KR20170018739A - 리튬 전지용 전해질 및 상기 전해질을 포함한 리튬 전지 - Google Patents

리튬 전지용 전해질 및 상기 전해질을 포함한 리튬 전지 Download PDF

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Abstract

하기 화학식 1로 표시되는 화합물; 리튬염; 및 유기용매를 포함하는 리튬 전지용 전해질 및 이를 포함하는 리튬전지가 개시된다.
<화학식 1>
Figure pat00020

상기 화학식 1 중, X는 할로겐 원자이고, R1 및 R2 　는 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1-C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴기고, R1 및 R2는 서로 연결되어 고리를 형성할 수 있다.

Description

리튬 전지용 전해질 및 상기 전해질을 포함한 리튬 전지 {Electrolyte for lithium battery and Lithium battery including the electrolyte}
리튬 전지용 전해질 및 이를 포함한 리튬 전지에 관한 것이다.
리튬 전지는 비디오 카메라, 휴대폰, 노트북 컴퓨터 등 휴대용 전자기기의 구동 전원으로 사용된다. 재충전이 가능한 리튬이차전지는 기존의 납 축전지, 니켈-카드뮴 전지, 니켈수소 전지, 니켈아연 전지 등과 비교하여 단위 중량당 에너지 밀도가 3배 이상 높고 고속 충전이 가능하다.
리튬전지는 높은 구동 전압에서 작동되므로 리튬과 반응성이 높은 수계 전해액이 사용될 수 없다. 리튬전지에는 일반적으로 유기 전해질이 사용된다. 유기전해질은 리튬염이 유기용매에 용해되어 제조된다. 유기용매는 고전압에서 안정적이며, 이온전도도와 유전율이 높고 점도가 낮은 것이 바람직하다.
상기 리튬염으로는 LiPF6이 주로 사용된다. 그런데 LiPF6은 전해질의 유기용매와 반응하여 용매의 고갈을 촉진하고 다량의 가스를 발생시킨다. 그리고 유기용매로서 카보네이트 계통의 극성 비수계 용매가 사용되면 초기 충전시 음극/양극과 전해액 사이의 부반응에 의해 전하가 과량 사용되는 비가역반응이 진행된다. 상기 비가역반응에 의해 음극 표면에 고체전해질막층(Solid Electrolyte Interface layer; 이하 SEI층)과 같은 패시베이션층(passivation layer)이 형성된다. 상기 SEI층은 충방전시에 전해액의 분해를 방지하고 이온터널(ion tunnel)의 역할을 수행한다. SEI층이 높은 안정성 및 낮은 저항을 가질수록 리튬전지의 수명이 향상될 수 있다.
상기 SEI층의 안정화를 위하여 다양한 첨가제가 사용되고 있다. 그러나, 종래의 일반적인 첨가제를 사용하여 형성되는 SEI층은 고온에서 쉽게 열화되었다. 즉, SEI층은 고온에서 안정성이 저하되었다. 따라서, LiPF6의 부반응을 억제하고 향상된 고온 안정성을 가지는 SEI을 형성할 수 있는 전해질이 요구된다.
한 측면은 새로운 리튬 전지용 전해질을 제공하는 것이다.
다른 한 측면은 상기 전해질을 포함한 리튬전지를 제공하는 것이다.
한 측면에 따라
하기 화학식 1로 표시되는 화합물; 리튬염; 및 유기용매를 포함하는 리튬 전지용 전해질:
<화학식 1>
Figure pat00001
상기 화학식 1 중, X는 할로겐 원자이고, R1 및 R2 　는 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1-C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴기고, R1 및 R2는 서로 연결되어 고리를 형성할 수 있다.
다른 한 측면에 따라 양극; 음극; 및 상술한 전해질을 포함하는 리튬전지가 제공된다.
일구현예에 따른 전해질을 이용하면 고온에서 사이클 특성이 개선되고 높은 동작전압에서 구동 가능한 리튬전지를 제작할 수 있다.
도 1은 실시예 3-4 및 비교예 2에 따라 제조된 리튬전지에서 4.40V에서 비방전용량 변화를 나타낸 것이다.
도 2는 실시예 3, 4, 9 및 비교예 2에 따라 제조된 리튬전지에서 4.45V에서 비방전용량 변화를 나타낸 것이다.
도 3은 실시예 3, 4, 9 및 비교예 2에 따라 제조된 리튬전지에서 4.45V에서용량유지율 변화를 나타낸 것이다.
도 4는 예시적인 구현예에 따른 리튬전지의 모식도이다.
이하에서 예시적인 구현예들에 따른 리튬전지 전해질 및 이를 포함한 리튬 전지에 관하여 더욱 상세히 설명한다.
일구현예에 따른 리튬전지용 전해질은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물; 리튬염; 및 유기용매를 포함한다.
<화학식 1>
Figure pat00002
상기 화학식 1 중, X는 할로겐 원자이고, R1 및 R2 　는 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1-C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴기고, R1 및 R2는 서로 연결되어 고리를 형성할 수 있다.
상기 화학식 1에서 할로겐 원자는 염소, 불소, 또는 요오드이며 예를 들어 불소가 가장 안정성이 우수하다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 1a로 표시되는 화합물일 수 있다.
<화학식 1a>
Figure pat00003
상기 화학식 1a 중, R1 및 R2 　는 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1-C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴기고,
R1 및 R2　는 서로 연결되어 고리를 형성할 수 있다.
상기 화학식 1 및 1a에서 R1과 R2는 서로 연결되어 치환된 또는 비치환된 C2 내지 C5의 알킬렌기를 형성한다.
상기 R1과 R2는 서로 연결되어 -CH2-CH2-, -CH2-C(CH3)2-CH2- 또는 -C(CH3)2-C(CH3)2-기를 형성할 수 있다.
상기 화합물은 하기 화학식으로 표시되는 화합물 중에서 선택된다.
[화학식 2]
Figure pat00004
상기 화학식 2 중, R3 내지 R6은 서로 독립적으로 수소, C1-C10의 알킬기, C6-C20의 아릴기, 할로겐 원자, 시아노기, 하이드록시기, C2-C20의 헤테로아릴기, C6-C20의 탄소고리기및 C2-C20의 헤테로고리기로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이고,
[화학식 3]
Figure pat00005
상기 화학식 3 중, R7 내지 R12는 서로 독립적으로 수소, C1-C10의 알킬기, C6-C20의 아릴기, 할로겐 원자, 시아노기, 하이드록시기, C2-C20의 헤테로아릴기, C6-C20의 탄소고리기및 C2-C20의 헤테로고리기로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이다.
상기 화합물은 하기 화학식 4로 표시되는 화합물, 화학식 5로 표시되는 화합물, 화학식 6으로 표시되는 화합물 및 화학식 7로 표시되는 화합물 중에서 선택된 하나 이상이다.
[화학식 4]
Figure pat00006
[화학식 5]
Figure pat00007
[화학식 6]
Figure pat00008
[화학식 7]
Figure pat00009
상기 전해질은 액체 또는 겔 상태일 수 있다. 상기 전해질은 상술한 유기용매에 리튬염 및 상술한 첨가제를 첨가하여 제조될 수 있다.
상기 전해질에서 첨가제인 화학식 1로 표시되는 화합물의 함량은 전해질 총 중량을 기준으로 0.01 내지 10중량%, 예를 들어 0.001 내지 5중량%이다. 화학식 `로 표시되는 화합물의 함량은 예를 들어 0.1 내지 3 중량%, 구체적으로 0.1 내지 0.25 중량%일 수 있으나, 반드시 이러한 범위로 한정되는 것은 아니며 필요에 따라 적절한 양이 사용될 수 있다.
상기 전해질에서 리튬염의 함량은 상기 전해질 총 중량을 기준으로 하여 0.5 내지 3 중량%, 예를 들어 0.5 내지 1.5 중량%이다. 리튬염의 함량이 상기 범위일 때 전해질의 내부저항 증가 없이 리튬 전지의 수명 특성 개선 효과가 우수하다.
상기 리튬염은 당해 기술분야에서 전해질 제조시 일반적으로 사용되는 리튬염이라면 모두 사용 가능하다. 예를 들어, 상기 리튬염은 예를 들어 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, Li(FSO2)2N, LiC4F9SO3, LiAlO2, LiAlCl4, LiN(CxF2x +1SO2)(CyF2y +1SO2)(x, y는 1 내지 20이다), LiCl, LiI 또는 이들의 혼합물 등을 들 수 있다. 이러한 일반적인 리튬염의 농도는 전해질에서 0.01 내지 2.0 M 일 수 있으나, 반드시 이러한 범위로 한정되는 것은 아니며 필요에 따라 적절한 농도가 사용될 수 있다. 상기 농도 범위 내에서 더욱 향상된 전지 특성이 얻어질 수 있다.
상기 화학식 1의 화합물이 전해질에 첨가되어 리튬 전지의 성능을 향상시키는 이유에 대하여 이하에서 보다 구체적으로 설명하나 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로서 본 발명의 범위가 이하 설명의 범위로 한정되는 것은 아니다.
화학식 1의 화합물을 전해질에 부가하는 경우 리튬 전지에서 사이클 수명 성능이 개선되는 것은 다음과 같이 설명될 수 있다.
첫째, 화학식 1의 화합물은 포스파이트계 화합물로서, 충방전 사이클이 진행되는 경우 전해질의 LiPF6염을 안정화하여 분해되는 것을 막는 역할을 한다. 둘째 화학식 1의 화합물은 용매보다 낮은 산화전위(oxidation poetential)를 갖고 있어 전해질이 분해되기 이전에 음극 표면에 SEI막을 형성하기 때문에 양극 상부에서 전해질이 산화되는 것을 막을 수 있다.
셋째, 양극 표면에서 화학식 1의 화합물이 산화하여 얻어진 생성물(즉 포스페이트)은 음극으로 이동되어 음극상에 포스페이트의 환원으로부터 얻어진 SEI막 형성에 참여한다.
화학식 1의 화합물은 중심원자인 인(P(III)에 직접 결합된 전자수용성 불소 치환기를 갖고 있어 4.45V 이상의 고전압에서 양극 상부에 존재하는 SEI막의 안정성을 개선시킬 수 있다.
결과적으로, 상기 화학식 1의 화합물은 음극 표면에 SEI층을 형성하거나 양극 표면에 보호층을 형성할 수 있으며, 향상된 열안정성을 가짐에 의하여 고온에서 산화안정성이 매우 우수하여 고온 및 고전압에서 리튬전지의 수명특성이 향상될 수 있다. 또한 4.4V 이상, 예를 들어 4.45 V 이상의 고전압에서 안정성이 매우 우수한 리튬전지를 제작할 수 있다.
상기 치환된 C1-C20 알킬기, 치환된 C2-C20 알케닐기, 치환된 C2-C20 알키닐기, 치환된 C6-C20 아릴기 또는 치환된 C2-C20 헤테로아릴기에서 치환기는 할로겐, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, tert-부틸기, 트리플루오로메틸기, 테트라플루오로에틸기, 페닐기, 나프틸기, 테트라플루오로페닐기, 피롤릴기, 및 피리디닐기 등일 수 있으나, 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 알킬렌기의 치환기로 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다.
전해질에서 유기용매는 저비점용매를 포함할 수 있다. 상기 저비점용매는 25℃, 1기압에서 비점이 200℃ 이하인 용매를 의미한다.
예를 들어, 상기 유기용매는 디알킬카보네이트, 고리형카보네이트, 선형 또는 고리형 에스테르, 선형 또는 고리형 아미드, 지방족 니트릴, 선형 또는 고리형 에테르 및 이들의 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 유기용매는 디메틸카보네이트(DMC), 에틸메틸카보네이트(EMC), 메틸프로필카보네이트, 에틸프로필카보네이트, 디에틸카보네이트(DEC), 디프로필카보네이트, 프로필렌카보네이트(PC), 에틸렌카보네이트(EC), 플루오로에틸렌카보네이트(FEC), 부틸렌카보네이트, 에틸프로피오네이트, 에틸부티레이트, 아세토니트릴, 석시노니트릴(SN), 디메틸술폭사이드, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, 감마-발레로락톤, 감마-부티로락톤 및 테트라하이드로퓨란으로 구성된 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있으나 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 사용될 수 있는 저비점용매라면 모두 가능하다.
다른 구현예에 따른 리튬전지는 양극; 음극 및 상술한 전해질을 포함한다. 상기 리튬 전지는 그 형태가 특별히 제한되지는 않으며, 리튬이온전지, 리튬이온폴리머전지, 리튬설퍼전지 등과 같은 리튬이차전지는 물론, 리튬일차 전지도 포함한다.
상기 리튬 전지에서 양극은 전이금속의 총중량을 기준으로 하여 니켈 함량이 20 내지 90 중량%, 예를 들어 30 내지 80 중량%인 니켈 리치(Nickel-rich) 리튬 니켈 복합 산화물을 포함할 수 있다. 이러한 니켈 리치 리튬 니켈 복합 산화물은 고온 성능에 대한 개선이 필요한데 상술한 리튬염과 디설톤계 화합물을 전해질에 부가하면 고온에서의 저항 증가가 감소될 뿐만 아니라 충방전 특성이 개선된다.
상기 리튬 니켈 복합 산화물의 예로는 하기 화학식 8로 표시되는 화합물을 들 수 있다.
[화학식 8]
LiaNi1 -b- cCobM’cO2
상기 화학식 8 중, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 < b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.2이고,
M’은 Al, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V 또는 이들의 조합이다.
상술한 니켈 리치 리튬 니켈 복합 산화물은 예를 들어 LiNi0 .6Co0 .2Mn0 .2O2와 LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2, 또는 LiNi0 .8Co0 .15Al0 .05O2가 있다.
예를 들어, 상기 리튬 전지에서 음극은 흑연을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 리튬전지는 4.4V 이상, 예를 들어 4.45 V 이상의 고전압을 가질 수 있다.
다른 일구현예에 따른 리튬전지는 양극은 LiCoO2을 포함한다.
예를 들어, 상기 리튬 전지는 다음과 같은 방법에 의하여 제조될 수 있다.
먼저 양극이 준비된다.
예를 들어, 양극 활물질, 도전제, 바인더 및 용매가 혼합된 양극 활물질 조성물이 준비된다. 상기 양극 활물질 조성물이 금속 집전체 위에 직접 코팅되어 양극판이 제조된다. 다르게는, 상기 양극 활물질 조성물이 별도의 지지체 상에 캐스팅된 다음, 상기 지지체로부터 박리된 필름이 금속 집전체상에 라미네이션되어 양극판이 제조될 수 있다. 상기 양극은 상기에서 열거한 형태에 한정되는 것은 아니고 상기 형태 이외의 형태일 수 있다.
양극 활물질은 상술한 바와 같이 LiCoO2를 사용하는 경우 리튬전지의 수명 특성과 직류내부저항(direct current internal resistance: DCIR)및 가스 발생량이 감소되어 전지 성능을 향상시킬 수 있다.
상기 양극 활물질은 또한 리튬 복합 산화물로서, 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이면 제한 없이 모두 사용될 수 있다. 이러한 리튬 복합 산화물을 상기한 니켈 리치 리튬 니켈 복합 산화물과 (LiCoO2 was used as a cathode active material) 함께 사용하는 것도 가능하다.
예를 들어, 코발트, 망간, 니켈, 및 이들의 조합에서 선택되는 금속과 리튬과의 복합 산화물 중 1종 이상의 것을 사용할 수 있으며, 그 구체적인 예로는, 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 -αFα(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 -αFα(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); LiFePO4의 화학식 중 어느 하나로 표현되는 화합물을 사용할 수 있다.
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 조합이며; J는 V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, 또는 이들의 조합이다.
물론 상기 화합물 표면에 코팅층을 갖는 것도 사용할 수 있고, 또는 상기 화합물과 코팅층을 갖는 화합물을 혼합하여 사용할 수도 있다. 이 코팅층은 코팅 원소의 옥사이드, 하이드록사이드, 코팅 원소의 옥시하이드록사이드, 코팅 원소의 옥시카보네이트, 또는 코팅 원소의 하이드록시카보네이트의 코팅 원소 화합물을 포함할 수 있다. 이들 코팅층을 이루는 화합물은 비정질 또는 결정질일 수 있다. 상기 코팅층에 포함되는 코팅 원소로는 Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, V, Sn, Ge, Ga, B, As, Zr 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 코팅층 형성 공정은 상기 화합물에 이러한 원소들을 사용하여 양극 활물질의 물성에 악영향을 주지 않는 방법(예를 들어 스프레이 코팅, 침지법 등)으로 코팅할 수 있으면 어떠한 코팅 방법을 사용하여도 무방하며, 이에 대하여는 당해 분야에 종사하는 사람들에게 잘 이해될 수 있는 내용이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 도전제로는 카본블랙, 흑연미립자 등이 사용될 수 있으나, 이들로 한정되지 않으며, 당해 기술분야에서 도전제로 사용될 수 있는 것이라면 모두 사용될 수 있다.
상기 바인더로는 비닐리덴 플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌 및 그 혼합물 또는 스티렌 부타디엔 고무계 폴리머 등이 사용될 수 있으나, 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 바인더로 사용될 수 있는 것이라면 모두 사용될 수 있다.
상기 용매로는 N-메틸피롤리돈, 아세톤 또는 물 등이 사용될 수 있으나, 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 사용될 수 있는 것이라면 모두 사용될 수 있다.
상기, 양극 활물질, 도전제, 바인더 및 용매의 함량은 리튬 전지에서 통상적으로 사용되는 수준이다. 리튬전지의 용도 및 구성에 따라 상기 도전제, 바인더 및 용매 중 하나 이상이 생략될 수 있다.
다음으로 음극이 준비된다.
예를 들어, 음극활물질, 도전제, 바인더 및 용매를 혼합하여 음극활물질 조성물이 준비된다. 상기 음극활물질 조성물이 금속 집전체 상에 직접 코팅 및 건조되어 음극판이 제조된다. 다르게는, 상기 음극활물질 조성물이 별도의 지지체상에 캐스팅된 다음, 상기 지지체로부터 박리된 필름이 금속 집전체상에 라미네이션되어 음극판이 제조될 수 있다.
상기 음극활물질은 당해 기술분야에서 리튬전지의 음극활물질로 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다. 예를 들어, 리튬 금속, 리튬과 합금 가능한 금속, 전이금속 산화물, 비전이금속산화물 및 탄소계 재료로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 리튬과 합금가능한 금속은 Si, Sn, Al, Ge, Pb, Bi, Sb Si-Y 합금(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 전이금속, 희토류 원소 또는 이들의 조합 원소이며, Si는 아님), Sn-Y 합금(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 전이금속, 희토류 원소 또는 이들의 조합 원소이며, Sn은 아님) 등일 수 있다. 상기 원소 Y로는 Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ti, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Po, 또는 이들의 조합일 수 있다.
예를 들어, 상기 전이금속 산화물은 리튬 티탄 산화물, 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물 등일 수 있다.
예를 들어, 상기 비전이금속 산화물은 SnO2, SiOx(0<x<2) 등일 수 있다.
상기 탄소계 재료로는 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 상기 결정질 탄소는 무정형, 판상, 린편상(flake), 구형 또는 섬유형의 천연 흑연 또는 인조 흑연과 같은 흑연일 수 있으며, 상기 비정질 탄소는 소프트 카본(soft carbon: 저온 소성 탄소) 또는 하드 카본(hard carbon), 메조페이스 피치(mesophase pitch) 탄화물, 소성된 코크스 등일 수 있다.
음극 활물질 조성물에서 도전제 및 바인더는 상기 양 극활물질 조성물의 경우와 동일한 것을 사용할 수 있다.
상기 음극 활물질, 도전제, 바인더 및 용매의 함량은 리튬 전지에서 통상적으로 사용하는 수준이다. 리튬전지의 용도 및 구성에 따라 상기 도전제, 바인더 및 용매 중 하나 이상이 생략될 수 있다.
다음으로, 상기 양극과 음극 사이에 삽입될 세퍼레이터가 준비된다.
상기 세퍼레이터는 리튬 전지에서 통상적으로 사용되는 것이라면 모두 사용가능하다. 전해질의 이온 이동에 대하여 저저항이면서 전해액 함습 능력이 우수한 것이 사용될 수 있다. 예를 들어, 유리 섬유, 폴리에스테르, 테프론, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 이들의 조합물 중에서 선택된 것으로서, 부직포 또는 직포 형태이어도 무방하다. 예를 들어, 리튬이온전지에는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등과 같은 권취 가능한 세퍼레이터가 사용되며, 리튬이온폴리머전지에는 전해질 함침 능력이 우수한 세퍼레이터가 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 세퍼레이터는 하기 방법에 따라 제조될 수 있다.
고분자 수지, 충진제 및 용매를 혼합하여 세퍼레이터 조성물이 준비된다. 상기 세퍼레이터 조성물이 전극 상부에 직접 코팅 및 건조되어 세퍼레이터가 형성될 수 있다. 또는, 상기 세퍼레이터 조성물이 지지체상에 캐스팅 및 건조된 후, 상기 지지체로부터 박리시킨 세퍼레이터 필름이 전극 상부에 라미네이션되어 세퍼레이터가 형성될 수 있다.
상기 세퍼레이터 제조에 사용되는 고분자 수지는 특별히 한정되지 않으며, 전극판의 결합재에 사용되는 물질들이 모두 사용될 수 있다. 예를 들어, 비닐리덴플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트 또는 이들의 혼합물 등이 사용될 수 있다.
다음으로, 상술한 전해질이 준비된다.
도 4에서 보여지는 바와 같이 상기 리튬전지(41)는 양극(43), 음극(42) 및 세퍼레이터(44)를 포함한다. 상술한 양극(43), 음극(42) 및 세퍼레이터(44)가 와인딩되거나 접혀서 전지케이스(45)에 수용된다. 이어서, 상기 전지케이스(45)에 전해질이 주입되고 캡(cap) 어셈블리(46)로 밀봉되어 리튬전지(41)가 완성된다. 상기 전지케이스는 원통형, 각형, 박막형 등일 수 있다. 예를 들어, 상기 리튬전지는 대형박막형전지일 수 있다. 상기 리튬전지는 리튬이온전지일 수 있다.
상기 양극 및 음극 사이에 세퍼레이터가 배치되어 전지구조체가 형성될 수 있다. 상기 전지구조체가 바이셀 구조로 적층된 다음, 유기 전해액에 함침되고, 얻어진 결과물이 파우치에 수용되어 밀봉되면 리튬이온폴리머전지가 완성된다.
또한, 상기 전지구조체는 복수개 적층되어 전지팩을 형성하고, 이러한 전지팩이 고용량 및 고출력이 요구되는 모든 기기에 사용될 수 있다. 예를 들어, 노트북, 스마트폰, 전기차량 등에 사용될 수 있다.
또한, 상기 리튬 전지는 수명특성 및 고율특성이 우수하므로 전기차량(electric vehicle, EV)에 사용될 수 있다. 예를 들어, 플러그인하이브리드차량(plug-in hybrid electric vehicle, PHEV) 등의 하이브리드차량에 사용될 수 있다. 또한, 많은 양의 전력 저장이 요구되는 분야에 사용될 수 있다. 예를 들어, 전기 자전거, 전동 공구 등에 사용될 수 있다.
본 명세서에서, "알킬기" 또는 "알킬렌기"라는 용어는 분지된 또는 분지되지 않은 지방족 탄화수소기를 의미한다. 일 구현예에서 알킬기는 치환되거나 치환되지 않을 수 있다. 알킬기는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기, 펜틸기, 헥실기, 시클로프로필기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 시클로헵틸기 등을 포함하나 반드시 이들로 한정되지 않으며, 이들 각각은 선택적으로 치환되거나 치환되지 않을 수 있다. 일 구현예에서 알킬기는 1 내지 6의 탄소원자를 가질 수 있다. 예를 들어, 탄소수 1 내지 6의 알킬기는 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소-부틸, sec-부틸, 펜틸, 3-펜틸, 헥실 등일 수 있으나 반드시 이들로 한정되지 않는다.
본 명세서에서, "시클로알킬기"라는 용어는 완전히 포화된 카보사이클 고리 또는 고리시스템을 의미한다. 예를 들어, 시클로프로필, 시클로부틸, 시클로펜틸, 시클로헥실을 의미한다.
본 명세서에서, "알케닐기"라는 용어는 적어도 하나의 탄소-탄소 이중결합을 포함하는 2 내지 20의 탄소원자를 포함하는 탄화수소기로서 에테닐기, 1-프로페닐기, 2-프로페닐기, 2-메틸-1-프로페닐기, 1-부테닐기, 2-부테닐기, 시클로프로페닐기, 시클로펜테닐기, 시클로헥세닐기, 시클로헵테닐기 등을 포함하나 이들로 한정되지 않는다. 일 구현예에서, 알케닐기는 치환되거나 치환되지 않을 수 있다. 일 구현예에서, 알케닐기는 2 내지 40의 탄소원자를 가질 수 있다.
본 명세서에서, "알키닐기"라는 용어는 적어도 하나의 탄소-탄소 삼중결합을 포함하는 2 내지 20의 탄소원자를 포함하는 탄화수소기로서 에티닐기, 1-프로피닐기, 1-부티닐기, 2-부티닐기 등을 포함하나 이들로 한정되지 않는다. 일 구현예에서, 알키닐기는 치환되거나 치환되지 않을 수 있다. 일 구현예에서, 알키닐기는 2 내지 40의 탄소원자를 가질 수 있다.
본 명세서에서, "방향족"이라는 용어는 공액(conjugated) 파이 전자 시스템을 가지는 고리 또는 고리 시스템을 의미하며, 탄소고리 방향족(예를 들어, 페닐기) 및 헤테로고리 방향족기 (예를 들어, 피리딘)을 포함한다. 상기 용어는 전체 고리 시스템이 방향족이라면, 단일환고리 또는 융화된 다환고리(즉, 인접하는 원자쌍을 공유하는 고리)를 포함한다.
본 명세서에서, "아릴기"라는 용어는 고리 골격이 오직 탄소만을 포함하는 방향족 고리 또는 고리 시스템(즉, 2개의 인접하는 탄소 원자들을 공유하는 2 이상의 융화된(fused) 고리)을 의미한다. 상기 아릴기가 고리 시스템이면, 상기 시스템에서 각각의 고리는 방향족이다. 예를 들어, 아릴기는 페닐기, 비페닐기, 나프틸기, 페날트레닐기(phenanthrenyl), 나프타세닐기(naphthacenyl) 등을 포함하나 이들로 한정되지 않는다. 상기 아릴기는 치환되거나 치환되지 않을 수 있다.
본 명세서에서, "헤테로아릴기"라는 용어는 하나의 고리 또는 복수의 융화된 고리를 가지며, 하나 이상의 고리 원자가 탄소가 아닌, 즉 헤테로원자인, 방향족 고리 시스템을 의미한다. 융화된 고리 시스템에서, 하나 이상의 헤테로원자는 오직 하나의 고리에 존재할 수 있다. 예를 들어, 헤테로원자는 산소, 황 및 질소를 포함하나 반드시 이들로 한정되지 않는다. 예를 들어, 헤테로아릴기는 퓨라닐기(furanyl), 티에닐기(thienyl), 이미다졸릴기(imidazolyl), 퀴나졸리닐기(quinazolinyl), 퀴놀리닐기(quinolinyl), 이소퀴놀리닐기(isoquinolinyl), 퀴녹살리닐기(quinoxalinyl), 피리디닐기(pyridinyl), 피롤릴기(pyrrolyl), 옥사졸릴기(oxazolyl), 인돌릴기(indolyl), 등일 수 있으나 이들로 한정되지 않는다.
본 명세서에서, "아랄킬기", "알킬아릴기"라는 용어는 탄소수 7 내지 14의 아랄킬기 등과 같이, 알킬렌기를 경유하여 치환기로서 연결된 아릴기를 의미하며, 벤질기, 2-페닐에틸기, 3-페닐프로필기, 나프틸알킬기를 포함하나 이들로 한정되지 않는다. 일 구현에에서, 알킬렌기는 저급 알킬렌기(즉, 탄소수 1 내지 4의 알킬렌기)이다.
본 명세서에서, "시클로알케닐기"는 하나 이상의 이중결합을 가지는 카보사이틀 고리 또는 고리시스템으로서, 방향족 고리가 없는 고리 시스템이다. 예를 들어, 시클로헥세닐기이다.
본 명세서에서 "헤테로사이클릴기"는 고리 골격에 하나 이상의 헤테로원자를 포함하는 비방향족 고리 또는 고리시스템이다.
본 명세서에서 "할로겐"은 원소주기율표의 17족에서 속하는 안정한 원소로서 예를 들어, 불소, 염소, 브롬 또는 요오드이며, 특히 불소 및/또는 염소이다.
본 명세서에서, 치환기는 치환되지 않는 모그룹(mother group)에서 하나 이상의 수소가 다른 원자나 작용기를 교환됨에 의하여 유도된다. 다르게 기재하지 않으면, 어떠한 작용기가 "치환된"것으로 여겨질 때, 그것은 상기 작용기가 탄소수 1 내지 40의 알킬기, 탄소수 2 내지 40의 알케닐기, 탄소수 3 내지 40의 시클로알킬기, 탄소수 3 내지 40의 시클로알케닐기, 탄소수 1 내지 40의 알킬기, 탄소수 7 내지 40의 아릴기에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치횐됨을 의미한다. 작용기가 "선택적으로 치환된다"고 기재되는 경우에, 상기 작용기가 상술한 치환기로 치환될 수 있다는 것을 의미한다.
이하의 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명이 더욱 상세하게 설명된다. 단, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서 이들만으로 본 발명의 범위가 한정되는 것이 아니다.
제조예 1: 화학식 4의 화합물의 합성
화학식 4의 화합물은 하기 과정에 따라 제조되었다.
[반응식 1]
Figure pat00010
안티몬 트리플루오라이드(Antimony(III) trifluoride) (Alfa Aesar; 14.30 g, 0.08 mol)를 질소 분위기하에서 에틸렌 클로로포스파이트(ethylene chlorophosphite) (Alfa Aesar; 20.24 g, 0.16 mol)에 적가하면서 반응 혼합물을 수조에서 냉각하였다.
안티몬 트리플루오라이드를 반응 혼합물에 부가한 후 반응 혼합물이 실온(25℃)에 도달할때까지 약 30분 동안 교반하였다. 반응 혼합물을 약 55℃로 열처리를 실시하고 이 온도에서 2시간동안 유지하였다. 이어서 반응 혼합물을 실온(25℃)으로 다시 냉각하여 조생성물(crude product)을 얻었다.
조생성물을 진공(약 150 Torr) 조건에서 증류하여 불순물을 제거하고 약 44-45℃의 비점을 갖는 물질을 모았다. 상기 결과물을 다시 진공(약 150 Torr) 조건에서 증류하여 불순물을 제거하고 43-44.5 oC의 비점을 갖는 물질을 모아 화학식 4로 표시되는 화합물을 수득하였다.
[화학식 4]
Figure pat00011
1H (400 MHz; CDCl3; 25 oC): δ 4.26-4.09 (m, 4H)
19F (400 MHz; CDCl3; 25 oC): δ -41.12 (d, JPF= 1229.7 Hz)
31P (400 MHz; CDCl3; 25 oC): δ 124.28 (d, JPF= 1231.1 Hz)
실시예 1: 전해질의 제조
에틸렌카보네이트(EC), 디에틸카보네이트(DEC), 및 에틸프로피오네이트(EP)의 3:5:2 부피비 혼합용매에, 제조예 1에 따라 얻은 화학식 4로 표시되는 화합물 및 0.90M의 LiPF6이 용해된 전해질을 제조하였다. 화학식 4로 표시되는 화합물의 함량은 전해질 총중량을 기준으로 하여 0.1 중량%였다.
실시예 2: 전해질의 제조
화학식 4로 표시되는 화합물의 함량이 0.25 중량%로 변화된 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하였다.
비교예 1: 전해질의 제조
화학식 4로 표시되는 화합물이 부가되지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하였다.
실시예 3: 리튬 전지의 제조
인조 흑연(BSG-L, Tianjin BTR New Energy Technology Co., Ltd.) 98중량%, 스티렌-부타디엔 고무(SBR)바인더(ZEON) 1.0중량% 및 카르복시메틸셀룰로오스(CMC, NIPPON A&L) 1.0중량%를 혼합한 후 증류수에 투입하고 기계식 교반기를 사용하여 60분간 교반하여 음극활물질 슬러리를 제조하였다. 상기 슬러리를 닥터 블레이드를 사용하여 10㎛ 두께의 구리 집전체 위에 약 60㎛ 두께로 도포하고 100℃의 열풍건조기에서 0.5시간 동안 건조한 후 진공, 120℃의 조건에서 4시간 동안 다시 한번 건조하고, 압연(roll press)하여 음극을 제조하였다.
LiCoO2 97.45중량%, 도전제로서 인조흑연(SFG6, Timcal) 분말 0.5중량%, 카본블랙(Ketjenblack, ECP) 0.7중량%, 개질 아크릴로니트릴 고무(BM-720H, Zeon Corporation) 0.25중량%, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF, S6020, Solvay) 0.9중량%, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF, S5130, Solvay) 0.2중량%를 혼합하여 N-메틸-2-피롤리돈 용매에 투입한 후 기계식 교반기를 사용하여 30분간 교반하여 양극활물질 슬러리를 제조하였다.
상기 슬러리를 닥터 블레이드를 사용하여 20㎛ 두께의 알루미늄 집전체 위에 약 60㎛ 두께로 도포하고 100℃의 열풍건조기에서 0.5시간 동안 건조한 후 진공, 120℃의 조건에서 4시간 동안 다시 한번 건조하고, 압연(roll press)하여 양극을 제조하였다.
세퍼레이터로서 양극측에 세라믹이 코팅된 두께 14㎛ 폴리에틸렌 세퍼레이터 및 전해액으로서 상기 실시예 1에 따라 제조된 전해질을 사용하여 리튬전지를 제조하였다.
실시예 4: 리튬전지의 제조
실시예 1에서 제조된 전해질 대신 실시예 2에서 제조된 전해질을 각각 사용한 것을 제외하고는, 제작예 1과 동일한 방법으로 리튬전지를 제조하였다.
실시예 5-7: 전해질 및 리튬전지의 제조
화학식 4의 화합물 대신 화학식 5의 화합물, 화학식 6의 화합물 및 화학식 7의 화합물을 각각 이용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 실시하여 전해질을 각각 제조하였다. 실시예 1의 전해질 대신 상기 과정에 따라 얻은 전해질을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 3과 동일한 방법에 따라 실시하여 리튬전지를 각각 제조하였다.
실시예 8: 전해질의 제조
화학식 4로 표시되는 화합물의 함량이 0.5 중량%로 변화된 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하였다.
실시예 9: 리튬전지의 제조
실시예 1에서 제조된 전해질 대신 실시예 8에서 제조된 전해질을 각각 사용한 것을 제외하고는, 제작예 1과 동일한 방법으로 리튬전지를 제조하였다.
비교예 2: 리튬전지의 제조
실시예 1에서 제조된 전해질 대신 비교예 1에서 제조된 전해질을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 3과 동일한 방법으로 리튬전지를 제조하였다.
평가예 1: 수명
1)실시예 3-4 및 비교예 2
상기 실시예 3-4 및 비교예 2에 따라 제조된 리튬전지를 45℃에서 0.1C rate의 전류로 전압이 4.30V(vs. Li)에 이를 때까지 정전류 충전하고, 이어서 정전압 모드에서 4.30V를 유지하면서 0.05C rate의 전류에서 컷오프(cut-off)하였다. 이어서, 방전시에 전압이 2.8V(vs. Li)에 이를 때까지 0.1C rate의 정전류로 방전하였다(화성단계, 1st 사이클).
상기 화성 단계의 1st 사이클을 거친 리튬전지를 45℃에서 0.2C rate의 전류로 전압이 4.40V(vs. Li)에 이를 때까지 정전류 충전하고, 이어서 정전압 모드에서 4.40V를 유지하면서 0.05C rate의 전류에서 컷오프(cut-off)하였다. 이어서, 방전시에 전압이 2.8V(vs. Li)에 이를 때까지 0.2C rate의 정전류로 방전하였다(화성단계, 2nd 사이클).
상기 화성 단계를 거친 리튬전지를 45℃에서 1.0C rate의 전류로 전압이 4.40V(vs. Li)에 이를 때까지 정전류 충전하고, 이어서 정전압 모드에서 4.40V를 유지하면서 0.05C rate의 전류에서 컷오프(cut-off)하였다. 이어서, 방전시에 전압이 2.75V(vs. Li)에 이를 때까지 1.0C rate의 정전류로 방전하는 사이클을 150th 사이클까지 반복하였다.
상기 모든 충방전 사이클에서 하나의 충전/방전 사이클 후 20분간의 정지 시간을 두었다. 상기 충방전 실험 결과의 일부인 사이클수에 따른 비방전용량 변화를 도 1에 나타내었다.
도 1에 나타난 바와 같이, 실시예 3 및 4 에 따른 리튬전지는 비교예 2의 리튬전지과 유사한 수준으로 수명특성이 우수하였다.
2) 실시예 3-7, 9 및 비교예 2
상기 실시예 3-7, 9 및 비교예 2에 따라 제조된 리튬전지를 45℃에서 0.1C rate의 전류로 전압이 4.45V(vs. Li)에 이를 때까지 정전류 충전하고, 이어서 정전압 모드에서 4.45V를 유지하면서 0.05C rate의 전류에서 컷오프(cut-off)하였다. 이어서, 방전시에 전압이 2.8V(vs. Li)에 이를 때까지 0.1C rate의 정전류로 방전하였다(화성단계, 1st 사이클).
상기 화성단계의 1st 사이클을 거친 리튬전지를 45℃에서 0.2C rate의 전류로 전압이 4.45V(vs. Li)에 이를 때까지 정전류 충전하고, 이어서 정전압 모드에서 4.45V를 유지하면서 0.05C rate의 전류에서 컷오프(cut-off)하였다. 이어서, 방전시에 전압이 2.8V(vs. Li)에 이를 때까지 0.2C rate의 정전류로 방전하였다(화성단계, 2nd 사이클).
상기 화성단계를 거친 리튬전지를 45℃에서 1.0C rate의 전류로 전압이 4.45V(vs. Li)에 이를 때까지 정전류 충전하고, 이어서 정전압 모드에서 4.45V를 유지하면서 0.05C rate의 전류에서 컷오프(cut-off)하였다. 이어서, 방전시에 전압이 2.75V(vs. Li)에 이를 때까지 1.0C rate의 정전류로 방전하는 사이클을 150th 사이클까지 반복하였다.
상기 모든 충방전 사이클에서 하나의 충전/방전 사이클 후 20분간의 정지 시간을 두었다.
상기 충방전 실험 결과의 일부인 사이클수에 따른 비방전용량 변화를 도 2에 나타내었다.
도 2에 나타난 바와 같이, 실시예 3, 4, 9에 따른 리튬전지는 비교예 2의 리
튬전지에 비하여 4.45V의 고전압에서의 수명 특성이 향상되었다. 또한 실시예 5 내지 7에 따라 제조된 리튬전지에 대한 방전용량 특성을 평가하였다. 평가 결과, 실시예 5 내지 7에 따라 제조된 리튬전지는 실시예 3, 4 및 9에 따라 제조된 리튬전지와 거의 유사한 수준을 나타냈다.
또한 실시예 3, 4, 9 및 비교예 2에 제조된 리튬전지에 대하여 용량유지율을 평가하였다. 평가 결과는 도 3에 나타난 바와 같다.
용량유지율은 하기 식 1로 정의된다.
<식 1>
용량 유지율=[150th 사이클에서의 방전용량/1st 사이클에서의 방전용량]×100
평가 결과, 실시예 3, 4 및 9에 따라 제조된 리튬전지는 비교예 2의 리튬전지에 비하여 4.45V의 고전압에서의 수명 특성이 개선됨을 알 수 있었다.
또한 실시예 5 내지 7에 따라 제조된 리튬전지는 상술한 실시예 3의 리튬전지와 동등한 수준의 수명 특성을 나타냈다.
이상에서는 도면 및 실시예를 참조하여 일구현예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 구현예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
41: 리튬전지 42: 음극
43: 양극 44: 세퍼레이터
45: 전지케이스 46: 캡 어셈블리

Claims (11)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 화합물; 리튬염; 및 유기용매를 포함하는 리튬 전지용 전해질:
    <화학식 1>
    Figure pat00012

    상기 화학식 1 중, X는 할로겐 원자이고,
    R1 및 R2 　는 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1-C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴기고, R1 및 R2는 서로 연결되어 고리를 형성할 수 있다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1의 화합물은 하기 화학식 1a로 표시되는 화합물인 리튬전지용 전해질:
    <화학식 1a>
    Figure pat00013

    상기 화학식 1 a 중, R1 및 R2 　는 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1-C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴기고,
    R1 및 R2　는 서로 연결되어 고리를 형성할 수 있다.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 R1과 R2는 서로 연결되어 치환된 또는 비치환된 C2 내지 C5의 알킬렌기를 형성하는 리튬 전지용 전해질.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 R1과 R2는 서로 연결되어 -CH2-CH2-, -CH2-C(CH3)2-CH2- 또는 -C(CH3)2-C(CH3)2-기를 형성하는 리튬 전지용 전해질.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식으로 표시되는 화합물인 리튬 전지용 전해질:
    [화학식 2]
    Figure pat00014

    상기 화학식 2 중, R3 내지 R6은 서로 독립적으로 수소, C1-C10의 알킬기, C6-C20의 아릴기, 할로겐 원자, 시아노기, 하이드록시기, C2-C20의 헤테로아릴기, C6-C20의 탄소고리기및 C2-C20의 헤테로고리기로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이고,
    [화학식 3]
    Figure pat00015

    상기 화학식 3 중, R7 내지 R12는 서로 독립적으로 수소, C1-C10의 알킬기, C6-C20의 아릴기, 할로겐 원자, 시아노기, 하이드록시기, C2-C20의 헤테로아릴기, C6-C20의 탄소고리기 및 C2-C20의 헤테로고리기로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이다.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 화합물은 하기 화학식 4로 표시되는 화합물, 화학식 5로 표시되는 화합물, 화학식 6으로 표시되는 화합물 및 화학식 7로 표시되는 화합물 중에서 선택된 하나 이상인 리튬 전지용 전해질.
    [화학식 4]
    Figure pat00016

    [화학식 5]
    Figure pat00017

    [화학식 6]
    Figure pat00018

    [화학식 7]
    Figure pat00019
  7. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 함량이 상기 전해질 총 중량을 기준으로 0.01 내지 10중량%인 리튬전지용 전해질.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 리튬염의 함량이 상기 전해질 총 중량을 기준으로 0.5 내지 3 중량%인 리튬전지용 전해질.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 유기용매가 디알킬카보네이트, 고리형카보네이트, 선형 또는 고리형 에스테르, 선형 또는 고리형 아미드, 지방족 니트릴, 선형 또는 고리형 에테르 및 이들의 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 리튬전지용 전해질.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 유기용매가 디메틸카보네이트(DMC), 에틸메틸카보네이트(EMC), 메틸프로필카보네이트, 에틸프로필카보네이트, 디에틸카보네이트(DEC), 디프로필카보네이트, 프로필렌카보네이트(PC), 에틸렌카보네이트(EC), 플루오로에틸렌카보네이트(FEC), 부틸렌카보네이트, 에틸프로피오네이트, 에틸부티레이트, 아세토니트릴, 석시노니트릴(SN), 디메틸술폭사이드, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, 감마-발레로락톤, 감마-부티로락톤 및 테트라하이드로퓨란으로 구성된 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 리튬전지용 전해질.
  11. 양극;
    음극; 및
    상기 제 1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 전해질을 포함하는 리튬전지.
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