KR20230015879A - 전해액, 리튬이온 전지 및 전기 기기 - Google Patents

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Abstract

본 출원은 리튬이온 전지 전해액을 제공하는 것으로, 리튬이온 전지 전해액에서의 고리형 에스테르 및 리튬 염의 상대 비율을 한정함으로써, 고리형 에스테르 및 리튬 염을 모두 포함하는 전해액이 우수한 전도도, 내산화성, 계의 안정성 및 적절한 점도를 겸비하도록 하고 음극 계면막의 도전성을 향상시켜 이를 포함하는 리튬이온 전지의 고온 저장 성능 및 고온 사이클 성능이 크게 향상시킬 수 있고, 이와 동시에 우수한 전력 성능을 가질 수 있게 된다.

Description

전해액, 리튬이온 전지 및 전기 기기
본 출원은 리튬 전지 기술 분야에 관한 것으로, 특히, 전해액, 리튬이온 전지, 전지 모듈, 전지팩 및 전기 기기에 관한 것이다.
최근에는 리튬이온 전지의 적용이 점차 광범위해지면서 수력, 화력, 풍력, 태양광 발전소등의 에너지 저장 전력 시스템과 전동공구, 전기 자전거, 전기 오토바이, 전기 자동차, 군사 장비, 항공 우주등 다양한 분야에서 광범위하게 적용되고 있다.
그러나 리튬이온 전지가 위에서 언급한 전기 기기등에 설치된 후에는 조립 공간의 제한성과 전기 기기의 다른 구성 요소의 열 방출의 영향으로 인해, 전지의 실제 작업 환경 온도가 비교적 높게 조성되므로 실온에서의 전지의 사이클 및 저장 성능을 향상시키는 것만으로는 실제 전기 기기에서 전지의 사이클 및 저장을 효과적으로 향상시킬 수없다. 따라서, 고온 사이클 성능이 우수한 리튬이온 전지를 개발 및 설계하는 것은 매우큰 실용 가치를 가진다.
본 출원은 상술한 문제점을 감안하여 구성된 것으로, 전지의 고온 저장 성능 및 고온 사이클 성능을 효과적으로 향상시킬 수 있는 전해액을 제공하고, 본 출원의 전해액을 포함하는 리튬이온 전지, 전지 모듈, 전지팩 및 전기 기기를 제공하는 것을 목적으로한다.
상기 목적을 실현하기 위하여, 본 출원의 제1 측면은 전해질염 및 유기 용매를 포함하는 전해액을 제공할 수 있다. 상기 전해질염은 리튬 염을 포함하고, 상기 유기 용매는 고리형 에스테르를 포함하며, 상기 전해액에서의 상기 리튬 염의 질량분율 W1과 상기 전해액에서의 상기 고리형 에스테르의 질량분율 W2는 0.2≤
Figure pct00001
≤1.06을 만족할 수 있다.
임의의 실시양태에서, 본 출원의 상기 전해액에서, 상기
Figure pct00002
의 범위는0.5-1.06일 수 있고, 선택적으로 0.8-1.0일 수 있다.
임의의 실시양태에서, 본 출원의 전해액에서, 상기 고리형 에스테르 질량의 상기 유기 용매 질량에 대한 질량분율 B는 5%-18%일 수 있고, 선택적으로 13%-16%일 수 있다.
임의의 실시양태에서, 본 출원의 전해액에서, 상기 리튬 염은 리튬비스플루오로설포닐이미드, 리튬 헥사 플루오르 포스페이트중의 적어도 하나를 포함할 수 있고, 상기 고리형 에스테르는 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
임의의 실시양태에서, 본 출원의 전해액에서, 상기 리튬비스플루오로설포닐이미드의 몰농도 C1 및 상기 리튬 헥사 플루오르 포스페이트의 몰농도 C2의 합은 0.86-1.4 M일 수 있다.
임의의 실시양태에서, 본 출원의 전해액은 성막 첨가제를 포함하고, 상기 전해액에서의 상기 성막 첨가제의 질량분율 A 및 상기 전해액에서의 상기 고리형 에스테르의 질량분율 W2는
Figure pct00003
을 만족할 수 있다.
본 출원의 제2 측면은 본 출원의 제1 측면에 따른 전해액, 격리막, 음극 시트 및 양극 시트를 포함하는 리튬이온 전지를 제공할 수 있다.
임의의 실시양태에서, 상기 양극 시트는 양극 활물질 LiNixCoyMnzO2을 포함하고, 여기서, x+y+z=1이며, 상기 전해액에서의 상기 고리형 에스테르의 질량분율 W2 및 니켈 원자 함량x는 관계식 0.5≤
Figure pct00004
≤0.72을 만족할 수 있다.
임의의 실시양태에서, 상기 양극 시트는 양극 활물질 LiNixCoyMnzO2을 포함하고, 여기서, x+y+z=1이며, 본 출원의 전해액을 배합하는 각도로 볼 때, 상기 니켈 원자 함량x는 0.5이상, 선택적으로 0.65, 0.8, 0.96일 수 있다.
임의의 실시양태에서, 본 출원의 리튬이온 전지에서, 1540.25mm2 집전체 표면에서의 음극 재료의 적재량 H（단위: g） 및 상기 전해액에서의 상기 고리형 에스테르의 질량분율 W2는 관계식 20≤
Figure pct00005
≤166을 만족할 수 있다.
본 출원에서는 리튬이온 전지 전해액에서의 고리형 에스테르 및 리튬 염의 상대 비율을 한정하여, 고리형 에스테르 및 리튬 염을 모두 포함하는 전해액이 우수한 전도도, 내산화성, 계의 안정성 및 적절한 점도를 겸비할 수 있다. 또한, 음극 계면막의 도전성을 향상시킬 수 있으므로 이를 포함하는 리튬이온 전지의 고온 저장 성능 및 고온 사이클 성능을 크게 향상시킬 수 있고, 이와 동시에 우수한 전력 성능을 가질 수 있게 된다.
도 1은 본 출원의 일 실시양태에 따른 리튬이온 전지의 예시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 본 출원의 일 실시양태에 따른 리튬이온 전지의 분해도이다.
도 3은 본 출원의 일 실시양태에 따른 리튬이온 전지를 전원의 전기 기기로 사용한 예시도이다.
이하, 본 출원의 전해액, 리튬이온 전지, 전지 모듈, 전지팩 및 전기 기기를 구체적으로 개시하는 실시 형태를 첨부 도면을 적절히 참조하여 상세하게 설명하도록 한다. 다만, 경우에 따라 불필요한 상세한 설명은 생략할 수 있다. 예를 들어, 공지 사항에 대한 구체적인 설명이나 실제 동일한 구성에 대한 중복되는 설명은 생략될 수 있다. 이는 이하의 설명이 불필요하게 길어지는 것을 방지하고 당업자의 이해를 돕기 위함이다. 또한, 도면 및 이하의 설명은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 출원을 충분히 이해할 수 있도록 제공되는 것으로, 특허청구범위에 기재된 요지를 한정하려는 의도가 아니다.
본 출원에 개시된 "범위"는 하한 및 상한의 형태로 정의되며, 주어진 범위는 하나의하한 및 하나의 상한을 선택하여 정의되고, 선택된 하한 및 상한은 특정 범위의 경계를 정의한다. 이러한 방식으로 정의된 범위는 포괄적이거나 배타적일 수 있고, 임의로 조합될 수 있으며, 즉, 임의의 하한이 임의의 상한과 조합되어 범위를 형성할 수 있다. 예를 들어, 특정 매개변수에 대해 60-120 및 80-110의 범위가 나열되는 경우, 60-110 및 80-120의 범위도 예상되는 것으로 이해하여야 한다. 또한 최소 범위 값 1 및 2가 나열되고 최대 범위 값 3, 4 및 5가 나열된 경우, 1-3, 1-4, 1-5 , 2-3, 2-4 및 2-5의 범위가 모두 예상되는 것이다. 본 출원에서, 달리 명시되지 않는 한, 수치 범위 "a-b"는 a와 b 사이의 임의의 실수 조합의 축약된 표현을 나타내며, 여기서, a와 b는 모두 실수이다. 예를 들어, 수치 범위 "0-5"는 "0-5" 사이의 모든 실수가 본 명세서에 나열되었음을 의미하고, "0-5"는 이러한 수치 조합을 축약한 표현일 뿐이다. 또한, 파라미터가 2 이상(≥2)의 정수로 표현되는 경우, 그 파라미터가 예를 들어 정수 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 등임을 개시한 것에 해당한다.
특별한 설명이 없는 경우, 본 출원의 모든 실시 양태 및 선택적 실시 양태는 서로 결합하여 새로운 기술 방안을 형성할 수 있다.
특별한 설명이 없는 경우, 본 출원의 모든 기술적 특징과 선택적 기술적 특징은 서로 결합하여 새로운 기술 방안을 구성할 수 있다.
특별한 설명이 없는 경우, 본 출원의 모든 단계는 순차적으로 또는 무작위로 수행될 수 있으며, 바람직하게는 순차적으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 방법이 단계 (a) 및 (b)를 포함하는 경우, 이는 상기 방법이 순차적으로 수행되는 단계 (a) 및 (b)를 포함할 수 있고, 또한 순차적으로 수행되는 단계 (b) 및 (a)를 포함할 수 있음을 나타낸다. 예를 들어, 상기 방법이 단계 (c)를 추가로 포함할 수 있다고 언급된 경우, 단계 (c)가 임의의 순서로 상기 방법에 추가될 수 있음을 나타낼 수 있고, 예를 들어, 상기 방법은 단계 (a), (b) 및 (c)를 포함할 수 있고, 단계 (a), (c) 및 (b)를 포함할 수도 있으며, 단계 (c), (a) 및 (b) 등을 포함할 수도 있다.
특별한 설명이 없는 경우, 본 출원에서 언급된 "포함하는" 및 "포함되는"은 개방형일 수도 있고 폐쇄형일 수도 있다. 예를 들어, 상기 "포함하는" 및 "포함되는"은 나열되지 않은 다른 구성 요소도 포함하거나 포함될 수 있고, 나열된 구성 요소만 포함하거나 포함될 수 있음을 의미할 수 있다.
특별한 설명이 없는 경우, 본 출원에서 "또는"이라는 용어는 포괄적인 것이다. 예를 들어 "A 또는 B"는 "A, B 또는 A와 B"를 의미한다. 보다 구체적으로, 조건 "A 또는 B"는, A가 참(또는 존재)이고 B가 거짓(또는 부재)이거나, A가 거짓(또는 부재)이고 B가 참(또는 존재)이거나, 또는 A와 B가 모두 참(또는 존재)인 경우에 충족된다.
전해액 제조에 대한 장기간의 경험을 토대로, 본 출원의 발명자들은, 리튬이온 전지 전해액의 경우, 전해액에 고리형 에스테르계 용매를 첨가하면 리튬 염의 해리 기능을 현저히 개선할 수 있고, 이에 따라 전해액의 전반적인 전도도를 향상시키는 동시에 음극 계면막의 조성을 개선하면서 음극 표면에서 용매의 추가 부반응을 효과적으로 방지할 수 있으며 전지의 전기 화학적 성능을 개선시키는데 중요한 역할을 한다는 것을 발견하였다.
그러나, 대량의 실험을 통해, 이러한 유형의 고리형 에스테르계 용매가 전해액에 적용될 때, 다른 유형의 용매에 비해, 고리형 에스테르계 용매가 양극 표면에 쉽게 농화되고, 양극 표면에 농화된 고리형 에스테르는 쉽게 산화 분해되어 전해액의 용매 성분 손실을 악화시키고 대량의 가스를 발생시켜 궁극적으로 전지의 사이클 성능 및 저장 성능을 저하시킬 수 있다. 또한, 고리형 에스테르계 용매의 점도는 일반적으로 사용되는 다른 유형의 용매보다 훨씬 높기 때문에 전해액의 체계점도를 증가시켜 리튬이온의 수송에 불리하며, 전지의 전기 화학적 성능에 또한 불리하다.
또한, 본 발명자는 내부에 고리형 에스테르계 용매를 포함하는 리튬이온 전지의 경우, 상온 환경에 비해 고온 환경에서 전지의 저장 성능 및 사이클 성능이 대폭 저하됨을 발견하였다. 본 발명자의 심도 있는 연구 및 분석 결과, 이는 고온이 고리형 에스테르계 용매가 양극 표면에 더 빠르고 더 많이 농화되도록 촉진함과 동시에 고온이 양극 표면에 농화된 고리형 에스테르의 분해를 촉진하여 고온 환경이 궁극적으로 전지의 사이클 성능 및 저장 성능을 저하시키게 되는 것으로 추측된다.
이를 바탕으로, 본 발명자들은 대량의 실험을 통해, 전해액중의 고리형 에스테르와 리튬염의 상대 함량을 특정 범위 내에서 상승적으로 조절함으로써, 전해액이 비교적 높은 전도도를 충분히 확보할 수 있다는 전제하에, 양극에서의 이러한 고리형 에스테르계 용매의 농화속도 및 농화양을 현저히 개선시킬 수 있고, 양극의 산화 분해를 늦출수 있으며 동시에 전해액 체계점도도 크게 향상 시킴으로써 궁극적으로는 고리형 에스테르계 용매를 적용한 리튬이온 전지의 고온에서의 사이클 성능, 저장 성능 및 전력 성능을 크게 향상시킬수 있음을 발견하였다.
본 출원의 전해액 배합은 니켈 원자 함량이 높은 삼원 리튬이온 전지에 특히 적합하며, 니켈 원자 함량이 매우 높은 삼원 리튬이온 전지이더라도 적합하다.
본 출원의 전해액 배합은 고온에서의 리튬이온 전지의 고온하에서의 사이클 성능, 저장 성능 및 전력 성능을 개선하는데 특히 적합하다.
[전해액]
본 출원의 제1 측면은 전해질염 및 유기 용매를 포함하는 전해액을 제공한다. 상기 전해질염은 리튬 염을 포함하고, 상기 유기 용매는 고리형 에스테르를 포함한다. 상기 전해액에서의 상기 리튬 염의 질량분율 W1과 상기 전해액에서의 상기 고리형 에스테르의 질량분율 W2는 0.2≤
Figure pct00006
≤1.06을 만족한다.
본 출원의 리튬 염은 리튬헥사플루오르포스페이트, 리튬테트라플루오르보레이트, 리튬퍼클로레이트, 리튬헥사플루오르아르센네이트, 리튬비스플루오로설포닐이미드, 리튬비스트리플루오로메틸설포닐이미드, 리튬트리플루오로메탄설포네이트, 리튬디플루오로포스페이트, 리튬옥살릴디플루오로보레이트, 리튬비스옥살라토보레이트, 리튬디플루오로비스옥살레이트포스페이트 및 리튬테트라플루오로옥살라토포스페이트 중에서 선택되는 적어도 하나일 수 있다.
본 출원의 고리형 에스테르는 에틸렌 카보네이트（EC）, 프로필렌 카보네이트（PC）, 부틸렌 카보네이트（BC）, 비닐에틸렌카보네이트（VEC）중에서 선택되는 하나 이상일 수 있다. 에틸렌 카보네이트 및 프로필렌 카보네이트중에서 선택되는 적어도 하나일 수 있다.
설명이 필요한 것은, 전해액에 일 종 이상의 리튬 염이 있는 경우, "상기 전해액 중 리튬 염의 질량분율"은 상기 전해액에 포함된 모든 종류의 리튬 염의 총 질량의 질량분율을 의미한다. 마찬가지로, 전해액에 일 종 이상의 고리형 에스테르가 있는 경우, "상기 전해액 중 고리형 에스테르의 질량분율"은 상기 전해액에 포함된 모든 종류의 고리형 에스테르의 총 질량의 질량분율을 의미한다.
본 출원은 우수한 전도도, 내산화성, 계의 안정성 및 적절한 점도를 겸비하며 음극 계면막의 도전성을 향상시킬 수 있는 전해액 배합을 개발하는 것을 목적으로 한다. 대량의 실험을 통해, 전해액에서 고리형 에스테르 함량과 리튬 염 함량이 특정 배합 관계（0.2≤
Figure pct00007
≤1.06）를 만족할 때, 개발된 전해액이 예상밖의 유익한 효과, 즉, 전해액이 우수한 전도도, 내산화성, 계의 안정성 및 적절한 점도를 겸비할 수 있고, 음극 계면막의 도전성을 개선시킬 수 있으며, 양극에서의 고리형 에스테르 용매의 농화속도 및 농화양을 현저히 개선시킬 수 있고, 양극의 산화 분해를 늦출수 있으며 대응되는 리튬이온 전지가 우수한 고온 사이클 성능, 고온 저장 성능을 가질수 있음을 발견하였다.
본 발명자는 상용 전해액에서 리튬이온 전지용 전해액이 우수한 전도도를 갖도록 하기 위해서는 리튬 염과 고리형 에스테르의 비율
Figure pct00008
가 일반적으로 1.5 이상임을 다수의 조사를 통하여 발견하였다. 그러나 실질적으로 이 경우의 리튬 염과 고리형 에스테르의 비율이 너무 높아 양극에서의 산화 분해 반응이 매우 심각하여 고온 저장시 가스가 발생하고 고온 사이클링의 전지 성능을 심각하게 저하시킬 수 있고, 또한, 수년간의 개발 후에도 리튬이온 전지 전해액 분야에서 리튬 염과 고리형 에스테르 용매의 비율
Figure pct00009
이 1.5를 돌파할 수 없었다. 대량의 실험 끝에 본 출원에서는 0.2≤
Figure pct00010
≤1.06의 전해액 체계를 개발하여 전지의 고온 저장 성능과 고온 사이클 성능을 크게 향상시킬 수 있도록 하였다. 구체적인 내용은 표 1을 참조할 수 있다.
일부 실시양태에서, 선택적으로, 본 출원의 전해액에서, 상기
Figure pct00011
범위는 0.5-1.06이고, 선택적으로 0.8-1.0이다. 구체적인 내용은 표 1을 참조할 수 있다.
Figure pct00012
의 범위를 추가로 한정함으로써 전해액의 조성을 더욱 최적화할 수 있어 전해액이 음극 표면에 더 나은 도전성을 갖는 무기-유기 복합 계면막의 형성할 수 있도록 촉진할 수 있는 우수한 용매화 구조를 형성할 수 있으며, 전지가 현저히 개선된 고온 저장 성능과 고온 사이클 성능을 가질수 있도록 할 뿐만 아니라 우수한 전력 성능을 갖도록 할 수 있다.
선택적으로,
Figure pct00013
는 표 1의 구체적인 임의의 포인트 값으로 구성된 수치 범위에서 선택할 수 있다.
일부 실시양태에서, 선택적으로, 본 출원의 전해액에서, 상기 고리형 에스테르 질량의 상기 유기 용매 질량에 대한 질량분율 B는 5%-18%일 수 있고, 선택적으로 13%-16%일 있다.
충분한 조사 끝에 현재 시판되고 있는 고리형 에스테르 용매를 포함하는 전해액에서, 유기 용매의 질량에 대한 고리형 에스테르의 함량이 기본적으로 20 % 이상으로 유지되고 있어, 이는 고온 저장시 심각한 가스 발생 및 열악한 고온 사이클 성능의 문제를 일으키기 쉽다는 것을 확인하였다. 본 출원은 전해액의 특정 물질의 종류와 함량을 합리적으로 조절하여 고리형 에스테르의 함량을 5% 내지 18%로 감소시켜, 전지의 고온 저장 성능, 고온 사이클 성능 및 전력 성능을 현저히 향상시켰다. B 값을 13%-16% 범위로 추가 한정함으로써 리튬이온 전지의 고온 사이클 성능 및 고온 저장 성능을 더욱 향상시켰다. 구체적인 내용은 표 2를 참조할 수 있다.
선택적으로, B는 표 2의 임의의 구체적인 포인트 값으로 구성된 수치 범위에서 선택할 수 있다.
일부 실시양태에서, 선택적으로, 본 출원의 전해액에서, 상기 리튬 염은 리튬비스플루오로설포닐이미드, 리튬헥사플루오르포스페이트중에서 선택되는 적어도 하나일 수 있다.
일부 실시양태에서, 상기 리튬비스플루오로설포닐이미드의 몰농도 C1 및 상기 리튬헥사플루오르포스페이트의 몰농도 C2의 비율
Figure pct00014
는 0.05-5일 수 있고, 선택적으로 1-3.5일 수 있다.
본 출원에서, 고리형 카보네이트의 함량을 한정하였기 때문에, 리튬 염의 해리 능력이 어느 정도 제한되고, 전해액의 전도도에도 어느 정도 영향을 미치게 된다. 대량의 실험 스크리닝을 통해, 발명자들은 리튬비스플루오로설포닐이미드（LiFSI）로 LiPF6를 대체할 경우, 전해액의 전도도를 향상시킬 수 있으나, LiFSI를 단독으로 사용할 경우, 알루미늄 호일의 부식을 가속화할 수 있음을 발견했다. 그러나, 본 발명자들은 LiPF6 및 LiFSI의 혼합염을 함께 사용하고, 상기 리튬비스플루오로설포닐이미드의 몰농도 C1 및 상기 리튬헥사플루오르포스페이트의 몰농도 C2의 비
Figure pct00015
를 합리적인 범위 내로 제한함으로써, 고리형 에스테르의 사용량 감소에 따라 손실된 전해액 전도도를 보완시킬 수 있고 리튬 염에 의한 알루미늄 호일의 부식을 효과적으로 방지할 수 있어 고온 사이클 성능 및 고온 저장 성능을 더욱 향상시키는 데 유리하다는 것을 발견하였다. 구체적인 내용은 표 3을 참조할 수 있다.
선택적으로,
Figure pct00016
는 표 3의 임의의 구체적인 포인트 값으로 구성된 수치 범위에서 선택할 수 있다.
일부 실시양태에서, 선택적으로, 상기 리튬비스플루오로설포닐이미드와 상기 리튬헥사플루오르포스페이트의 몰농도의 합은 0.86-1.4 M일 수 있고, 선택적으로 1-1.4 M일 수 있다.
LiFSI와 LiPF6의 총 농도를 적절한 범위로 추가 한정하는 것은, 리튬 염 농도가 지나치게 높은 경우, 전해액의 점도가 너무 커서 전지의 고온 사이클 및 고온 저장 성능을 저하시킬 뿐만 아니라, 또한 전지의 전원 성능을 저하시키게 되며; 반대로, 총 농도 지나치게 낮은 경우, 효과적인 마이그레이션을 위한 리튬이온의 함량이 너무 적고 전지의 고온 사이클 성능 및 고온 저장 성능이 좋지 않기 때문이다. 구체적인 내용은 표 4를 참조할 수 있다.
선택적으로, 리튬비스플루오로설포닐이미드와 상기 리튬헥사플루오르포스페이트의 몰농도의 합은 표 4의 임의의 구체적인 포인트 값으로 구성된 수치 범위에서 선택할 수 있다.
일부 실시양태에서, 선택적으로, 본 출원의 전해액은 성막 첨가제（film-forming additive）를 포함하고, 상기 전해액에서의 상기 성막 첨가제의 질량분율 A과 상기 전해액에서의 상기 고리형 에스테르의 질량분율 W2는
Figure pct00017
을 만족한다. 상기 성막 첨가제는 플로오로에틸렌 카보네이트（FEC）, 비닐렌 카보네이트（VC）, 에틸렌 설페이트（DTD）, 1,3-프로판 술톤（PS）중에서 선택되는 적어도 하나일 수 있다.
고리형 에스테르 용매는 리튬이온 전지의 화성과정에서의 양극 및 음극의 막 형성에 참여하지만 고리형 에스테르만으로는 막 형성 품질이 부족하여 전지의 양호한 사이클 성능을 유지할 수 없어, 성막 첨가제와 조합 사용을 통해 성막 품질을 향상시킬 수 있다.
다수의 실험 통계 후, 본 출원의 전해액에서의 성막 첨가제의 질량 분율 A 및 상기 전해액에서의 고리형 에스테르의 질량분율 W2가 본 출원의 관계식을 만족할 때, 형성된 전해액은 양극 및 음극의 고품질 성막을 보장할 수 있을 뿐만 아니라 이과 배합되는 고리형 에스테르가 최대의 효과적인 효과를 발휘할 수 있게 하고(전해액의 전도도를 전반적으로 향상), 이를 포함하는 리튬이온 전지는 우수한 고온 사이클 성능과 고온 저장 성능을 겸비하며, 동시에 우수한 전력 성능을 가질수 있게 된다. 구체적인 내용은 표 5를 참조할 수 있다.
선택적으로,
Figure pct00018
은 표 5의 임의의 구체적인 포인트 값으로 구성된 수치 범위에서 선택할 수 있고, 11.9-13.5의 범위에서선택할 수 있다.
본 출원의 리튬이온 전지은 양극 시트, 격리막, 음극 시트을 더 포함할 수 있다.
[양극 시트]
양극 시트는 양극 집전체 및 양극 집전체의 적어도 일면상에 마련되는 양극 막층을 포함하고, 상기 양극 막층은 양극 활물질을 포함한다.
예로서, 양극 집전체는 이의 두께 방향에서 서로 마주보는 두 개의 면을 구비하고, 양극 막층은 양극 집전체의 양극 집전체의 서로 마주보는 두 개의 면중의 어느 한 면 또는 두 개의 면에 마련될 수 있다.
일부 실시양태에서, 상기 양극 집전체는 금속 호일 시트 또는 복합 집전체를 사용할 수 있다. 예를 들어, 금속 호일 시트로 알루미늄 호일을 사용할 수 있다. 복합 집전체는 고분자 재료 기층 및 고분자 재료 기층의 적어도 일면 상에 형성된 금속층을 포함할 수 있다. 복합 집전체는 금속 재료（알루미늄, 알루미늄 합금, 니켈, 니켈 합금, 티타늄, 티타늄 합금, 은 및 은 합금 등）를 고분자 재료 기재（예를 들어, 폴리프로필렌（PP）, 폴리에틸렌테레프타레이트（PET）, 폴리뷰틸렌테레프탈레이트（PBT）, 폴리스타이렌（PS）, 폴리에틸렌（PE）등의 기재）상에 형성함으로써 형성될 수 있다.
일부 실시양태에서, 양극 활물질은 당업계의 공지된 전지의 양극 활물질로 사용되는 것을 적용할 수 있다. 예로서, 양극 활물질은, 올리빈 구조의 리튬함유 인산염, 리튬 전이 금속 산화물 및 이들 각각의 변성 화합물 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그러나, 본 출원은 이들 물질에 한정되지 않으며, 전지의 양극 활물질로서 사용될 수 있는 다른 통상적인 물질도 사용될 수 있다. 이들 양극 활물질은 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 여기서, 리튬 전이 금속 산화물의 예로는 리튬 코발트 산화물（예를 들어, LiCoO2）, 리튬 니켈 산화물（예를 들어, LiNiO2）, 리튬 망간 산화물（예를 들어, LiMnO2, LiMn2O4），리튬 니켈 코발트 산화물, 리튬 망간 코발트 산화물, 리튬 니켈 코발트 망간 산화물,（예를 들어, LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2（NCM333이라고도 함）, LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2（NCM523이라고도 함）, LiNi0.5Co0.25Mn0.25O2（NCM211이라고도 함）, LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2（NCM622이라고도 함）, LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2（NCM811이라고도 함）, 리튬 니켈 코발트 알루미늄 산화물（예를 들어,LiNi0.85Co0.15Al0.05O2） 및 이들의 변성 화합물등 중의 적어도 하나를 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 올리빈 구조의 리튬함유 인산염의 예로는 리튬인산철（예를 들어, LiFePO4（LFP이라고도 함））, 리튬인산철과 탄소의 복합 재료, 리튬인산망간（예를 들어, LiMnPO4）, 리튬인산망간과 탄소의 복합 재료, 인산망간철리튬, 인산망간철리튬과 탄소의 복합 재료중의 적어도 하나를 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
일부 실시양태에서, 양극 막층은 선택적으로 접착제를 더 포함할 수 있다. 예로서, 상기 접착제는 폴리비닐리덴플루오라이드（PVDF）, 폴리테트라플루오로에틸렌（PTFE）, 불화비닐리덴-테트라플루오로에틸렌-프로필렌 삼원 공중합체, 불화비닐리덴-헥사플루오로프로필렌-테트라플루오로에틸렌 삼원 공중합체, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체 및 불소 함유 아크릴레이트 수지중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일부 실시양태에서, 양극 막층은 선택적으로 도전제를 더 포함할 수 있다. 예로서, 상기 도전제는 초전도 카본, 아세틸렌블랙, 카본 블랙, 케첸 블랙, 카본 도트, 탄소나노튜브, 그래핀 및 탄소나노섬유 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일부 실시양태에서, 하기 방식을 통해 양극 시트를 제조할 수 있다: 전술한 양극 시트의 제조에 사용되는 조성, 예를 들어, 양극 활물질, 도전제, 접착제 및 임의의 기타 조성을 용매（예를 들어, N-메틸피롤리돈）에 분산시켜 양극 슬러리를 형성하고, 양극 슬러리를 양극 집전체상에 도포한 다음, 건조, 냉압등 공정을 거쳐 양극 시트를 획득하였다.
[음극 시트]
음극 시트는 음극 집전체 및 음극 집전체의 적어도 일면상에 마련되는 음극 막층을 포함하고, 상기 음극 막층은 음극 활물질을 포함한다.
예로서, 음극 집전체는 이의 두께 방향에서 서로 마주보는 두 개의 면을 구비하고,음극 막층은 음극 집전체의 서로 마주보는 두 개의 면중의 어느 한 면 또는 두 개의 면에 마련될 수 있다.
일부 실시양태에서, 상기 음극 집전체는 금속 호일 시트 또는 복합 집전체를 사용할 수 있다. 예를 들어, 금속 호일 시트로 구리 호일을 사용할 수 있다. 복합 집전체는 고분자 재료 기층 및 고분자 재료 기층의 적어도 일면 상에 형성된 금속층을 포함할 수 있다. 복합 집전체는 금속 재료（구리, 구리 합금, 니켈, 니켈 합금, 티타늄, 티타늄 합금, 은 및 은 합금 등）를 고분자 재료 기재（예를 들어, 폴리프로필렌（PP）, 폴리에틸렌테레프타레이트（PET）, 폴리뷰틸렌테레프탈레이트（PBT）, 폴리스타이렌（PS）, 폴리에틸렌（PE）등의 기재）상에 형성함으로써 형성될 수 있다.
일부 실시양태에서, 음극 활물질은 당업계의 공지된 전지의 음극 활물질로 사용되는 것을 적용할 수 있다. 예로서, 음극 활물질은 인조 흑연, 천연흑연, 소프트카본, 하드카본, 실리콘계 소재, 주석계 소재 및 티탄산리튬등 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 실리콘계 소재는 단체 규소, 규소산소화합물, 규소탄소화합물, 규소질소화합물 및 규소합금중의 적어도 하나를 선택할 수 있다. 상기 주석계 소재는 단체 주석, 주석산소화합물 및 주석합금중의 적어도 하나를 선택할 수 있다. 그러나, 본 출원은 이들 물질에 한정되지 않으며, 전지의 음극 활물질로서 사용될 수 있는 다른 통상적인 물질도 사용될 수 있다. 이들 음극 활물질은 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
일부 실시양태에서, 음극 막층은 선택적으로 접착제를 더 포함할 수 있다. 상기 접착제는 스티렌부타디엔고무（SBR）, 폴리아크릴산（PAA）, 폴리아크릴산나트륨（PAAS）, 폴리아크릴아미드（PAM）, 폴리비닐알콜（PVA）, 알길산나트륨（SA）, 폴리메타크릴산（PMAA） 및 카르복시메틸 키토산（CMCS）중의 적어도 하나를 선택할 수 있다.
일부 실시양태에서, 음극 막층은 선택적으로 도전제를 더 포함할 수 있다. 예로서, 상기 도전제는 초전도 카본, 아세틸렌블랙, 카본 블랙, 케첸 블랙, 카본 도트, 탄소나노튜브, 그래핀 및 탄소나노섬유중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일부 실시양태에서, 음극 막층은 선택적으로 증점제（예를 들어, 나트륨카르복시메틸셀룰로스（CMC-Na））등과 같은 기타 보조제를 더 포함할 수 있다.
일부 실시양태에서, 하기 방식을 통해 음극 시트를 제조할 수 있다: 전술한 음극 시트의 제조에 사용되는 조성, 예를 들어, 음극 활물질, 도전제, 접착제 및 임의의 기타 조성을 용매（예를 들어, 탈이온수）에 분산시켜 음극 슬러리를 형성하고, 양극 슬러리를 양극 집전체상에 도포한 다음, 건조, 냉압등 공정을 거쳐 음극 시트를 획득하였다.
[격리막]
일부 실시양태에서, 리튬이온 전지는 또한 격리막을 포함한다. 본 출원에서 격리막의 종류에 특별한 제한은 없으며, 화학적 안정성 및 기계적 안정성이 우수한 공지된 다공성 구조의 격리막을 선택할 수 있다.
일부 실시양태에서, 격리막의 재질은 유리 섬유, 부직포, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리비닐리덴 플루오라이드 중의 적어도 하나를 선택될 수 있다. 격리막는 단층막 또는 다층 복합막일 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다. 격리막이 다층 복합막인 경우, 각 층의 재료는 동일하거나 상이할 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다.
일부 실시양태에서, 양극 시트, 음극 시트 및 격리막은 권취 공정 또는 적층 공정을 통해 전극 조립체로 제조될 수 있다.
[리튬이온 전지]
본 출원은 또한 본 출원의 제1측면에 따른 상기 전해액을 포함하는 리튬이온 전지를 제공한다.
일부 실시양태에서, 본 출원의 리튬이온 전지는 양극 시트 및 본 출원의 제1 측면에 따른 전해액을 포함하고, 양극 시트는 식 LiNixCoyMnzO2으로 표시되는 양극 물질을 포함하며, 여기서, x+y+z=1이다. 여기서, 상기 전해액에서의 상기 고리형 에스테르의 질량분율 W2 및 상기 니켈 원자 함량x는 관계식：0.5≤
Figure pct00019
≤0.72를 만족한다.
본 출원의 전해액 및 Ni-Co-Mn 층상 삼원 양극 활물질로 제조된 리튬이온 전지는 현저히 개선된 전기화학적 성능을 구비하고, 상기 전해액 중의 고리형 에스테르의 양은 삼원 양극 활물질중의 니켈 원자 함량 x에 적응 관계를 갖는다. 일반적으로 삼원 양극 활물질중의 니켈 원자 함량이 높을수록 해당 삼원 양극 활물질의 활성이 강하지만, 전지 사용 시 니켈 원자 함량이 높은 삼원 양극 활물질은 양극 표면의 산소 방출을 격화시켜 고리형 에스테르 및 기타 용매의 산화 분해를 격화시킬 수 있다. 대량의 실험 끝에, 본 출원의 발명자들은 본 출원의 전해액의 양과 니켈 원자 함량 x가 특정 적응 관계를 만족할 때, 즉 0.5≤
Figure pct00020
≤0.72일 때, 하이니켈 전지의 산소 방출 문제를 효과적으로 개선할 수 있고, 양극 표면의 고리형 에스테르의 산화 분해를 효과적으로 늦출 수 있으며 해당 삼원 리튬이온 전지는 우수한 사이클 성능과 전력 성능을 겸비할 수 있음을 발견하였다. 구체적인 내용은 표 6을 참조할 수 있다.
일부 실시양태에서, 선택적으로, 상기 니켈 원자 함량x는 0.5이상일 수 있고, 선택적으로, 상기 니켈 원자 함량은 0.5, 0.65, 0.8, 0.96일 수 있다. 구체적인 내용은 표 8을 참조할 수 있다.
본 출원의 전해액 배합은 니켈 원자 함량이 높은 삼원 리튬이온 전지에 특히 적합하다. 초고 니켈 원자 함량을 가진 삼원 리튬이온 전지이더라도 우수한 고온 저장 성능, 고온 사이클 성능 및 전력 성능을 겸비할 수 있다.
일부 실시양태에서, 본 출원의 리튬이온 전지에서, 음극 재료가 1540.25mm2집전체 표면에서의 적재량 H（단위: g） 및 상기 전해액에서의 상기 고리형 에스테르의 질량분율W2는 관계식 20≤
Figure pct00021
≤166, 선택적으로, 50≤
Figure pct00022
≤141을 만족할 수 있다.
대량의 실험 끝에, 본 출원의 발명자들은 본 출원의 전해액에서의 고리형 에스테르의 양과 음극 재료의 적재량 H가 시너지 효과를 가져, 이들이 일정 적응 관계를 만족할 경우, 즉, 20≤
Figure pct00023
≤166일 때, 리튬이온 전지의 전반적인 전기화학적 성능에 현저한 개선 작용이 존재함을 발견하였다. 구체적인 내용은 표 7을 참조할 수 있다.
일부 실시양태에서, 본 출원의 리튬이온 전지는 케이스형 전지일 수 있다.
일부 실시양태에서, 리튬이온 전지는 외부 포장을 포함할 수 있다. 해당 외부 포장은 상기 전극 조립체 및 전해액을 패키징하는데 사용될 수 있다.
일부 실시양태에서, 리튬이온 전지의 외부 포장은 경질 플라스틱 케이스, 알루미늄 케이스, 스틸 케이스 등과 같은 경질 케이스일 수 있다. 리튬이온 전지의 외부 패키지는 포켓형 소프트 패키지와 같은 소프트 패키지일 수도 있다. 소프트 패키지의 재질은 플라스틱일 수 있으며, 플라스틱의 예로는 폴리프로필렌, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌숙시네이트 등이 있다.
본 출원에서 리튬이온 전지의 형상에 대한 특별한 제한은 없으며, 원통형, 정사각형 또는 임의의 다른 형상일 수 있다. 예를 들어, 도 1은 일례로서 정사각형 구조의 리튬이온 전지(5)이다.
일부 실시양태에서, 도 2를 참조하면, 외부 패키지는 케이스(51) 및 커버(53)를 포함할 수 있다. 여기서, 케이스(51)는 바닥판과 바닥판과 연결되는 측판을 포함할 수 있으며, 바닥판과 측판이 둘러싸여 수용 캐비티를 형성할 수 있다. 케이스(51)는 수용 캐비티와 연통하는 개구를 갖고, 커버(53)는 수용 캐비티를 폐쇄하기 위해 개구를 덮을 수 있다. 양극 시트, 음극 시트 및 격리막은 권취 공정 또는 적층 공정을 통해 전극 조립체(52)로 제조된다. 전극 조립체(52)는 수용 캐비티에 의해 패키징된다. 전극 조립체(52)에는 전해액이 침지되어 있다. 리튬이온 전지(5)에 포함되는 전극 조립체(52)의 개수는 하나 또는 복수개일 수 있으며, 당업자는 실제 수요에 따라 이들을 선택할 수 있다.
도 3은 전기 기기의 일예로서 순수 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차, 플러그인 하이브리드 전기 자동차 등이다.
실시예
이하, 본 출원의 실시예에 대하여 설명하도록 한다. 후술하는 실시예들은 예시적인 것으로, 단지 본 출원을 설명하기 위해 사용된 것이지, 본 출원을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 실시예에 특정 기술이나 조건이 표시되지 않은 경우, 해당 분야의 문헌내에 설명된 기술 또는 조건 혹은 제품 설명서에 따라 진행된다. 제조사를 명시하지 않고 사용하는 시약이나 기구는 모두 당업계에서 통용되는 통상적인 제품으로 시판되는 것이다. 본 출원의 실시예에서 각 성분의 함량은 특별한 언급이 없는 한 결정수를 제외한 질량을 기준으로 한다.
하기에서 설명되는 용어들에서, "실시예 1-1의 전해액"은 실시예 1-1의 리튬이온 전지의 제조 과정에서 사용된 전해액을 의미하고, "실시예 1-1의 양극 시트"는 실시예 1-1의 리튬이온 전지의 제조 과정에서 사용된 양극 시트를 의미하며, "실시예 1-1의 음극 시트"는 실시예 1-1의 리튬이온 전지의 제조 공정에서 사용된 양극 시트를 의미하고, "실시예 1-1의 격리막"은 실시예 1-1의 리튬이온 전지의 제조 과정에서 사용된 격리막을 의미하며, "실시예 1-1의 리튬이온 전지"는 실시예 1-1의 양극, 격리막, 음극 및 전해액으로 제조된 리튬이온 전지를 의미한다.
본 출원의 실시예에 관련된 원료의 출처는 다음과 같다:
니켈-코발트-망간 삼원 물질（LiMO2, M은 Ni-Co-Mn고용체, 구체적인 비율은 각 실시예를 참조）
인조 흑연（Guangdong Kaijin New Energy Technology Co., Ltd.）
N-메틸피롤리돈（NMP, CAS：872-50-4, Shanghai Macklin Biochemical Co., Ltd）
폴리비닐리덴플루오라이드（CAS：24937-79-9, Shanghai Macklin Biochemical Co., Ltd）
아세틸렌블랙（Guangdong Kaijin New Energy Technology Co., Ltd.）
도전성카본블랙（Guangdong Kaijin New Energy Technology Co., Ltd.）
아크릴레이트（CAS：25067-02-1, Shanghai Macklin Biochemical Co., Ltd）
에틸렌 카보네이트（EC, CAS：96-49-1, Shanghai Macklin Biochemical Co., Ltd）
디메틸 카보네이트（DMC, CAS：616-38-6, Shanghai Macklin Biochemical Co., Ltd）
에틸메틸카보네이트（EMC, CAS：623-53-0, Shanghai Macklin Biochemical Co., Ltd）
리튬헥사플루오르포스페이트（LiPF6, CAS：21324-40-3, Guangzhou Tinci Materials Technology Co., Ltd）
리튬비스플루오로설포닐이미드（LiFSI, CAS：171611-11-3, Guangzhou Tinci Materials Technology Co., Ltd）
플로오로에틸렌 카보네이트（FEC, CAS：114435-02-8, Guangzhou Tinci Materials Technology Co., Ltd）
실시예1-1
[전해액의 제조]
수분 함량이 10ppm 미만인 아르곤 분위기 글로브 박스에서 비이커에 32.64g의 EC, 60.84g의 EMC, 6.25g의 LiPF6 및 0.15g의 LiFSI를 각각 첨가하고, 충분히 교반하여 용해시킨 후 본 실시예용 전해액을 얻었다.
[양극 시트의 제조]
양극 활물질인 니켈-코발트-망간 삼원 물질（LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2）, 접착제인 폴리비닐리덴플루오라이드, 도전제인 아세틸렌블랙를 8:1:1의 질량비로 혼합하고, 용매인 NMP를 첨가한 후, 진공 믹서를 통해 양극 슬러리를 획득하였다. 양극 슬러리를 13μm 두께의 양극 집전체 알루미늄 호일상에 0.28g（건조중량）/1540.25mm2의 양으로 균일하게 도포하였다. 알루미늄 호일을 실온에서 건조시킨 후 120℃의 오븐에서 1시간 동안 건조시킨 다음 냉압하고 절단하여 양극 시트를 획득하였다.
[음극 시트의 제조]
인조 흑연, 도전성 카본블랙 및 접착제인 아크릴레이트를 92:2:6의 질량비로 혼합하고, 탈이온수를 첨가한 후, 진공 믹서를 통해 음극 슬러리를 획득하였다. 음극 슬러리를 8μm 두께의 음극 집전체 구리 호일상에 0.18g（건조중량）/1540.25mm2의 양으로 균일하게 도포하였다. 구리 호일을 실온에서 건조시킨 후 120℃의 오븐에서 1시간 동안 건조시킨 다음 냉압하고 절단하여 음극 시트를 획득하였다.
[격리막]
격리막은 Cellgard에서 구입하였고, 모델 번호는 cellgard2400이다.
[리튬이온 전지의 제조]
격리막이 양극 시트와 음극 시트 사이에서 격리 작용을 하도록 양극 시트, 격리막, 음극 시트를 순차적으로 적층한 후, 권취하여 베어셀을 획득한다. 용량이 4.3Ah인 베어셀을 외장 호일에 넣고, 건조된 전지에 상기에서 제조한 전해액 8.6g을 주입하였으며, 진공 포장, 정치, 화성 및 성형등의 과정을 거쳐 리튬이온 전지를 획득하였다.
실시예1-2
리튬이온 전지의 제조 공정은 전체적으로 실시예 1-1을 참조하도록 하며, 차이점은 전해액의 제조 단계가 다음과 같다는 것이다: 수분 함량이 10ppm 미만인 아르곤 분위기 글로브 박스에서 비이커에 18.17g의 EC, 72.68g의 EMC, 9g의 LiPF6 및 0.15g의 LiFSI를 각각 첨가하고, 충분히 교반하여 용해시킨 후 본 실시예용 전해액을 얻었다.
실시예1-3
리튬이온 전지의 제조 공정은 전체적으로 실시예 1-1을 참조하도록 하며, 차이점은 전해액의 제조 단계가 다음과 같다는 것이다: 수분 함량이 10ppm 미만인 아르곤 분위기 글로브 박스에서 비이커에 10.10g의 EC, 81.74g의 EMC, 8g의 LiPF6 및 0.15g의 LiFSI를 각각 첨가하고, 충분히 교반하여 용해시킨 후 본 실시예용 전해액을 얻었다.
실시예1-4
리튬이온 전지의 제조 공정은 전체적으로 실시예 1-1을 참조하도록 하며, 차이점은 전해액의 제조 단계가 다음과 같다는 것이다: 수분 함량이 10ppm 미만인 아르곤 분위기 글로브 박스에서 비이커에 12.83g의 EC, 75.648g의 EMC, 11.38g의 LiPF6 및 0.15g의 LiFSI를 각각 첨가하고, 충분히 교반하여 용해시킨 후 본 실시예용 전해액을 얻었다.
실시예1-5
리튬이온 전지의 제조 공정은 전체적으로 실시예 1-1을 참조하도록 하며, 차이점은 전해액의 제조 단계가 다음과 같다는 것이다: 수분 함량이 10ppm 미만인 아르곤 분위기 글로브 박스에서 비이커에 12.67g의 EC, 74.68g의 EMC, 12.5g의 LiPF6 및 0.15g의 LiFSI를 각각 첨가하고, 충분히 교반하여 용해시킨 후 본 실시예용 전해액을 얻었다.
실시예1-6
리튬이온 전지의 제조 공정은 전체적으로 실시예 1-1을 참조하도록 하며, 차이점은 전해액의 제조 단계가 다음과 같다는 것이다: 수분 함량이 10ppm 미만인 아르곤 분위기 글로브 박스에서 비이커에 9.86g의 EC, 79.74g의 EMC, 10.25g의 LiPF6 및 0.15g의 LiFSI를 각각 첨가하고, 충분히 교반하여 용해시킨 후 본 실시예용 전해액을 얻었다.
비교예1
리튬이온 전지의 제조 공정은 전체적으로 실시예 1-1을 참조하도록 하며, 차이점은 전해액의 제조 단계가 다음과 같다는 것이다: 수분 함량이 10ppm 미만인 아르곤 분위기 글로브 박스에서 비이커에 82.98g의 EC, 4.37g의 EMC, 12.5g의 LiPF6 및 0.15g의 LiFSI를 각각 첨가하고, 충분히 교반하여 용해시킨 후 본 실시예용 전해액을 얻었다.
비교예2
리튬이온 전지의 제조 공정은 전체적으로 실시예 1-1을 참조하도록 하며, 차이점은 전해액의 제조 단계가 다음과 같다는 것이다: 수분 함량이 10ppm 미만인 아르곤 분위기 글로브 박스에서 비이커에 10.44g의 EC, 78.03g의 EMC, 11.38g의 LiPF6 및 0.15g의 LiFSI를 각각 첨가하고, 충분히 교반하여 용해시킨 후 본 실시예용 전해액을 얻었다.
실시예2-1
리튬이온 전지의 제조 공정은 전체적으로 실시예 1-1을 참조하도록 하며, 차이점은 전해액의 제조 단계가 다음과 같다는 것이다: 수분 함량이 10ppm 미만인 아르곤 분위기 글로브 박스에서 비이커에 2.93g의 PC, 94.67g의 EMC, 2.25g의 LiPF6 및 0.15g의 LiFSI를 각각 첨가하고, 충분히 교반하여 용해시킨 후 본 실시예용 전해액을 얻었다.
실시예2-2
리튬이온 전지의 제조 공정은 전체적으로 실시예 1-1을 참조하도록 하며, 차이점은 전해액의 제조 단계가 다음과 같다는 것이다: 수분 함량이 10ppm 미만인 아르곤 분위기 글로브 박스에서 비이커에 4.80g의 PC, 91.29g의 EMC, 3.75g의 LiPF6 및 0.15g의 LiFSI를 각각 첨가하고, 충분히 교반하여 용해시킨 후 본 실시예용 전해액을 얻었다.
실시예2-3
리튬이온 전지의 제조 공정은 전체적으로 실시예 1-1을 참조하도록 하며, 차이점은 전해액의 제조 단계가 다음과 같다는 것이다: 수분 함량이 10ppm 미만인 아르곤 분위기 글로브 박스에서 비이커에 7.51g의 PC, 86.34g의 EMC, 6g의 LiPF6 및 0.15g의 LiFSI를 각각 첨가하고, 충분히 교반하여 용해시킨 후 본 실시예용 전해액을 얻었다.
실시예2-4
리튬이온 전지의 제조 공정은 전체적으로 실시예 1-1을 참조하도록 하며, 차이점은 전해액의 제조 단계가 다음과 같다는 것이다: 수분 함량이 10ppm 미만인 아르곤 분위기 글로브 박스에서 비이커에 9.25g의 PC, 83.22g의 EMC, 7.38g의 LiPF6 및 0.15g의 LiFSI를 각각 첨가하고, 충분히 교반하여 용해시킨 후 본 실시예용 전해액을 얻었다.
실시예2-5
리튬이온 전지의 제조 공정은 전체적으로 실시예 1-1을 참조하도록 하며, 차이점은 전해액의 제조 단계가 다음과 같다는 것이다: 수분 함량이 10ppm 미만인 아르곤 분위기 글로브 박스에서 비이커에 11.76g의 PC, 78.71g의 EMC, 9.38g의 LiPF6 및 0.15g의 LiFSI를 각각 첨가하고, 충분히 교반하여 용해시킨 후 본 실시예용 전해액을 얻었다.
실시예2-6
리튬이온 전지의 제조 공정은 전체적으로 실시예 1-1을 참조하도록 하며, 차이점은 전해액의 제조 단계가 다음과 같다는 것이다: 수분 함량이 10ppm 미만인 아르곤 분위기 글로브 박스에서 비이커에 13.38g의 PC, 75.84g의 EMC, 10.63g의 LiPF6 및 0.15g의 LiFSI를 각각 첨가하고, 충분히 교반하여 용해시킨 후 본 실시예용 전해액을 얻었다.
실시예2-7
리튬이온 전지의 제조 공정은 전체적으로 실시예 1-1을 참조하도록 하며, 차이점은 전해액의 제조 단계가 다음과 같다는 것이다: 수분 함량이 10ppm 미만인 아르곤 분위기 글로브 박스에서 비이커에 15.72g의 PC, 71.62g의 EMC, 12.5g의 LiPF6 및 0.15g의 LiFSI를 각각 첨가하고, 충분히 교반하여 용해시킨 후 본 실시예용 전해액을 얻었다.
실시예2-8
리튬이온 전지의 제조 공정은 전체적으로 실시예 1-1을 참조하도록 하며, 차이점은 전해액의 제조 단계가 다음과 같다는 것이다: 수분 함량이 10ppm 미만인 아르곤 분위기 글로브 박스에서 비이커에 17.22g의 PC, 68.88g의 EMC, 13.75g의 LiPF6 및 0.15g의 LiFSI를 각각 첨가하고, 충분히 교반하여 용해시킨 후 본 실시예용 전해액을 얻었다.
실시예3-1
리튬이온 전지의 제조 공정은 전체적으로 실시예 1-1을 참조하도록 하며, 차이점은 전해액의 제조 단계가 다음과 같다는 것이다: 수분 함량이 10ppm 미만인 아르곤 분위기 글로브 박스에서 비이커에 13.92g의 EC, 73.55g의 EMC, 12.38g의 LiPF6 및 0.15g의 LiFSI를 각각 첨가하고, 충분히 교반하여 용해시킨 후 본 실시예용 전해액을 얻었다.
실시예3-2
리튬이온 전지의 제조 공정은 전체적으로 실시예 1-1을 참조하도록 하며, 차이점은 전해액의 제조 단계가 다음과 같다는 것이다: 수분 함량이 10ppm 미만인 아르곤 분위기 글로브 박스에서 비이커에 14.04g의 EC, 73.32g의 EMC, 11.90g의 LiPF6 및 0.73g의 LiFSI를 각각 첨가하고, 충분히 교반하여 용해시킨 후 본 실시예용 전해액을 얻었다.
실시예3-3
리튬이온 전지의 제조 공정은 전체적으로 실시예 1-1을 참조하도록 하며, 차이점은 전해액의 제조 단계가 다음과 같다는 것이다: 수분 함량이 10ppm 미만인 아르곤 분위기 글로브 박스에서 비이커에 15.5g의 EC, 70.55g의 EMC, 6.25g의 LiPF6 및 7.7g의 LiFSI를 각각 첨가하고, 충분히 교반하여 용해시킨 후 본 실시예용 전해액을 얻었다.
실시예3-4
리튬이온 전지의 제조 공정은 전체적으로 실시예 1-1을 참조하도록 하며, 차이점은 전해액의 제조 단계가 다음과 같다는 것이다: 수분 함량이 10ppm 미만인 아르곤 분위기 글로브 박스에서 비이커에 15.82g의 EC, 69.94g의 EMC, 5g의 LiPF6 및 9.24g의 LiFSI를 각각 첨가하고, 충분히 교반하여 용해시킨 후 본 실시예용 전해액을 얻었다.
실시예3-5
리튬이온 전지의 제조 공정은 전체적으로 실시예 1-1을 참조하도록 하며, 차이점은 전해액의 제조 단계가 다음과 같다는 것이다: 수분 함량이 10ppm 미만인 아르곤 분위기 글로브 박스에서 비이커에 16.04g의 EC, 69.53g의 EMC, 4.17g의 LiPF6 및 10.27g의 LiFSI를 각각 첨가하고, 충분히 교반하여 용해시킨 후 본 실시예용 전해액을 얻었다.
실시예3-6
리튬이온 전지의 제조 공정은 전체적으로 실시예 1-1을 참조하도록 하며, 차이점은 전해액의 제조 단계가 다음과 같다는 것이다: 수분 함량이 10ppm 미만인 아르곤 분위기 글로브 박스에서 비이커에 16.39g의 EC, 68.85g의 EMC, 2.78g의 LiPF6 및 11.98g의 LiFSI를 각각 첨가하고, 충분히 교반하여 용해시킨 후 본 실시예용 전해액을 얻었다.
실시예3-7
리튬이온 전지의 제조 공정은 전체적으로 실시예 1-1을 참조하도록 하며, 차이점은 전해액의 제조 단계가 다음과 같다는 것이다: 수분 함량이 10ppm 미만인 아르곤 분위기 글로브 박스에서 비이커에 16.57g의 EC, 68.51g의 EMC, 2.08g의 LiPF6 및 12.83g의 LiFSI를 각각 첨가하고, 충분히 교반하여 용해시킨 후 본 실시예용 전해액을 얻었다.
실시예3-8
리튬이온 전지의 제조 공정은 전체적으로 실시예 1-1을 참조하도록 하며, 차이점은 전해액의 제조 단계가 다음과 같다는 것이다: 수분 함량이 10ppm 미만인 아르곤 분위기 글로브 박스에서 비이커에 16.62g의 EC, 68.43g의 EMC, 1.92g의 LiPF6 및 13.03g의 LiFSI를 각각 첨가하고, 충분히 교반하여 용해시킨 후 본 실시예용 전해액을 얻었다.
실시예4-1
리튬이온 전지의 제조 공정은 전체적으로 실시예 1-1을 참조하도록 하며, 차이점은 전해액의 제조 단계가 다음과 같다는 것이다: 수분 함량이 10ppm 미만인 아르곤 분위기 글로브 박스에서 비이커에 10.85g의 EC, 79.39g의 EMC, 4.38g의 LiPF6 및 5.39g의 LiFSI를 각각 첨가하고, 충분히 교반하여 용해시킨 후 본 실시예용 전해액을 얻었다.
실시예4-2
리튬이온 전지의 제조 공정은 전체적으로 실시예 1-1을 참조하도록 하며, 차이점은 전해액의 제조 단계가 다음과 같다는 것이다: 수분 함량이 10ppm 미만인 아르곤 분위기 글로브 박스에서 비이커에 13.18g의 EC, 74.97g의 EMC, 5.31g의 LiPF6 및 6.55g의 LiFSI를 각각 첨가하고, 충분히 교반하여 용해시킨 후 본 실시예용 전해액을 얻었다.
실시예4-3
리튬이온 전지의 제조 공정은 전체적으로 실시예 1-1을 참조하도록 하며, 차이점은 전해액의 제조 단계가 다음과 같다는 것이다: 수분 함량이 10ppm 미만인 아르곤 분위기 글로브 박스에서 비이커에 15.5g의 EC, 70.55g의 EMC, 6.25g의 LiPF6 및 7.70g의 LiFSI를 각각 첨가하고, 충분히 교반하여 용해시킨 후 본 실시예용 전해액을 얻었다.
실시예4-4
리튬이온 전지의 제조 공정은 전체적으로 실시예 1-1을 참조하도록 하며, 차이점은 전해액의 제조 단계가 다음과 같다는 것이다: 수분 함량이 10ppm 미만인 아르곤 분위기 글로브 박스에서 비이커에 21.7g의 EC, 58.77g의 EMC, 8.75g의 LiPF6 및 10.78g의 LiFSI를 각각 첨가하고, 충분히 교반하여 용해시킨 후 본 실시예용 전해액을 얻었다.
실시예4-5
리튬이온 전지의 제조 공정은 전체적으로 실시예 1-1을 참조하도록 하며, 차이점은 전해액의 제조 단계가 다음과 같다는 것이다: 수분 함량이 10ppm 미만인 아르곤 분위기 글로브 박스에서 비이커에 22.48g의 EC, 57.3g의 EMC, 9.06g의 LiPF6 및 11.17g의 LiFSI를 각각 첨가하고, 충분히 교반하여 용해시킨 후 본 실시예용 전해액을 얻었다.
실시예5-1
리튬이온 전지의 제조 공정은 전체적으로 실시예 1-1을 참조하도록 하며, 차이점은 전해액의 제조 단계가 다음과 같다는 것이다: 수분 함량이 10ppm 미만인 아르곤 분위기 글로브 박스에서 비이커에 12.30g의 EC, 72.55g의 EMC, 11.44g의 LiPF6, 0.15g의 LiFSI, 3.55g의 FEC를 각각 첨가하고, 충분히 교반하여 용해시킨 후 본 실시예용 전해액을 얻었다.
실시예5-2
리튬이온 전지의 제조 공정은 전체적으로 실시예 1-1을 참조하도록 하며, 차이점은 전해액의 제조 단계가 다음과 같다는 것이다: 수분 함량이 10ppm 미만인 아르곤 분위기 글로브 박스에서 비이커에 10.35g의 EC, 75.87g의 EMC, 9.63g의 LiPF6, 0.15g의 LiFSI, 4g의 FEC를 각각 첨가하고, 충분히 교반하여 용해시킨 후 본 실시예용 전해액을 얻었다.
실시예5-3
리튬이온 전지의 제조 공정은 전체적으로 실시예 1-1을 참조하도록 하며, 차이점은 전해액의 제조 단계가 다음과 같다는 것이다: 수분 함량이 10ppm 미만인 아르곤 분위기 글로브 박스에서 비이커에 12.51g의 EC, 70.89g의 EMC, 11.75g의 LiPF6, 0.15g의 LiFSI, 4.7g의 FEC를 각각 첨가하고, 충분히 교반하여 용해시킨 후 본 실시예용 전해액을 얻었다.
실시예5-4
리튬이온 전지의 제조 공정은 전체적으로 실시예 1-1을 참조하도록 하며, 차이점은 전해액의 제조 단계가 다음과 같다는 것이다: 수분 함량이 10ppm 미만인 아르곤 분위기 글로브 박스에서 비이커에 10.76g의 EC, 73.31g의 EMC, 10.13g의 LiPF6, 0.15g의 LiFSI, 5.65g의 FEC를 각각 첨가하고, 충분히 교반하여 용해시킨 후 본 실시예용 전해액을 얻었다.
실시예5-5
리튬이온 전지의 제조 공정은 전체적으로 실시예 1-1을 참조하도록 하며, 차이점은 전해액의 제조 단계가 다음과 같다는 것이다: 수분 함량이 10ppm 미만인 아르곤 분위기 글로브 박스에서 비이커에 11.03g의 EC, 71.29g의 EMC, 10.63g의 LiPF6, 0.15g의 LiFSI, 6.9g의 FEC를 각각 첨가하고, 충분히 교반하여 용해시킨 후 본 실시예용 전해액을 얻었다.
실시예5-6
리튬이온 전지의 제조 공정은 전체적으로 실시예 1-1을 참조하도록 하며, 차이점은 전해액의 제조 단계가 다음과 같다는 것이다: 수분 함량이 10ppm 미만인 아르곤 분위기 글로브 박스에서 비이커에 13.55g의 EC, 66.17g의 EMC, 13.13g의 LiPF6, 0.15g의 LiFSI, 7g의 FEC를 각각 첨가하고, 충분히 교반하여 용해시킨 후 본 실시예용 전해액을 얻었다.
실시예6-1
리튬이온 전지의 제조 공정은 전체적으로 실시예 1-1을 참조하도록 하며, 차이점은 본 실시예에서 사용한 양극 활물질인 삼원 물질은 LiNi0.99Co0.005Mn0.005O2이라는 것이다. 이 외에, 전해액의 제조 단계는 다음과 같다: 수분 함량이 10ppm 미만인 아르곤 분위기 글로브 박스에서 비이커에 46.286g의 EC, 39.43g의 EMC, 4.13g의 LiPF6, 10.16g의 LiFSI를 각각 첨가하고, 충분히 교반하여 용해시킨 후 본 실시예용 전해액을 얻었다.
실시예6-2
리튬이온 전지의 제조 공정은 전체적으로 실시예 1-1을 참조하도록 하며, 차이점은 본 실시예에서 사용한 양극 활물질인 삼원 물질은 LiNi0.69Co0.16Mn0.15O2이라는 것이다.
이 외에, 전해액의 제조 단계는 다음과 같다: 수분 함량이 10ppm 미만인 아르곤 분위기 글로브 박스에서 비이커에 34.28g의 EC, 51.43g의 EMC, 4.13g의 LiPF6, 10.16g의 LiFSI를 각각 첨가하고, 충분히 교반하여 용해시킨 후 본 실시예용 전해액을 얻었다.
실시예6-3
리튬이온 전지의 제조 공정은 전체적으로 실시예 1-1을 참조하도록 하며, 차이점은 본 실시예에서 사용한 양극 활물질인 삼원 물질은 LiNi0.47Co0.15Mn0.38O2이라는 것이다.
이 외에, 전해액의 제조 단계는 다음과 같다: 수분 함량이 10ppm 미만인 아르곤 분위기 글로브 박스에서 비이커에 27.86g의 EC, 57.85g의 EMC, 4.13g의 LiPF6, 10.16g의 LiFSI를 각각 첨가하고, 충분히 교반하여 용해시킨 후 본 실시예용 전해액을 얻었다.
실시예6-4
리튬이온 전지의 제조 공정은 전체적으로 실시예 1-1을 참조하도록 하며, 차이점은 본 실시예에서 사용한 양극 활물질인 삼원 물질은 LiNi0.32Co0.19Mn0.57O2이라는 것이다.
이 외에, 전해액의 제조 단계는 다음과 같다: 수분 함량이 10ppm 미만인 아르곤 분위기 글로브 박스에서 비이커에 23.14g의 EC, 62.57g의 EMC, 4.13g의 LiPF6, 10.16g의 LiFSI를 각각 첨가하고, 충분히 교반하여 용해시킨 후 본 실시예용 전해액을 얻었다.
실시예6-5
리튬이온 전지의 제조 공정은 전체적으로 실시예 1-1을 참조하도록 하며, 차이점은 본 실시예에서 사용한 양극 활물질인 삼원 물질은 LiNi0.25Co0.18Mn0.57O2이라는 것이다. 이 외에, 전해액의 제조 단계는 다음과 같다: 수분 함량이 10ppm 미만인 아르곤 분위기 글로브 박스에서 비이커에 20.06g의 EC, 65.65g의 EMC, 4.13g의 LiPF6, 10.16g의 LiFSI를 각각 첨가하고, 충분히 교반하여 용해시킨 후 본 실시예용 전해액을 얻었다.
실시예7-1
리튬이온 전지의 제조 공정은 전체적으로 실시예 1-1을 참조하도록 하며, 차이점은 본 실시예에서의 음극 도포량은 1.698mg/1540.25mm2 이라는 것이다. 이 외에, 전해액의 제조 단계는 다음과 같다: 수분 함량이 10ppm 미만인 아르곤 분위기 글로브 박스에서 비이커에 30.57g의 EC, 63.31g의 EMC, 6.11g의 LiPF6를 각각 첨가하고, 충분히 교반하여 용해시킨 후 본 실시예용 전해액을 얻었다.
실시예7-2
리튬이온 전지의 제조 공정은 전체적으로 실시예 1-1을 참조하도록 하며, 차이점은 본 실시예에서의 음극 도포량은 0.873mg/1540.25mm2 이라는 것이다. 이 외에, 전해액의 제조 단계는 다음과 같다: 수분 함량이 10ppm 미만인 아르곤 분위기 글로브 박스에서 비이커에 17.47g의 EC, 73.80g의 EMC, 8.73g의 LiPF6를 각각 첨가하고, 충분히 교반하여 용해시킨 후 본 실시예용 전해액을 얻었다.
실시예7-3
리튬이온 전지의 제조 공정은 전체적으로 실시예 1-1을 참조하도록 하며, 차이점은 본 실시예에서의 음극 도포량은 0.192mg/1540.25mm2 이라는 것이다. 이 외에, 전해액의 제조 단계는 다음과 같다: 수분 함량이 10ppm 미만인 아르곤 분위기 글로브 박스에서 비이커에 9.61g의 EC, 82.71g의 EMC, 7.69g의 LiPF6를 각각 첨가하고, 충분히 교반하여 용해시킨 후 본 실시예용 전해액을 얻었다.
실시예7-4
리튬이온 전지의 제조 공정은 전체적으로 실시예 1-1을 참조하도록 하며, 차이점은 본 실시예에서의 음극 도포량은 0.158mg/1540.25mm2 이라는 것이다. 이 외에, 전해액의 제조 단계는 다음과 같다: 수분 함량이 10ppm 미만인 아르곤 분위기 글로브 박스에서 비이커에 12.67g의 EC, 75.94g의 EMC, 11.4g의 LiPF6를 각각 첨가하고, 충분히 교반하여 용해시킨 후 본 실시예용 전해액을 얻었다.
실시예7-5
리튬이온 전지의 제조 공정은 전체적으로 실시예 1-1을 참조하도록 하며, 차이점은 본 실시예에서의 음극 도포량은 0.115mg/1540.25mm2이라는 것이다. 이 외에, 전해액의 제조 단계는 다음과 같다: 수분 함량이 10ppm 미만인 아르곤 분위기 글로브 박스에서 비이커에 12.67g의 EC, 74.67g의 EMC, 12.67g의 LiPF6를 각각 첨가하고, 충분히 교반하여 용해시킨 후 본 실시예용 전해액을 얻었다.
실시예7-6
리튬이온 전지의 제조 공정은 전체적으로 실시예 1-1을 참조하도록 하며, 차이점은 본 실시예에서의 음극 도포량은 0.09mg/1540.25mm2이라는 것이다. 이 외에, 전해액의 제조 단계는 다음과 같다: 수분 함량이 10ppm 미만인 아르곤 분위기 글로브 박스에서 비이커에 12.67g의 EC, 74.67g의 EMC, 12.67g의 LiPF6를 각각 첨가하고, 충분히 교반하여 용해시킨 후 본 실시예용 전해액을 얻었다.
실시예7-7
리튬이온 전지의 제조 공정은 전체적으로 실시예 1-1을 참조하도록 하며, 차이점은 본 실시예에서의 음극 도포량은 0.079mg/1540.25mm2이라는 것이다. 이 외에, 전해액의 제조 단계는 다음과 같다: 수분 함량이 10ppm 미만인 아르곤 분위기 글로브 박스에서 비이커에 12.67g의 EC, 74.67g의 EMC, 12.67g의 LiPF6를 각각 첨가하고, 충분히 교반하여 용해시킨 후 본 실시예용 전해액을 얻었다.
실시예7-8
리튬이온 전지의 제조 공정은 전체적으로 실시예 1-1을 참조하도록 하며, 차이점은 본 실시예에서의 음극 도포량은 0.058mg/1540.25mm2이라는 것이다. 이 외에, 전해액의 제조 단계는 다음과 같다: 수분 함량이 10ppm 미만인 아르곤 분위기 글로브 박스에서 비이커에 9.61g의 EC, 80.3g의 EMC, 10.09g의 LiPF6를 각각 첨가하고, 충분히 교반하여 용해시킨 후 본 실시예용 전해액을 얻었다.
실시예8-1
리튬이온 전지의 제조 공정은 전체적으로 실시예 1-1을 참조하도록 하며, 차이점은 본 실시예에서 사용한 양극 활물질인 삼원 물질은 LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2이라는 것이다.
이 외에, 전해액의 제조 단계는 다음과 같다: 수분 함량이 10ppm 미만인 아르곤 분위기 글로브 박스에서 비이커에 16g의 EC, 69.6g의 EMC, 14.4g의 LiPF6를 각각 첨가하고, 충분히 교반하여 용해시킨 후 본 실시예용 전해액을 얻었다.
실시예8-2
리튬이온 전지의 제조 공정은 전체적으로 실시예 1-1을 참조하도록 하며, 차이점은 본 실시예에서 사용한 양극 활물질인 삼원 물질은 LiNi0.65Co0.05Mn0.3O2이라는 것이다.
이 외에, 전해액의 제조 단계는 다음과 같다: 수분 함량이 10ppm 미만인 아르곤 분위기 글로브 박스에서 비이커에 16g의 EC, 69.6g의 EMC, 14.4g의 LiPF6를 각각 첨가하고, 충분히 교반하여 용해시킨 후 본 실시예용 전해액을 얻었다.
실시예8-3
리튬이온 전지의 제조 공정은 전체적으로 실시예 1-1을 참조하도록 하며, 차이점은 본 실시예에서 사용한 양극 활물질인 삼원 물질은 LiNi0.85Co0.05Mn0.1O2이라는 것이다.
이 외에, 전해액의 제조 단계는 다음과 같다: 수분 함량이 10ppm 미만인 아르곤 분위기 글로브 박스에서 비이커에 16g의 EC, 69.6g의 EMC, 14.4g의 LiPF6를 각각 첨가하고, 충분히 교반하여 용해시킨 후 본 실시예용 전해액을 얻었다.
실시예8-4
리튬이온 전지의 제조 공정은 전체적으로 실시예 1-1을 참조하도록 하며, 차이점은 본 실시예에서 사용한 양극 활물질인 삼원 물질은 LiNi0.96Co0.02Mn0.02O2이라는 것이다.
이 외에, 전해액의 제조 단계는 다음과 같다: 수분 함량이 10ppm 미만인 아르곤 분위기 글로브 박스에서 비이커에 16g의 EC, 69.6g의 EMC, 14.4g의 LiPF6를 각각 첨가하고, 충분히 교반하여 용해시킨 후 본 실시예용 전해액을 얻었다.
[관련 파라미터 및 전지 성능 시험]
1. 초기 방전 DCR（직류저항, Directive Current Resistance）시험
25℃에서 상기 실시예 및 비교예의 리튬이온 전지를 각각 1C의 충전율로 4.25V까지 충전한 다음 전류가 0.05C 미만이 될 때까지 정전압으로 충전한 후, 1C의 방전율로 30분간 방전하고, 이 때 전지의 SOC는 50%이였으며 이때의 전압은 V1로 기록하였다. 다음, 4C의 방전율로(4C에서 대응되는 전류는 I) 30초간 방전하고, 이 때의 전압은 V2로 기록하였다. 즉, 리튬이온 전지의 초기 방전 DCR=(V1-V2)/I이며, 구체적인 값은 표 1 내지 표 8을 참조할 수 ?渼?.
2. 60℃ 사이클 성능 시험
60℃에서, 전지를 1C의 정전류로 4.25V까지 충전한 후 4.25V의 정전압으로 전류가 0.05C가 될 때까지 충전하고 5분간 방치하였다. 그 후, 1C의 정전류로 2.5V까지 방전하고 획득한 용량을 초기 용량 C0로 기록하였다. 동일한 전지에 대해 위의 단계를 반복하여 카운터 시작하고 300번째 사이클 후 전지의 방전 용량 C300을 기록하였다. 즉, 300번째 사이클 후 전지 사이클 용량 유지율은 P=C300/C0*100%이다.
상술한 과정에 따라 실시예 및 비교예의 리튬이온 전지를 각각 시험하였으며, 구체적인 수치는 표 1 내지 표 8에 나타냈다.
3. 60℃ 저장 성능 시험
25℃에서, 전지를 0.5C의 정전류로 4.25V까지 충전한 후 4.25V의 정전압으로 전류가 0.05C가 될 때까지 충전하고 5분간 방치하였다. 그 후, 0.5C의 정전류로 2.5V까지 방전하고 이 때의 방전 용량을 초기 용량 C0로 기록하였다.
상기 전지를 다시 0.5C의 정전류로 4.25V까지 충전한 후 4.25V의 정전압으로 전류가 0.05C가 될 때까지 충전하고 상기 전지를 60℃의 인큐베이터에 넣어 60일 동안 저장한 후 꺼냈다. 인큐베이터에서 꺼낸 전지를 25℃의 대기환경에 방치하고, 리튬이온 전지의 온도가 25℃로 완전히 내려간 후, 리튬이온 전지를 0.5C의 정전류로 2.5V까지 방전하고, 0.5C의 정전류로 4.25V까지 충전하였으며, 마지막으로 리튬이온 전지를 0.5V의 정전류로 2.5V까지 방전하였다. 이 때의 방전 용량은 C1이다. 즉, 60일 동안 전장 후의 전지의 고온 저장 용량 유지율은 M=C1/C0Х100%이다.
상술한 과정에 따라 기타 실시예 및 비교예에 대해 각각 시험하였으며, 구체적인 수치는 표 1 내지 표 8에 나타냈다.
하기 표 1은 리튬 염 및 고리형 에스테르의 상대 비율이 전지 성능에 미치는 영향에 관한 것이다:
번호 전해액 관련 파라미터 전지성능
리튬 염 고리형
에스테르 		W1
(%) 		W2
(%)
Figure pct00024
 B
(%) 		60℃
사이클
용량
유지율P
(%) 		60℃
저장
용량
유지율M
(%) 		초기
DCR
(mΩ)
실시예1-1 LiFSI+LiPF6 EC 6.40 32.68 0.2 35 75.6 81.2 20.5
실시예1-2 LiFSI+LiPF6 EC 9.15 18.17 0.5 20 79.1 84.1 19.9
실시예1-3 LiFSI+LiPF6 EC 8.15 10.10 0.81 11 84.3 88.7 18.8
실시예1-4 LiFSI+LiPF6 EC 11.53 12.83 0.9 14.5 86.1 90.1 16.5
실시예1-5 LiFSI+LiPF6 EC 12.65 12.67 1.0 14.5 82.1 87.3 17.1
실시예1-6 LiFSI+LiPF6 EC 10.4 9.86 1.06 11 79.9 83.3 17.4
비교예1 LiFSI+LiPF6 EC 12.65 82.98 0.15 95 71.5 76.5 27.5
비교예2 LiFSI+LiPF6 EC 11.53 10.44 1.1 11.8 72.8 77.8 23.4
비고 W1：전해액에서의 리튬 염의 질량분율
W2: 전해액에서의 고리형 에스테르의 질량분율
B： 유기 용매에서의 고리형 에스테르의 질량분율
하기 표 2는 유기 용매에서의 고리형 에스테르 함량이 전지 성능에 미치는 영향에 관한 것이다:
번호 전해액 관련 파라미터 전지성능
리튬 염 고리형 에스테르 W1
(%) 		W2
(%)
Figure pct00025
 B
(%) 		60℃
사이클
용량
유지율
(%) 		60℃
저장
용량
유지율
(%) 		초기
DCR
(mΩ)
실시예2-1 LiFSI+LiPF6 PC 2.4 2.93 0.82 3 74.7 79.1 18.1
실시예2-2 LiFSI+LiPF6 PC 3.9 4.8 0.81 5 75.8 81.1 17.2
실시예2-3 LiFSI+LiPF6 PC 6.15 7.51 0.82 8 79.8 82.6 16.5
실시예2-4 LiFSI+LiPF6 PC 7.53 9.25 0.81 10 81.8 83.7 16.1
실시예2-5 LiFSI+LiPF6 PC 9.53 11.76 0.81 13 84.1 87.1 15.1
실시예2-6 LiFSI+LiPF6 PC 10.78 13.38 0.81 15 82.9 85.1 14.3
실시예2-7 LiFSI+LiPF6 PC 12.65 15.72 0.8 18 80.7 82.1 15.7
실시예2-8 LiFSI+LiPF6 PC 13.9 17.22 0.81 20 73.9 78.9 20.1
하기 표 3은 상이한 리튬 염의 상대 함량이 전지 성능에 미치는 영향에 관한 것이다:
번호 전해액관련 파라미터 전지성능
리튬 염 고리형
에스테르
Figure pct00026
Figure pct00027
 [C1+C2]
(M) 		60℃
사이클 용량
유지율
(%) 		60℃
저장
용량
유지율
(%) 		초기
DCR
(mΩ)
실시예3-1 LiFSI+LiPF6 EC 0.9 0.01 1 76.8 80.3 17.1
실시예3-2 LiFSI+LiPF6 EC 0.9 0.05 1 78.5 81.4 16.9
실시예3-3 LiFSI+LiPF6 EC 0.9 1 1 83.1 82.7 16.3
실시예3-4 LiFSI+LiPF6 EC 0.9 1.5 1 84.1 84.1 15.9
실시예3-5 LiFSI+LiPF6 EC 0.9 2 1 85.4 88.2 15.6
실시예3-6 LiFSI+LiPF6 EC 0.9 3.5 1 83.2 86.4 16.4
실시예3-7 LiFSI+LiPF6 EC 0.9 5 1 80.1 84.1 16.9
실시예3-8 LiFSI+LiPF6 EC 0.9 5.5 1 75.8 81.0 17.2
비고 C1: 리튬비스플루오로설포닐이미드의 몰농도
C2：리튬헥사플루오르포스페이트의 몰농도
하기 표 4는 리튬 염의 총 농도가 전지 성능에 미치는 영향에 관한 것이다:
번호 전해액관련 파라미터 전지성능
리튬 염 고리형
에스테르
Figure pct00028
Figure pct00029
 [C1+C2]
(M) 		60℃
사이클 용량
유지율
(%) 		60℃
저장 용량 유지율
(%) 		초기
DCR
(mΩ)
실시예4-1 LiFSI+LiPF6 EC 0.9 1 0.7 77.8 79.9 17.9
실시예4-2 LiFSI+LiPF6 EC 0.9 1 0.86 81.5 82.3 17.0
실시예4-3 LiFSI+LiPF6 EC 0.9 1 1 83.1 82.7 16.3
실시예4-4 LiFSI+LiPF6 EC 0.9 1 1.4 82.1 83.1 15.9
실시예4-5 LiFSI+LiPF6 EC 0.9 1 1.46 78.1 80.1 17.2
하기 표 5는
Figure pct00030
이 전지 성능에 미치는 영향에 관한 것이다:
번호 전해액관련 파라미터 전지성능
리튬 염 고리형 에스테르 A
(%) 		W2
(%)
Figure pct00031
 성막
첨가제
Figure pct00032
 60℃
사이클용량
유지율
(%) 		60℃
저장
용량
유지율
(%) 		초기
DCR
(mΩ)
실시예5-1 LiFSI+LiPF6 EC 3.55 12.30 0.94 FEC 9.56 82.1 83.4 17.4
실시예5-2 LiFSI+LiPF6 EC 4 10.35 0.95 FEC 10.07 83.1 84.3 16.5
실시예5-3 LiFSI+LiPF6 EC 4.7 12.51 0.95 FEC 11.90 84.1 85.3 16.1
실시예5-4 LiFSI+LiPF6 EC 5.65 10.76 0.96 FEC 13.45 85.3 86.5 15.5
실시예5-5 LiFSI+LiPF6 EC 6.9 11.03 0.98 FEC 16.00 84.6 84.3 16.5
실시예5-6 LiFSI+LiPF6 EC 7 13.55 0.98 FEC 16.71 82 82.4 17.3
비고 A: 전해액에서의 성막 첨가제의 질량분율
하기 표 6은 전지 중의 기타 파라미터가 전지 성능에 미치는 영향에 관한 것이다:
번호 전지관련 파라미터 전지성능
리튬 염 고리형
에스테르
Figure pct00033
 W2
(%)
Figure pct00034
Figure pct00035
 60℃
사이클
용량
유지율
(%) 		60℃
저장
용량
유지율
(%) 		초기
DCR
(mΩ)
실시예6-1 LiFSI+LiPF6 EC 99 46.28 0.31 0.47 80.8 81.5 17.1
실시예6-2 LiFSI+LiPF6 EC 69 34.28 0.42 0.5 81.3 82.0 16.9
실시예6-3 LiFSI+LiPF6 EC 47 27.86 0.51 0.59 85.4 86.7 15.7
실시예6-4 LiFSI+LiPF6 EC 32 23.14 0.62 0.72 84.1 85.2 16.5
실시예6-5 LiFSI+LiPF6 EC 25 20.06 0.71 0.8 81.1 81.8 18.1
하기 표 7은 전지 중의 기타 파라미터가 전지 성능에 미치는 영향에 관한 것이다:
번호 전지관련 파라미터 전지성능
리튬 염 고리형
에스테르 		W2
(%) 		H(g)
Figure pct00036
Figure pct00037
 60℃
사이클
용량
유지율
(%) 		60℃
저장
용량
유지율
(%) 		초기
DCR
(mΩ)
실시예7-1 LiPF6 EC 30.57 1.698 0.2 18.00 79.1 80.5 17.2
실시예7-2 LiPF6 EC 17.47 0.873 0.5 20.00 81.5 81.3 16.9
실시예7-3 LiPF6 EC 9.61 0.192 0.8 50.05 83.1 82.3 16.5
실시예7-4 LiPF6 EC 12.67 0.158 0.9 80.19 84.1 84.2 16.2
실시예7-5 LiPF6 EC 12.67 0.115 1.0 110.17 85.1 86.4 16
실시예7-6 LiPF6 EC 12.67 0.09 1.0 140.78 83.2 85.1 16.4
실시예7-7 LiPF6 EC 12.67 0.079 1.0 160.38 82.1 84.2 16.5
실시예7-8 LiPF6 EC 9.61 0.058 0.95 165.69 81.1 81.3 16.5
비고 H는 1540.25mm2 집전체 표면에서의 음극 재료의 적재량
하기 표 8은 전지 중의 기타 파라미터가 전지 성능에 미치는 영향에 관한 것이다.
번호 전지 관련 파라미터 전지성능
리튬 염 고리형 에스테르
Figure pct00038
 W2
(%)
Figure pct00039
Figure pct00040
 60℃
사이클 용량
유지율
(%) 		60℃
저장
용량
유지율
(%) 		초기
DCR
(mΩ)
실시예8-1 LiPF6 EC 50 16.0 0.9 0.32 85.4 86.7 15.7
실시예8-2 LiPF6 EC 65 16.0 0.9 0.25 83.1 84.0 16.9
실시예8-3 LiPF6 EC 85 16.0 0.9 0.19 80.2 80.4 18.1
실시예8-4 LiPF6 EC 96 16.0 0.9 0.17 78.4 77.6 22.6
비고 W1：전해액에서의 리튬 염의 질량분율
W2: 전해액에서의 고리형 에스테르의 질량분율
X: LiNixCoyMnzO2재료에서의 니켈 원자 함량
표 1에 따르면, 상기 모든 실시예의 리튬이온 전지의 고온 사이클 용량 유지율 및 고온 저장 용량 유지율은 비교예 1-2에 비해 현저히 높고, 모든 실시예의 초기 방전DCR도 비교예 1-2보다 낮다는 것을 확인할 수 있다.
실시예1-1 내지 실시예1-6를 종합적으로 비교하면, 0.2≤
Figure pct00041
≤1.06일 때, 리튬이온 전지의 고온 사이클 용량 유지율은 모두75%를 초과하였고, 고온 저장 용량 유지율은 모두 80%를 초과하였으며, 초기 방전DCR도 20.5mΩ이내에 있었음을 확인할 수 있다. 또한, 0.8≤
Figure pct00042
≤1.0일 때, 리튬이온 전지의 고온 사이클 용량 유지율, 고온 저장 용량 유지율 및 초기 방전DCR이 더욱 개선되었다.
실시예2-1 내지 실시예2-8을 종합적으로 비교하면,
Figure pct00043
의 값이 일정하고, B의 값이 5%-18%의 범위일 때, 리튬이온 전지의 고온 사이클 용량 유지율은 모두75%를 초과하였고, 고온 저장 용량 유지율은 모두 80%를 초과하였으며, 초기 방전DCR은 17.2mΩ를 초과하지 않았음을 확인할 수 있다. 또한, B의 값이 13%-16%의 범위일 때, 리튬이온 전지의 고온 사이클 용량 유지율, 고온 저장 용량 유지율 및 초기 방전DCR이 더욱 개선되었다.
실시예3-1 내지 실시예3-8을 종합적으로 비교하면,
Figure pct00044
, C1+C2의 값이 고정값이고,
Figure pct00045
의 값이 0.05-5의 범위일 때, 리튬이온 전지의 고온 사이클 용량 유지율은 모두78.5%를 초과하였고, 고온 저장 용량 유지율은 모두 81%를 초과하였으며, 초기 방전DCR은 17mΩ를 초과하지 않았음을 확인할 수 있다. 또한,
Figure pct00046
의 값이 1-3.5의 범위일 때, 리튬이온 전지의 고온 사이클 용량 유지율, 고온 저장 용량 유지율 및 초기 방전DCR이 더욱 개선되었다.
실시예4-1내지 실시예4-5를 종합적으로 비교하면,
Figure pct00047
의 값이 고정값이고, （C1+C2）의 값이 0.86-1.4 M의 범위일 때, 리튬이온 전지의 고온 사이클 용량 유지율은 모두 81.5%를 초과하였고, 고온 저장 용량 유지율은 모두 82.3%를 초과하였으며, 초기 방전DCR은 17mΩ를 초과하지 않았음을 확인할 수 있다. 또한, （C1+C2）의 값이 1-1.4의 범위일 때, 리튬이온 전지의 고온 사이클 용량 유지율, 고온 저장 용량 유지율 및 초기 방전DCR이 더욱 개선되었다.
실시예5-1 내지 실시예5-6을 종합적으로 비교하면,
Figure pct00048
의 값이 고정값이고,
Figure pct00049
의 값이 10-16의 범위일 때, 리튬이온 전지의 고온 사이클 용량 유지율은 모두 83%를 초과하였고, 고온 저장 용량 유지율은 모두 84%를 초과하였으며, 초기 방전DCR은 16.5mΩ를 초과하지 않았음을 확인할 수 있다. 또한,
Figure pct00050
의 값이 11.9-13.5의 범위일 때, 리튬이온 전지의 고온 사이클 용량 유지율, 고온 저장 용량 유지율 및 초기 방전DCR이 더욱 개선되었다.
실시예6-1 내지 실시예6-5를 종합적으로 비교하면,
Figure pct00051
의 값이 0.5-0.72의 범위일 때, 리튬이온 전지의 고온 사이클 용량 유지율은 모두 81.3%를 초과하였고, 고온 저장 용량 유지율은 모두 82%를 초과하였으며, 초기 방전DCR은 17mΩ를 초과하지 않았음을 확인할 수 있다.
실시예7-1 내지 실시예7-8을 종합적으로 비교하면,
Figure pct00052
의 값이 고정값이고,
Figure pct00053
의 값이 20-166의 범위일 때, 리튬이온 전지의 고온 사이클 용량 유지율은 모두 81.5%를 초과하였고, 고온 저장 용량 유지율은 모두 81.3%를 초과하였으며, 초기 방전DCR은 16.9mΩ를 초과하지 않았다. 또한,
Figure pct00054
의 값이 50-141의 범위일 때, 리튬이온 전지의 고온 사이클 용량 유지율, 고온 저장 용량 유지율 및 초기 방전DCR이 더욱 개선되었다.
실시예8-1-실시예8-4에 따르면, 기존에 LiNixCoyMnzO2 삼원 양극 활물질로 흔히 사용되는 몇가지 유형, 즉, 니켈 원자 함량이 각각 0.5, 0.65, 0.85, 0.96인 삼원 양극 활물질 및 이를 포함하여 제조된 리튬이온 전지 모두 우수한 고온 사이클 용량 유지율, 고온 저장 용량 유지율 및 초기 방전DCR을 겸비한다는 것을 알 수있다.
설명이 필요한 것은, 본 출원은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 이상에서 설명한 실시예는 예시일 뿐이며, 본 출원의 기술적 해결방안의 범위 내에서 실질적으로 동일한 구성을 갖고, 동일한 효과를 발휘하는 실시예도 모두 본 출원의 기술적 범위에 포함된다. 또한, 본 출원의 요지를 벗어나지 않는 범위에서, 당업자가 착상할 수 있는 다양한 변형, 실시예의 구성 요소 중 일부를 조합하여 구성되는 다른 방식도 본 출원의 범위에 포함된다.
5: 리튬이온 전지
51: 케이스
52: 전극조립체
53: 캡조립체

Claims (11)

  1. 전해질염 및 유기 용매를 포함하는 전해액에 있어서,
    상기 전해질염은 리튬 염을 포함하고, 상기 유기 용매는 고리형 에스테르를 포함하며,
    상기 전해액에서의 상기 리튬 염의 질량분율 W1과 상기 전해액에서의 상기 고리형 에스테르의 질량분율 W2는 0.2≤
    Figure pct00055
    ≤1.06을 만족하는 것을 특징으로 하는 전해액.
  2. 제1항에 있어서,
    상기
    Figure pct00056
    의 범위는 0.5-1.06, 선택적으로 0.8-1.0인 것을 특징으로 하는 전해액.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 고리형 에스테르 질량의 상기 유기 용매 질량에 대한 질량분율 B는 5%-18%, 선택적으로 13%-16%인 것을 특징으로 하는 전해액.
  4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 전해질염은 리튬비스플루오로설포닐이미드, 리튬헥사플루오르포스페이트 중의 적어도 하나를 포함하고,
    상기 고리형 에스테르는 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전해액.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 리튬비스플루오로설포닐이미드의 몰농도 C1 및 상기 리튬헥사플루오르포스페이트의 몰농도 C2의 비
    Figure pct00057
    는 0.05-5, 선택적으로 1-3.5이고；
    선택적으로, 상기 리튬비스플루오로설포닐이미드와 상기 리튬헥사플루오르포스페이트의 몰농도의 합 （C1+C2）는 0.86-1.4 M인 것을 특징으로 하는 전해액.
  6. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서,
    성막 첨가제를 포함하고，
    상기 전해액에서의 상기 성막 첨가제의 질량분율 A 및 상기 전해액에서의 상기 고리형 에스테르의 질량분율 W2는
    Figure pct00058
    을 만족하는 것을 특징으로 하는 전해액.
  7. 양극 시트, 음극 시트 및 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 따른 전해액을 포함하는 리튬이온 전지.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 양극 시트는 양극 활물질 LiNixCoyMnzO2을 포함하고, 여기서, x+y+z=1이며,
    상기 전해액에서의 상기 고리형 에스테르의 질량분율 W2 및 니켈 원자 함량x는 관계식 0.5≤
    Figure pct00059
    ≤0.72을 만족하는 것을 특징으로 하는 리튬이온 전지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 니켈 원자 함량x는 0.5이상, 선택적으로 0.65, 0.8, 0.96인 것을 특징으로 하는 리튬이온 전지.
  10. 제7항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 있어서,
    1540.25mm2 집전체 표면에서의 음극 재료의 적재량 H（단위: g） 및 상기 전해액에서의 상기 고리형 에스테르의 질량분율 W2는 관계식 20≤
    Figure pct00060
    ≤166을 만족하는 것을 특징으로 하는 리튬이온 전지.
  11. 제7항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 따른 리튬이온 전지를 포함하는 전기 기기.
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