전해액 및 전지 document_id A220517009999

본 발명은 전해액 및 이를 이용한 전지에 관한 것이며, 특히 구성 원소로서 주석(Sn) 및 규소(Si) 중 하나 이상을 포함하는 부극 활성 물질을 사용하는 경우에 유효한 전해액 및 전지에 관한 것이다. 전자 기기의 소형화에 따라 고에너지 밀도를 갖는 전지의 개발이 요구되고 있다. 이 요구에 대응하는 전지로서 리튬(Li)의 석출ㆍ용해 반응을 이용한 리튬 금속 이차 전지가 있다. 그러나, 리튬 금속 이차 전지에서는 충전시에 부극 상에 리튬이 덴드라이트 석출되어 불활성화되기 때문에 사이클 수명이 짧다는 문제가 있다. 이 사이클 수명을 개선한 것으로서는 리튬 이온 이차 전지가 제품화되어 있다. 리튬 이온 이차 전지의 부극에는 흑연층 사이로의 리튬의 인터켈레이션 반응(intercalation reaction)을 이용한 흑연 재료, 또는 세공 중으로의 리튬의 흡장ㆍ방출 작용을 응용한 탄소질 재료 등의 부극 활성 물질이 이용되고 있다. 따라서, 리튬 이온 이차 전지에서는 리튬이 덴드라이트 석출되지 않고, 사이클 수명이 길다. 또한, 흑연 재료 또는 탄소질 재료는 공기 중에서 안정하기 때문에, 공업적으로 생산하는 데 있어서도 장점이 크다. 그러나, 인터켈레이션에 의한 부극 용량은 제1 스테이지 흑연 층간 화합물의 조성 C6Li에 규정되어 있는 바와 같이 상한이 존재한다. 또한, 탄소질 재료의 미소한 세공 구조를 제어하는 것은 공업적으로 어려울 뿐만 아니라 탄소질 재료의 비중 저하를 초래하여, 단위 부피당 부극 용량의 향상, 나아가 단위 부피당 전지 용량의 향상에 있어서 유효한 수단이 될 수 없다. 어느 종류의 저온 소성 탄소질 재료에서는 1000 mAh/g을 넘는 부극 방전 용량을 나타내는 것이 알려져 있지만, 쌍리튬 금속(counter lithium metal)에 있어서 0.8 V 이상의 높은 전위에서 큰 용량을 갖기 때문에 금속 산화물 등을 정극에 사용하여 전지를 구성했을 경우 방전 전압이 저하되는 등의 문제가 있었다. 이러한 이유로부터 현 상태의 탄소질 재료로는 금후의 지속적인 전자 기기의 사용 시간의 장시간화, 전원의 고에너지 밀도화에 대응하는 것이 어렵다고 여겨지며, 한층 더 리튬의 흡장ㆍ방출 능력이 큰 부극 활성 물질이 요구되고 있다. 한편, 보다 고용량을 실현할 수 있는 부극 활성 물질로서는, 어느 종류의 리튬 합금이 전기 화학적 및 가역적으로 생성 및 분해되는 것을 응용한 재료가 널리 연구되어 왔다. 예를 들면, 리튬-알루미늄 합금이 널리 연구되어, 미국 특허 제4950566호 명세서에는 규소 합금이 보고되어 있다. 그러나, 이들 합금은 전지의 부극에 사용했을 경우, 사이클 특성을 열화시켜 버린다는 문제가 있었다. 그 원인 중 하나로는 이들 합금은 충방전에 따라 팽창 수축하여 충방전을 반복할 때마다 미분화된다는 점을 들 수 있다. 따라서, 이러한 합금의 미분화를 억제하기 위해, 예를 들면 리튬의 흡장 및 방출에 따른 팽창 수축에 관여하지 않는 원소로 일부를 치환하는 것이 검토되어 왔다. 예를 들면, LiSiaOb(0≤a, 0003c#b003c#2)(일본 특허 공개 (평)6-325765호 공보 참조), LicSi1-dMdOe(여기서, M은 알칼리 금속을 제외한 금속 원소 또는 규소를 제외한 반금속 원소를 나타내고, 0≤c, 0003c#d003c#1, 0003c#e003c#2임)(일본 특허 공개 (평)7-230800호 공보 참조), 리튬-은-텔루르계 합금(일본 특허 공개 (평)7-288130호 공보 참조) 등이 제안되어 있다. 또한, 1종 이상의 비금속 원소와, 장주기형 주기표에서의 14족 금속 원소 또는 반금속 원소를 포함하는 화합물(일본 특허 공개 (평)11-102705호 공보 참조)도 제안되어 있다. 그러나, 이들 부극 활성 물질을 사용하더라도 팽창 수축으로부터 유래하는 사이클 특성의 열화가 커서, 사이클 특성을 중시하는 휴대 기기에 사용하기에는 불충분하다는 문제가 있었다.