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KR102464770B1 - Positive electrode active material for secondary battery, method for preparing the same and lithium secondary battery comprising the same - Google Patents

Positive electrode active material for secondary battery, method for preparing the same and lithium secondary battery comprising the same Download PDF

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KR102464770B1
KR102464770B1 KR1020170150534A KR20170150534A KR102464770B1 KR 102464770 B1 KR102464770 B1 KR 102464770B1 KR 1020170150534 A KR1020170150534 A KR 1020170150534A KR 20170150534 A KR20170150534 A KR 20170150534A KR 102464770 B1 KR102464770 B1 KR 102464770B1
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Abstract

본 발명은 리튬 코발트계 산화물; 및 상기 리튬 코발트계 산화물의 입자 표면에 형성된 코팅부;를 포함하며, 상기 코팅부는 전이금속-산소음이온(transition metal-oxyanion) 화합물을 포함하는 이차전지용 양극 활물질에 관한 것이다.The present invention is a lithium cobalt-based oxide; and a coating portion formed on the particle surface of the lithium cobalt oxide, wherein the coating portion relates to a positive active material for a secondary battery including a transition metal-oxyanion compound.

Description

이차전지용 양극 활물질, 그 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차전지{POSITIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL FOR SECONDARY BATTERY, METHOD FOR PREPARING THE SAME AND LITHIUM SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}Cathode active material for secondary battery, manufacturing method thereof, and lithium secondary battery comprising same

본 발명은 이차전지용 양극 활물질, 그 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a cathode active material for a secondary battery, a method for manufacturing the same, and a lithium secondary battery including the same.

최근 휴대전화, 노트북 컴퓨터, 전기 자동차 등 전지를 사용하는 전자기구의 급속한 보급에 수반하여 소형 경량이면서도 상대적으로 고용량인 이차전지의 수요가 급속히 증대되고 있다. 특히, 리튬 이차전지는 경량이고 고에너지 밀도를 가지고 있어 휴대 기기의 구동 전원으로서 각광을 받고 있다. 이에 따라, 리튬 이차전지의 성능향상을 위한 연구개발 노력이 활발하게 진행되고 있다. Recently, with the rapid spread of electronic devices using batteries, such as mobile phones, notebook computers, and electric vehicles, the demand for small, lightweight and relatively high-capacity secondary batteries is rapidly increasing. In particular, a lithium secondary battery has been in the spotlight as a driving power source for a portable device because it is lightweight and has a high energy density. Accordingly, research and development efforts for improving the performance of lithium secondary batteries are being actively conducted.

리튬 이차전지는 리튬 이온의 삽입/탈리가 가능한 양극 활물질을 포함하고 있는 양극과, 리튬 이온의 삽입/탈리가 가능한 음극 활물질을 포함하고 있는 음극, 상기 양극과 음극 사이에 미세 다공성 분리막이 개재된 전극 조립체에 리튬 이온을 함유한 전해질이 포함되어 있는 전지를 의미한다. A lithium secondary battery includes a positive electrode including a positive electrode active material capable of insertion/desorption of lithium ions, a negative electrode including a negative electrode active material capable of insertion/deintercalation of lithium ions, and an electrode having a microporous separator interposed between the positive electrode and the negative electrode It means a battery in which an electrolyte containing lithium ions is included in the assembly.

리튬 이차전지의 양극 활물질로는 리튬 전이금속 산화물이 사용되고, 음극 활물질로는 리튬 금속, 리튬 합금, 결정질 또는 비정질 탄소 또는 탄소 복합체 등이 사용되고 있다. 상기 활물질을 적당한 두께와 길이로 전극 집전체에 도포하거나 또는 활물질 자체를 필름 형상으로 도포하여 절연체인 분리막과 함께 감거나 적층하여 전극군을 만든 다음, 캔 또는 이와 유사한 용기에 넣은 후, 전해액을 주입하여 이차전지를 제조한다.A lithium transition metal oxide is used as a cathode active material of a lithium secondary battery, and lithium metal, a lithium alloy, crystalline or amorphous carbon, or a carbon composite material is used as an anode active material. The active material is applied to the electrode current collector with an appropriate thickness and length, or the active material itself is applied in the form of a film and wound or laminated together with a separator, which is an insulator, to make an electrode group, and then put into a can or similar container, and then inject the electrolyte to manufacture a secondary battery.

리튬 이차전지의 양극 활물질로는 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2), 리튬 망간 산화물(LiMnO2 또는 LiMn2O4 등), 리튬 인산철 화합물(LiFePO4), 니켈 코발트 망간계 리튬 복합금속 산화물(이하 간단히 'NCM계 리튬 산화물'이라 함) 등이 사용된다. 리튬 코발트 산화물(LiCoO2)의 경우, 3성분계 NCM계 리튬 산화물에 비하여 동일 전압에서 용량이 작은 단점이 있으나, 높은 압연 밀도 등의 장점이 있어 여전히 사용량이 높은 양극 활물질이다. 최근 고용량화 셀 개발의 요구가 점차 커지고 있기 때문에, 리튬 코발트 산화물(LiCoO2) 사용시 고용량 구현을 위해 사용 전압을 올리고 있는 추세이다.As a positive active material of a lithium secondary battery, lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), lithium manganese oxide (LiMnO 2 or LiMn 2 O 4 , etc.), lithium iron phosphate compound (LiFePO 4 ), nickel cobalt manganese Lithium-based composite metal oxide (hereinafter simply referred to as 'NCM-based lithium oxide') or the like is used. In the case of lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), there is a disadvantage in that the capacity is small at the same voltage compared to the three-component NCM-based lithium oxide, but it has advantages such as a high rolling density and is still a positive electrode active material with high usage. Recently, since the demand for high-capacity cell development is gradually increasing, there is a trend to increase the operating voltage to realize high-capacity when using lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ).

리튬 코발트 산화물(LiCoO2)의 고용량화를 위한 고전압 사용으로 인해, 리튬 코발트 산화물(LiCoO2)의 Li 사용량(삽입/탈리 리튬량)이 늘어나게 되면서 구조 불안정 및 표면 불안정의 가능성이 높아지게 되었다. 그 결과 금속 용출 및 가스 발생 등의 문제가 있다. Due to the use of high voltage for increasing the capacity of lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), the amount of Li usage (insertion/desorption lithium amount) of lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) increases, increasing the possibility of structural instability and surface instability. As a result, there are problems such as metal elution and gas generation.

이에, 기존의 4.45V 이하보다 더욱 고전압인 4.5V 이상에서도 구조 안정성을 가지며, 동시에 표면 안정성이 향상된 리튬 코발트 산화물(LiCoO2)의 개발이 필요한 실정이다.Accordingly, it is necessary to develop lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) having structural stability even at a higher voltage of 4.5V or higher than the conventional 4.45V or lower and at the same time having improved surface stability.

한국공개특허 제2012-0034686호Korean Patent Publication No. 2012-0034686

본 발명은 4.5V 이상의 고전압 하에서도 우수한 구조 안정성 및 표면 안정성을 갖는 리튬 코발트 산화물(LiCoO2)의 양극 활물질을 제공하고자 하는 것이다. 이를 통해, 고용량 구현이 가능하고, 수명 특성이 개선된 리튬 코발트 산화물(LiCoO2)의 리튬 이차전지를 제공하고자 하는 것이다.An object of the present invention is to provide a cathode active material of lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) having excellent structural stability and surface stability even under a high voltage of 4.5V or more. Through this, it is possible to realize a high capacity and to provide a lithium secondary battery of lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) with improved lifespan characteristics.

본 발명은 리튬 코발트계 산화물; 및 상기 리튬 코발트계 산화물의 입자 표면에 형성된 코팅부;를 포함하며, 상기 코팅부는 전이금속-산소음이온(transition metal-oxyanion) 화합물을 포함하는 이차전지용 양극 활물질을 제공한다.The present invention is a lithium cobalt-based oxide; and a coating part formed on the particle surface of the lithium cobalt-based oxide, wherein the coating part provides a cathode active material for a secondary battery including a transition metal-oxyanion compound.

또한, 본 발명은 리튬 코발트계 산화물을 마련하는 단계; 상기 리튬 코발트계 산화물 및 전이금속-산소음이온(transition metal-oxyanion) 화합물을 혼합하는 단계; 및 상기 혼합하는 단계 후 열처리하여, 상기 리튬 코발트계 산화물의 입자 표면에 전이금속-산소음이온(transition metal-oxyanion) 화합물을 포함하는 코팅부를 형성하는 단계;를 포함하는 이차전지용 양극 활물질의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of preparing a lithium cobalt-based oxide; mixing the lithium cobalt-based oxide and a transition metal-oxyanion compound; and heat-treating after the mixing step to form a coating portion including a transition metal-oxyanion compound on the particle surface of the lithium cobalt-based oxide; to provide.

또한, 본 발명은 상기 양극 활물질을 포함하는 양극 및 리튬 이차전지를 제공한다.In addition, the present invention provides a positive electrode and a lithium secondary battery including the positive electrode active material.

본 발명에 따르면, 4.5V 이상의 고전압 하에서도 구조 안정성 및 표면 안정성을 갖는 리튬 코발트 산화물(LiCoO2)의 양극 활물질을 제공할 수 있다. 본 발명의 양극 활물질을 사용하면 고전압 하에서도 금속 용출 및 가스 발생을 억제할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 고용량 구현이 가능하고, 수명 특성이 개선된 리튬 코발트 산화물(LiCoO2)의 리튬 이차전지를 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a cathode active material of lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) having structural stability and surface stability even under a high voltage of 4.5V or more. When the positive electrode active material of the present invention is used, metal elution and gas generation can be suppressed even under high voltage. Further, according to the present invention, a lithium secondary battery of lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) having a high capacity and improved lifespan characteristics can be provided.

도 1은 실시예 1에 따라 제조된 양극 활물질을 확대 관찰한 주사전자현미경(SEM, Scanning Electron Microscope)사진이다.
도 2는 비교예 1에 따라 제조된 양극 활물질을 확대 관찰한 주사전자현미경(SEM, Scanning Electron Microscope)사진이다.
도 3은 실시예 및 비교예에 따라 제조된 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차전지의 수명 특성을 평가한 그래프이다.
도 4는 실시예 및 비교예에 따라 제조된 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차전지의 가스 발생량을 측정한 그래프이다.
1 is a scanning electron microscope (SEM, Scanning Electron Microscope) photograph of an enlarged observation of a cathode active material prepared according to Example 1. FIG.
2 is a scanning electron microscope (SEM, Scanning Electron Microscope) photograph of an enlarged observation of the positive electrode active material prepared according to Comparative Example 1. Referring to FIG.
3 is a graph evaluating the lifespan characteristics of a lithium secondary battery including a positive active material prepared according to Examples and Comparative Examples.
4 is a graph of measuring the amount of gas generated in a lithium secondary battery including a positive active material prepared according to Examples and Comparative Examples.

이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 이때, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail to help the understanding of the present invention. At this time, the terms or words used in the present specification and claims are not to be construed as being limited to conventional or dictionary meanings, and the inventor appropriately defines the concept of the term in order to explain his invention in the best way. It should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be done.

본 발명의 이차전지용 양극 활물질은 리튬 코발트계 산화물; 및 상기 리튬 코발트계 산화물의 입자 표면에 형성된 코팅부;를 포함하며, 상기 코팅부는 전이금속-산소음이온(transition metal-oxyanion) 화합물을 포함한다.The positive active material for a secondary battery of the present invention is a lithium cobalt-based oxide; and a coating portion formed on the particle surface of the lithium cobalt-based oxide, wherein the coating portion includes a transition metal-oxyanion compound.

본 발명의 이차전지용 양극 활물질은 리튬 코발트계 산화물의 입자 표면에 전이금속-산소음이온(transition metal-oxyanion) 화합물을 포함하는 코팅부를 형성함으로써, 상기 코팅부가 표면 보호층 역할을 하여 고전압 하에서 표면 구조 안정성을 확보하고, 전해액과의 부반응을 억제하고, 금속 용출 및 가스 발생을 억제할 수 있다. 산소음이온(oxyanion)은 산소 쪽으로 전자가 몰려 산소 결합(oxygen bonding) 세기가 크기 때문에, 산소 탈리 및 전이금속 탈리를 막아줘 금속 용출 및 가스 발생을 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, 상기 전이금속-산소음이온(transition metal-oxyanion) 화합물은 전이금속 양이온을 함유함으로써 수명 특성을 더욱 개선하고, 가스 발생도 더 억제할 수 있다.The positive active material for a secondary battery of the present invention forms a coating portion containing a transition metal-oxyanion compound on the surface of a particle of lithium cobalt-based oxide, so that the coating portion serves as a surface protective layer, resulting in surface structural stability under high voltage can be secured, suppress side reactions with the electrolyte, and suppress metal elution and gas generation. Since oxyanions attract electrons to oxygen and have a high oxygen bonding strength, it is possible to effectively suppress metal elution and gas generation by preventing oxygen desorption and transition metal desorption. In addition, the transition metal-oxyanion (transition metal-oxyanion) compound can further improve lifespan characteristics by containing a transition metal cation, and further suppress gas generation.

상기 리튬 코발트계 산화물은 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.The lithium cobalt-based oxide may be represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

LiaCo(1-x)AxO2 Li a Co (1-x) A x O 2

상기 화학식 1에서, 0.95≤a≤1.1, 0≤x≤0.2이고, A는 Al, Ti, Zr, Mg, Nb, Ba, Ca 및 Ta로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종 이상이다. 예를 들어, 상기 리튬 코발트계 산화물은 LiCoO2일 수 있다.In Formula 1, 0.95≤a≤1.1, 0≤x≤0.2, and A is at least one selected from the group consisting of Al, Ti, Zr, Mg, Nb, Ba, Ca, and Ta. For example, the lithium cobalt-based oxide may be LiCoO 2 .

보다 바람직하게는 상기 리튬 코발트계 산화물은 리튬과 리튬을 제외한 금속원소(Co 및 A)의 몰비(리튬/금속원소(Co 및 A)의 몰비)가 0.98 내지 1.1일 수 있다.More preferably, the lithium cobalt-based oxide may have a molar ratio of lithium and metal elements (Co and A) excluding lithium (a molar ratio of lithium/metal elements (Co and A)) of 0.98 to 1.1.

상기 전이금속-산소음이온(transition metal-oxyanion) 화합물은 M 3AsO4(arsenate), M 2SeO4(selenate), MVO3(vanadate), M 3VO4(vanadate), M 2WO4(tungstate), M 2MoO4(molybdate), M 2CrO4(chromate) 및 M 2TeO4(tellurate)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상일 수 있다. 이때, 상기 M은 전이금속이며, 각 산소음이온(oxyanion)을 함유하는 염(salt)의 일반식으로 표시한 것이다. The transition metal-oxyanion (transition metal-oxyanion) compound is M I 3 AsO 4 (arsenate), M I 2 SeO 4 (selenate), M I VO 3 (vanadate), M I 3 VO 4 (vanadate), M It may be at least one selected from the group consisting of I 2 WO 4 ( tungstate), M I 2 MoO 4 (molybdate), M I 2 CrO 4 (chromate), and M I 2 TeO 4 (tellurate). In this case, M is a transition metal, and is expressed by the general formula of a salt containing each oxyanion.

보다 바람직하게는 상기 M은 Ni, Co, Fe, Cu, Zn, Y, Zr, Nb 및 Cd로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 전이금속일 수 있다. More preferably, M I may be at least one transition metal selected from the group consisting of Ni, Co, Fe, Cu, Zn, Y, Zr, Nb and Cd.

더욱 바람직하게는 상기 전이금속-산소음이온(transition metal-oxyanion) 화합물은 CoMoO4, CoWO4, CoAsO4, CoSeO4, CoVO4, CoCrO4, NiMoO4, NiWO4, NiAsO4, NiSeO4, NiVO4, NiCrO4, CuWO4, CdWO4, CdAsO4, CdSeO4, ZnSeO4, ZnAsO4, ZnMoO4, ZrWO4, ZrMoO4, ZrSeO4, ZrAsO4, YAsO4, YSeO4, NbAsO4 및 NbSeO4로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상일 수 있다.More preferably, the transition metal-oxyanion (transition metal-oxyanion) compound is CoMoO 4 , CoWO 4 , CoAsO 4 , CoSeO 4 , CoVO 4 , CoCrO 4 , NiMoO 4 , NiWO 4 , NiAsO 4 , NiSeO 4 , NiVO 4 , NiCrO 4 , CuWO 4 , CdWO 4 , CdAsO 4 , CdSeO 4 , ZnSeO 4 , ZnAsO 4 , ZnMoO 4 , ZrWO 4 , ZrMoO 4 , ZrSeO 4 , ZrAsO 4 , YAsO 4 , YSeO 4 and NbAsO 4 consisting of It may be at least one selected from the group.

본 발명과 같이 리튬 코발트계 산화물을 상기 전이금속-산소음이온(transition metal-oxyanion) 화합물로 코팅함으로써, 고전압 하, 예를 들어, 4.5V 이상에서도 구조 안정성 및 표면 안정성을 가질 수 있으며, 금속 용출 및 가스 발생을 억제하고, 고용량 구현 및 수명 특성을 개선할 수 있다.As in the present invention, by coating the lithium cobalt-based oxide with the transition metal-oxyanion compound, it can have structural stability and surface stability even under high voltage, for example, 4.5V or higher, and metal elution and It is possible to suppress gas generation, and improve high capacity and lifespan characteristics.

상기 전이금속-산소음이온(transition metal-oxyanion) 화합물은 리튬 코발트계 산화물 100중량부 대비 0.01 내지 0.3중량부로 포함될 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.03 내지 0.2중량부, 더욱 바람직하게는 0.05 내지 0.1중량부로 포함될 수 있다. 상기 전이금속-산소음이온(transition metal-oxyanion) 화합물이 상기 함량 범위 내로 코팅됨으로써 고전압 하에서의 표면 구조 안정성 확보 및 가스 발생 억제를 효과적으로 할 수 있고, 나아가, 충/방전 반복에 따른 용량 감소율 및 저항 증가율을 감소시킬 수 있고, 코팅부 증가에 따른 용량 저하를 방지할 수 있다.The transition metal-oxyanion (transition metal-oxyanion) compound may be included in an amount of 0.01 to 0.3 parts by weight based on 100 parts by weight of the lithium cobalt-based oxide, more preferably 0.03 to 0.2 parts by weight, more preferably 0.05 to 0.1 parts by weight. may be included. As the transition metal-oxyanion compound is coated within the above content range, it is possible to effectively secure surface structure stability under high voltage and suppress gas generation, and further, increase capacity reduction rate and resistance increase rate according to repeated charge/discharge It can be reduced, and it is possible to prevent a decrease in capacity due to an increase in the coating portion.

상기 본 발명의 이차전지용 양극 활물질은 리튬 코발트계 산화물을 마련하는 단계; 상기 리튬 코발트계 산화물 및 전이금속-산소음이온(transition metal-oxyanion) 화합물을 혼합하는 단계; 및 상기 혼합하는 단계 후 열처리하여, 상기 리튬 코발트계 산화물의 입자 표면에 전이금속-산소음이온(transition metal-oxyanion) 화합물을 포함하는 코팅부를 형성하는 단계;를 포함하여 제조한다.The cathode active material for a secondary battery of the present invention comprises the steps of preparing a lithium cobalt-based oxide; mixing the lithium cobalt-based oxide and a transition metal-oxyanion compound; and heat-treating after the mixing step to form a coating portion including a transition metal-oxyanion compound on the particle surface of the lithium cobalt-based oxide.

상기 리튬 코발트계 산화물 및 전이금속-산소음이온(transition metal-oxyanion) 화합물을 혼합하는 방법은 통상적으로 코팅층 형성을 위해 사용되는 혼합법을 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어, 건식 혼합법, 습식 혼합법 또는 증착법(Atomic layer deposition) 등을 들 수 있다. 보다 바람직하게는 리튬 코발트계 산화물을 상기 전이금속-산소음이온(transition metal-oxyanion) 화합물과 건식 혼합할 수 있다.As the method of mixing the lithium cobalt-based oxide and the transition metal-oxyanion compound, a mixing method commonly used for forming a coating layer may be used without limitation, for example, dry mixing method, wet mixing method method or deposition method (atomic layer deposition). More preferably, the lithium cobalt-based oxide may be dry mixed with the transition metal-oxyanion compound.

이때, 상기 전이금속-산소음이온(transition metal-oxyanion) 화합물은 리튬 코발트계 산화물 100중량부 대비 0.01 내지 0.3중량부로 혼합할 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.03 내지 0.2중량부, 더욱 바람직하게는 0.05 내지 0.1중량부로 혼합할 수 있다.In this case, the transition metal-oxyanion (transition metal-oxyanion) compound may be mixed in an amount of 0.01 to 0.3 parts by weight based on 100 parts by weight of the lithium cobalt-based oxide, more preferably 0.03 to 0.2 parts by weight, more preferably 0.05 to It can be mixed in 0.1 parts by weight.

상기와 같이 리튬 코발트계 산화물 및 전이금속-산소음이온(transition metal-oxyanion) 화합물을 혼합한 후 열처리하는 단계는, 500 내지 900℃로 열처리를 수행할 수 있다. 보다 바람직하게는 650 내지 800℃, 더욱 바람직하게는 650 내지 750℃로 열처리할 수 있다. 열처리 온도가 500℃ 미만인 경우 미반응 전이금속-산소음이온(transition metal-oxyanion) 화합물이 잔존하는 문제가 발생할 수 있으며, 900℃ 초과할 경우 전이금속이 양극 활물질에 코팅되는 것이 아니라 도핑되는 경우가 발생할 수 있다.The heat treatment after mixing the lithium cobalt-based oxide and the transition metal-oxyanion compound as described above may be performed at 500 to 900°C. More preferably, it may be heat-treated at 650 to 800°C, more preferably at 650 to 750°C. If the heat treatment temperature is less than 500°C, a problem may occur that unreacted transition metal-oxyanion compounds remain, and if it exceeds 900°C, the transition metal may be doped rather than coated on the cathode active material. can

이외에 리튬 코발트계 산화물의 조성 및 전이금속-산소음이온(transition metal-oxyanion) 화합물의 종류는 앞서 본 발명의 이차전지용 양극 활물질에 대한 설명에서와 동일하게 적용된다.In addition, the composition of the lithium cobalt-based oxide and the type of the transition metal-oxyanion compound are applied in the same manner as in the description of the positive active material for a secondary battery of the present invention.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면 상기 양극 활물질을 포함하는 이차전지용 양극 및 리튬 이차전지를 제공한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a positive electrode for a secondary battery and a lithium secondary battery including the positive electrode active material.

구체적으로, 상기 양극은 양극 집전체 및 상기 양극 집전체 위에 형성되며, 상기 양극 활물질을 포함하는 양극 활물질 층을 포함한다.Specifically, the positive electrode includes a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer formed on the positive electrode current collector and including the positive electrode active material.

상기 양극에 있어서, 양극 집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소 또는 알루미늄이나 스테인레스 스틸 표면에 탄소, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. 또, 상기 양극 집전체는 통상적으로 3 내지 500㎛의 두께를 가질 수 있으며, 상기 양극 집전체 표면 상에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있다. 예를 들어 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.In the positive electrode, the positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change in the battery, for example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, or carbon on the surface of aluminum or stainless steel. , nickel, titanium, silver or the like surface-treated may be used. In addition, the positive electrode current collector may typically have a thickness of 3 to 500 μm, and may increase the adhesion of the positive electrode active material by forming fine irregularities on the surface of the positive electrode current collector. For example, it may be used in various forms, such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, a non-woven body.

또, 상기 양극 활물질 층은 앞서 설명한 양극 활물질과 함께, 도전재 및 바인더를 포함할 수 있다.In addition, the positive active material layer may include a conductive material and a binder together with the above-described positive active material.

이때, 상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성을 갖는 것이면 특별한 제한없이 사용가능하다. 구체적인 예로는 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본 블랙, 아세틸렌블랙, 케첸블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙, 탄소섬유 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 또는 폴리페닐렌 유도체 등의 전도성 고분자 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 도전재는 통상적으로 양극활물질층 총 중량에 대하여 1 내지 30 중량%로 포함될 수 있다.In this case, the conductive material is used to impart conductivity to the electrode, and in the configured battery, it can be used without any particular limitation as long as it does not cause chemical change and has electronic conductivity. Specific examples include graphite such as natural graphite and artificial graphite; carbon-based materials such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, summer black, and carbon fiber; metal powders or metal fibers such as copper, nickel, aluminum, and silver; conductive whiskeys such as zinc oxide and potassium titanate; conductive metal oxides such as titanium oxide; or a conductive polymer such as a polyphenylene derivative, and the like, and any one of them or a mixture of two or more thereof may be used. The conductive material may be included in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the positive electrode active material layer.

또, 상기 바인더는 양극 활물질 입자들 간의 부착 및 양극 활물질과 양극 집전체와의 접착력을 향상시키는 역할을 한다. 구체적인 예로는 폴리비닐리덴플로라이드(PVDF), 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HFP), 폴리비닐알코올, 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 폴리머(EPDM), 술폰화-EPDM, 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 불소 고무, 또는 이들의 다양한 공중합체 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 바인더는 양극 활물질층 총 중량에 대하여 1 내지 30 중량%로 포함될 수 있다.In addition, the binder serves to improve adhesion between the positive electrode active material particles and the adhesive force between the positive electrode active material and the positive electrode current collector. Specific examples include polyvinylidene fluoride (PVDF), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HFP), polyvinyl alcohol, polyacrylonitrile, carboxymethyl cellulose (CMC) ), starch, hydroxypropyl cellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene polymer (EPDM), sulfonated-EPDM, styrene butadiene rubber (SBR), fluororubber, or various copolymers thereof, and any one of them or a mixture of two or more thereof may be used. The binder may be included in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the positive active material layer.

상기 양극은 상기한 양극 활물질을 이용하는 것을 제외하고는 통상의 양극 제조방법에 따라 제조될 수 있다. 구체적으로, 상기한 양극 활물질 및 선택적으로, 바인더 및 도전재를 포함하는 양극 활물질 층 형성용 조성물을 양극 집전체 상에 도포한 후, 건조 및 압연함으로써 제조될 수 있다. 이때 상기 양극 활물질, 바인더, 도전재의 종류 및 함량은 앞서 설명한 바와 같다.The positive electrode may be manufactured according to a conventional positive electrode manufacturing method except for using the above positive electrode active material. Specifically, the cathode active material and, optionally, a composition for forming a cathode active material layer including a binder and a conductive material may be coated on a cathode current collector, and then dried and rolled. In this case, the types and contents of the positive electrode active material, the binder, and the conductive material are as described above.

상기 용매로는 당해 기술분야에서 일반적으로 사용되는 용매일 수 있으며, 디메틸셀폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO), 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol), N-메틸피롤리돈(NMP), 아세톤(acetone) 또는 물 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 용매의 사용량은 슬러리의 도포 두께, 제조 수율을 고려하여 상기 양극활물질, 도전재 및 바인더를 용해 또는 분산시키고, 이후 양극제조를 위한 도포시 우수한 두께 균일도를 나타낼 수 있는 점도를 갖도록 하는 정도면 충분하다.The solvent may be a solvent generally used in the art, dimethyl sulfoxide (DMSO), isopropyl alcohol (isopropyl alcohol), N-methylpyrrolidone (NMP), acetone (acetone) or water and the like, and any one of them or a mixture of two or more thereof may be used. The amount of the solvent used is enough to dissolve or disperse the positive electrode active material, the conductive material and the binder in consideration of the application thickness of the slurry and the production yield, and to have a viscosity capable of exhibiting excellent thickness uniformity when applied for the production of the positive electrode thereafter. do.

또, 다른 방법으로, 상기 양극은 상기 양극 활물질 층 형성용 조성물을 별도의 지지체 상에 캐스팅한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 양극 집전체 상에 라미네이션함으로써 제조될 수도 있다.Alternatively, the positive electrode may be prepared by casting the composition for forming the positive electrode active material layer on a separate support, and then laminating a film obtained by peeling it from the support on the positive electrode current collector.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 양극을 포함하는 전기화학소자가 제공된다. 상기 전기화학소자는 구체적으로 전지 또는 커패시터 등일 수 있으며, 보다 구체적으로는 리튬 이차전지일 수 있다.According to another embodiment of the present invention, an electrochemical device including the positive electrode is provided. The electrochemical device may specifically be a battery or a capacitor, and more specifically, a lithium secondary battery.

상기 리튬 이차전지는 구체적으로 양극, 상기 양극과 대향하여 위치하는 음극, 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 세퍼레이터 및 전해질을 포함하며, 상기 양극은 앞서 설명한 바와 같다. 또, 상기 리튬 이차전지는 상기 양극, 음극, 세퍼레이터의 전극 조립체를 수납하는 전지용기, 및 상기 전지용기를 밀봉하는 밀봉 부재를 선택적으로 더 포함할 수 있다. The lithium secondary battery specifically includes a positive electrode, a negative electrode positioned to face the positive electrode, a separator and an electrolyte interposed between the positive electrode and the negative electrode, and the positive electrode is as described above. In addition, the lithium secondary battery may optionally further include a battery container for accommodating the electrode assembly of the positive electrode, the negative electrode, and the separator, and a sealing member for sealing the battery container.

상기 리튬 이차전지에 있어서, 상기 음극은 음극 집전체 및 상기 음극 집전체 상에 위치하는 음극 활물질 층을 포함한다.In the lithium secondary battery, the negative electrode includes a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer positioned on the negative electrode current collector.

상기 음극 집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 탄소, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또, 상기 음극 집전체는 통상적으로 3 내지 500㎛의 두께를 가질 수 있으며, 양극 집전체와 마찬가지로, 상기 집전체 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있다. 예를 들어, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The negative electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical change in the battery, and for example, copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, copper or stainless steel surface. Carbon, nickel, titanium, silver, etc. surface-treated, aluminum-cadmium alloy, etc. may be used. In addition, the negative electrode current collector may have a thickness of typically 3 to 500 μm, and similarly to the positive electrode current collector, fine concavities and convexities may be formed on the surface of the current collector to strengthen the bonding force of the negative electrode active material. For example, it may be used in various forms, such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, a nonwoven body.

상기 음극 활물질 층은 음극 활물질과 함께 선택적으로 바인더 및 도전재를 포함한다. 상기 음극 활물질 층은 일례로서 음극 집전체 상에 음극 활물질, 및 선택적으로 바인더 및 도전재를 포함하는 음극 형성용 조성물을 도포하고 건조하거나, 또는 상기 음극 형성용 조성물을 별도의 지지체 상에 캐스팅한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 음극 집전체 상에 라미네이션함으로써 제조될 수도 있다.The anode active material layer optionally includes a binder and a conductive material together with the anode active material. The anode active material layer may be formed by applying a composition for forming an anode including an anode active material, and optionally a binder and a conductive material on an anode current collector and drying, or casting the composition for forming a cathode on a separate support, and then , may be produced by laminating a film obtained by peeling from this support onto a negative electrode current collector.

상기 음극 활물질로는 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물이 사용될 수 있다. 구체적인 예로는 인조흑연, 천연흑연, 흑연화 탄소섬유, 비정질탄소 등의 탄소질 재료; Si, Al, Sn, Pb, Zn, Bi, In, Mg, Ga, Cd, Si합금, Sn합금 또는 Al합금 등 리튬과 합금화가 가능한 금속질 화합물; SiOβ(0 < β < 2), SnO2, 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물과 같이 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 금속산화물; 또는 Si-C 복합체 또는 Sn-C 복합체과 같이 상기 금속질 화합물과 탄소질 재료를 포함하는 복합물 등을 들 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 또한, 상기 음극활물질로서 금속 리튬 박막이 사용될 수도 있다. 또, 탄소재료는 저결정 탄소 및 고결정성 탄소 등이 모두 사용될 수 있다. 저결정성 탄소로는 연화탄소 (soft carbon) 및 경화탄소 (hard carbon)가 대표적이며, 고결정성 탄소로는 무정형, 판상, 인편상, 구형 또는 섬유형의 천연 흑연 또는 인조 흑연, 키시흑연 (Kish graphite), 열분해 탄소 (pyrolytic carbon), 액정피치계 탄소섬유 (mesophase pitch based carbon fiber), 탄소 미소구체 (meso-carbon microbeads), 액정피치 (Mesophase pitches) 및 석유와 석탄계 코크스 (petroleum or coal tar pitch derived cokes) 등의 고온 소성탄소가 대표적이다.As the anode active material, a compound capable of reversible intercalation and deintercalation of lithium may be used. Specific examples include carbonaceous materials such as artificial graphite, natural graphite, graphitized carbon fiber, and amorphous carbon; metal compounds capable of alloying with lithium, such as Si, Al, Sn, Pb, Zn, Bi, In, Mg, Ga, Cd, Si alloy, Sn alloy, or Al alloy; metal oxides capable of doping and dedoping lithium, such as SiO β (0 < β < 2), SnO 2 , vanadium oxide, and lithium vanadium oxide; Alternatively, a composite including the metallic compound and a carbonaceous material such as a Si-C composite or a Sn-C composite may be used, and any one or a mixture of two or more thereof may be used. In addition, a metal lithium thin film may be used as the negative electrode active material. In addition, as the carbon material, both low crystalline carbon and high crystalline carbon may be used. As low crystalline carbon, soft carbon and hard carbon are representative, and as high crystalline carbon, natural or artificial graphite of amorphous, plate-like, scale-like, spherical or fibrous shape, and Kish graphite (Kish) graphite), pyrolytic carbon, mesophase pitch based carbon fiber, meso-carbon microbeads, liquid crystal pitches (Mesophase pitches), and petroleum and coal tar pitch (petroleum or coal tar pitch) High-temperature calcined carbon such as derived cokes) is a representative example.

또, 상기 바인더 및 도전재는 앞서 양극에서 설명한 바와 동일한 것일 수 있다.In addition, the binder and the conductive material may be the same as described above for the positive electrode.

한편, 상기 리튬 이차전지에 있어서, 세퍼레이터는 음극과 양극을 분리하고 리튬 이온의 이동 통로를 제공하는 것으로, 통상 리튬 이차전지에서 세퍼레이터로 사용되는 것이라면 특별한 제한 없이 사용가능하며, 특히 전해질의 이온 이동에 대하여 저저항이면서 전해액 함습 능력이 우수한 것이 바람직하다. 구체적으로는 다공성 고분자 필름, 예를 들어 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체 및 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름 또는 이들의 2층 이상의 적층 구조체가 사용될 수 있다. 또 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포가 사용될 수도 있다. 또, 내열성 또는 기계적 강도 확보를 위해 세라믹 성분 또는 고분자 물질이 포함된 코팅된 세퍼레이터가 사용될 수도 있으며, 선택적으로 단층 또는 다층 구조로 사용될 수 있다.On the other hand, in the lithium secondary battery, the separator separates the negative electrode and the positive electrode and provides a passage for lithium ions to move, and it can be used without particular limitation as long as it is usually used as a separator in a lithium secondary battery, especially for the movement of ions in the electrolyte It is preferable to have a low resistance to and excellent electrolyte moisture content. Specifically, a porous polymer film, for example, a porous polymer film made of a polyolefin-based polymer such as an ethylene homopolymer, a propylene homopolymer, an ethylene/butene copolymer, an ethylene/hexene copolymer, and an ethylene/methacrylate copolymer, or these A laminated structure of two or more layers of may be used. In addition, a conventional porous nonwoven fabric, for example, a nonwoven fabric made of high melting point glass fiber, polyethylene terephthalate fiber, etc. may be used. In addition, in order to secure heat resistance or mechanical strength, a coated separator containing a ceramic component or a polymer material may be used, and may optionally be used in a single-layer or multi-layer structure.

또, 본 발명에서 사용되는 전해질로는 리튬 이차전지 제조시 사용 가능한 유기계 액체 전해질, 무기계 액체 전해질, 고체 고분자 전해질, 겔형 고분자 전해질, 고체 무기 전해질, 용융형 무기 전해질 등을 들 수 있으며, 이들로 한정되는 것은 아니다. In addition, examples of the electrolyte used in the present invention include organic liquid electrolytes, inorganic liquid electrolytes, solid polymer electrolytes, gel polymer electrolytes, solid inorganic electrolytes, and molten inorganic electrolytes that can be used in the manufacture of lithium secondary batteries, and are limited to these. it's not going to be

구체적으로, 상기 전해질은 유기 용매 및 리튬염을 포함할 수 있다. Specifically, the electrolyte may include an organic solvent and a lithium salt.

상기 유기 용매로는 전지의 전기 화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 할 수 있는 것이라면 특별한 제한없이 사용될 수 있다. 구체적으로 상기 유기 용매로는, 메틸 아세테이트(methyl acetate), 에틸 아세테이트(ethyl acetate), γ-부티로락톤(γ-butyrolactone), ε-카프로락톤(ε-caprolactone) 등의 에스테르계 용매; 디부틸 에테르(dibutyl ether) 또는 테트라히드로퓨란(tetrahydrofuran) 등의 에테르계 용매; 시클로헥사논(cyclohexanone) 등의 케톤계 용매; 벤젠(benzene), 플루오로벤젠(fluorobenzene) 등의 방향족 탄화수소계 용매; 디메틸카보네이트(dimethylcarbonate, DMC), 디에틸카보네이트(diethylcarbonate, DEC), 메틸에틸카보네이트(methylethylcarbonate, MEC), 에틸메틸카보네이트(ethylmethylcarbonate, EMC), 에틸렌카보네이트(ethylene carbonate, EC), 프로필렌카보네이트(propylene carbonate, PC) 등의 카보네이트계 용매; 에틸알코올, 이소프로필 알코올 등의 알코올계 용매; R-CN(R은 C2 내지 C20의 직쇄상, 분지상 또는 환 구조의 탄화수소기이며, 이중결합 방향 환 또는 에테르 결합을 포함할 수 있다) 등의 니트릴류; 디메틸포름아미드 등의 아미드류; 1,3-디옥솔란 등의 디옥솔란류; 또는 설포란(sulfolane)류 등이 사용될 수 있다. 이중에서도 카보네이트계 용매가 바람직하고, 전지의 충방전 성능을 높일 수 있는 높은 이온전도도 및 고유전율을 갖는 환형 카보네이트(예를 들면, 에틸렌카보네이트 또는 프로필렌카보네이트 등)와, 저점도의 선형 카보네이트계 화합물(예를 들면, 에틸메틸카보네이트, 디메틸카보네이트 또는 디에틸카보네이트 등)의 혼합물이 보다 바람직하다. 이 경우 환형 카보네이트와 사슬형 카보네이트는 약 1:1 내지 약 1:9의 부피비로 혼합하여 사용하는 것이 전해액의 성능이 우수하게 나타날 수 있다. The organic solvent may be used without particular limitation as long as it can serve as a medium through which ions involved in the electrochemical reaction of the battery can move. Specifically, as the organic solvent, ester solvents such as methyl acetate, ethyl acetate, γ-butyrolactone, ε-caprolactone; ether-based solvents such as dibutyl ether or tetrahydrofuran; ketone solvents such as cyclohexanone; aromatic hydrocarbon-based solvents such as benzene and fluorobenzene; dimethylcarbonate (DMC), diethylcarbonate (DEC), methylethylcarbonate (MEC), ethylmethylcarbonate (EMC), ethylene carbonate (EC), propylene carbonate, carbonate-based solvents such as PC); alcohol solvents such as ethyl alcohol and isopropyl alcohol; nitriles such as R-CN (R is a C2-C20 linear, branched or cyclic hydrocarbon group, which may include a double bond aromatic ring or ether bond); amides such as dimethylformamide; dioxolanes such as 1,3-dioxolane; Or sulfolanes and the like may be used. Among these, a carbonate-based solvent is preferable, and a cyclic carbonate (for example, ethylene carbonate or propylene carbonate, etc.) having high ionic conductivity and high dielectric constant capable of increasing the charge/discharge performance of the battery, and a low-viscosity linear carbonate-based compound ( For example, a mixture of ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate or diethyl carbonate) is more preferable. In this case, when the cyclic carbonate and the chain carbonate are mixed in a volume ratio of about 1:1 to about 1:9, the electrolyte may exhibit excellent performance.

상기 리튬염은 리튬 이차전지에서 사용되는 리튬 이온을 제공할 수 있는 화합물이라면 특별한 제한 없이 사용될 수 있다. 구체적으로 상기 리튬염은, LiPF6, LiClO4, LiAsF6, LiBF4, LiSbF6, LiAl04, LiAlCl4, LiCF3SO3, LiC4F9SO3, LiN(C2F5SO3)2, LiN(C2F5SO2)2, LiN(CF3SO2)2. LiCl, LiI, 또는 LiB(C2O4)2 등이 사용될 수 있다. 상기 리튬염의 농도는 0.1 내지 2.0M 범위 내에서 사용하는 것이 좋다. 리튬염의 농도가 상기 범위에 포함되면, 전해질이 적절한 전도도 및 점도를 가지므로 우수한 전해질 성능을 나타낼 수 있고, 리튬 이온이 효과적으로 이동할 수 있다.The lithium salt may be used without particular limitation as long as it is a compound capable of providing lithium ions used in a lithium secondary battery. Specifically, the lithium salt is LiPF 6 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAl0 4 , LiAlCl 4 , LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiN(C 2 F 5 SO 3 ) 2 , LiN(C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN(CF 3 SO 2 ) 2 . LiCl, LiI, or LiB(C 2 O 4 ) 2 and the like may be used. The concentration of the lithium salt is preferably used within the range of 0.1 to 2.0M. When the concentration of the lithium salt is included in the above range, since the electrolyte has appropriate conductivity and viscosity, excellent electrolyte performance may be exhibited, and lithium ions may move effectively.

상기 전해질에는 상기 전해질 구성 성분들 외에도 전지의 수명특성 향상, 전지 용량 감소 억제, 전지의 방전 용량 향상 등을 목적으로 예를 들어, 디플루오로 에틸렌카보네이트 등과 같은 할로알킬렌카보네이트계 화합물, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사인산 트리아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올 또는 삼염화 알루미늄 등의 첨가제가 1종 이상 더 포함될 수도 있다. 이때 상기 첨가제는 전해질 총 중량에 대하여 0.1 내지 5 중량%로 포함될 수 있다. In addition to the electrolyte components, the electrolyte includes, for example, haloalkylene carbonate-based compounds such as difluoroethylene carbonate, pyridine, tri Ethyl phosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylene diamine, n-glyme, hexaphosphoric acid triamide, nitrobenzene derivative, sulfur, quinone imine dye, N-substituted oxazolidinone, N,N-substituted imida One or more additives such as jolidine, ethylene glycol dialkyl ether, ammonium salt, pyrrole, 2-methoxyethanol or aluminum trichloride may be further included. In this case, the additive may be included in an amount of 0.1 to 5% by weight based on the total weight of the electrolyte.

상기와 같이 본 발명에 따른 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차전지는 우수한 방전 용량, 출력 특성 및 용량 유지율을 안정적으로 나타내기 때문에, 휴대전화, 노트북 컴퓨터, 디지털 카메라 등의 휴대용 기기, 및 하이브리드 전기자동차(hybrid electric vehicle, HEV) 등의 전기 자동차 분야 등에 유용하다. As described above, the lithium secondary battery including the positive electrode active material according to the present invention stably exhibits excellent discharge capacity, output characteristics and capacity retention rate, so portable devices such as mobile phones, notebook computers, digital cameras, and hybrid electric vehicles ( It is useful in the field of electric vehicles such as hybrid electric vehicle, HEV).

이에 따라, 본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 상기 리튬 이차전지를 단위 셀로 포함하는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩이 제공된다. Accordingly, according to another embodiment of the present invention, a battery module including the lithium secondary battery as a unit cell and a battery pack including the same are provided.

상기 전지모듈 또는 전지팩은 파워 툴(Power Tool); 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차, 및 플러그인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV)를 포함하는 전기차; 또는 전력 저장용 시스템 중 어느 하나 이상의 중대형 디바이스 전원으로 이용될 수 있다.The battery module or battery pack is a power tool (Power Tool); electric vehicles, including electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles, and plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs); Alternatively, it may be used as a power source for any one or more medium and large-sized devices in a system for power storage.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art can easily carry out the present invention. However, the present invention may be embodied in several different forms and is not limited to the embodiments described herein.

실시예Example 1 One

Li/Co 몰비가 1.06로 합성한 Li1 . 06CoO2와 CoMoO4를 100:0.1의 중량비로 건식 혼합한 후, 700℃에서 12시간 가량 열처리하여 Li1 . 06CoO2 입자 표면에 CoMoO4를 함유한 코팅부를 형성하였다.Li 1 synthesized with a Li/Co molar ratio of 1.06 . 06 After dry mixing CoO 2 and CoMoO 4 in a weight ratio of 100:0.1, heat treatment at 700° C. for 12 hours to obtain Li 1 . 06 CoO 2 A coating portion containing CoMoO 4 was formed on the particle surface.

실시예Example 2 2

전이금속-산소음이온(transition metal-oxyanion) 화합물을 CoMoO4 대신하여 CoWO4를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하였다.Transition metal-oxyanion compound is CoMoO 4 Instead, it was prepared in the same manner as in Example 1 except that CoWO 4 was used.

비교예comparative example 1 One

코팅부를 형성하지 않은 Li/Co 몰비가 1.06로 합성한 Li1 . 06CoO2를 제조하였다.Li 1 synthesized with a Li/Co molar ratio of 1.06 without forming a coating part . 06 CoO 2 was prepared.

비교예comparative example 2 2

Li/Co 몰비가 1.06로 합성한 Li1 . 06CoO2와 CoO를 100:0.1중량비로 건식 혼합한 후, 700℃에서 12시간 가량 열처리하여 양극 활물질을 제조하였다.Li 1 synthesized with a Li/Co molar ratio of 1.06 . 06 After dry mixing CoO 2 and CoO in a weight ratio of 100:0.1, heat treatment was performed at 700° C. for 12 hours to prepare a cathode active material.

비교예comparative example 3 3

CoMoO4 대신하여 Na2MoO4를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하였다.CoMoO 4 Instead, it was prepared in the same manner as in Example 1 except that Na 2 MoO 4 was used.

[[ 실험예Experimental example 1: 양극 활물질 관찰] 1: Observation of cathode active material]

상기 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 양극 활물질을 주사전자현미경(SEM)으로 확대 관찰한 사진을 도 1(실시예 1) 및 도 2(비교예 1) 에 나타내었다.1 (Example 1) and 2 (Comparative Example 1) are shown in Figures 1 (Example 1) and 2 (Comparative Example 1) of the positive active material prepared according to Example 1 and Comparative Example 1 was magnified and observed with a scanning electron microscope (SEM).

도 1 및 도 2를 참조하면, 실시예 1에 따라 제조된 양극 활물질은 입자 표면에 일부 코팅부가 형성된 것을 확인할 수 있으며, 비교예 1에 따라 제조된 코팅부를 형성하지 않은 양극 활물질은 실시예 1과 비교하여 비교적 매끈한 형태의 표면을 보여주고 있다.1 and 2 , it can be seen that the positive active material prepared according to Example 1 has some coating portions formed on the particle surfaces, and the positive electrode active material without the coating portion prepared according to Comparative Example 1 is the same as that of Example 1 In comparison, it shows a relatively smooth surface.

[[ 실험예Experimental example 2: 수명 특성 평가] 2: Life characteristics evaluation]

실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 양극 활물질을 사용하고, 카본 블랙, PVDF 바인더를 N-메틸피롤리돈 용매 중에 중량비로 90:5:5의 비율로 혼합하여 양극 형성용 조성물을 제조하고, 이를 알루미늄 집전체의 일면에 도포한 후, 130℃에서 건조 후 압연하여, 각각 양극을 제조하였다. 한편, 음극은 리튬 메탈을 사용하였다.A composition for forming a positive electrode by using the positive electrode active material prepared in Examples 1 to 2 and Comparative Examples 1 to 3, and mixing carbon black and a PVDF binder in an N-methylpyrrolidone solvent in a weight ratio of 90:5:5 was prepared, coated on one side of an aluminum current collector, dried at 130° C. and then rolled to prepare a positive electrode, respectively. Meanwhile, lithium metal was used as the negative electrode.

상기와 같이 제조된 양극과 음극 사이에 다공성 폴리에틸렌의 세퍼레이터를 개재하여 전극 조립체를 제조하고, 상기 전극 조립체를 케이스 내부에 위치시킨 후, 케이스 내부로 전해액을 주입하여 리튬 이차 전지를 제조하였다. 이때 전해액은 에틸렌카보네이트/디메틸카보네이트/에틸메틸카보네이트(EC/DMC/EMC의 혼합 부피비=3/4/3)로 이루어진 유기 용매에 1.0M 농도의 리튬헥사플루오로포스페이트(LiPF6)를 용해시켜 제조하였다. An electrode assembly was prepared by interposing a separator of porous polyethylene between the positive electrode and the negative electrode prepared as described above, the electrode assembly was placed inside the case, and the electrolyte was injected into the case to prepare a lithium secondary battery. At this time, the electrolyte solution is prepared by dissolving lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) at a concentration of 1.0 M in an organic solvent consisting of ethylene carbonate / dimethyl carbonate / ethyl methyl carbonate (mixed volume ratio of EC / DMC / EMC = 3 / 4 / 3) did.

상기와 같이 제조된 각 리튬 이차 전지 셀(coin half cell)에 대해 25℃에서 CCCV 모드로 0.2C 충전, CC모드로 0.2C 방전한 후, CCCV 모드로 0.5C, 4.55V가 될 때까지 충전하고, CC모드 1.0C 전류로 3V가 될 때까지 방전하여 50회 충방전을 실시하면서 용량 유지율(Capacity Retention[%])을 측정하였다. 그 결과를 표 1 및 도 3에 나타내었다.For each lithium secondary battery cell (coin half cell) prepared as described above, after 0.2C charge in CCCV mode and 0.2C discharge in CC mode at 25°C, charge until 0.5C and 4.55V in CCCV mode, , The capacity retention rate (Capacity Retention [%]) was measured while charging and discharging 50 times by discharging to 3V at a current of 1.0C in CC mode. The results are shown in Table 1 and FIG. 3 .

실시예1Example 1 실시예2Example 2 비교예1Comparative Example 1 비교예2Comparative Example 2 비교예3Comparative Example 3 50회 사이클 후 용량유지율(%)Capacity retention rate (%) after 50 cycles 92.392.3 86.686.6 64.364.3 44.944.9 20.520.5

표 1 및 도 3을 참조하면, 비교예 1 내지 3에 비하여 전이금속-산소음이온(transition metal-oxyanion) 화합물로 코팅부를 형성한 실시예 1 및 실시예 2가 50회 충방전까지 용량 유지율이 높게 나타나는 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, CoO로 코팅한 비교예 2에 비하여 산소 결합(oxygen bonding) 세기가 큰 산소음이온(oxyanion)을 함유한 화합물로 코팅한 실시예 1 및 실시예 2의 양극 활물질을 사용한 경우에 수명 특성이 개선되었으며, Na2MoO4로 코팅한 비교예 3에 비하여 전이금속 양이온을 함유한 화합물로 코팅한 실시예 1 및 실시예 2의 양극 활물질을 사용한 경우에 수명 특성이 개선되었다.Referring to Table 1 and Figure 3, compared to Comparative Examples 1 to 3, Examples 1 and 2, in which a coating portion was formed with a transition metal-oxyanion compound, had a higher capacity retention rate until charging and discharging 50 times. can be seen to appear. Specifically, when the cathode active material of Examples 1 and 2 coated with a compound containing an oxyanion having a higher oxygen bonding strength compared to Comparative Example 2 coated with CoO was used, the lifespan characteristics were The lifespan characteristics were improved when the positive active materials of Examples 1 and 2 coated with a compound containing a transition metal cation were used as compared to Comparative Example 3 coated with Na 2 MoO 4 .

[[ 실험예Experimental example 3: 가스 발생량 측정] 3: Measurement of gas generation]

상기와 같이 제조된 각 리튬 이차 전지 셀(coin half cell)에 대해 25℃에서 CCCV 모드로 0.2C 충전, CC모드로 0.2C 방전 1회 후, 0.2C로 4.55V가 될 때까지 충전한 후 코인셀을 분리하여 충전 양극을 전해액에 100ml에 담그고 60℃에서 1주일 보관한 후에 가스 발생량을 측정하였다. 그 결과를 도 4에 나타내었다.For each lithium secondary battery cell (coin half cell) prepared as described above, after 0.2C charge in CCCV mode at 25°C, 0.2C discharge in CC mode once, and then charge at 0.2C until 4.55V, then coin After removing the cell, immersing the charged positive electrode in 100 ml of electrolyte and storing it at 60° C. for 1 week, the amount of gas generation was measured. The results are shown in FIG. 4 .

도 4를 참조하면, 비교예 1 내지 3에 비하여 전이금속-산소음이온(transition metal-oxyanion) 화합물로 코팅부를 형성한 실시예1 및 실시예 2가 50회 충방전 시 가스 발샐량이 현저히 감소된 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, CoO로 코팅한 비교예 2에 비하여 산소 결합(oxygen bonding) 세기가 큰 산소음이온(oxyanion)을 함유한 화합물로 코팅한 실시예 1 및 실시예 2의 양극 활물질을 사용한 경우에 가스 발생량이 감소되었으며, Na2MoO4로 코팅한 비교예 3에 비하여 전이금속 양이온을 함유한 화합물로 코팅한 실시예 1 및 실시예 2의 양극 활물질을 사용한 경우에 가스 발생량이 감소되었다.Referring to Figure 4, compared to Comparative Examples 1 to 3, Examples 1 and 2, in which the coating part was formed with a transition metal-oxyanion compound, significantly reduced the amount of gas emitted when charging and discharging 50 times can be checked Specifically, when the cathode active material of Examples 1 and 2 coated with a compound containing an oxyanion having a higher oxygen bonding strength compared to Comparative Example 2 coated with CoO was used, the amount of gas generated was was decreased, and the amount of gas generated was reduced when the cathode active materials of Examples 1 and 2 coated with a compound containing transition metal cations were used as compared to Comparative Example 3 coated with Na 2 MoO 4 .

Claims (15)

리튬 코발트계 산화물; 및
상기 리튬 코발트계 산화물의 입자 표면에 형성된 코팅부;를 포함하며,
상기 코팅부는 전이금속-산소음이온(transition metal-oxyanion) 화합물을 포함하고,
상기 전이금속-산소음이온(transition metal-oxyanion) 화합물은 CoMoO4, CoWO4, CoAsO4, CoSeO4, CoVO4, CoCrO4, NiMoO4, NiWO4, NiAsO4, NiSeO4, NiVO4, NiCrO4, CuWO4, CdWO4, CdAsO4, CdSeO4, ZnSeO4, ZnAsO4, ZnMoO4, ZrWO4, ZrMoO4, ZrSeO4, ZrAsO4, YAsO4, YSeO4, NbAsO4 및 NbSeO4로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상인, 이차전지용 양극 활물질.
lithium cobalt oxide; and
Including; a coating portion formed on the particle surface of the lithium cobalt-based oxide,
The coating part includes a transition metal-oxyanion compound,
The transition metal-oxyanion (transition metal-oxyanion) compound is CoMoO 4 , CoWO 4 , CoAsO 4 , CoSeO 4 , CoVO 4 , CoCrO 4 , NiMoO 4 , NiWO 4 , NiAsO 4 , NiSeO 4 , NiVO 4 , NiCrO 4 , At least from the group consisting of CuWO 4 , CdWO 4 , CdAsO 4 , CdSeO 4 , ZnSeO 4 , ZnAsO 4 , ZnMoO 4 , ZrWO 4 , ZrMoO 4 , ZrSeO 4 , ZrAsO 4 , YAsO 4 , YSeO 4 , NbAsO 4 and NbSeO 4 . One or more, a cathode active material for a secondary battery.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 전이금속-산소음이온(transition metal-oxyanion) 화합물은 리튬 코발트계 산화물 100중량부 대비 0.01 내지 0.3중량부로 포함된 이차전지용 양극 활물질.
According to claim 1,
The transition metal-oxyanion (transition metal-oxyanion) compound is a cathode active material for a secondary battery contained in an amount of 0.01 to 0.3 parts by weight based on 100 parts by weight of the lithium cobalt-based oxide.
제1항에 있어서,
상기 리튬 코발트계 산화물은 하기 화학식 1로 표시되는 이차전지용 양극 활물질.
[화학식 1]
LiaCo(1-x)AxO2
상기 화학식 1에서, 0.95≤a≤1.1, 0≤x≤0.2이고, A는 Al, Ti, Zr, Mg, Nb, Ba, Ca 및 Ta로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종 이상이다.
According to claim 1,
The lithium cobalt-based oxide is a cathode active material for a secondary battery represented by the following formula (1).
[Formula 1]
Li a Co (1-x) A x O 2
In Formula 1, 0.95≤a≤1.1, 0≤x≤0.2, and A is at least one selected from the group consisting of Al, Ti, Zr, Mg, Nb, Ba, Ca, and Ta.
리튬 코발트계 산화물을 마련하는 단계;
상기 리튬 코발트계 산화물 및 전이금속-산소음이온(transition metal-oxyanion) 화합물을 혼합하는 단계; 및
상기 혼합하는 단계 후 열처리하여, 상기 리튬 코발트계 산화물의 입자 표면에 전이금속-산소음이온(transition metal-oxyanion) 화합물을 포함하는 코팅부를 형성하는 단계;
를 포함하고,
상기 전이금속-산소음이온(transition metal-oxyanion) 화합물은 CoMoO4, CoWO4, CoAsO4, CoSeO4, CoVO4, CoCrO4, NiMoO4, NiWO4, NiAsO4, NiSeO4, NiVO4, NiCrO4, CuWO4, CdWO4, CdAsO4, CdSeO4, ZnSeO4, ZnAsO4, ZnMoO4, ZrWO4, ZrMoO4, ZrSeO4, ZrAsO4, YAsO4, YSeO4, NbAsO4 및 NbSeO4로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상인, 이차전지용 양극 활물질의 제조방법.
preparing a lithium cobalt-based oxide;
mixing the lithium cobalt-based oxide and a transition metal-oxyanion compound; and
Heat treatment after the mixing step to form a coating portion containing a transition metal-oxyanion (transition metal-oxyanion) compound on the surface of the particles of the lithium cobalt-based oxide;
including,
The transition metal-oxyanion (transition metal-oxyanion) compound is CoMoO 4 , CoWO 4 , CoAsO 4 , CoSeO 4 , CoVO 4 , CoCrO 4 , NiMoO 4 , NiWO 4 , NiAsO 4 , NiSeO 4 , NiVO 4 , NiCrO 4 , At least from the group consisting of CuWO 4 , CdWO 4 , CdAsO 4 , CdSeO 4 , ZnSeO 4 , ZnAsO 4 , ZnMoO 4 , ZrWO 4 , ZrMoO 4 , ZrSeO 4 , ZrAsO 4 , YAsO 4 , YSeO 4 , NbAsO 4 and NbSeO 4 . One or more, a method of manufacturing a cathode active material for a secondary battery.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제7항에 있어서,
상기 리튬 코발트계 산화물 및 전이금속-산소음이온(transition metal-oxyanion) 화합물을 혼합하는 단계는,
상기 전이금속-산소음이온(transition metal-oxyanion) 화합물을 리튬 코발트계 산화물 100중량부 대비 0.01 내지 0.3중량부로 혼합하는 이차전지용 양극 활물질의 제조방법.
8. The method of claim 7,
Mixing the lithium cobalt-based oxide and the transition metal-oxyanion (transition metal-oxyanion) compound,
A method for producing a cathode active material for a secondary battery, wherein the transition metal-oxyanion compound is mixed in an amount of 0.01 to 0.3 parts by weight based on 100 parts by weight of lithium cobalt oxide.
제7항에 있어서,
상기 리튬 코발트계 산화물은 하기 화학식 1로 표시되는 이차전지용 양극 활물질의 제조방법.
[화학식 1]
LiaCo(1-x)AxO2
상기 화학식 1에서, 0.95≤a≤1.1, 0≤x≤0.2이고, A는 Al, Ti, Zr, Mg, Nb, Ba, Ca 및 Ta로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종 이상이다.
8. The method of claim 7,
The lithium cobalt-based oxide is a method for producing a cathode active material for a secondary battery represented by the following formula (1).
[Formula 1]
Li a Co (1-x) A x O 2
In Formula 1, 0.95≤a≤1.1, 0≤x≤0.2, and A is at least one selected from the group consisting of Al, Ti, Zr, Mg, Nb, Ba, Ca, and Ta.
제7항에 있어서,
상기 열처리하는 단계는, 500 내지 900℃로 열처리를 수행하는 이차전지용 양극 활물질의 제조방법.
8. The method of claim 7,
The heat treatment is a method of manufacturing a cathode active material for a secondary battery to perform heat treatment at 500 to 900 ℃.
제1항, 제5항 및 제6항 중 어느 한 항에 따른 양극 활물질을 포함하는 이차전지용 양극.
A positive electrode for a secondary battery comprising the positive electrode active material according to any one of claims 1, 5 and 6.
제14항에 따른 양극을 포함하는 리튬 이차전지.



A lithium secondary battery comprising the positive electrode according to claim 14 .



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