble electrolyte for a lithium secondary battery comprising a fluorinated sulfonate solvent of the above chemical formula 1, a lithium salt, and an ionic liquid containing a cation having a fluorine substituent.

상기 불소 치환기를 갖는 양이온을 포함하는 이온성 액체는 불소화 설포네이트계 용제와 혼화성이 우수하면서 추가로 전해액에 난연성을 부여할 수 있다.The ionic liquid containing the cation having the above fluorine substituent has excellent miscibility with a fluorinated sulfonate solvent and can additionally impart flame retardancy to the electrolyte.

상기 불소 치환기를 갖는 양이온을 포함하는 이온성 액체는 바람직하게는 하기 화학식 2 내지 화학식 4의 양이온 중 하나 이상을 포함한다.The ionic liquid comprising a cation having the above fluorine substituent preferably comprises at least one of the cations represented by the following chemical formulae 2 to 4.

[화학식 2][Chemical formula 2]

R3R4R5R6N+ R 3 R 4 R 5 R 6 N +

상기 화학식 2에서In the above chemical formula 2

R3 내지 R5는 각각 독립적으로, 불소로 치환되거나 치환되지 않은 C1 내지 C5의 알킬기이고,R3 to R5 are each independently a C1 to C5 alkyl group substituted or unsubstituted with fluorine,

R6은 하나 이상의 수소가 불소로 치환된 C1 내지 C5의 알킬기 또는 -R7-OR8이고,R6 is a C1 to C5 alkyl group in which one or more hydrogens are substituted with fluorine or -R 7 -OR 8 ,

R7은 불소로 치환되거나 치환되지 않은 C1 내지 C5의 알킬렌기이고,R7 is a C1 to C5 alkylene group substituted or unsubstituted with fluorine,

R8는 하나 이상의 수소가 불소로 치환된 C1 내지 C5의 알킬기이다.R8 is a C1 to C5 alkyl group in which one or more hydrogens are replaced with fluorine.

[화학식 3][Chemical Formula 3]

상기 화학식 3에서,In the above chemical formula 3,

n은 1 또는 2이고,n is 1 or 2,

R9는 불소로 치환되거나 치환되지 않은 C1 내지 C5의 알킬기이고,R9 is a C1 to C5 alkyl group which is optionally substituted with fluorine,

R10은 하나 이상의 수소가 불소로 치환된 C1 내지 C5의 알킬기 또는 -R11-OR12이고,R10 is a C1 to C5 alkyl group in which one or more hydrogens are substituted with fluorine or -R 11 -OR 12 ,

R11은 불소로 치환되거나 치환되지 않은 C1 내지 C5의 알킬렌기이고,R11 is a C1 to C5 alkylene group substituted or unsubstituted with fluorine,

R12는 하나 이상의 수소가 불소로 치환된 C1 내지 C5의 알킬기이다.R12 is a C1 to C5 alkyl group in which one or more hydrogens are replaced by fluorine.

[화학식 4][Chemical Formula 4]

상기 화학식 4에서,In the above chemical formula 4,

R13은 불소로 치환되거나 치환되지 않은 C1 내지 C5의 알킬기이고,R13 is a C1 to C5 alkyl group substituted or unsubstituted with fluorine,

R14은 하나 이상의 수소가 불소로 치환된 C1 내지 C5의 알킬기, C2 내지 C5의 알케닐기 또는 -R15-OR16이고,R14 is a C1 to C5 alkyl group, a C2 to C5 alkenyl group, or -R 15 -OR 16 , wherein one or more hydrogens are replaced by fluorine,

R15은 불소로 치환되거나 치환되지 않은 C1 내지 C5의 알킬렌기이고,R15 is a C1 to C5 alkylene group which is optionally substituted with fluorine,

R16는 하나 이상의 수소가 불소로 치환된 C1 내지 C5의 알킬기이다.R16 is a C1 to C5 alkyl group in which one or more hydrogens are replaced with fluorine.

상기 화학식 2 내지 4에서, R6, R8, R10, R12, R14 및 R16은 각각 독립적으로 CF2H, CF3, CH2CFH2, CH2CF2H, CH2CF3, CFHCH3, CFHCFH2, CFHCF2H, CFHCF3, CF2CH3, CF2CFH2, CF2CF2H, CF2CF3, CH2CF2CF3, CF2CF2CF3, CH2CF2CF2CF3, CF2CF2CF2CF3, CH2CF2CF2CF2CF3 및 -CF2CF2CF2CF2CF3 중에서 선택될 수 있다.In the above chemical formulas 2 to 4, R6, R8, R10, R12, R14 and R16 are each independently CF 2 H, CF 3 , CH 2 CFH 2 , CH 2 CF 2 H, CH 2 CF 3 , CFHCH 3 , CFHCFH 2 , CFHCF 2 H, CFHCF 3 , CF 2 CH 3 , CF 2 CFH 2 , CF 2 CF 2 H, CF 2 CF 3 , CH 2 CF 2 CF 3 , CF 2 CF 2 CF 3 , CH 2 CF 2 CF 2 CF 3 , CF 2 CF 2 CF 2 CF 3 , CH 2 CF 2 CF 2 CF 3 and -CF 2 CF 2 CF 2 CF 2 CF 3 can be selected.

상기 이온성 액체의 음이온은 하기 음이온 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.The anion of the above ionic liquid may be at least one selected from the following anion group.

[음이온 군][Anion group]

, , PF6 -, BF4 -, , , , PF 6 - , BF 4 - , ,

상기 화학식 1의 불소화 설포네이트계 용제 및 불소 치환기를 갖는 양이온을 포함하는 이온성 액체는 당해 분야에 알려진 방법으로 제조하여 사용하거나 시판 제품을 입수하여 사용할 수 있다.The ionic liquid containing the fluorinated sulfonate solvent of the above chemical formula 1 and the cation having a fluorine substituent can be manufactured and used by a method known in the art or can be obtained and used as a commercial product.

본 발명의 상기 화학식 1의 불소화 설포네이트계 용제 및 불소 치환기를 갖는 양이온을 포함하는 이온성 액체는 상호 호환성이 우수하여 잘 혼화될 수 있고 상기 혼합 용제를 이용하여 리튬 이차전지 전해액을 제조하는 경우 리튬염은 용제에 쉽게 용해되고 해리되며 해리된 염이 잘 이동함으로써 높은 리튬 이온전도도를 나타내면서도 화학적 안정성이 높고 전지의 열화현상을 억제하는 효과가 있다.The fluorinated sulfonate solvent of the above chemical formula 1 of the present invention and the ionic liquid containing a cation having a fluorine substituent have excellent mutual compatibility and can be mixed well, and when the mixed solvent is used to prepare a lithium secondary battery electrolyte, the lithium salt is easily dissolved and dissociated in the solvent, and the dissociated salt moves well, thereby exhibiting high lithium ion conductivity while also having high chemical stability and having the effect of suppressing deterioration of the battery.

상기 리튬염은 리튬 이차전지 전해액에서 전해질염 또는 첨가제 역할을 하는 것으로 상기 리튬염은 LiPF6, LiBF4, LiBF6, LiSbF6, LiAsF6, LiN(SO2F)2, LiN(SO2CF3)2, LiN(SO2C2F5)2, LiN(SO3C2F5)2, LiCF3SO3, LiC4F9SO3, LiC6H5SO3, LiSCN, LiPO2F2, LiClO4, LiAlO2, LiAlCl4, LiCl, LiI, LiB(C2O4)F2 및 LiB(C2O4)2로 이루어진 군에서 선택되는 1종이상의 염을 포함한다. 상기 리튬염은 LiPF6 또는 LiN(SO2F)2가 바람직하다.The above lithium salt serves as an electrolyte salt or additive in a lithium secondary battery electrolyte, and the lithium salt includes at least one salt selected from the group consisting of LiPF 6 , LiBF 4 , LiBF 6 , LiSbF 6 , LiAsF 6 , LiN(SO 2 F) 2 , LiN(SO 2 CF 3 ) 2 , LiN(SO 2 C 2 F 5 ) 2 , LiN( SO 3 C 2 F 5 ) 2 , LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiC 6 H 5 SO 3 , LiSCN, LiPO 2 F 2 , LiClO 4 , LiAlO 2 , LiAlCl 4 , LiCl, LiI, LiB(C 2 O 4 )F 2 and LiB(C 2 O 4 ) 2 . The lithium salt is preferably LiPF 6 or LiN(SO 2 F) 2 .

본 발명의 난연성 전해액에 포함되는 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드(LiN(SO2F)2) 전해질염은 타 전해질염을 포함하는 전해액이 고온에서 잘 작동하지 않는 것에 비해, 상온 내지 100℃의 고온에서도 잘 작동하며 배터리 사이클 수명을 연장시키는 효과가 있다. 또한 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드 전해질염을 포함하는 전해액은 낮은 온도에도 전지의 방전 및 입출력 성능을 유지시킬 수 있고 더 높은 온도에서 보관할 수 있는 장점이 있다. The lithium bis(fluorosulfonyl)imide (LiN(SO 2 F) 2 ) electrolyte salt included in the flame-retardant electrolyte of the present invention operates well even at high temperatures of room temperature to 100°C, compared to electrolytes containing other electrolyte salts that do not operate well at high temperatures, and has the effect of extending the battery cycle life. In addition, the electrolyte containing lithium bis(fluorosulfonyl)imide electrolyte salt has the advantage of maintaining the discharge and input/output performance of the battery even at low temperatures and allowing storage at higher temperatures.

본 발명의 난연성 전해액에서 상기 리튬염의 농도는 바람직하게는 0.2 내지 3.0M, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 2.5M이다. 리튬염의 농도가 상기와 같은 경우, 전해액이 적절한 이온전도도 및 점도를 가지므로 우수한 전해액 성능을 나타낼 수 있고, 리튬 이온이 효과적으로 이동할 수 있다.In the flame retardant electrolyte of the present invention, the concentration of the lithium salt is preferably 0.2 to 3.0 M, more preferably 0.5 to 2.5 M. When the concentration of the lithium salt is as described above, the electrolyte has appropriate ion conductivity and viscosity, so that it can exhibit excellent electrolyte performance, and lithium ions can move effectively.

본 발명의 난연성 전해액은 화학식 1의 불소화 설포네이트계 용제 및 불소 치환기를 갖는 양이온을 포함하는 이온성 액체를 1:9 내지 9:1, 바람직하게는 3:7 내지 7:3의 중량비로 포함할 수 있다. 중량비가 상기와 같은 경우 전지에 난연성을 부여하면서 리튬 이온전도도를 높여서 전지의 충방전 효율을 증가시킬 수 있다.The flame retardant electrolyte of the present invention may contain a fluorinated sulfonate solvent of chemical formula 1 and an ionic liquid including a cation having a fluorine substituent in a weight ratio of 1:9 to 9:1, preferably 3:7 to 7:3. When the weight ratio is as described above, flame retardancy is imparted to the battery while increasing lithium ion conductivity, thereby increasing the charge/discharge efficiency of the battery.

본 발명의 난연성 전해액은 화학식 1의 불소화 설포네이트계 용제 및 불소 치환기를 갖는 양이온을 포함하는 이온성 액체를 전해액 용제 총 중량에 대하여 20 내지 100중량%, 바람직하게는 20 내지 80중량%, 더욱 바람직하게는 30 내지 60중량% 포함할 수 있다. 이차전지 전해액 용제로 화학식 1의 불소화 설포네이트계 용제 및 불소 치환기를 갖는 양이온을 포함하는 이온성 액체를 100중량% 포함하는 경우 난연성이 충분히 우수할 수 있다. 상기 혼합 용제와 타 용제가 혼합되는 경우에도 전지에 난연성을 부여하면서 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드 포함 전해질염을 충분히 용해시키고 저점도로 리튬 이온전도도가 우수할 수 있다. 즉, 화학식 1의 불소화 설포네이트계 용제 및 불소 치환기를 갖는 양이온을 포함하는 이온성 액체가 20중량% 범위보다 적으면 점도가 높아지고, 난연성 효과가 감소할 수 있다.The flame retardant electrolyte of the present invention may contain 20 to 100 wt%, preferably 20 to 80 wt%, and more preferably 30 to 60 wt%, of the fluorinated sulfonate-based solvent of Chemical Formula 1 and the ionic liquid including a cation having a fluorine substituent, based on the total weight of the electrolyte solvent. When the secondary battery electrolyte solvent contains 100 wt% of the fluorinated sulfonate-based solvent of Chemical Formula 1 and the ionic liquid including a cation having a fluorine substituent, the flame retardancy may be sufficiently excellent. Even when the mixed solvent and another solvent are mixed, the electrolyte salt including lithium bis(fluorosulfonyl)imide may be sufficiently dissolved while imparting flame retardancy to the battery and excellent lithium ion conductivity with low viscosity. That is, when the fluorinated sulfonate-based solvent of Chemical Formula 1 and the ionic liquid including a cation having a fluorine substituent are less than 20 wt%, the viscosity may increase and the flame retardancy effect may be reduced.

본 발명의 이차전지 전해액은 추가로 카보네이트계 용제를 포함할 수 있다.The secondary battery electrolyte of the present invention may additionally contain a carbonate-based solvent.

상기 카보네이트계 용제는 사슬형 카보네이트계 용매 및 고리형 카보네이트계 용매 중 1종이상일 수 있다.The above carbonate solvent may be at least one of a chain-type carbonate solvent and a cyclic carbonate solvent.

상기 사슬형 카보네이트계 용제는 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트(DPC), 메틸에틸 카보네이트(MEC), 메틸프로필 카보네이트(MPC), 에틸프로필 카보네이트(EPC) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The above chain carbonate solvent may be selected from the group consisting of dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate (DPC), methylethyl carbonate (MEC), methylpropyl carbonate (MPC), ethylpropyl carbonate (EPC), and combinations thereof, but is not limited thereto.

상기 고리형 카보네이트계 용제는 에틸렌 카보네이트 또는 프로필렌 카보네이트일 수 있다.The above cyclic carbonate solvent may be ethylene carbonate or propylene carbonate.

상기 카보네이트계 용매는 리튬 이차전지 전해액 용제 총 중량에 대하여 20 내지 80 중량%, 바람직하게 40 내지 70중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함되는 경우, 전해액의 점도를 낮추고 리튬 이온의 이동을 촉진시켜 이온전도도를 향상시킬 수 있다. The above carbonate solvent may be included in an amount of 20 to 80 wt%, preferably 40 to 70 wt%, based on the total weight of the lithium secondary battery electrolyte solvent. When included in the above range, the viscosity of the electrolyte may be lowered and the movement of lithium ions may be promoted, thereby improving ion conductivity.

본 발명은 상기 리튬 이차전지 전해액을 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다.The present invention provides a lithium secondary battery including the above lithium secondary battery electrolyte.

본 발명의 리튬 이차전지는 양극 및 음극을 포함한다.The lithium secondary battery of the present invention includes a positive electrode and a negative electrode.

양극은 리튬 이온을 흡장 및 탈리할 수 있는 양극 활물질을 포함하며, 이러한 양극 활물질로는 코발트, 망간, 니켈에서 선택되는 최소한 1종 및 리튬과의 복합 금속 산화물인 것이 바람직하다. 금속 사이의 고용율은 다양하게 이루어질 수 있으며, 이들 금속 외에 Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, Sn, V, Ge, Ga, B, As, Zr, Mn, Cr, Fe, Sr, V 및 희토류 원소로 이루어진 군에서 선택되는 원소가 더 포함될 수 있다. 상기 양극 활물질의 구체적인 예로는 하기 화학식 중 어느 하나로 표현되는 화합물을 사용할 수 있다:The positive electrode includes a positive electrode active material capable of absorbing and desorbing lithium ions, and it is preferable that the positive electrode active material is a composite metal oxide including at least one selected from cobalt, manganese, and nickel and lithium. The solid solution ratio between the metals can be various, and in addition to these metals, an element selected from the group consisting of Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, Sn, V, Ge, Ga, B, As, Zr, Mn, Cr, Fe, Sr, V, and rare earth elements can be further included. As a specific example of the positive electrode active material, a compound represented by any one of the following chemical formulas can be used:

LiaA1-bBbD2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 및 0 ≤ b ≤ 0.5이다); LiaE1-bBbO2-cDc(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05이다); LiE2-bBbO4-cDc(상기 식에서, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05이다); LiaNi1-b-cCobBcDα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤ 2이다); LiaNi1-b-cCobBcO2-αFα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNi1-b-cCobBcO2-αF2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNi1-b-cMnbBcDα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤ 2이다); LiaNi1-b-cMnbBcO2-αFα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNi1-b-cMnbBcO2-αF2 (상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNibEcGdO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0.001 ≤ d ≤ 0.1이다.); LiaNibCocMndGeO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0 ≤ d ≤0.5, 0.001 ≤ e ≤ 0.1이다.); LiaNiGbO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaCoGbO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaMnGbO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaMn2GbO4(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); QO2; QS2; LiQS2; V2O5; LiV2O5; LiIO2; LiNiVO4; Li(3-f)J2(PO4)3(0 ≤ f ≤ 2); Li(3-f)Fe2(PO4)3(0 ≤ f ≤ 2); 및 LiFePO4.Li a A 1-b B b D 2 (wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, and 0 ≤ b ≤ 0.5); Li a E 1-b B b O 2-c D c (wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05); LiE 2-b B b O 4 -c D c (wherein 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05); Li a Ni 1-bc Co b B c D α (wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤ 2); Li a Ni 1-bc Co b B c O 2-α F α (in the above formula, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α <2); Li a Ni 1-bc Co b B c O 2-α F 2 (in the above formula, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α <2); Li a Ni 1-bc Mn b B c D α (in the above formula, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤ 2); Li a Ni 1-bc Mn b B c O 2-α F α (in the above formula, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α <2); Li a Ni 1-bc Mn b B c O 2-α F 2 (in the above formula, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α <2); Li a Ni b E c G d O 2 (in the above formula, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0.001 ≤ d ≤ 0.1); Li a Ni b Co c Mn d GeO 2 (wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0 ≤ d ≤ 0.5, 0.001 ≤ e ≤ 0.1); Li a NiG b O 2 (wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1); Li a CoG b O 2 (wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1); Li a MnG b O 2 (wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1); Li a Mn 2 G b O 4 (wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1); QO 2 ; QS 2 ; LiQS 2 ; V 2 O 5 ; LiV 2 O 5 ; LiIO 2 ; LiNiVO 4 ; Li (3-f) J 2 (PO 4 ) 3 (0 ≤ f ≤ 2); Li (3-f) Fe 2 (PO 4 ) 3 (0 ≤ f ≤ 2); and LiFePO 4 .

상기 화학식에 있어서, A는 Ni, Co, Mn 또는 이들의 조합이고; B는 Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, 희토류 원소 또는 이들의 조합이고; D는 O, F, S, P, 또는 이들의 조합이고; E는 Co, Mn 또는 이들의 조합이고; F는 F, S, P 또는 이들의 조합이고; G는 Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V 또는 이들의 조합이고; Q는 Ti, Mo, Mn 또는 이들의 조합이고; I는 Cr, V, Fe, Sc, Y 또는 이들의 조합이고; J는 V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu 또는 이들의 조합일 수 있다.In the chemical formula, A is Ni, Co, Mn or a combination thereof; B is Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, a rare earth element or a combination thereof; D is O, F, S, P or a combination thereof; E is Co, Mn or a combination thereof; F is F, S, P or a combination thereof; G is Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V or a combination thereof; Q is Ti, Mo, Mn or a combination thereof; I is Cr, V, Fe, Sc, Y or a combination thereof; J may be V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu or a combination thereof.

음극은 리튬 이온을 흡장 및 탈리할 수 있는 음극 활물질을 포함하며, 이러한 음극 활물질로는 결정질 탄소, 비정질 탄소, 탄소 복합체, 탄소 섬유 등의 탄소 재료, 실리콘, 리튬 금속, 리튬과 다른 원소의 합금 등이 사용될 수 있다. 예를 들면, 비결정질 탄소로는 하드카본, 코크스, 1500℃ 이하에서 소성한 메조카본 마이크로비드(mesocarbon microbead: MCMB), 메조페이스피치계 탄소섬유(mesophase pitch-based carbon fiber: MPCF) 등이 있다. 결정질 탄소로는 흑연계 재료가 있으며, 구체적으로는 천연흑연, 흑연화 코크스, 흑연화 MCMB, 흑연화 MPCF 등이 있다. 상기 탄소재 물질은 층간거리(interplanar distance)가 3.35~3.38Å, X-선 회절(X-ray diffraction)에 의한 Lc(crystallite size)가 적어도 20㎚ 이상인 물질이 바람직하다. 리튬과 합금을 이루는 다른 원소로는 알루미늄, 아연, 비스무스, 카드뮴, 안티몬, 실리콘, 납, 주석, 갈륨 또는 인듐이 사용될 수 있다.The negative electrode includes a negative electrode active material capable of absorbing and desorbing lithium ions, and as such a negative electrode active material, carbon materials such as crystalline carbon, amorphous carbon, carbon composites, and carbon fibers, silicon, lithium metal, and alloys of lithium and other elements can be used. For example, as amorphous carbon, there are hard carbon, coke, mesocarbon microbeads (MCMB) calcined at 1500°C or lower, and mesophase pitch-based carbon fiber (MPCF). As crystalline carbon, there are graphite materials, and specifically, there are natural graphite, graphitized coke, graphitized MCMB, and graphitized MPCF. It is preferable that the carbon material have an interplanar distance of 3.35 to 3.38 Å and an Lc (crystallite size) by X-ray diffraction of at least 20 nm. Other elements that may be used to form alloys with lithium include aluminum, zinc, bismuth, cadmium, antimony, silicon, lead, tin, gallium or indium.

양극 또는 음극은 전극 활물질, 바인더 및 도전재, 필요한 경우 증점제를 용매에 분산시켜 전극 슬러리 조성물을 제조하고, 이 슬러리 조성물을 전극 집전체에 도포하여 제조될 수 있다. 양극 집전체로는 흔히 알루미늄 또는 알루미늄 합금 등을 사용할 수 있고, 음극 집전체로는 흔히 구리 또는 구리 합금 등을 사용할 수 있다. 상기 양극 집전체 및 음극 집전체의 형태로는 포일이나 메시 형태를 들 수 있다.The positive electrode or the negative electrode can be manufactured by dispersing an electrode active material, a binder, a conductive agent, and, if necessary, a thickener in a solvent to manufacture an electrode slurry composition, and applying the slurry composition to an electrode current collector. Aluminum or an aluminum alloy can commonly be used as the positive electrode current collector, and copper or a copper alloy can commonly be used as the negative electrode current collector. The forms of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector can include foil or mesh forms.

바인더는 활물질의 페이스트화, 활물질의 상호 접착, 집전체와의 접착, 활물질 팽창 및 수축에 대한 완충효과 등의 역할을 하는 물질로서, 배터리의 충·방전이 반복 시, 음극재에 부피 변화로 배터리 수명, 충전 시간 등 성능을 저하 가능성. 전극 소재들의 결착력을 높여준다.A binder is a material that plays a role in pasting active materials, mutual adhesion of active materials, adhesion with a current collector, and cushioning against expansion and contraction of active materials. When the battery is repeatedly charged and discharged, the battery's performance, such as battery life and charging time, may be reduced due to volume changes in the negative electrode material. It increases the bonding strength of electrode materials.

바인더로 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF), 폴리헥사플루오로프로필렌-폴리비닐리덴플루오라이드의 공중합체(PVdF/HFP)), 폴리(비닐아세테이트), 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐피롤리돈, 알킬레이티드폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐에테르, 폴리(메틸메타크릴레이트), 폴리(에틸아크릴레이트), 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐클로라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐피리딘, 스티렌-부타디엔고무, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무 등이 있다. 바인더의 함량은 전극 활물질에 대하여 0.1 내지 30중량%, 바람직하게는 1 내지 10중량%이다. 상기 바인더의 함량이 너무 적으면 전극 활물질과 집전체와의 접착력이 불충분하고, 바인더의 함량이 너무 많으면 접착력은 좋아지지만 전극 활물질의 함량이 그만큼 감소하여 전지용량을 고용량화 하는데 불리하다.Examples of the binder include polyvinylidene fluoride (PVdF), a copolymer of polyhexafluoropropylene-polyvinylidene fluoride (PVdF/HFP)), poly(vinylacetate), polyvinyl alcohol, polyethylene oxide, polyvinyl pyrrolidone, alkylated polyethylene oxide, polyvinyl ether, poly(methyl methacrylate), poly(ethyl acrylate), polytetrafluoroethylene, polyvinyl chloride, polyacrylonitrile, polyvinyl pyridine, styrene-butadiene rubber, and acrylonitrile-butadiene rubber. The binder content is 0.1 to 30 wt%, and preferably 1 to 10 wt%, with respect to the electrode active material. If the content of the above binder is too low, the adhesive strength between the electrode active material and the current collector is insufficient, and if the content of the binder is too high, the adhesive strength improves, but the content of the electrode active material is reduced accordingly, which is disadvantageous for increasing the battery capacity.

도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않는 전자 전도성 재료이면 어떠한 것도 사용가능하며, 흑연계 도전제, 카본 블랙계 도전제, 금속 또는 금속 화합물계 도전제로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 사용할 수 있다. 상기 흑연계 도전제의 예로는 인조흑연, 천연 흑연 등이 있으며, 카본 블랙계 도전제의 예로는 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙(ketjen black), 덴카 블랙(denkablack), 써멀 블랙(thermal black), 채널 블랙(channel black) 등이 있으며, CNT(Carbon Nanotube)가 사용될 수 있다. 금속계 또는 금속 화합물계 도전제의 예로는 주석, 산화주석, 인산주석(SnPO4), 산화티타늄, 티탄산칼륨, LaSrCoO3, LaSrMnO3와 같은 페로브스카이트(perovskite) 물질이 있다. 그러나 상기 열거된 도전제에 한정되는 것은 아니다.The conductive material is used to provide conductivity to the electrode, and any electronically conductive material that does not cause a chemical change in the battery to be formed can be used, and at least one selected from the group consisting of a graphite-based conductive material, a carbon black-based conductive material, and a metal or metal compound-based conductive material can be used. Examples of the graphite-based conductive material include artificial graphite, natural graphite, etc., and examples of the carbon black-based conductive material include acetylene black, ketjen black, denkablack, thermal black, channel black, etc., and CNT (Carbon Nanotube) can be used. Examples of the metal-based or metal compound-based conductive material include tin, tin oxide, tin phosphate (SnPO 4 ), titanium oxide, potassium titanate, and perovskite materials such as LaSrCoO 3 , and LaSrMnO 3 . However, the present invention is not limited to the conductive materials listed above.

도전제의 함량은 전극 활물질에 대하여 0.1 내지 10중량%인 것이 바람직하다. 도전제의 함량이 0.1중량%보다 적은 경우에는 전기 화학적 특성이 저하되고, 10중량%을 초과하는 경우에는 중량당 에너지 밀도가 감소한다.The content of the conductive agent is preferably 0.1 to 10 wt% with respect to the electrode active material. When the content of the conductive agent is less than 0.1 wt%, the electrochemical characteristics deteriorate, and when it exceeds 10 wt%, the energy density per weight decreases.

증점제는 활물질 슬러리 점도조절의 역할을 할 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않으나, 예를 들면 카르복시메틸 셀룰로오스, 하이드록시메틸 셀룰로오스, 하이드록시에틸 셀룰로오스, 하이드록시프로필 셀룰로오스 등이 사용될 수 있다.The thickener is not particularly limited as long as it can play a role in controlling the viscosity of the active material slurry, and examples thereof that can be used include carboxymethyl cellulose, hydroxymethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, and hydroxypropyl cellulose.

전극 활물질, 바인더, 도전재 등이 분산되는 용매로는 비수용매 또는 수계용매가 사용된다. 비수용매로는 N-메틸-2-피롤디돈(NMP), 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, N,N-디메틸아미노프로필아민, 에틸렌옥사이드, 테트라히드로퓨란 등을 들 수 있다.Non-aqueous solvents or aqueous solvents are used as solvents in which electrode active materials, binders, and conductive agents are dispersed. Non-aqueous solvents include N-methyl-2-pyrrolidinone (NMP), dimethylformamide, dimethylacetamide, N,N-dimethylaminopropylamine, ethylene oxide, and tetrahydrofuran.

본 발명의 리튬 이차전지는 양극 및 음극 사이에 단락을 방지하고 리튬 이온의 이동통로를 제공하는 분리막을 포함할 수 있으며, 이러한 분리막으로 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌/폴리프로필렌, 폴리에틸렌/폴리프로필렌/폴리에틸렌, 폴리프로필렌/폴리에틸렌/폴리프로필렌 등의 폴리올레핀계 고분자막 또는 이들의 다중막, 미세다공성 필름, 직포 및 부직포를 사용할 수 있다. 또한 다공성의 폴리올레핀 필름에 안정성이 우수한 수지가 코팅된 필름을 사용할 수도 있다.The lithium secondary battery of the present invention may include a separator that prevents a short circuit between the positive and negative electrodes and provides a passage for lithium ions, and as the separator, a polyolefin-based polymer film such as polypropylene, polyethylene, polyethylene/polypropylene, polyethylene/polypropylene/polyethylene, polypropylene/polyethylene/polypropylene, or a multi-film thereof, a microporous film, a woven fabric, or a non-woven fabric may be used. In addition, a film in which a porous polyolefin film is coated with a resin having excellent stability may be used.

본 발명의 리튬 이차 전지는 각형 외에 원통형, 파우치형 등 다른 형상으로 이루어질 수 있다.The lithium secondary battery of the present invention may be formed in other shapes, such as a cylindrical shape or a pouch shape, in addition to a square shape.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 조건 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. However, in explaining the present invention, descriptions of conditions or configurations already known will be omitted in order to clarify the gist of the present invention.

실시예 1Example 1

25℃에서 화학식 1(R1=CF3, R2=CH3)의 설포네이트계 용제에 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드를 2M 농도로 용해시켜 난연성 전해액을 제조하였다. 화학식 1(R1=CF3, R2=CH3)의 설포네이트계 용제는 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드를 잘 용해시켰다.A flame-retardant electrolyte was prepared by dissolving lithium bis(fluorosulfonyl)imide at a concentration of 2 M in a sulfonate solvent of chemical formula 1 (R1= CF3 , R2= CH3 ) at 25°C. The sulfonate solvent of chemical formula 1 (R1= CF3 , R2= CH3 ) dissolved lithium bis(fluorosulfonyl)imide well.

실시예 2Example 2

25℃에서 화학식 1(R1=CH2CF3, R2=CH3)의 설포네이트계 용제에 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드를 2M 농도로 용해시켜 난연성 전해액을 제조하였다. 화학식 1(R1=CH2CF3, R2=CH3)의 설포네이트계 용제는 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드를 잘 용해시켰다.A flame-retardant electrolyte was prepared by dissolving lithium bis(fluorosulfonyl)imide at a concentration of 2 M in a sulfonate solvent of chemical formula 1 (R1=CH 2 CF 3 , R2=CH 3 ) at 25°C. The sulfonate solvent of chemical formula 1 (R1=CH 2 CF 3 , R2=CH 3 ) dissolved lithium bis(fluorosulfonyl)imide well.

실시예 3Example 3

25℃에서 화학식 1(R1=CF2CF3, R2=CH3)의 설포네이트계 용제에 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드를 2M 농도로 용해시켜 난연성 전해액을 제조하였다. 화학식 1(R1= CF2CF3, R2=CH3)의 설포네이트계 용제는 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드를 잘 용해시켰다.A flame-retardant electrolyte was prepared by dissolving lithium bis(fluorosulfonyl)imide at a concentration of 2 M in a sulfonate solvent of chemical formula 1 (R1=CF 2 CF 3 , R2=CH 3 ) at 25°C. The sulfonate solvent of chemical formula 1 (R1=CF 2 CF 3 , R2=CH 3 ) dissolved lithium bis(fluorosulfonyl)imide well.

실시예 4.Example 4.

25℃에서 화학식 1(R1=CF3, R2=CF3)의 설포네이트계 용제에 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드를 2M 농도로 용해시켜 난연성 전해액을 제조하였다. 화학식 1(R1= CF3, R2=CF3)의 설포네이트계 용제는 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드를 잘 용해시켰다.A flame-retardant electrolyte was prepared by dissolving lithium bis(fluorosulfonyl)imide at a concentration of 2 M in a sulfonate solvent of chemical formula 1 (R1=CF 3 , R2=CF 3 ) at 25°C. The sulfonate solvent of chemical formula 1 (R1=CF 3 , R2=CF 3 ) dissolved lithium bis(fluorosulfonyl)imide well.

실시예 5.Example 5.

25℃에서 화학식 1(R1=CH2CF3, R2=CF3)의 설포네이트계 용제에 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드를 2M 농도로 용해시켜 난연성 전해액을 제조하였다. 화학식 1(R1=CH2CF3, R2=CF3)의 설포네이트계 용제는 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드를 잘 용해시켰다.A flame-retardant electrolyte was prepared by dissolving lithium bis(fluorosulfonyl)imide at a concentration of 2 M in a sulfonate solvent of chemical formula 1 (R1=CH 2 CF 3 , R2=CF 3 ) at 25°C. The sulfonate solvent of chemical formula 1 (R1=CH 2 CF 3 , R2=CF 3 ) dissolved lithium bis(fluorosulfonyl)imide well.

실시예 6Example 6

25℃에서 화학식 1(R1=CF3, R2=CH3)의 설포네이트계 용제 및 화학식 4(R13=CH3, R14=CH2CF3)의 양이온을 포함하고 음이온이 N(SO2F)2인 이온성 액체를 1: 1 중량비로 혼합한 혼합 용제에 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드를 2M 농도로 용해시켜 난연성 전해액을 제조하였다. 화학식 1의 설포네이트계 용제와 이온성 액체는 충분히 잘 혼합되어 이차전지 전해액 용제로 상용성이 충분하였다.A flame retardant electrolyte was prepared by dissolving lithium bis(fluorosulfonyl)imide at a concentration of 2 M in a mixed solvent containing a sulfonate solvent of chemical formula 1 (R1= CF3 , R2= CH3 ) and an ionic liquid containing a cation of chemical formula 4 (R13= CH3 , R14= CH2CF3 ) and an anion of N( SO2F ) 2 in a weight ratio of 1:1 at 25°C. The sulfonate solvent of chemical formula 1 and the ionic liquid were sufficiently mixed and had sufficient compatibility as a secondary battery electrolyte solvent.

실시예 7Example 7

25℃에서 화학식 1(R1=CH2CF3, R2=CH3)의 설포네이트계 용제 및 화학식 4(R13=CH3, R14=CH2CF3)를 1: 1 중량비로 혼합한 혼합 용제에 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드를 2M 농도로 용해시켜 난연성 전해액을 제조하였다. 화학식 1의 설포네이트계 용제와 이온성 액체는 충분히 잘 혼합되어 이차전지 전해액 용제로 상용성이 충분하였다.A flame-retardant electrolyte was prepared by dissolving lithium bis(fluorosulfonyl)imide at a concentration of 2 M in a mixed solvent containing a sulfonate solvent of chemical formula 1 (R1=CH 2 CF 3 , R2=CH 3 ) and a ionic liquid of chemical formula 4 (R13=CH 3 , R14=CH 2 CF 3 ) in a weight ratio of 1:1 at 25°C. The sulfonate solvent of chemical formula 1 and the ionic liquid were sufficiently mixed and had sufficient compatibility as a secondary battery electrolyte solvent.

실시예 8Example 8

25℃에서 화학식 1(R1=CF3, R2=CH3)의 설포네이트계 용제 및 화학식 3(n=1, R9=CH3, R10=CH2CF3)의 양이온을 포함하고 음이온이 N(SO2F)2인 이온성 액체를 1: 1 중량비로 혼합한 혼합 용제에 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드를 2M 농도로 용해시켜 난연성 전해액을 제조하였다. 화학식 1의 설포네이트계 용제와 이온성 액체는 충분히 잘 혼합되어 이차전지 전해액 용제로 상용성이 충분하였다.A flame retardant electrolyte was prepared by dissolving lithium bis(fluorosulfonyl)imide at a concentration of 2 M in a mixed solvent containing a sulfonate solvent of chemical formula 1 (R1= CF3 , R2= CH3 ) and an ionic liquid containing a cation of chemical formula 3 (n=1, R9= CH3 , R10= CH2CF3 ) and an anion of N( SO2F ) 2 in a weight ratio of 1:1 at 25°C. The sulfonate solvent of chemical formula 1 and the ionic liquid were sufficiently mixed and had sufficient compatibility as a secondary battery electrolyte solvent.

실시예 9Example 9

25℃에서 화학식 1(R1=CH2CF3, R2=CH3)의 설포네이트계 용제 및 화학식 3(n=1, R9=CH3, R10=CH2CF3)의 양이온을 포함하고 음이온이 N(SO2F)2인 이온성 액체를 1: 1 중량비로 혼합한 혼합 용제에 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드를 2M 농도로 용해시켜 난연성 전해액을 제조하였다. 화학식 1의 설포네이트계 용제와 이온성 액체는 충분히 잘 혼합되어 이차전지 전해액 용제로 상용성이 충분하였다.A flame retardant electrolyte was prepared by dissolving lithium bis(fluorosulfonyl)imide at a concentration of 2 M in a mixed solvent containing a sulfonate solvent of chemical formula 1 (R1=CH 2 CF 3 , R2=CH 3 ) and an ionic liquid containing a cation of chemical formula 3 (n=1, R9=CH 3 , R10=CH 2 CF 3 ) and an anion of N(SO 2 F) 2 in a weight ratio of 1:1 at 25°C. The sulfonate solvent of chemical formula 1 and the ionic liquid were sufficiently mixed and had sufficient compatibility as a secondary battery electrolyte solvent.

비교예 1Comparative Example 1

25℃에서 플루오로에틸렌카보네이트 용제에 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드를 2M 농도로 용해시켜 난연성 전해액을 제조하였다. A flame-retardant electrolyte was prepared by dissolving lithium bis(fluorosulfonyl)imide in a 2 M concentration in fluoroethylene carbonate solvent at 25°C.

비교예 2.Comparative example 2.

25℃에서 화학식 a의 불소화 에테르 용제에 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드를 2M 농도로 용해시켜 난연성 전해액을 제조하였다. A flame-retardant electrolyte was prepared by dissolving lithium bis(fluorosulfonyl)imide at a concentration of 2 M in a fluorinated ether solvent of chemical formula a at 25°C.

화학식 aChemical formula a

CF2HCF2CH2OCF2CF2HCF 2 HCF 2 CH 2 OCF 2 CF 2 H

실험예 1. 전해액의 리튬염 용해도 Experimental Example 1. Solubility of lithium salt in electrolyte

상기 실시예 및 비교예에서 제조된 비수 전해액을 상온(25℃에서 24시간 동안 방치한 후 용해되지 않은 석출물의 발생 유무를 육안으로 관찰하여 하기 평가 기준에 따라 용해도를 평가하였다. The non-aqueous electrolytes manufactured in the above examples and comparative examples were left at room temperature (25°C) for 24 hours, and the presence or absence of undissolved precipitates was visually observed to evaluate the solubility according to the evaluation criteria below.

<평가기준><Evaluation criteria>

○: 석출물이 발생하지 않음 ○: No precipitate occurs

△: 석출물 침전이 발생하지 않으나, 헤이즈(haze)가 관찰됨 △: No precipitation occurs, but haze is observed.

×: 석출물 침전이 발생함×: Precipitation of precipitate occurs

실험예 2. 전해액의 점도 측정Experimental Example 2. Measurement of viscosity of electrolyte

회전식 점도계(디지털)를 사용하여 주파수(frequency)에 응력(stress)의 변화를 측정하여 점도를 계산해 내는 방법으로 상기 실시예 및 비교예에서 제조된 전해액의 점도를 측정하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.The viscosity of the electrolytes manufactured in the above examples and comparative examples was measured by a method of calculating the viscosity by measuring the change in stress in frequency using a rotational viscometer (digital), and the results are shown in Table 1 below.

실험예 3. 전해액의 난연도 측정Experimental Example 3. Measurement of flame retardancy of electrolyte

상기 실시예 및 비교예에서 제조된 전해액의 난연도를 하기의 방법으로 측정하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.The flame retardancy of the electrolytes manufactured in the above examples and comparative examples was measured by the following method, and the results are shown in Table 1 below.

난연성 측정: 각 물질의 불꽃 연소실험을 통해 연소되는 정도를 구분하기 위하여 UL 94 연소성 시험(flammability test)의 표준방법을 사용하였다. 상기 연소성 시험은 가로 4 cm 및 세로 1cm의 유리 섬유(glass fiber)에 0.5g의 전해액을 담지시킨 후 유리 섬유의 한쪽 끝을 착화원에 닿게 하여 불이 붙는 여부와 불에 타는 시간을 측정하여 각 난연성 전해액의 난연도를 측정하였다.Measurement of flammability: The standard method of UL 94 flammability test was used to distinguish the degree of combustion through a flame combustion experiment of each material. The flammability test was performed by impregnating 0.5 g of electrolyte on a glass fiber measuring 4 cm in width and 1 cm in length, and then touching one end of the glass fiber to an ignition source to measure whether it caught fire and the burning time, thereby measuring the flammability of each flame-retardant electrolyte.

전해액 0.5g이 불에 타는 시간을 측정하고 하기 기준으로 난연도를 판단하였다.The burning time of 0.5 g of electrolyte was measured and the flame retardancy was determined based on the following criteria.

1) 12초미만: 불연1) Less than 12 seconds: Non-combustible

2) 12~40초미만: 난연2) Less than 12~40 seconds: Flame retardant

3) 40초 이상: 가연3) 40 seconds or more: Combustible

구분division 리튬염 용해도Lithium salt solubility 점도(cP)Viscosity (cP) 난연도Flame retardancy 상용성Compatibility 실시예 1Example 1 OO 47.147.1 난연Flame retardant -- 실시예 2Example 2 OO 49.049.0 난연Flame retardant -- 실시예 3Example 3 OO 48.648.6 난연Flame retardant -- 실시예 4Example 4 OO 48.948.9 난연Flame retardant -- 실시예 5Example 5 OO 49.249.2 난연Flame retardant -- 실시예 6Example 6 OO 68.268.2 난연Flame retardant 섞임Mix 실시예 7Example 7 OO 65.865.8 난연Flame retardant 섞임Mix 실시예 8Example 8 OO 72.172.1 난연Flame retardant 섞임Mix 실시예 9Example 9 OO 66.666.6 난연Flame retardant 섞임Mix 비교예 1Comparative Example 1 -- 난연Flame retardant -- 비교예 2Comparative Example 2 -- 난연Flame retardant --

상기 표 1에 의하면 본 발명의 난연성 전해액은 리튬염에 대한 용해도가 우수하다. 본 발명의 난연성 전해액은 72.1cP이하의 점도를 가져서 리튬 이온전도도가 우수하면서도 불이 붙지 않는 불연 또는 난연성을 갖는 것을 알 수 있다. 이에 반해 비교예 1 및 2의 불소가 치환된 카보네이트 또는 에테르 용제는 난연성은 우수하나 리튬염에 대한 용해도가 낮아 헤이즈가 관찰되는 단점이 있다. 비교예1 및 2는 Li염에 대한 낮은 용해도에 의해 전지 제조가 불가하고 이하 출력특성을 확인할 수 없었다.According to Table 1 above, the flame retardant electrolyte of the present invention has excellent solubility in lithium salts. It can be seen that the flame retardant electrolyte of the present invention has a viscosity of 72.1 cP or less, so that it has excellent lithium ion conductivity and is non-flammable or flame retardant. In contrast, the fluorine-substituted carbonate or ether solvents of Comparative Examples 1 and 2 have excellent flame retardancy, but have a disadvantage in that haze is observed due to low solubility in lithium salts. Due to the low solubility in Li salts of Comparative Examples 1 and 2, battery manufacturing was impossible and the output characteristics could not be confirmed.

실험예 2. 리튬이차전지 출력 특성확인Experimental Example 2. Confirmation of Lithium Secondary Battery Output Characteristics

양극 활물질인 Li1.13Mn0.463Ni0.203Co0.203O2 (0.3Li2MnO3· 0.7LiMn1/3Ni1/3Co1/3O2)을 사용한 양극재와 음극 활물질인 인조 흑연과 천연 흑연을 1:1 중량비로 사용한 음극재를 사용하여, 통상의 방법으로 1.2 Ah 파우치 전지를 조립하고, 상기 실시예에서 제조된 전해액을 각각 5ml씩 주입하여 이차 전지를 완성하였다.A 1.2 Ah pouch battery was assembled using a cathode material containing Li 1.13 Mn 0.463 Ni 0.203 Co 0.203 O 2 (0.3Li 2 MnO 3 · 0.7LiMn 1/3 Ni 1/3 Co 1/3 O 2 ) as a cathode active material and an anode material containing artificial graphite and natural graphite in a 1:1 weight ratio as a cathode active material using artificial graphite and natural graphite as a cathode active material, and 5 ml of the electrolyte prepared in the above example was injected to complete the secondary battery.

상기 전지 화성 공정을 통해 얻은 1.2 Ah 파우치 전지를 25 ℃에서 만충전상태에서 0.2C의 정전류로 SOC(state of charge) 50%까지 방전하고, 1시간 휴지시간을 준 후에, 10초간 1.5C 정전류로 방전하였다. 다음 과정으로 40초간 휴지시간을 준 후에, 1.125C 정전류로 충전하였다. 초기 직류 저항 (DC-IR, Rdis)은 방전 데이터로부터 하기 수학식 1로 계산하였다.The 1.2 Ah pouch battery obtained through the above-mentioned battery formation process was discharged from a fully charged state to a state of charge (SOC) of 50% at a constant current of 0.2 C at 25 °C, rested for 1 hour, and then discharged for 10 seconds at a constant current of 1.5 C. In the next process, after a rest time of 40 seconds, it was charged at a constant current of 1.125 C. The initial direct current resistance (DC-IR, Rdis) was calculated from the discharge data using the following mathematical expression 1.

[수학식 1][Mathematical formula 1]

Rdis = ΔV/IRdis = ΔV/I

상기 식에서, ΔV는 OCVdis(10초 방전이 시작되기 직전의 전압)-Vdis(10초 방전 종료 전압)을 나타내며, I는 방전시 전류값이다.In the above equation, ΔV represents OCVdis (voltage just before the start of 10-second discharge) - Vdis (voltage at the end of 10-second discharge), and I is the current value during discharge.

또한, 상기 전지를 만충전 후, 60 ℃고온 오븐에서 4주 동안 저장 후의 저항을 상기와 동일한 방법으로 측정하여 표 2에 나타냈다.In addition, the resistance of the battery after being fully charged and stored in a high-temperature oven at 60°C for 4 weeks was measured using the same method as above and is shown in Table 2.

전해액Electrolyte DC-IR(mΩ)DC-IR(mΩ) 25℃ 초기25℃ initial 60℃ 4주 후60℃ 4 weeks later 변화율(%)Change rate (%) 실시예 1Example 1 41.141.1 60.760.7 47.747.7 실시예 2Example 2 42.742.7 62.062.0 45.245.2 실시예 3Example 3 41.041.0 64.164.1 56.356.3 실시예 4Example 4 40.140.1 57.157.1 42.442.4 실시예 5Example 5 40.640.6 63.563.5 56.456.4 실시예 6Example 6 56.556.5 90.090.0 59.359.3 실시예 7Example 7 66.066.0 104.6104.6 58.558.5 실시예 8Example 8 73.173.1 115.1115.1 57.557.5 실시예 9Example 9 65.765.7 102.5102.5 56.056.0

변화율=(60℃ 4주 후 저항 - 25℃ 초기 저항)/25℃ 초기 저항 x 100Change rate = (resistance after 4 weeks at 60℃ - initial resistance at 25℃) / initial resistance at 25℃ x 100

표 2에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 내지 9 전해액을 포함하는 전지는, 전지 내부 저항이 낮다는 것을 알 수 있다. 이는 낮은 저항 특성으로 인해 전지의 출력 특성이 향상됨을 보여준다. As shown in Table 2, it can be seen that the batteries including the electrolytes of Examples 1 to 9 have low internal battery resistance. This shows that the output characteristics of the battery are improved due to the low resistance characteristics.

전지 제조 후 25℃ 초기 저항값과 전지를 60℃고온 오븐에서 4주 동안 저장한 후 저항을 측정하고 변화율을 측정한 결과 실시예 1 내지 9 전해액을 포함하는 전지는 저항값의 증가가 59.3%이하인 것을 알 수 있다. 즉, 고온에서도 충분히 안정한 것을 알 수 있다.After manufacturing the battery, the initial resistance value was measured at 25°C, and after the battery was stored in a high-temperature oven at 60°C for 4 weeks, the resistance was measured, and the change rate was measured. As a result, it was found that the batteries containing the electrolytes of Examples 1 to 9 had an increase in resistance value of 59.3% or less. In other words, it can be seen that they are sufficiently stable even at high temperatures.

Claims (11)

하기 화학식 1의 불소화 설포네이트계 용제를 포함하는 리튬 이차전지용 난연성 전해액.
[화학식 1]

상기 화학식 1에서, R1은 불소 치환기를 갖는 C1-C5의 알킬기이고
R2는 불소로 치환되거나 치환되지 않은 C1-C5의 알킬기이다.
A flame retardant electrolyte for a lithium secondary battery comprising a fluorinated sulfonate solvent of the following chemical formula 1.
[Chemical Formula 1]

In the above chemical formula 1, R1 is a C1-C5 alkyl group having a fluorine substituent.
R2 is a C1-C5 alkyl group which is optionally substituted with fluorine.
하기 화학식 1의 불소화 설포네이트계 용제 및 리튬염을 포함하는 리튬 이차전지용 난용성 전해액.
[화학식 1]

상기 화학식 1에서, R1은 불소 치환기를 갖는 C1-C5의 알킬기이고
R2는 불소로 치환되거나 치환되지 않은 C1-C5의 알킬기이다.
A sparingly soluble electrolyte for a lithium secondary battery comprising a fluorinated sulfonate solvent of the following chemical formula 1 and a lithium salt.
[Chemical Formula 1]

In the above chemical formula 1, R1 is a C1-C5 alkyl group having a fluorine substituent.
R2 is a C1-C5 alkyl group which is optionally substituted with fluorine.
하기 화학식 1의 불소화 설포네이트계 용제, 리튬염 및 불소 치환기를 갖는 양이온을 포함하는 이온성 액체를 포함하는 리튬 이차전지용 난용성 전해액.
[화학식 1]

상기 화학식 1에서, R1은 불소 치환기를 갖는 C1-C5의 알킬기이고
R2는 불소로 치환되거나 치환되지 않은 C1-C5의 알킬기이다.
A sparingly soluble electrolyte for a lithium secondary battery comprising a fluorinated sulfonate solvent of the following chemical formula 1, a lithium salt, and an ionic liquid containing a cation having a fluorine substituent.
[Chemical Formula 1]

In the above chemical formula 1, R1 is a C1-C5 alkyl group having a fluorine substituent.
R2 is a C1-C5 alkyl group which is optionally substituted with fluorine.
청구항 1, 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서, 상기 화학식 1의 불소화 설포네이트계 용제의 R1은 CF2H, CF3, CH2CFH2, CH2CF2H, CH2CF3, CFHCH3, CFHCFH2, CFHCF2H, CFHCF3, CF2CH3, CF2CFH2, CF2CF2H, CF2CF3, CH2CF2CF3, CF2CF2CF3, CH2CF2CF2CF3, CF2CF2CF2CF3, CH2CF2CF2CF2CF3 및 CF2CF2CF2CF2CF3 중에서 선택되는 1종 이상인 난연성 전해액.In claim 1, claim 2 or claim 3, R1 of the fluorinated sulfonate solvent of the chemical formula 1 is CF 2 H, CF 3 , CH 2 CFH 2 , CH 2 CF 2 H, CH 2 CF 3 , CFHCH 3 , CFHCFH 2 , CFHCF 2 H, CFHCF 3 , CF 2 CH 3 , CF 2 CFH 2 , CF 2 CF 2 H, CF 2 CF 3 , CH 2 CF 2 CF 3 , CF 2 CF 2 CF 3 , CH 2 CF 2 CF 2 CF 3 , CF 2 CF 2 CF 2 CF 3 , CH 2 CF 2 CF 2 CF 2 CF 3 and CF 2 CF 2 CF 2 CF 2 A flame retardant electrolyte selected from at least one of CF 3 . 청구항 1, 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서, 상기 화학식 1의 불소화 설포네이트계 용제의 R2는 CH3, CF3, CH2CH3 및 CH2CF3 중에서 선택되는 1종이상인 난연성 전해액.A flame retardant electrolyte according to claim 1, claim 2 or claim 3, wherein R2 of the fluorinated sulfonate solvent of the chemical formula 1 is at least one selected from CH 3 , CF 3 , CH 2 CH 3 and CH 2 CF 3 . 청구항 3에 있어서, 상기 불소 치환기를 갖는 양이온을 포함하는 이온성 액체는 하기 화학식 2 내지 화학식 4의 양이온 중 하나 이상인 난연성 전해액.
[화학식 2]
R3R4R5R6N+
상기 화학식 2에서
R3 내지 R5는 각각 독립적으로, 불소로 치환되거나 치환되지 않은 C1 내지 C5의 알킬기이고,
R6은 하나 이상의 수소가 불소로 치환된 C1 내지 C5의 알킬기 또는 -R7-OR8이고,
R7은 불소로 치환되거나 치환되지 않은 C1 내지 C5의 알킬렌기이고,
R8는 하나 이상의 수소가 불소로 치환된 C1 내지 C5의 알킬기이다.

[화학식 3]

상기 화학식 3에서,
n은 1 또는 2이고,
R9는 불소로 치환되거나 치환되지 않은 C1 내지 C5의 알킬기이고,
R10은 하나 이상의 수소가 불소로 치환된 C1 내지 C5의 알킬기 또는 -R11-OR12이고,
R11은 불소로 치환되거나 치환되지 않은 C1 내지 C5의 알킬렌기이고,
R12는 하나 이상의 수소가 불소로 치환된 C1 내지 C5의 알킬기이다.

[화학식 4]

상기 화학식 4에서,
R13은 불소로 치환되거나 치환되지 않은 C1 내지 C5의 알킬기이고,
R14은 하나 이상의 수소가 불소로 치환된 C1 내지 C5의 알킬기, C2 내지 C5의 알케닐기 또는 -R15-OR16이고,
R15은 불소로 치환되거나 치환되지 않은 C1 내지 C5의 알킬렌기이고,
R16는 하나 이상의 수소가 불소로 치환된 C1 내지 C5의 알킬기이다.
A flame retardant electrolyte according to claim 3, wherein the ionic liquid containing a cation having a fluorine substituent is at least one of the cations represented by the following chemical formulas 2 to 4.
[Chemical formula 2]
R 3 R 4 R 5 R 6 N +
In the above chemical formula 2
R3 to R5 are each independently a C1 to C5 alkyl group substituted or unsubstituted with fluorine,
R6 is a C1 to C5 alkyl group in which one or more hydrogens are substituted with fluorine or -R 7 -OR 8 ,
R7 is a C1 to C5 alkylene group substituted or unsubstituted with fluorine,
R8 is a C1 to C5 alkyl group in which one or more hydrogens are replaced with fluorine.

[Chemical Formula 3]

In the above chemical formula 3,
n is 1 or 2,
R9 is a C1 to C5 alkyl group which is optionally substituted with fluorine,
R10 is a C1 to C5 alkyl group in which one or more hydrogens are substituted with fluorine or -R 11 -OR 12 ,
R11 is a C1 to C5 alkylene group substituted or unsubstituted with fluorine,
R12 is a C1 to C5 alkyl group in which one or more hydrogens are replaced by fluorine.

[Chemical Formula 4]

In the above chemical formula 4,
R13 is a C1 to C5 alkyl group substituted or unsubstituted with fluorine,
R14 is a C1 to C5 alkyl group, a C2 to C5 alkenyl group, or -R 15 -OR 16 , wherein one or more hydrogens are replaced by fluorine,
R15 is a C1 to C5 alkylene group which is optionally substituted with fluorine,
R16 is a C1 to C5 alkyl group in which one or more hydrogens are replaced with fluorine.
청구항 3에 있어서, 상기 이온성 액체의 음이온은 하기 음이온 군에서 선택되는 1종 이상인 난연성 전해액.
[음이온 군]
, , PF6 -, BF4 -, ,
A flame retardant electrolyte according to claim 3, wherein the anion of the ionic liquid is at least one selected from the following anion group.
[Anion group]
, , PF 6 - , BF 4 - , ,
청구항 2 또는 청구항 3에 있어서, 상기 리튬염은 LiPF6, LiBF4, LiBF6, LiSbF6, LiAsF6, LiN(SO2F)2, LiN(SO2CF3)2, LiN(SO2C2F5)2, LiN(SO3C2F5)2, LiCF3SO3, LiC4F9SO3, LiC6H5SO3, LiSCN, LiPO2F2, LiClO4, LiAlO2, LiAlCl4, LiCl, LiI, LiB(C2O4)F2 및 LiB(C2O4)2 로 이루어진 군에서 선택되는 1종이상인 난연성 전해액.A flame retardant electrolyte according to claim 2 or 3, wherein the lithium salt is at least one selected from the group consisting of LiPF 6 , LiBF 4 , LiBF 6 , LiSbF 6 , LiAsF 6 , LiN(SO 2 F) 2 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN(SO 2 C 2 F 5 ) 2 , LiN(SO 3 C 2 F 5 ) 2 , LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiC 6 H 5 SO 3 , LiSCN, LiPO 2 F 2 , LiClO 4 , LiAlO 2 , LiAlCl 4 , LiCl, LiI, LiB(C 2 O 4 )F 2 , and LiB(C 2 O 4 ) 2 . 청구항 2 또는 3에 있어서, 상기 리튬염의 농도는 바람직하게는 0.2 내지 3.0M 인 난연성 전해액.A flame retardant electrolyte according to claim 2 or 3, wherein the concentration of the lithium salt is preferably 0.2 to 3.0 M. 청구항 3에 있어서, 화학식 1의 불소화 설포네이트계 용제 및 불소 치환기를 갖는 양이온을 포함하는 이온성 액체를 1:9 내지 9:1중량비로 포함하는 것인 난연성 전해액.A flame retardant electrolyte according to claim 3, comprising a fluorinated sulfonate solvent of chemical formula 1 and an ionic liquid including a cation having a fluorine substituent in a weight ratio of 1:9 to 9:1. 청구항 1, 청구항 2 또는 청구항 3의 전해액을 포함하는 리튬 이차전지.
A lithium secondary battery comprising the electrolyte of claim 1, claim 2 or claim 3.
KR1020230105735A 2023-08-11 2023-08-11 Flame retardant electrolyte comprising fluorosulfonate solvent Pending KR20250024345A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020230105735A KR20250024345A (en) 2023-08-11 2023-08-11 Flame retardant electrolyte comprising fluorosulfonate solvent

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020230105735A KR20250024345A (en) 2023-08-11 2023-08-11 Flame retardant electrolyte comprising fluorosulfonate solvent

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20250024345A true KR20250024345A (en) 2025-02-18

Family

ID=94824764

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020230105735A Pending KR20250024345A (en) 2023-08-11 2023-08-11 Flame retardant electrolyte comprising fluorosulfonate solvent

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20250024345A (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180108928A (en) 2011-03-24 2018-10-04 닛본 덴끼 가부시끼가이샤 Secondary battery
KR20190021160A (en) 2017-08-22 2019-03-05 리켐주식회사 Electrolyte solution for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising the same
KR20200080224A (en) 2017-10-31 2020-07-06 칸토 덴카 코교 가부시키가이샤 Non-aqueous electrolyte and non-aqueous electrolyte battery

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180108928A (en) 2011-03-24 2018-10-04 닛본 덴끼 가부시끼가이샤 Secondary battery
KR20190021160A (en) 2017-08-22 2019-03-05 리켐주식회사 Electrolyte solution for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising the same
KR20200080224A (en) 2017-10-31 2020-07-06 칸토 덴카 코교 가부시키가이샤 Non-aqueous electrolyte and non-aqueous electrolyte battery

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108428940B (en) Electrolyte for lithium secondary battery and lithium secondary battery including the same
KR102451966B1 (en) Electrolyte for Secondary Battery and Lithium Secondary Battery Containing the Same
KR102310478B1 (en) Electrolyte for Lithium Secondary Battery and Lithium Secondary Battery Containing the Same
KR101309157B1 (en) Electrolyte for rechargeable lithium battery, and rechargeable lithium battery including the same
US10177410B2 (en) Lithium secondary battery electrolyte and lithium secondary battery including same
KR101581780B1 (en) electrolyte for lithium secondary battery and lithium secondary battery containing the same
KR102684992B1 (en) Electrolyte for Secondary Battery and Lithium Secondary Battery Containing the Same
CN105144460B (en) Electrolyte for lithium secondary batteries and the lithium secondary battery including the electrolyte
KR102266993B1 (en) New Compound and Electrolyte of Lithium Secondary Battery Containing the Same
US20220294014A1 (en) Electrolyte for lithium secondary battery, and lithium secondary battery including same
KR20240017870A (en) Lithium Secondary Battery
KR102460822B1 (en) Electrolyte for Lithium Secondary Battery and Lithium Secondary Battery Containing the Same
KR101535865B1 (en) electrolyte for secondary battery containing boron-based lithium salt and a secondary battery containing the same
KR102022363B1 (en) Electrolyte for Secondary Battery and Lithium Secondary Battery Containing the Same
US20150318573A1 (en) Electrolyte for lithium secondary battery, and lithium secondary battery comprising same
KR102762238B1 (en) Electrolyte for secondary battery and secondary battery comprising the same
KR102247161B1 (en) Electrolyte for Lithium Secondary Battery and Lithium Secondary Battery Containing the Same
KR102679602B1 (en) Electrolyte for Lithium Secondary Battery and Lithium Secondary Battery Containing the Same
KR20250024345A (en) Flame retardant electrolyte comprising fluorosulfonate solvent
KR20250024344A (en) Flame retardant electrolyte comprising ionic liquid of imidazolium
KR20240145690A (en) Flame retardant electrolyte comprising ionic liquid of fluoroammonium and fluoroether
KR20240145691A (en) Flame retardant electrolyte comprising ionic liquid of trimethyl imidazolium
KR20150061903A (en) electrolyte for lithium secondary battery and lithium secondary battery containing the same
KR20240155534A (en) Derivative of imidazolium
KR20250031407A (en) A solution comprising lithium bis(fluorosulfony)imide and fluoride organic solvent and producing method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20230811

PG1501 Laying open of application