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KR100838944B1 - Seconday battery - Google Patents

Seconday battery Download PDF

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KR100838944B1
KR100838944B1 KR1020060007426A KR20060007426A KR100838944B1 KR 100838944 B1 KR100838944 B1 KR 100838944B1 KR 1020060007426 A KR1020060007426 A KR 1020060007426A KR 20060007426 A KR20060007426 A KR 20060007426A KR 100838944 B1 KR100838944 B1 KR 100838944B1
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KR
South Korea
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active material
formula
secondary battery
lithium
negative electrode
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KR1020060007426A
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Korean (ko)
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KR20070077700A (en
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장성균
박희상
이서재
장민철
최상훈
이기영
Original Assignee
주식회사 엘지화학
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Publication date
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Abstract

본 발명은 양극, 음극, 전해질을 포함하는 이차 전지에 있어서, 각 충방전 사이클 이후 양극활물질의 모든 활성 site 내에 리튬이 채워질 때, 리튬 이온이 가역적으로 흡장 및 방출될 수 있는 음극활물질의 활성 site 내 여분의 리튬(excess Li)이 존재하거나 존재할 수 있는 것이 특징인 이차 전지를 제공한다. 또한, 본 발명은 이차 전지의 각 충방전 사이클 이후 양극활물질의 모든 활성 site 내에 리튬이 채워질 때, 리튬 이온이 가역적으로 흡장 및 방출될 수 있는 음극활물질의 활성 site 내 여분의 리튬(excess Li)이 존재하거나 존재할 수 있도록 함으로써, 이차 전지의 수명 특성을 향상시키는 방법을 제공한다.In the secondary battery including the positive electrode, the negative electrode, and the electrolyte, when lithium is filled in all active sites of the positive electrode active material after each charge and discharge cycle, lithium ions can be reversibly occluded and released in the active site of the negative electrode active material. It provides a secondary battery characterized by the presence or the presence of excess lithium (excess Li). In addition, according to the present invention, when lithium is filled in all active sites of the positive electrode active material after each charge / discharge cycle of the secondary battery, excess lithium in the active site of the negative electrode active material may be reversibly occluded and released. The present invention provides a method of improving the life characteristics of a secondary battery by allowing or presenting it.

본 발명에서는 양극 보다 비가역이 큰 음극 재료의 사용으로 인해 전지의 용량 감소 및 낮은 충방전 효율로 인한 수명 특성 감소 등이 초래되는 종래 전지 시스템과는 달리, 최초 방전 뿐만 아니라 각 사이클의 충방전 이후에도 여분의 리튬이 음극에 존재하는 새로운 이차 전지 시스템을 구축함으로써 이차 전지의 용량 증가 및 수명 특성 향상을 제공할 수 있다.In the present invention, unlike the conventional battery system in which the use of a negative electrode material irreversible than the positive electrode results in a decrease in battery capacity and a decrease in life characteristics due to low charging and discharging efficiency, the present invention spares not only the initial discharge but also after the charge and discharge of each cycle. By constructing a new secondary battery system in which lithium is present in the negative electrode, it is possible to provide an increase in capacity and life characteristics of the secondary battery.

전극활물질, 여분, 리튬, 전기 화학 소자, 이차 전지 Electrode active material, extra, lithium, electrochemical device, secondary battery

Description

이차 전지{SECONDAY BATTERY}Secondary Battery {SECONDAY BATTERY}

도 1a는 본 발명에 따라 여분의 리튬이 음극에 존재하는 이차 전지 시스템을 도시한 도이며, 도 1b는 여분의 리튬이 존재하지 않는 종래 이차 전지 시스템을 도시한 도이다.FIG. 1A illustrates a secondary battery system in which excess lithium is present in a negative electrode according to the present invention, and FIG. 1B illustrates a conventional secondary battery system in which excess lithium is not present.

도 2는 Li2NiO2를 포함하는 전극과 Li-metal을 대극으로 구비하는 참조예 1의 코인형 전지(half cell)의 첫번째 사이클 충방전 그래프이다. FIG. 2 is a first cycle charge and discharge graph of a coin cell of Reference Example 1 having an electrode including Li 2 NiO 2 and a counter electrode of Li-metal.

도 3은 Li(Li0 .2Mn0 .6Ni0 .2)O2을 포함하는 전극과 Li-metal을 대극으로 구비하는 참조예 2의 코인형 전지의 첫번째 사이클 충방전 그래프이다. 3 is Li (Li 0 .2 Mn 0 .6 Ni 0 .2) O 2 reference the first cycle charge-discharge graph of a coin-type cell of Example 2 including the electrode and Li metal as a counter electrode-containing.

도 4는 LiCoO2(80 중량부) + Li2NiO2(20 중량부)을 포함하는 전극과 Li-metal을 대극으로 구비하는 참조예 3의 코인형 전지의 첫번째 사이클 충방전 그래프이다. 4 is a first cycle charge and discharge graph of a coin-type battery of Reference Example 3 having an electrode including LiCoO 2 (80 parts by weight) + Li 2 NiO 2 (20 parts by weight) and Li-metal as a counter electrode.

도 5는 LiCoO2(70 중량부) + Li(Li0.2Mn0.6Ni0.2)O2(30 중량부)을 포함하는 전극과 Li-metal을 대극으로 구비하는 참조예 4의 코인형 전지의 첫번째 사이클 충방전 그래프이다. 5 is a first cycle of a coin-type battery of Reference Example 4 having an electrode comprising LiCoO 2 (70 parts by weight) + Li (Li 0.2 Mn 0.6 Ni 0.2 ) O 2 (30 parts by weight) and Li-metal as a counter electrode. Charge and discharge graph.

도 6은 LiCoO2을 포함하는 전극과 Li-metal을 대극으로 구비하는 참조예 5의 코인형 전지의 첫번째 사이클 충방전 그래프이다. 6 is a first cycle charge / discharge graph of a coin-type battery of Reference Example 5 having an electrode including LiCoO 2 and a counter electrode having Li-metal.

도 7은 그래파이트(50 중량부) + Si (50 중량부)를 포함하는 전극과 Li-metal을 대극으로 구비하는 참조예 6의 코인형 전지의 첫번째 사이클 충방전 그래프이다.FIG. 7 is a first cycle charge / discharge graph of a coin-type battery of Reference Example 6 having an electrode including graphite (50 parts by weight) + Si (50 parts by weight) and Li-metal as a counter electrode.

도 8은 LiCoO2를 포함하는 양극 및 그래파이트(50 중량부) + Si (50 중량부)를 포함하는 음극을 구비하는 비교예 1의 리튬 이차 전지(full cell)의 수명 특성을 나타내는 그래프이다.FIG. 8 is a graph showing the life characteristics of a lithium full battery of Comparative Example 1 having a cathode including LiCoO 2 and a cathode including graphite (50 parts by weight) + Si (50 parts by weight).

도 9는 LiCoO2를 포함하는 양극 및 그래파이트(50 중량부) + Si (50 중량부)를 포함하는 음극을 구비하는 비교예 1의 리튬 이차 전지(full cell)의 충방전 효율을 나타내는 그래프이다.FIG. 9 is a graph showing charge and discharge efficiency of a lithium full battery of Comparative Example 1 having a positive electrode including LiCoO 2 and a negative electrode including graphite (50 parts by weight) + Si (50 parts by weight).

도 10은 LiCoO2(80 중량부) + Li2NiO2 (20 중량부)를 포함하는 양극 및 그래파이트(50 중량부) + Si (50 중량부)를 포함하는 음극을 구비하는 실시예 1의 리튬 이차 전지(full cell)의 수명 특성을 나타내는 그래프이다.10 is a lithium of Example 1 having a positive electrode comprising LiCoO 2 (80 parts by weight) + Li 2 NiO 2 (20 parts by weight) and a negative electrode comprising graphite (50 parts by weight) + Si (50 parts by weight). It is a graph showing the life characteristics of a secondary battery (full cell).

도 11은 LiCoO2(80 중량부) + Li2NiO2 (20 중량부)를 포함하는 양극 및 그래파이트(50 중량부) + Si (50 중량부)를 포함하는 음극을 구비하는 실시예 1의 리튬 이차 전지(full cell)의 충방전 효율을 나타내는 그래프이다.FIG. 11 shows the lithium of Example 1 having a positive electrode comprising LiCoO 2 (80 parts by weight) + Li 2 NiO 2 (20 parts by weight) and a negative electrode comprising graphite (50 parts by weight) + Si (50 parts by weight). A graph showing charge and discharge efficiency of a full cell.

도 12는 Li(Li0.2Mn0.6Ni0.2)O2을 포함하는 양극 및 그래파이트(50 중량부) + Si (50 중량부)를 포함하는 음극을 구비하는 실시예 2의 리튬 이차 전지(full cell)의 수명 특성을 나타내는 그래프이다.12 is a lithium full cell of Example 2 having a positive electrode including Li (Li 0.2 Mn 0.6 Ni 0.2 ) O 2 and a negative electrode including graphite (50 parts by weight) + Si (50 parts by weight) It is a graph showing the lifespan characteristics.

도 13은 Li(Li0.2Mn0.6Ni0.2)O2을 포함하는 양극 및 그래파이트(50 중량부) + Si (50 중량부)를 포함하는 음극을 구비하는 실시예 2의 리튬 이차 전지(full cell)의 충방전 효율을 나타내는 그래프이다.FIG. 13 is a lithium full cell of Example 2 having a positive electrode including Li (Li 0.2 Mn 0.6 Ni 0.2 ) O 2 and a negative electrode including graphite (50 parts by weight) + Si (50 parts by weight) It is a graph showing charge and discharge efficiency.

본 발명은 전지의 용량 감소 최소화 및 각 충방전 사이클마다 향상된 충방전 효율로 인한 수명 특성 개선이 도모된 이차 전지, 바람직하게는 리튬 이차 전지에 관한 것이다. The present invention relates to a secondary battery, preferably a lithium secondary battery, which is intended to minimize the capacity reduction of the battery and to improve life characteristics due to improved charge and discharge efficiency for each charge and discharge cycle.

최근 전자 장비의 소형화 및 경량화가 실현되고 휴대용 전자 기기의 사용이 일반화됨에 따라, 고에너지 밀도를 갖는 리튬 이차 전지에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 리튬 이차 전지는 리튬 이온의 삽입 및 탈리가 가능한 물질을 음극 및 양극으로 사용하고, 상기 양극과 음극 사이에 유기 전해액 또는 폴리머 전해액을 충전시켜 제조하며, 리튬 이온이 상기 양극 및 음극에서 삽입 및 탈리될 때의 산화, 환원 반응에 의하여 전기적 에너지를 생성한다.Recently, as miniaturization and light weight of electronic equipment have been realized and the use of portable electronic devices has become common, research on lithium secondary batteries having high energy density has been actively conducted. A lithium secondary battery is prepared by using a material capable of inserting and detaching lithium ions as a negative electrode and a positive electrode, and filling an organic or polymer electrolyte between the positive electrode and the negative electrode, and lithium ions can be inserted and removed from the positive electrode and the negative electrode. Electrical energy is generated by oxidation and reduction reactions.

리튬 이차 전지의 양극활물질로는 일반적으로 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiNi1/3Mn1/3Co1/3 등의 복합 금속 산화물들을 사용하고 있으며, 이들 대부분은 90 내지 97% 정도의 초기 효율을 가지고 있다. 이에 비해, 음극활물질로는 천연 흑연, hard carbon, soft carbon, 금속 산화물 음극활물질, 금속계 음극활물질 등을 사용하는데, 이들 대부분은 활물질의 종류에 따라 약 30 내지 90% 정도의 초기 효율을 가지고 있다. 이와 같이 초기 효율이 높은 양극활물질과 상기 양극활물질 보다 초기 효율이 낮은 음극활물질로 구성되는 종래 전지 시스템은 양극 보다 비가역이 큰 음극 재료로 인한 전지의 용량 감소 및 각 충방전 사이클마다 낮은 충방전 효율에 의한 수명 특성(cycle life) 감소 등의 문제가 초래된다. 즉, 리튬 이차 전지는 첫 번째 충전 과정시 전지의 음극에서 음극활물질인 탄소 입자의 표면과 전해액이 반응하여 고체 전해질 계면(solid electrolyte interface: SEI) 막(layer)을 형성하게 된다. SEI 막은 음극인 탄소 입자의 표면에서 전해액의 분해를 억제하여 전지를 안정화시키는 역할을 하나, 이 SEI 막을 형성할 때 일정량의 리튬을 소모하기 때문에 가역성 리튬의 양이 줄어들어 결국 전지의 용량을 감소시키게 된다. 특히, 리튬 공급원이 양극에 있는 현재의 이차전지 시스템에서는 음극의 비가역 용량이 클 경우, 음극의 비가역을 통하여 양극쪽의 데드 볼륨(dead volume) 증가가 발생하므로, 실제 양극에서 사용할 수 있는 용량보다 적은 용량을 나타내게 되며, 전지의 용량이 감소하게 되는 원인이 된다. 또한, 이와 같은 데드 볼륨으로 인한 낮은 용량 및 각 사이클에서의 낮은 충방전 효율로 인해 전지의 수명 특성 저하 역시 동반된다.As a cathode active material of a lithium secondary battery, composite metal oxides such as LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNiO 2 , and LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 are generally used. Most of them are 90 to 97%. It has an initial efficiency of degree. On the other hand, as the negative electrode active material, natural graphite, hard carbon, soft carbon, metal oxide negative electrode active material, metal-based negative electrode active material, and the like, most of them have an initial efficiency of about 30 to 90% depending on the type of active material. As described above, the conventional battery system including the positive electrode active material having a high initial efficiency and the negative electrode active material having a lower initial efficiency than the positive electrode active material has a low capacity and a low charge / discharge efficiency at each charge and discharge cycle due to the negative irreversible negative electrode material. Problems such as reduction in cycle life are caused. That is, the lithium secondary battery forms a solid electrolyte interface (SEI) layer by reacting an electrolyte and a surface of a carbon particle, which is a negative electrode active material, at the negative electrode of the battery during the first charging process. The SEI membrane serves to stabilize the battery by inhibiting decomposition of the electrolyte at the surface of the carbon particles, which are negative electrodes. However, since a certain amount of lithium is consumed when forming the SEI film, the amount of reversible lithium is reduced, thereby reducing the capacity of the battery. . In particular, in the current secondary battery system in which the lithium source is in the positive electrode, when the negative irreversible capacity of the negative electrode is large, a dead volume increase of the positive electrode side occurs through the irreversible negative electrode, so that the capacity of the secondary battery system is less than that available in the actual positive electrode. The capacity is shown, which causes the capacity of the battery to decrease. In addition, the low capacity and low charge and discharge efficiency of each cycle due to the dead volume is also accompanied by a decrease in the life characteristics of the battery.

한편, 차세대 고용량 음극 재료로 알려져 있는 금속계 활물질인 Si, Sn, Pb 등은 Li를 4.4개 받아들일 수 있을 정도로 매우 큰 용량을 가지나, 낮은 초기 충방전 효율, 부피 팽창에 따른 전지 성능 감소 등의 문제로 상용화되지 못하고 있다. 이를 해결하기 위한 활발한 연구가 많은 연구기관에서 진행되고 있다. 그 예들로 Li과 비반응성 alloy 합성을 통하여 구조적 변화량을 미리 제어하거나 전기화학적 특성을 높이는 방법, 산화물 또는 질화물의 구조체를 형성시켜 부피팽창을 막는 방법, carbon 등의 전도성 활물질과 혼합 처리하여 전도도를 높이는 방법 등이 있다. 그러나, 상용화를 위해서는 초기 비가역에 의한 용량 감소, 낮은 사이클 효율에 의한 사이클 수명(cycle life) 감소 등의 전기화학적 문제점이 충분히 해결되지 못하는 실정이다. On the other hand, Si, Sn, Pb, etc., a metal-based active material known as a next-generation high-capacity negative electrode material has a very large capacity to accept 4.4 Li, but problems such as low initial charge and discharge efficiency and decrease in battery performance due to volume expansion It is not commercialized. Active research to solve this problem is being conducted in many research institutes. For example, the method of controlling the structural change or increasing the electrochemical properties through the synthesis of non-reactive alloy with Li, the method of forming the structure of oxide or nitride to prevent the volume expansion, and mixing with the conductive active material such as carbon to increase the conductivity. Method and the like. However, in order to commercialize, electrochemical problems such as capacity reduction due to initial irreversibility and cycle life due to low cycle efficiency are not sufficiently solved.

본 발명자들은 양극 보다 비가역이 큰 음극 재료의 사용으로 인한 최초 충방전시 용량 감소 및 각 충방전 사이클 진행시 낮은 충방전 효율로 인한 수명 특성 감소 등이 초래되는 종래 전지 시스템의 문제점을 고려하여, 최초 방전 이후 및 각 사이클 충방전 이후에도 여분의 리튬(excess Li)이 가역적으로 음극에 존재하도록 상기 리튬을 미리 음극에 공급하는 새로운 전지 시스템을 구성하면 양극의 데드볼륨(dead volume) 감소를 통한 용량 증가, 음극의 전기화학적 성능 향상을 통한 사이클 효율 향상 및 전지의 수명 특성 증가가 도모된다는 것을 발견하였다.The inventors of the present invention consider the problems of the conventional battery system in which capacity reduction during initial charge / discharge due to the use of a negative electrode material that is irreversible than the positive electrode and decrease in life characteristics due to low charge / discharge efficiency during each charge / discharge cycle progress. After the discharge and after each cycle charging and discharging, a new battery system for supplying the lithium to the negative electrode in advance so that excess lithium is reversibly present in the negative electrode increases capacity by reducing the dead volume of the positive electrode, It has been found that the cycle efficiency can be improved and the lifespan characteristics of the battery can be increased by improving the electrochemical performance of the negative electrode.

이에, 본 발명은 새로운 전지 시스템 구축을 통해 제반 성능 향상이 도모된 이차 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a secondary battery with improved overall performance by building a new battery system.

또한, 본 발명은 최초 방전 및 각 충방전 사이클 이후에도 여분의 리튬 (excess Li)이 음극에 존재하는 새로운 전지 시스템을 적용함으로써 전지의 수명 특성을 향상시키는 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a method of improving the life characteristics of a battery by applying a new battery system in which excess lithium is present in the negative electrode even after the initial discharge and each charge / discharge cycle.

본 발명은 양극, 음극, 전해질을 포함하는 이차 전지에 있어서, 상기 양극은 하기 화학식 1의 리튬 니켈 산화물 및 화학식 2의 화합물로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 화합물이 포함되거나 또는 이들로 코팅된 양극활물질을 포함하고, 상기 음극은 Si, Sn 및 Pb으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 준금속이 포함되거나 또는 이들로 코팅된 음극활물질을 포함하면서, 이들이 하기 수학식 1 및 2의 조건을 만족하도록 조절되는 것이 특징인 이차 전지, 바람직하게는 리튬 이차 전지를 제공한다.
[화학식 1]
Li2+xNi1-yAyO2+α (여기서, -0.5 ≤ x ≤ 0.5, 0 ≤ y <1, 0 ≤α< 0.3)
[화학식 2]
XLi(Li1/3M2/3)O2 + YLiM'O2의 고용체(solid solution) (0 < X < 1, 0 < Y < 1 이며 X+Y = 1임)
상기 식에서,
A는 P, B, C, Al, Sc, Sr, Ti,V, Zr, Mn, Fe, Co, Cu, Zn, Cr, Mg, Nb, Mo 및 Cd로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 원소이며,
M = +4의 산화수를 가지는 금속 중 1종 이상의 원소이며;
M'= 전이 금속에서 선택되는 1종 이상의 원소이며;
[수학식 1]
양극활물질의 최초 충방전 효율 < 음극활물질의 최초 충방전 효율
[수학식 2]
양극활물질의 최초 충방전시의 비가역용량 > 음극활물질의 최초 충방전시의 비가역용량, 여기서 비가역용량 = 1- 방전용량/충전용량이다.
The present invention provides a secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte, wherein the positive electrode includes a positive electrode active material including or coated with one or more compounds selected from the group consisting of lithium nickel oxide of Formula 1 and a compound of Formula 2 Wherein the negative electrode includes a negative electrode active material including or coated with one or more metalloids selected from the group consisting of Si, Sn, and Pb, and these are controlled to satisfy the conditions of Equations 1 and 2 below. It is characterized by a secondary battery, preferably a lithium secondary battery.
[Formula 1]
Li 2 + x Ni 1-y A y O 2 + α (where −0.5 ≦ x ≦ 0.5, 0 ≦ y <1, 0 ≦ α <0.3)
[Formula 2]
Solid solution of XLi (Li 1/3 M 2/3 ) O 2 + YLiM'O 2 (0 <X <1, 0 <Y <1 and X + Y = 1)
Where
A is at least one element selected from the group consisting of P, B, C, Al, Sc, Sr, Ti, V, Zr, Mn, Fe, Co, Cu, Zn, Cr, Mg, Nb, Mo and Cd,
At least one element of the metal having an oxidation number of M = + 4;
M '= at least one element selected from transition metals;
[Equation 1]
First charge and discharge efficiency of cathode active material <First charge and discharge efficiency of anode active material
[Equation 2]
Irreversible capacity at initial charge and discharge of the positive electrode active material> irreversible capacity at initial charge and discharge of the negative electrode active material, where irreversible capacity = 1-discharge capacity / charge capacity.

또한, 본 발명은 전술한 구성을 통해 이차 전지의 수명 특성을 향상시키는 방법을 제공한다. In addition, the present invention provides a method of improving the life characteristics of the secondary battery through the above-described configuration.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated in detail.

본 발명은 최초 방전 및 각 충방전 사이클 이후에도 여분의 가역적인 리튬(excess Li)이 음극에 존재하는 신규 이차 전지 시스템을 제공하는 것을 특징으로 한다. The present invention is characterized by providing a novel secondary battery system in which excess reversible lithium is present in the negative electrode even after the initial discharge and each charge / discharge cycle.

1) 종래 전지 시스템은 주로 양극 및 상기 양극 보다 비가역이 크거나 또는 초기 효율이 낮은 음극으로 구성되는데, 리튬 공급원이 양극에 있는 현재의 이차전지 시스템에서 음극의 비가역 용량이 클 경우, 음극의 비가역을 통하여 양극쪽의 데드 볼륨(dead volume)의 증가가 발생하게 된다. 따라서 실제 양극에서 사용할 수 있는 용량보다 적은 용량을 나타내게 되어 전지의 용량 감소가 필수적으로 초래되었다. 또한, 낮은 사이클 효율 특성을 갖는 음극 재료의 사용으로 인해 전지의 수명 저하 역시 유발되었다.1) A conventional battery system mainly consists of a positive electrode and a negative electrode having a larger irreversible or lower initial efficiency than the positive electrode. In the current secondary battery system having a lithium source at the positive electrode, if the negative irreversible capacity of the negative electrode is large, the negative electrode is irreversible. Through this, an increase in dead volume of the anode side occurs. Therefore, the capacity of the battery is less than that available in the actual positive electrode, resulting in a reduction in the capacity of the battery. In addition, the use of a negative electrode material having low cycle efficiency characteristics also caused a decrease in the life of the battery.

이에 비해, 본 발명에서는 양극 보다 초기 충방전 효율이 높거나 비가역 용량이 낮은 음극을 포함하는 신규 이차 전지 시스템을 구성함으로써, 초기 비가역에 의해 발생하는 양극의 데드 볼륨(dead volume) 최소화를 통한 전지의 용량 증가를 도모할 수 있다.In contrast, the present invention configures a new secondary battery system including a negative electrode having a higher initial charge / discharge efficiency or a lower irreversible capacity than a positive electrode, thereby minimizing dead volume of the positive electrode generated by initial irreversible. Dose increase can be aimed at.

즉, 도 1a와 도 1b는 각각 본 발명의 이차 전지 시스템과 종래 이차 전지 시스템을 도시한 것이다. 우선, 초기 효율이 97%인 양극과 초기 효율이 80%인 음극으로 구성된 종래 이차 전지 시스템에서는 초기 충전시 음극 표면에 SEI 막 형성시 20% 정도의 비가역 용량이 발생하게 되는데, 이와 같은 20%의 비가역 용량은 양극쪽의 데드 볼륨(dead volume) 발생을 유발하여 실제 양극에서 사용할 수 있는 용량보다 적은 용량을 나타내게 된다(도 1b 참조). 1A and 1B illustrate the secondary battery system and the conventional secondary battery system of the present invention, respectively. First, in the conventional secondary battery system including a positive electrode having an initial efficiency of 97% and a negative electrode having an initial efficiency of 80%, an irreversible capacity of about 20% occurs when an SEI film is formed on the surface of the negative electrode during initial charging. The irreversible capacity causes the dead volume on the anode side to show a capacity smaller than that available in the actual anode (see FIG. 1B).

이에 비해, 초기 효율이 70%인 양극과 초기 효율이 80%인 음극으로 구성된 신규 이차 전지 시스템에서는 초기 충전에 의해 음극 표면에 SEI 막 형성시 종래 이차 전지 시스템과 동일한 비가역 용량인 20% 정도의 비가역 용량이 발생하게 된다. 그러나 이후 최초 방전에 의해 리튬 이온이 가역적으로 양극에 흡장(intercalation)될 때, 실제 양극에서 받아들일 수 있는 용량 보다 가역적 리튬 양이 10% 정도 초과하므로, 초기 비가역에 의해 발생하는 양극의 데드 볼륨(dead volume) 최소화가 도모되어 전지의 용량 저하 역시 최소화될 수 있다(도 1a 참조). 또한, 상기 10% 정도의 여분의 가역적 리튬(excess Li)은 최초 방전 이후에도 음극활물질의 활성 site 내에 존재하게 되므로, 음극 재료의 전기 화학적 성능 향상을 통해 사이클 성능 및 수명 특성 향상을 도모할 수 있다. 즉, 전기화학적 충방전을 통하여 효율이 100%가 아닐 경우에는 언제나 Li의 소비가 일어나게 되는데, 본 발명에서와 같이 여분의 Li이 존재할 경우 Li의 소비 방지가 도모되어 전기 화학적 성능 향상을 나타낼 수 있다.In contrast, the novel secondary battery system composed of a positive electrode having an initial efficiency of 70% and a negative electrode having an initial efficiency of 80% has an irreversible amount of about 20%, which is the same irreversible capacity as a conventional secondary battery system when an SEI film is formed on the surface of the negative electrode by initial charging. Capacity is generated. However, when lithium ions are reversibly intercalated in the anode by the first discharge, the amount of reversible lithium exceeds 10% more than the capacity that is actually acceptable in the anode, so that the dead volume of the anode caused by the initial irreversibility ( The dead volume can be minimized so that the capacity reduction of the battery can also be minimized (see FIG. 1A). In addition, the extra reversible lithium (excess Li) of about 10% is present in the active site of the negative electrode active material even after the first discharge, it is possible to improve the cycle performance and life characteristics through the electrochemical performance of the negative electrode material. That is, when the efficiency is not 100% through electrochemical charging and discharging, the consumption of Li always occurs. As in the present invention, when excess Li is present, it is possible to prevent the consumption of Li, thereby improving electrochemical performance. .

2) 또한, 종래 전지 시스템에서는 상기와 같이 충방전에 참여하는 Li 양이 감소된 상태에서 과방전이 되는 경우 양극의 활성화된 Li 자리가 다 채워지지 않기 때문에, 양극의 전압이 일정 전압 이하로 떨어지지 않게 되는 현상을 보인다. 따라서 방전이 음극의 전위 상승에 의해서 종료된다.2) Also, in the conventional battery system, when the overdischarge is performed while the amount of Li participating in the charge / discharge is reduced as described above, the activated Li sites of the positive electrode are not filled, so that the voltage of the positive electrode does not drop below a certain voltage. It is a phenomenon. Thus, the discharge is terminated by the potential rise of the cathode.

그러나, 본 발명에서는 방전시 양극 활성화된 리튬 자리가 다 채워지고 이로인해 양극의 전위가 음극의 전위 보다 빨리 떨어져 양극에 의해 방전 종지 전압이 조절되므로, 각 사이클의 종지 전압에서 음극의 전압이 올라가는 것을 낮추어줄 수 있을 뿐만 아니라, 낮은 전압에서 생성된 SEI 막이 음극의 전압이 올라가면서 발생하게 되는 SEI 막의 재붕괴를 방지할 수 있다. 따라서, 전지의 사이클 특성 향상 및 수명 특성을 배가시키는 효과를 나타낼 수 있다. However, in the present invention, the discharge end voltage is regulated by the anode because the potential of the anode is fully filled and thus the potential of the anode falls faster than the potential of the cathode during discharge, thereby increasing the voltage of the cathode at the end voltage of each cycle. In addition to lowering, the SEI film generated at a low voltage can prevent the re-disintegration of the SEI film generated as the voltage of the cathode increases. Therefore, the effect of improving cycle characteristics and lifespan characteristics of the battery can be exhibited.

3) 추가로 종래 (준)금속계 음극활물질(예, Si, Sn, Pb 등)은 전지의 충방전시 발생하는 부피 변화 및 이로 인한 전극의 열화에 의해 장수명 사이클 특성이 저하되는 문제점이 있었다. 그러나 본 발명에서는 방전 상태에서도 여분의 리튬이 음극활물질의 활성 사이트(site) 내 존재하므로, 리튬이 활물질내에 흡장되거나 또는 방출됨으로써 발생하는 음극활물질의 부피 팽창의 변화량을 감소시켜 구조적으로 안정한 전지를 제공할 수 있다. 3) In addition, the conventional (quasi) metal-based negative electrode active material (eg, Si, Sn, Pb, etc.) has a problem in that the long life cycle characteristics are deteriorated due to the volume change generated during the charge and discharge of the battery and the deterioration of the electrode. However, in the present invention, since excess lithium is present in the active site of the negative electrode active material even in a discharged state, a change in volume expansion of the negative electrode active material caused by lithium is occluded or released in the active material, thereby providing a structurally stable battery. can do.

본 발명의 새로운 이차 전지 시스템은 최초 방전 뿐만 아니라 각 충방전 사이클 이후 양극활물질의 모든 활성 site 내에 리튬이 채워질 때, 리튬 이온이 가역적으로 흡장 및 방출될 수 있는 음극활물질의 활성 site 내에 여분의 가역적 리튬(excess Li)이 존재한다는 점을 제외하고는, 당 분야에 알려진 통상적인 전지와 동일하게 구성될 수 있다. The novel secondary battery system of the present invention provides extra reversible lithium within the active site of the negative electrode active material where lithium ions can be reversibly occluded and released when lithium is filled in all active sites of the positive electrode active material after each charge and discharge cycle as well as the initial discharge. Except for the presence of (excess Li), can be configured in the same manner as conventional batteries known in the art.

상기 여분의 리튬(excess Li)은 충전시 음극 표면상 SEI(solid electrolyte interface) 막 형성에 따른 음극의 비가역 리튬 소비 반응을 보상하는 양 보다 이상이고, 각 충방전 사이클 이후 양극활물질의 모든 활성 site 내에 리튬이 채워지는 양 보다 이상인 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 일례로, 여분의 리튬 양(excess Li, 각 충방전 사이클 이후 양극활물질의 모든 활성 site 내에 리튬이 채워질 때, 리튬 이온이 가역적으로 흡장 및 방출될 수 있는 음극활물질의 활성 site 내 존재하는 여분의 리튬 양)은 각 충방전 사이클시 양극활물질의 모든 활성 site 내 채워지는 가역적 리튬 양 100% 대비 0 내지 20% 범위일 수 있다. 20%를 초과할 경우 음극에 여분의 Li을 수용하기 위한 음극의 양도 늘어나야 하므로 전체적인 전지의 용량 저하가 발생할 수 있다.The excess lithium is greater than the amount compensating for the irreversible lithium consumption reaction of the anode due to the formation of a solid electrolyte interface (SEI) film on the surface of the cathode during charging, and within each active site of the cathode active material after each charge and discharge cycle. It is preferable that the amount of lithium is greater than or equal to, but not limited thereto. For example, when excess lithium is filled in all active sites of the positive electrode active material after each charge / discharge cycle, the excess lithium present in the active site of the negative electrode active material may allow lithium ions to be reversibly occluded and released. Amount) may range from 0 to 20% relative to 100% of the amount of reversible lithium filled in all active sites of the positive electrode active material at each charge and discharge cycle. If the amount exceeds 20%, the amount of the negative electrode to accommodate the extra Li in the negative electrode must also increase, which may cause a decrease in the overall battery capacity.

상기 본 발명의 이차 전지는 (a) 양극활물질의 최초 충방전 효율 보다 음극활물질의 최초 충방전 효율이 크게 조절하거나; 또는 (b) 양극활물질의 최초 충방전시의 비가역 용량(1-방전용량/충전용량) 보다 음극활물질의 최초 충방전 비가역 용량을 작게 조절하는 것이 바람직하며, 이때 전지의 구성, 구성 요소의 성분, 함량 및 조성비, 상기 전지의 제조방법 등에 특별한 제한이 없다. In the secondary battery of the present invention, (a) the initial charge and discharge efficiency of the negative electrode active material is controlled to be greater than the initial charge and discharge efficiency of the positive electrode active material; Or (b) adjusting the initial charge / discharge irreversible capacity of the negative electrode active material smaller than the irreversible capacity (1-discharge capacity / charge capacity) at the time of initial charge / discharge of the positive electrode active material, wherein the composition of the battery, components of the component, There is no particular limitation on the content and composition ratio, the manufacturing method of the battery and the like.

본 발명의 이차 전지를 구성하는 요소 중 하나인 양극은 사용하고자 하는 음극활물질의 최초 충방전 효율 보다 낮거나 음극활물질의 비가역 용량 보다 크기만 하다면, 이의 구성 성분, 성분비 등에 상관없이 당 분야에 알려진 통상적인 양극활물질을 제한 없이 사용할 수 있다. 일례로, 최초 방전 및 각 충방전 사이클 이후에도 음극에 여분의 가역적 리튬이 잔류하기 위해서, 음극활물질 보다 최초 충방전 효율이 낮거나 또는 음극활물질 보다 최초 충방전시의 비가역 용량이 큰 양극활물질을 사용하는 구체적인 예로, 하기 4가지 실시 형태가 가능하다.The positive electrode, which is one of the elements constituting the secondary battery of the present invention, is lower than the initial charge / discharge efficiency of the negative electrode active material to be used or larger than the irreversible capacity of the negative electrode active material, regardless of its constituents, component ratios, etc. Phosphorus positive electrode active material can be used without limitation. For example, in order to retain excess reversible lithium in the negative electrode after the initial discharge and each charge / discharge cycle, a positive electrode active material having a lower initial charge / discharge efficiency than the negative electrode active material or a larger irreversible capacity at the first charge / discharge than the negative electrode active material is used. As a specific example, the following four embodiments are possible.

즉, 상기 양극이 (1) 하기 화학식 1의 리튬 니켈 산화물 및 화학식 2의 화합물로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하거나; (2) 하기 화학식 1 및 화학식 2의 화합물 이외의 산화물로 표면 처리된 하기 화학식 1의 리튬 니켈 산화물 및 화학식 2의 화합물로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하거나; (3) (i) 리튬을 흡장 및 방출할 수 있는 리튬 금속 복합산화물 및 칼코게나이드 화합물로부터 선택된 1종 이상의 제 1 양극활물질; 및 (ii) 하기 화학식 1의 리튬 니켈 산화물 및 화학식 2의 화합물로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 제 2 양극활물질을 포함하거나; 또는 (4) 하기 화학식 1 및 화학식 2의 화합물 이외의 산화물로 표면 처리된 (i) 리튬을 흡장 및 방출할 수 있는 리튬 금속 복합산화물 및 칼코게나이드 화합물로부터 선택된 1종 이상의 제 1 양극활물질; 및 (ii) 하기 화학식 1의 리튬 니켈 산화물 및 화학식 2의 화합물로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 제 2 양극활물질을 포함하는 것이다. That is, the anode comprises (1) at least one selected from the group consisting of lithium nickel oxide of the formula (1) and a compound of the formula (2); (2) at least one selected from the group consisting of lithium nickel oxide of the following formula (1) and a compound of the formula (2) surface-treated with an oxide other than the compound of the following formula (1) and (2); (3) (i) at least one first cathode active material selected from lithium metal composite oxides and chalcogenide compounds capable of occluding and releasing lithium; And (ii) at least one second cathode active material selected from the group consisting of lithium nickel oxide of formula 1 and a compound of formula 2; Or (4) at least one first cathode active material selected from lithium metal composite oxides and chalcogenide compounds capable of occluding and releasing lithium (i) surface treated with oxides other than compounds of Formulas 1 and 2; And (ii) at least one second cathode active material selected from the group consisting of lithium nickel oxide of Formula 1 and a compound of Formula 2.

Li2 + xNi1 - yAyO2 Li 2 + x Ni 1 - y A y O 2 + α

상기 식에서,Where

A는 P, B, C, Al, Sc, Sr, Ti,V, Zr, Mn, Fe, Co, Cu, Zn, Cr, Mg, Nb, Mo 및 Cd로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 원소이며, -0.5 ≤ x ≤ 0.5, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ α < 0.3이다.A is at least one element selected from the group consisting of P, B, C, Al, Sc, Sr, Ti, V, Zr, Mn, Fe, Co, Cu, Zn, Cr, Mg, Nb, Mo and Cd, -0.5 <x <0.5, 0 <y <1, and 0 <alpha <0.3.

XLi(Li1 /3M2 /3)O2 + YLiM′O2의 고용체(solid solution)XLi solid solution (solid solution) of (Li 1/3 M 2/ 3) O 2 + YLiM'O 2

M = +4의 산화수를 가지는 금속 중 1종 이상의 원소이며;At least one element of the metal having an oxidation number of M = + 4;

M′= 전이 금속에서 선택되는 1종 이상의 원소이고; M '= at least one element selected from transition metals;

0 < X < 1, 0 < Y < 1 이며 X+Y = 1이다. 0 <X <1, 0 <Y <1 and X + Y = 1.

상기 화학식 2에서, M = Mn, Sn, Ti; M' = Ni, Mn, Co, Cr 인 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다. In Chemical Formula 2, M = Mn, Sn, Ti; M '= Ni, Mn, Co, Cr is preferred, but is not limited thereto.

상기 화학식 1 및 화학식 2의 화합물 이외의 산화물 성분으로는 특별한 제한이 없으나, Al, Mg, Si, P, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Zn, Mo, Zr, Nb 또는 이들의 1종 이상의 원소를 산화물 또는 복합 산화물일 수 있다. 이들의 비제한적인 예로는 Al2O3, ZrO2, AlPO4, SiO2, TiO2, MgO 또는 이들의 혼합물 등이 있다. Oxide components other than the compounds of Formulas 1 and 2 are not particularly limited, but Al, Mg, Si, P, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Zn, Mo, Zr, Nb Or one or more of these elements may be oxides or complex oxides. Non-limiting examples thereof include Al 2 O 3 , ZrO 2 , AlPO 4 , SiO 2 , TiO 2 , MgO or mixtures thereof.

상기 화학식 1의 화합물은 공간군(space group)이 Immm에 속하는 것이 바람직하고, 그 중 Ni, M 복합 산화물(composite oxide)이 평면사배위(Ni, M)O4를 형성하며 평면사배위 구조가 O-O로 형성된 변을 서로 공유하며 1차원 쇄를 형성하고 있는 것이 더욱 바람직하다. 상기 화학식 1의 화합물은 결정 격자 상수가 a=3.7±0.5Å, b=2.8±0.5Å, c=9.2±0.5Å, α=90°, β=90°, γ=90°인 것이 바람직하다. In the compound of Formula 1, a space group belongs to Immm, and among them, Ni, M composite oxides form planar quadrangles (Ni, M) O 4 , It is more preferable that the sides formed of OO share one another and form one-dimensional chains. In the compound of Formula 1, the crystal lattice constant is preferably a = 3.7 ± 0.5 Hz, b = 2.8 ± 0.5 Hz, c = 9.2 ± 0.5 Hz, α = 90 °, β = 90 °, γ = 90 °.

상기 화학식 1의 화합물의 구조에서는, 최초 충방전을 행하는 동안 Li 이온의 탈삽입이 있으며, Ni 또는 M의 산화수가 +2에서 +4가 되고, Li2 + xNi1 - yMyO2 의 구조가 Li2 +x- zNi1 -yMyO2(0≤z<2)로 상전이가 된다. 예컨대, LiNiO2는 공간군이 R3-m(trigonal hexagonal) 인 격자 구조를 가지며 a=b, a와 b는 동일, c값은 다르고, alpha=beta=90o, gamma=120o 이다.In the structure of the compound of Formula 1, during the initial charging and discharging, there is deintercalation of Li ions, the oxidation number of Ni or M becomes +2 to +4, and Li 2 + x Ni 1 - y M y O 2 + The structure of α becomes phase transition to Li 2 + x- z Ni 1 -y M y O 2 (0 ≦ z <2). For example, LiNiO 2 has a lattice structure in which the space group is R3-m (trigonal hexagonal), and a = b, a and b are the same, c values are different, and alpha = beta = 90 o and gamma = 120 o .

상기 화학식 1의 화합물은 전지의 첫 사이클 충전시 1몰 이상의 리튬 이온을 방출하고, 첫 사이클 방전부터 그 이후 사이클에서는 1 몰 이하의 리튬 이온의 흡장 및 방출을 할 수 있다. 예컨대, Li2NiO2의 경우, LiNiO2와 달리, 충전 시 1mol 이상의 Li 이온을 음극 쪽으로 내놓고, 방전 시에는 1mol 이하의 Li 이온을 양극으로 받아들이므로, Li2NiO2는 첫 사이클의 방전 효율(첫번째 방전 용량/첫번째 충전 용량 x 100)이 대략 40% 이하이다. 상기 화학식 1의 화합물인 Li2 + xNi1 - yMyO2 의 경우는 Ni 대신 치환되는 다른 금속 M의 함량에 따라 첫 사이클의 방전 효율에 약간 차이가 있다. The compound of Formula 1 may release more than one mole of lithium ions during the first cycle charging of the battery, and occlude and release less than one mole of lithium ions from the first cycle discharge to subsequent cycles. For example, in the case of Li 2 NiO 2, unlike the LiNiO 2, basing 1mol or more Li ions during charging into the cathode, at the time of discharge, so that accepts the Li-ion of less than 1mol the anode, Li 2 NiO 2 will discharge efficiency of the first cycle ( First discharge capacity / first charge capacity × 100) is approximately 40% or less. In the case of Li 2 + x Ni 1 - y M y O 2 + α of the compound of Formula 1, there is a slight difference in the discharge efficiency of the first cycle according to the content of another metal M substituted in place of Ni.

따라서, 화학식 1의 리튬 니켈 산화물을 양극에 사용하면, 본 발명의 양극 활물질 조성물은 초기 충전 용량과 방전 용량 사이에 큰 차이를 보이며, 이로 인한 비가역 용량은 최초 충전시 음극 표면 상 SEI 막 형성에 따른 음극의 비가역 리튬 소비 반응을 보상해 줄 정도를 초과하는 리튬 이온을 제공하므로, 첫 사이클에서 음극의 큰 비가역 용량을 보상할 수 있을 뿐만 아니라, 보상하고도 남은 여분의 리튬 이온으로 인해 음극의 성능 향상을 도모할 수 있게 된다.Therefore, when lithium nickel oxide of the formula (1) is used for the positive electrode, the positive electrode active material composition of the present invention shows a large difference between the initial charge capacity and the discharge capacity, and thus the irreversible capacity is due to the formation of the SEI film on the negative electrode surface upon initial charge. By providing more than enough lithium ions to compensate for the irreversible lithium consumption of the negative electrode, not only can the large negative irreversible capacity of the negative electrode be compensated for in the first cycle, but also the extra lithium ions remaining in the negative electrode improve the performance of the negative electrode. It becomes possible to plan.

한편, 전극활물질로 사용되는 재료 중에는 충방전 동안 전극활물질 내 구성 성분의 산화수 변화에 의해 나타나는 산화/환원 전위 이상에서 일정 구간의 평탄 준위를 갖는 것이 있는데, 상기 화학식 2의 화합물은 상기 화합물 내 존재하는 전이금속의 산화 환원 전위 구간과 별도로 상기 전위 구간 보다 높은 전위, 예컨대 4.4~4.6V 에서 일정 구간의 평탄 준위를 갖는 것을 특징으로 한다. 즉, M′의 산화 환원 준위 이상에서 충전될 경우 리튬 site의 Li이 탈리되면서 산화 환원 밸런스(balance)를 맞추기 위해서 산소의 탈리(deintercalation)이 일어나며 평탄 전위 구간을 가지게 된다.On the other hand, some of the materials used as the electrode active material has a flat level of a certain section above the oxidation / reduction potential exhibited by the oxidation number change of the components in the electrode active material during charge and discharge, the compound of formula 2 is present in the compound Apart from the redox potential section of the transition metal, it is characterized in that it has a flat level of a certain section at a potential higher than the above potential section, for example, 4.4 to 4.6V. That is, when charged at the redox level of M 'or higher, Li of the lithium site is released and deintercalation of oxygen occurs in order to balance the redox balance and has a flat potential section.

상기 화학식 2의 화합물은 첫번째 충전시 전극활물질을 구성하는 전이금속의 산화 환원 전위 구간 이상에 존재하는 일정구간의 평탄 준위 구간(예, 4.4 ~ 4.6V) 이상까지 충전하고, 두번째 충전부터는 전압을 낮추게 되면 전해액의 부반응을 야기시키지 않는 낮은 전압에서도 고용량을 실현할 수 있으면서, 전지에 문제를 주지 않는 전지를 구성할 수 있다는 장점이 있다. The compound of Formula 2 is charged to a flat level section (eg, 4.4 ~ 4.6V) or more of a certain period present in the redox potential section or more of the transition metal constituting the electrode active material during the first charge, and lower the voltage from the second charge In this case, a high capacity can be realized even at a low voltage that does not cause side reaction of the electrolyte, and there is an advantage in that the battery can be configured without causing problems to the battery.

상기 화학식 1 및/또는 화학식 2의 화합물은 각각 단독 성분의 양극활물질로 사용가능하며, 또는 통상적인 양극활물질(예컨대, 제 1 양극활물질)과 병용하여 사용할 수 있다. 이때 제 1 양극활물질과 병용할 경우, 상기 화학식 1 및/또는 화학식 2의 화합물(예컨대, 제 2 양극활물질)의 함량은 특별한 제한이 없으나, 가능하면 양극활물질 100 중량부 당 0.1 내지 40 중량부인 것이 바람직하다. The compounds of Formula 1 and / or Formula 2 may each be used as a positive electrode active material of a single component, or may be used in combination with a conventional positive electrode active material (eg, the first positive electrode active material). In this case, when used in combination with the first positive electrode active material, the content of the compound of Formula 1 and / or Formula 2 (eg, the second positive electrode active material) is not particularly limited, but if possible, 0.1 to 40 parts by weight per 100 parts by weight of the positive electrode active material desirable.

이때, 상기 제 1 양극활물질로는 당 업계의 통상적인 양극활물질이 제한 없이 사용 가능하며, 이의 비제한적인 예로는 LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMn2O4, LiCrO2, LiFePO4, LiFeO2 LiCoVO4, LiCrxMn2-xO4, LiNiVO4, LiNixMn2-xO4, Li2-xCoMn3O8 또는 이들의 혼합물 등이 있다. In this case, as the first cathode active material, a conventional cathode active material in the art may be used without limitation, and non-limiting examples thereof include LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , LiCrO 2 , LiFePO 4 , LiFeO. 2 LiCoVO 4 , LiCr x Mn 2-x O 4 , LiNiVO 4 , LiNi x Mn 2-x O 4 , Li 2-x CoMn 3 O 8, or mixtures thereof.

본 발명의 이차 전지를 구성하는 요소 중 하나인 음극은 사용하고자 하는 양극활물질의 최초 충방전 효율 보다 높거나 양극활물질의 비가역 용량 보다 작기만 하다면, 이의 구성 성분, 성분비 등에 상관없이 당 분야에 알려진 통상적인 음극활물질을 제한 없이 사용할 수 있다.One of the elements constituting the secondary battery of the present invention, as long as it is higher than the initial charge / discharge efficiency of the positive electrode active material to be used or smaller than the irreversible capacity of the positive electrode active material, the conventionally known in the art regardless of its components, component ratios, etc. Phosphorous negative electrode active material can be used without limitation.

음극활물질의 비제한적인 예로는 리튬 금속 또는 리튬 합금, 탄소, 석유코크(petroleum coke), 활성화 탄소(activated carbon), 그래파이트(graphite), 금속, 금속 산화물, 기타 탄소류, 전술한 음극활물질에 (준)금속계 성분인 Si, Sn, Pb 또는 이들의 원소 조합이 포함되거나 이들로 표면 처리된 당 업계의 통상적인 음극활물질 등이 있다. 이들의 구체적인 예로는 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1 - xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등 의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, Bi2O5, WO3, MoO3, LiCr3O8, LiV3O8, TiS2, 스피넬형 구조를 갖는 Li4/3Ti5/3O5 등의 LixTi5/3-yLyO4로 표기되는 산화물 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다. 특히 (준)금속계 성분이 첨가된 음극활물질이 바람직한데, 이때 금속 성분은 활물질에 치환되거나 도핑될 수 있기만 하다면 특별한 제한이 없다. Non-limiting examples of negative electrode active materials include lithium metal or lithium alloys, carbon, petroleum coke, activated carbon, graphite, metals, metal oxides, other carbons, and the aforementioned negative electrode active materials ( Quasi-) metal-based components such as Si, Sn, Pb, or a combination of elements thereof, or conventional surface-treated negative electrode active material in the art. Specific examples thereof include carbon such as hardly graphitized carbon and graphite carbon; Li x Fe 2 O 3 (0 ≦ x ≦ 1), Li x WO 2 (0 ≦ x ≦ 1), Sn x Me 1 - x Me ' y O z (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me' Metal complex oxides such as Al, B, P, Si, Group 1, Group 2, Group 3 elements of the periodic table, halogen, 0 <x ≦ 1; 1 ≦ y ≦ 3; 1 ≦ z ≦ 8); Lithium metal; Lithium alloys; Silicon-based alloys; Tin-based alloys; SnO, SnO 2 , PbO, PbO 2 , Pb 2 O 3 , Pb 3 O 4 , Sb 2 O 3 , Sb 2 O 4 , Sb 2 O 5 , GeO, GeO 2 , Bi 2 O 3 , Bi 2 O 4 , Bi 2 O 5, WO 3, MoO 3, LiCr 3 O 8, LiV 3 O 8, TiS 2, such as Li 4/3 Ti 5/3 O 5 having a spinel structure Li x Ti 5/3-y L metal oxides such as oxides represented by y O 4 ; Conductive polymers such as polyacetylene; Li-Co-Ni-based materials and the like can be used. In particular, a negative electrode active material to which a (quasi) metal-based component is added is preferable, and the metal component is not particularly limited as long as it can be substituted or doped with the active material.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 이차 전지는 2차 전지 중 리튬 금속 이차 전지, 리튬 이온 이차 전지, 리튬 폴리머 이차 전지 또는 리튬 이온 폴리머 이차 전지 등을 포함하는 리튬 이차 전지가 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다. The secondary battery of the present invention configured as described above is preferably a lithium secondary battery including a lithium metal secondary battery, a lithium ion secondary battery, a lithium polymer secondary battery, a lithium ion polymer secondary battery, and the like, but is not limited thereto. no.

본 발명의 이차 전지는 당 기술 분야에 알려져 있는 통상적인 방법으로 양극과 음극 사이에 다공성의 분리막을 넣고 상기 전해액을 투입하여 제조될 수 있다.The secondary battery of the present invention can be prepared by putting a porous separator between the positive electrode and the negative electrode in a conventional manner known in the art and the electrolyte.

상기 양극과 음극은 (i) 양극활물질의 최초 충방전 효율 보다 음극활물질의 최초 충방전 효율이 크거나 또는 (ii) 양극활물질의 최초 충방전시의 비가역 용량(1-방전용량/충전용량) 보다 음극활물질의 최초 충방전 비가역 용량이 작도록 조절한다는 것을 제외하고는, 당 분야에 알려져 있는 통상적인 방법에 따라 제조 가능하다, 일례로, 양극활물질과 음극활물질을 포함하는 전극 슬러리를 각각 제조하고, 제조된 전극 슬러리를 각 전류 집전체에 도포한 후 용매나 분산매를 건조 등으로 제거하고, 집전체에 활물질을 결착시킴과 더불어 활물질간을 결착시켜 제조할 수 있다. 이때 선택적으로 도전제 및/또는 바인더를 소량 첨가할 수 있다. The positive electrode and the negative electrode have (i) an initial charge / discharge efficiency of the negative electrode active material greater than the initial charge and discharge efficiency of the positive electrode active material, or (ii) an irreversible capacity (1-discharge capacity / charge capacity) at the time of initial charge and discharge of the positive electrode active material. Except that the initial charge and discharge irreversible capacity of the negative electrode active material is adjusted to be small, can be prepared according to a conventional method known in the art, for example, to prepare an electrode slurry containing a positive electrode active material and a negative electrode active material, respectively, After applying the prepared electrode slurry to each current collector, the solvent or dispersion medium may be removed by drying, and the active material may be bound to the current collector, and the active material may be bound to each other. In this case, a small amount of a conductive agent and / or a binder may be optionally added.

상기 전지용 전해액은 당 업계에 알려진 통상적인 전해액 성분, 예컨대 전해질 염과 유기용매를 포함한다. The battery electrolyte includes conventional electrolyte components known in the art, such as electrolyte salts and organic solvents.

사용 가능한 전해질 염은 A+B-와 같은 구조의 염으로서, A+는 Li+, Na+, K+와 같은 알칼리 금속 양이온 또는 이들의 조합으로 이루어진 이온을 포함하고 B-는 PF6 -, BF4 -, Cl-, Br-, I-, ClO4 -, AsF6 -, CH3CO2 -, CF3SO3 -, N(CF3SO2)2 -, C(CF2SO2)3 -와 같은 음이온 또는 이들의 조합으로 이루어진 이온을 포함하는 염이다. 특히, 리튬염이 바람직하다.Using the electrolyte salts is A + B - A salt of the structure, such as, A + is Li +, Na +, K + comprises an alkaline metal cation or an ion composed of a combination thereof, such as, and B - is PF 6 -, BF 4 -, Cl -, Br - , I -, ClO 4 -, AsF 6 -, CH 3 CO 2 -, CF 3 SO 3 -, N (CF 3 SO 2) 2 -, C (CF 2 SO 2) 3 - is a salt containing an anion ion or a combination thereof, such as. In particular, a lithium salt is preferable.

유기 용매는 당 업계에 알려진 통상적인 용매, 예컨대 환형 카보네이트 및/또는 선형 카보네이트가 사용 가능하며, 이의 비제한적인 예로는 프로필렌 카보네이트(PC), 에틸렌 카보네이트(EC), 디에틸카보네이트(DEC), 디메틸카보네이트(DMC), 디프로필카보네이트(DPC), 디메틸설폭사이드, 아세토니트릴, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 테트라하이드로퓨란, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 에틸메틸카보네이트(EMC), 감마 부티로락톤(GBL), 플루오르에틸렌 카보네이트(FEC), 포름산 메틸, 포름산 에틸, 포름산 프로필, 초산 메틸, 초산 에틸, 초산 프로필, 초산 펜틸, 프로피온산 메틸, 프로피온산 에틸, 프로피온산 에틸, 프로피온산 부틸 또는 이들의 혼합물 등이 있다. 또한, 상기 유기 용매의 할로겐 유도체가 사용 가능하며, 물을 사용하는 전지에도 사용할 수 있다.Organic solvents may be used conventional solvents known in the art, such as cyclic carbonates and / or linear carbonates, non-limiting examples of propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl Carbonate (DMC), dipropyl carbonate (DPC), dimethyl sulfoxide, acetonitrile, dimethoxyethane, diethoxyethane, tetrahydrofuran, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), ethylmethyl carbonate (EMC) Gamma butyrolactone (GBL), fluoroethylene carbonate (FEC), methyl formate, ethyl formate, propyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, pentyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, ethyl propionate, butyl propionate or these And mixtures thereof. Moreover, the halogen derivative of the said organic solvent can be used, and it can also be used for the battery using water.

분리막은 특별한 제한이 없으나, 다공성 분리막이 사용 가능하며, 예를 들면 폴리프로필렌계, 폴리에틸렌계, 폴리올레핀계 다공성 분리막 등이 있다.The separator is not particularly limited, but a porous separator may be used, for example, a polypropylene-based, polyethylene-based, or polyolefin-based porous separator.

본 발명에서 제시된 방법으로 제작된 이차 전지, 바람직하게는 리튬 이차 전지의 외형은 특별한 제한이 없으나, 캔으로 된 원통형, 코인형, 각형 또는 파우치(pouch)형이 가능하다.The shape of the secondary battery, preferably the lithium secondary battery, produced by the method presented in the present invention is not particularly limited, but can be cylindrical, coin-shaped, square or pouch (pouch) type of can.

추가적으로, 본 발명은 (a) 양극활물질의 최초 충방전 효율 보다 음극활물질의 최초 충방전 효율을 크게 하거나; 또는 (b) 양극활물질의 최초 충방전시의 비가역 용량(1-방전용량/충전용량) 보다 음극활물질의 최초 충방전 비가역 용량을 작게 조절하여 이차 전지의 수명 특성을 향상시키는 방법을 제공한다.In addition, the present invention (a) to increase the initial charge and discharge efficiency of the negative electrode active material than the initial charge and discharge efficiency of the positive electrode active material; Or (b) controlling the initial charge / discharge irreversible capacity of the negative electrode active material to be smaller than the irreversible capacity (1-discharge / charge capacity) during the initial charge / discharge of the positive electrode active material to provide a method of improving the life characteristics of the secondary battery.

실제로, 전술한 전지의 factor, 예컨대 양극활물질과 음극활물질의 최초 충방전 효율 및/또는 비가역 용량을 조절함으로써, 이차 전지의 사이클 특성 향상 및 수명 향상이 도모된다는 것을 본원 실험예를 통해 확인할 수 있었다.In fact, it was confirmed through the experimental example that the cycle characteristics and the lifespan of the secondary battery can be improved by controlling the factors of the above-described battery, for example, the initial charge / discharge efficiency and / or irreversible capacity of the positive electrode active material and the negative electrode active material.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred examples are provided to help understanding of the present invention, but the following examples are merely to illustrate the present invention, and the scope of the present invention is not limited to the following examples.

[참조예 1 ~ 6][Reference Examples 1 to 6]

참조예 1 Reference Example 1

활물질로 Li2NiO2를 사용하여 전극 구성 비율을 활물질 : 도전제 : 바인더의 비율이 95 : 2.5 : 2.5 가 되도록 혼합한 후 NMP 용매에 분산 및 혼합하여 얻어진 전극 슬러리를 알루미늄 호일(Al-foil) 위에 도포한 후 건조하여 전극을 얻었다. 제조된 전극과 대극으로 리튬 금속(Li-Metal)을 사용하고 전해액으로 carbonate 전해액에 LiPF6가 1M 녹아있는 전해액을 사용하여 코인(coin) 형태의 전지(half cell)를 제작하였다.The electrode slurry obtained by using Li 2 NiO 2 as an active material was mixed so that the ratio of active material: conductive agent: binder was 95: 2.5: 2.5, and then dispersed and mixed in NMP solvent in an electrode slurry obtained by using aluminum foil (Al-foil). It coated on and dried to obtain an electrode. Lithium metal (Li-Metal) was used as a counter electrode and an electrolyte solution in which 1 M of LiPF 6 was dissolved in a carbonate electrolyte as an electrolyte was used to fabricate a coin-type half cell.

참조예Reference Example 2 2

활물질로 Li2NiO2 대신 Li(Li0 .2Mn0 .6Ni0.2)O2를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 전지(half cell)를 제작하였다.Li 2 NiO 2 as active material instead Li (Li 0 .2 Mn 0 .6 Ni 0. 2) and is in the same manner as in Example 1, except that the O 2 was produced in the cell (half cell).

참조예 3 Reference Example 3

활물질로 Li2NiO2 대신 LiCoO2(80 중량부)과 Li2NiO2(20 중량부)을 혼합하여 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 전지(half cell)를 제작하였다.Li 2 NiO 2 as active material instead A half cell was manufactured in the same manner as in Example 1, except that LiCoO 2 (80 parts by weight) and Li 2 NiO 2 (20 parts by weight) were mixed and used.

참조예Reference Example 4 4

활물질로 Li2NiO2 대신 LiCoO2(70 중량부)과 Li(Li0 .2Mn0 .6Ni0.2)O2 (30 중량부)를 혼합하여 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 전지(half cell)를 제작하였다.Li 2 NiO 2 as active material instead LiCoO 2 (70 weight parts), and Li (Li 0 .2 Mn 0 .6 Ni 0. 2) O 2 cell (a half and, the same procedure as in Example 1 except for using a mixture (30 parts by weight) cell).

참조예Reference Example 5 5

Li2NiO2 대신 LiCoO2를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 전지(half cell)를 제작하였다. A half cell was manufactured in the same manner as in Example 1, except that LiCoO 2 was used instead of Li 2 NiO 2 .

참조예Reference Example 6  6

활물질로 Li2NiO2 대신 graphite (50 중량부), Si (50중량부)를 사용하여 활물질 : 도전제 : 바인더의 비율을 88 : 2 : 10으로 하고, 알루미늄 호일 대신 구리 호일을 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 전지(half cell)를 제작하였다.Using graphite (50 parts by weight) and Si (50 parts by weight) instead of Li 2 NiO 2 , the active material: conductor: binder ratio was 88: 2: 10, except that copper foil was used instead of aluminum foil. Was prepared in the same manner as in Example 1 (half cell).

[실시예 1 ~ 2][Examples 1 and 2]

실시예 1 Example 1

활물질로 그래파이트 (50 중량부)와 Si (50 중량부)를 혼합하여 사용하고, 음극구성 비율을 활물질 : 도전제 : 바인더의 비율이 88 : 2 : 10이 되도록 한 후 구리 호일에 도포하여 전극을 제조하였다.Graphite (50 parts by weight) and Si (50 parts by weight) are mixed and used as the active material, and the negative electrode composition ratio of the active material: conductive agent: binder is 88: 2: 10 and then coated on copper foil to apply the electrode. Prepared.

Li-Metal 대신 상기 제조된 전극을 음극으로 사용하고, 참조예 3에서 제조된전극을 양극(LiCoO2(80 중량부)과 Li2NiO2(20 중량부))으로 사용하여 전지(full cell)를 제작하였다. 상기 음극의 충방전 효율은 도 7에 나타난 바와 같으며, 초기 충방전 효율은 약 80%를 나타냈다.Instead of Li-Metal, the prepared electrode was used as a cathode, and the electrode prepared in Reference Example 3 was used as a cathode (LiCoO 2 (80 parts by weight) and Li 2 NiO 2 (20 parts by weight)) as a full cell. Was produced. Charge and discharge efficiency of the negative electrode is as shown in Figure 7, the initial charge and discharge efficiency was about 80%.

실시예Example 2  2

양극으로 참조예 3에서 제조된 전극((LiCoO2(80 중량부)과 Li2NiO2(20 중량부)) 대신 참조예 2에서 제조된 전극(Li(Li0.2Mn0.6Ni0.2)O2)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 전지(full cell)를 제작하였다.The electrode ((LiCoO 2 (80 weight parts prepared in Reference Example 3 as the positive electrode) and Li 2 NiO 2 (20 parts by weight)) instead of the electrode manufactured in Reference Example 2 (Li (Li 0.2 Mn 0.6 Ni 0. 2) O Except for using 2 ), a battery (full cell) was prepared in the same manner as in Example 1.

비교예 1Comparative Example 1

양극으로 참조예 3에서 제조된 전극((LiCoO2(80 중량부)과 Li2NiO2(20 중량부)) 대신 참조예 5에서 제조된 전극(LiCoO2)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 전지(full cell)를 제작하였다.The above-described embodiment was used except that the electrode (LiCoO 2 ) prepared in Reference Example 5 was used as the anode instead of the electrode (LiCoO 2 (80 parts by weight) and Li 2 NiO 2 (20 parts by weight)) prepared in Reference Example 3. A full cell was manufactured in the same manner as in Example 1.

실험예Experimental Example 1. 리튬 이차 전지의 성능 평가 1. Performance Evaluation of Lithium Secondary Battery

본 발명에 따른 리튬 이차 전지의 성능을 평가하고자, 하기와 같은 실험을 수행하였다.In order to evaluate the performance of the lithium secondary battery according to the present invention, the following experiment was performed.

1-1. 반쪽 전지(half cell)의 충방전 평가1-1. Charge and discharge evaluation of half cell

참조예 1 내지 참조예 6의 코인형 전지를 사용하였다. The coin-type batteries of Reference Examples 1 to 6 were used.

참조예 6을 제외한 상기 전지들을 4.4V 까지 CC/CV (1/100C cut-off)로 0.1C 충전한 후, 3.0V 까지 CV로 0.1C로 방전하여 첫 번째 충방전을 진행하였으며, 참조예 6의 전지는 CC/CV (1/100C cut off)로 0.005V 까지, CC로 1.5V 까지 0.1C로 충방전하였다. 각 전지의 첫번째 충방전 그래프는 도 1 내지 도 6에 각각 도시하였다.After charging 0.1C CC / CV (1 / 100C cut-off) to 4.4V to the battery except for Reference Example 6, the first charge and discharge was performed by discharging to 0.1C at CV up to 3.0V, Reference Example 6 The battery was charged and discharged at 0.1C up to 0.005V with CC / CV (1 / 100C cut off) and 1.5V with CC. The first charge / discharge graph of each cell is shown in FIGS. 1 to 6, respectively.

실험 결과, 참조예 1 내지 참조예 4의 전지는 첫번째 사이클의 방전 효율(첫번째 방전 용량 / 첫번째 충전 용량 × 100)이 낮을 뿐만 아니라, 초기 충전 용량과 방전 용량 사이에 큰 차이를 보인다는 것을 알 수 있었다(도 2 내지 도 5 참조). 이는 초기 충방전 효율이 낮다는 것을 의미하는 것이다. 이에 비해, 참조예 5의 전지는 초기 충전 용량과 방전 용량 사이에 거의 차이가 없으며, 초기 충방전 효율이 높다는 것을 알 수 있었다(도 6 참조). 한편, 참조예 6 전지의 사이클 경과에 따른 충방전 효율은 도 7에 도시된 바와 같다. As a result of the experiment, it can be seen that the batteries of Reference Examples 1 to 4 not only have low discharge efficiency (first discharge capacity / first charge capacity × 100) in the first cycle, but also show a large difference between the initial charge capacity and the discharge capacity. (See FIGS. 2-5). This means that the initial charge and discharge efficiency is low. On the other hand, the battery of Reference Example 5 showed little difference between the initial charge capacity and the discharge capacity, and it was found that the initial charge and discharge efficiency was high (see FIG. 6). On the other hand, the charge and discharge efficiency according to the cycle of the reference example 6 battery is as shown in FIG.

1-2. 리튬 이차 전지(full cell)의 사이클 특성 평가1-2. Evaluation of Cycle Characteristics of Lithium Full Cell

실시예 1 및 실시예 2의 리튬 이차 전지(full cell)를 사용하였으며, 이의 대조군으로 비교예 1의 전지를 사용하였다.The lithium full battery of Example 1 and Example 2 was used, and the battery of Comparative Example 1 was used as a control thereof.

각 전지를 4.35V 까지 CC/CV (1/100C cut-off)로 0.5C으로 충전, CC로 3V까지 0.5C으로 방전하는 사이클을 50회 수행하였으며, 첫번째 사이클 대비 50번째 사이클의 방전 용량 비율로 사이클 수명을 측정하였다. 또한 각각의 사이클에 대한 충방전 효율을 얻었다.Each battery was charged to 0.5C with CC / CV (1 / 100C cut-off) up to 4.35V and discharged at 0.5C up to 3V with CC.Fifty cycles were performed. Cycle life was measured. In addition, charge and discharge efficiency for each cycle was obtained.

실험 결과, 통상적인 전지 시스템과 동일하게 구성되어 여분의 Li이 음극에 존재하지 않는 비교예 1의 전지는 50 사이클이 진행하기도 전에 전지의 사이클 특성이 현저히 저하됨을 보여주었다(도 8 참조). 이에 비해, 새로운 이차 전지 시스템을 적용한 실시예 1 및 실시예 2의 전지는 뛰어난 수명 특성을 보여주었다(도 10 및 도 11 참조). 또한 실시예 1 및 실시예 2의 이차 전지는 통상적인 전지 시스템과 동일한 비교예 1의 전지(도 9 참조)에 비해 우수한 충방전 효율 향상 효과를 보여주었다(도 11 및 도 13 참조).As a result of the experiment, the battery of Comparative Example 1, which is configured in the same manner as a conventional battery system and does not have excess Li in the negative electrode, showed that the cycle characteristics of the battery were significantly lowered even before 50 cycles were performed (see FIG. 8). In contrast, the batteries of Examples 1 and 2 to which the new secondary battery system was applied showed excellent life characteristics (see FIGS. 10 and 11). In addition, the secondary batteries of Example 1 and Example 2 showed an excellent charge and discharge efficiency improvement effect compared to the battery of Comparative Example 1 (see Fig. 9) the same as the conventional battery system (see Fig. 11 and 13).

본 발명에서는 최초 방전 이후에도 음극에 여분의 리튬이 존재하는 신규 이차 전지 시스템을 구성함으로써, 이차 전지의 용량 증가 및 수명 특성 향상을 제공할 수 있다.In the present invention, by constructing a new secondary battery system in which excess lithium is present in the negative electrode even after the initial discharge, it is possible to provide an increase in capacity and life characteristics of the secondary battery.

Claims (14)

양극, 음극, 전해질을 포함하는 이차 전지에 있어서, In a secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte, 상기 양극은 하기 화학식 1의 리튬 니켈 산화물 및 화학식 2의 화합물로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 화합물이 포함되거나 또는 이들로 코팅된 양극활물질을 포함하고, The cathode includes a cathode active material containing or coated with one or more compounds selected from the group consisting of lithium nickel oxide of Formula 1 and a compound of Formula 2, 상기 음극은 Si, Sn 및 Pb으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 준금속이 포함되거나 또는 이들로 코팅된 음극활물질을 포함하면서,The negative electrode includes a negative electrode active material containing or coated with one or more metalloids selected from the group consisting of Si, Sn and Pb, 이들이 하기 수학식 1 및 2의 조건을 만족하도록 조절되는 것이 특징인 이차 전지: Secondary batteries characterized in that they are adjusted to satisfy the conditions of the following equations (1) and (2): [화학식 1] [Formula 1] Li2+xNi1-yAyO2+α (여기서, -0.5 ≤ x ≤ 0.5, 0 ≤ y <1, 0 ≤α< 0.3)Li 2 + x Ni 1-y A y O 2 + α (where −0.5 ≦ x ≦ 0.5, 0 ≦ y <1, 0 ≦ α <0.3) [화학식 2][Formula 2] XLi(Li1/3M2/3)O2 + YLiM'O2의 고용체(solid solution) (0 < X < 1, 0 < Y < 1 이며 X+Y = 1임)Solid solution of XLi (Li 1/3 M 2/3 ) O 2 + YLiM'O 2 (0 <X <1, 0 <Y <1 and X + Y = 1) 상기 식에서,Where A는 P, B, C, Al, Sc, Sr, Ti,V, Zr, Mn, Fe, Co, Cu, Zn, Cr, Mg, Nb, Mo 및 Cd로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 원소이며, A is at least one element selected from the group consisting of P, B, C, Al, Sc, Sr, Ti, V, Zr, Mn, Fe, Co, Cu, Zn, Cr, Mg, Nb, Mo and Cd, M = +4의 산화수를 가지는 금속 중 1종 이상의 원소이며;At least one element of the metal having an oxidation number of M = + 4; M'= 전이 금속에서 선택되는 1종 이상의 원소이며; M '= at least one element selected from transition metals; [수학식 1] [Equation 1] 양극활물질의 최초 충방전 효율 < 음극활물질의 최초 충방전 효율First charge and discharge efficiency of cathode active material <First charge and discharge efficiency of anode active material [수학식 2][Equation 2] 양극활물질의 최초 충방전시의 비가역용량 > 음극활물질의 최초 충방전시의 비가역용량, 여기서 비가역용량 = 1- 방전용량/충전용량이다. Irreversible capacity at initial charge and discharge of the positive electrode active material> irreversible capacity at initial charge and discharge of the negative electrode active material, where irreversible capacity = 1-discharge capacity / charge capacity. 삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 음극활물질의 충방전 효율은 양극활물질의 충방전 효율 대비 0 초과 20% 이하인 것이 특징인 이차 전지.The secondary battery of claim 1, wherein the charge and discharge efficiency of the anode active material is greater than 0 and less than 20% compared to the charge and discharge efficiency of the cathode active material. 제 1항에 있어서, 상기 양극은 The method of claim 1, wherein the anode (a) 하기 화학식 1의 리튬 니켈 산화물 및 화학식 2의 화합물로 구성된 군으 로부터 선택된 1종 이상을 포함하거나; (a) at least one selected from the group consisting of lithium nickel oxide of formula (1) and a compound of formula (2); (b) 하기 화학식 1 및 화학식 2의 화합물 이외의 산화물로 표면 처리된 하기 화학식 1의 리튬 니켈 산화물 및 화학식 2의 화합물로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하거나; (b) at least one selected from the group consisting of lithium nickel oxide of formula (1) and a compound of formula (2) surface treated with an oxide other than the compound of formula (1) and formula (2); (c) (i) 리튬을 흡장 및 방출할 수 있는 리튬 금속 복합산화물 및 칼코게나이드 화합물로부터 선택된 1종 이상의 제 1 양극활물질; 및 (ii) 하기 화학식 1의 리튬 니켈 산화물 및 화학식 2의 화합물로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 제 2 양극활물질을 포함하거나; 또는 (c) (i) at least one first cathode active material selected from lithium metal composite oxides and chalcogenide compounds capable of occluding and releasing lithium; And (ii) at least one second cathode active material selected from the group consisting of lithium nickel oxide of formula 1 and a compound of formula 2; or (d) 하기 화학식 1 및 화학식 2의 화합물 이외의 산화물로 표면 처리된 (i) 리튬을 흡장 및 방출할 수 있는 리튬 금속 복합산화물 및 칼코게나이드 화합물로부터 선택된 1종 이상의 제 1 양극활물질; 및 (ii) 하기 화학식 1의 리튬 니켈 산화물 및 화학식 2의 화합물로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 제 2 양극활물질(d) at least one first cathode active material selected from lithium metal composite oxides and chalcogenide compounds capable of occluding and releasing lithium (i) surface-treated with oxides other than compounds of formulas (1) and (2); And (ii) at least one second cathode active material selected from the group consisting of lithium nickel oxide of formula (1) and a compound of formula (2) 을 포함하는 것이 특징인 이차 전지:Secondary battery characterized in that it comprises: [화학식 1][Formula 1] Li2 + xNi1 - yAyO2 (여기서, -0.5 ≤ x ≤ 0.5, 0 ≤ y <1, 0 ≤ α < 0.3)Li 2 + x Ni 1 - y A y O 2 + α (where -0.5 ≤ x ≤ 0.5, 0 ≤ y <1, 0 ≤ α <0.3) [화학식 2][Formula 2] XLi(Li1 /3M2 /3)O2 + YLiM′O2의 고용체(solid solution) (0 < X < 1, 0 < Y < 1 이며 X+Y = 1임) XLi (Li 1/3 M 2 /3) O 2 + YLiM'O solid solution of 2 (solid solution) (0 < X <1, 0 <Y <1 and Im X + Y = 1) 상기 식에서,Where A는 P, B, C, Al, Sc, Sr, Ti,V, Zr, Mn, Fe, Co, Cu, Zn, Cr, Mg, Nb, Mo 및 Cd로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 원소이며, A is at least one element selected from the group consisting of P, B, C, Al, Sc, Sr, Ti, V, Zr, Mn, Fe, Co, Cu, Zn, Cr, Mg, Nb, Mo and Cd, M = +4의 산화수를 가지는 금속 중 1종 이상의 원소이며;At least one element of the metal having an oxidation number of M = + 4; M′= 전이 금속에서 선택되는 1종 이상의 원소이다. M '= at least one element selected from transition metals. 제 4항에 있어서, 상기 화학식 2의 M은 Mn, Sn, Ti 금속 중에서 선택된 1종 이상의 원소이며, M'는 Ni, Mn, Co, Cr 금속 중에서 선택된 1종 이상의 원소인 것이 특징인 이차 전지.The secondary battery of claim 4, wherein M in Formula 2 is at least one element selected from Mn, Sn, and Ti metals, and M ′ is at least one element selected from Ni, Mn, Co, and Cr metals. 제 4항에 있어서, 상기 화학식 1 및 화학식 2의 산화물 이외의 산화물은 Al, Mg, Si, P, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Zn, Mo, Zr, Nb로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 원소를 함유하는 산화물 또는 복합 산화물인 것이 특징인 이차 전지.The method of claim 4, wherein the oxides other than the oxides of Formulas 1 and 2 are Al, Mg, Si, P, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Zn, Mo, Zr, Nb. A secondary battery characterized by being an oxide or a composite oxide containing at least one element selected from the group consisting of. 제 4항에 있어서, 상기 화학식 1의 화합물은 공간군(space group)이 Immm에 속하는 것이 특징인 이차 전지.The secondary battery of claim 4, wherein the compound of Formula 1 belongs to Immm. 제 7항에 있어서, 상기 화학식 1의 화합물은 평면사배위(Ni, M)O4를 형성하며 평면사배위 구조가 O-O로 형성된 변을 서로 공유하며 1차원 쇄를 형성하는 구조 를 갖는 것이 특징인 이차 전지.According to claim 7, wherein the compound of formula (1) forms a planar tetragonal (Ni, M) O 4 and characterized in that the planar quadrupole structure has a structure that shares the sides formed of OO and forms a one-dimensional chain with each other Secondary battery. 제 7항에 있어서, 상기 화학식 1의 화합물은 결정 격자 상수가 a=3.7±0.5Å, b=2.8±0.5Å, c=9.2±0.5Å, α=90°, β=90°, γ=90°인 구조를 갖는 것이 특징인 이차 전지.According to claim 7, wherein the compound of Formula 1 has a crystal lattice constant of a = 3.7 ± 0.5 Å, b = 2.8 ± 0.5 Å, c = 9.2 ± 0.5 Å, α = 90 °, β = 90 °, γ = 90 A secondary battery characterized by having a structure of °. 제 4항에 있어서, 상기 제 2 양극활물질은 양극활물질 100 중량부 당 0.1 내지 40 중량부인 이차 전지.The secondary battery of claim 4, wherein the second positive electrode active material is 0.1 to 40 parts by weight per 100 parts by weight of the positive electrode active material. 제1항에 있어서, 상기 준금속 성분으로 코팅되거나 이들과 동반 사용되는 음극활물질 성분은 탄소재, 금속 복합 산화물, 리튬 금속, 리튬 합금, 금속 산화물, 도전성 고분자, Li-Co-Ni 계 재료로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상인 이차 전지.The method of claim 1, wherein the negative electrode active material component coated with or used with the metalloid component is composed of a carbon material, a metal composite oxide, a lithium metal, a lithium alloy, a metal oxide, a conductive polymer, and a Li-Co-Ni-based material. At least one secondary battery selected from the group. 제 1항에 있어서, 상기 이차 전지는 리튬 이차 전지인 이차 전지.The secondary battery of claim 1, wherein the secondary battery is a lithium secondary battery. (a) 하기 화학식 1의 리튬 니켈 산화물 및 화학식 2의 화합물로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 화합물이 포함되거나 또는 이들로 코팅된 양극활물질을 포함하는 양극; 및(A) a positive electrode comprising a positive electrode active material containing or coated with one or more compounds selected from the group consisting of lithium nickel oxide of Formula 1 and a compound of Formula 2; And (b) Sn 및 Pb으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 준금속이 포함되거나 또는 이들로 코팅된 음극활물질을 포함하는 음극(b) a negative electrode comprising a negative electrode active material containing or coated with one or more metalloids selected from the group consisting of Sn and Pb 을 구비하고, 이들이 하기 수학식 1 및 2의 조건을 만족하도록 조절함으로써 이차전지의 수명특성을 향상시키는 방법: And improving the lifespan characteristics of the secondary battery by adjusting them so as to satisfy the conditions of Equations 1 and 2 below: [화학식 1][Formula 1] Li2+xNi1-yAyO2+α (여기서, -0.5 ≤ x ≤ 0.5, 0 ≤ y <1, 0 ≤ α< 0.3)Li 2 + x Ni 1-y A y O 2 + α (where −0.5 ≦ x ≦ 0.5, 0 ≦ y <1, 0 ≦ α <0.3) [화학식 2][Formula 2] XLi(Li1/3M2/3)O2 + YLiM'O2의 고용체(solid solution) (0 < X < 1, 0 < Y < 1 이며 X+Y = 1임)Solid solution of XLi (Li 1/3 M 2/3 ) O 2 + YLiM'O 2 (0 <X <1, 0 <Y <1 and X + Y = 1) 상기 식에서,Where A는 P, B, C, Al, Sc, Sr, Ti,V, Zr, Mn, Fe, Co, Cu, Zn, Cr, Mg, Nb, Mo 및 Cd로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 원소이며, A is at least one element selected from the group consisting of P, B, C, Al, Sc, Sr, Ti, V, Zr, Mn, Fe, Co, Cu, Zn, Cr, Mg, Nb, Mo and Cd, M = +4의 산화수를 가지는 금속 중 1종 이상의 원소이며;At least one element of the metal having an oxidation number of M = + 4; M'= 전이 금속에서 선택되는 1종 이상의 원소이며; M '= at least one element selected from transition metals; [수학식 1] [Equation 1] 양극활물질의 최초 충방전 효율 < 음극활물질의 최초 충방전 효율First charge and discharge efficiency of cathode active material <First charge and discharge efficiency of anode active material [수학식 2][Equation 2] 양극활물질의 최초 충방전시의 비가역용량 > 음극활물질의 최초 충방전시의 비가역용량, 여기서 비가역용량 = 1- 방전용량/충전용량이다. Irreversible capacity at initial charge and discharge of the positive electrode active material> irreversible capacity at initial charge and discharge of the negative electrode active material, where irreversible capacity = 1-discharge capacity / charge capacity. 삭제delete
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