KR100489794B1 - 신뢰성이 높고 수명이 긴 비수 전해질 2차 전지 - Google Patents

신뢰성이 높고 수명이 긴 비수 전해질 2차 전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하이브리드 전기 자동차와 같이 복수개의 전지를 직렬로 사용하는 고출력 전지 시스템에 있어서 높은 신뢰성을 가지며 장수명을 가지는 비수 전해질 2차 전지에 관한 것이다.
본 발명은 스피넬 구조를 조성식이 Li1+xMn2-x-yAlyO4( 0 ≤x ≤ 0.2 이고, 0 ≤y ≤ 0.15 임)인 리튬 망간 산화물과 조성식이 LiNiaMnbCocAld O2 (0.4 ≤a ≤ 0.85 이고, 0.05 ≤b ≤ 0.5 이고, 0 ≤c ≤ 0.2 이고, 0 ≤d ≤ 0.1 이고, 0 ≤ a+b+c+d ≤1 임)인 리튬 니켈 복합 산화물을 포함하는 양극 활물질 조성물 및 그를 이용하여 제조되는 비수 전해질 2차 전지를 제공한다.
본 발명은 전지의 고출력 조건을 만족시키면서 전지의 수명이 연장시킬 수 있는 우수한 효과가 있다.

Description

신뢰성이 높고 수명이 긴 비수 전해질 2차 전지{NONAQUEOUS ELECTROLYTE RECHARGEABLE BATTERIES HAVING HIGH RELIABILITY AND LONGEVITY}
본 발명은 하이브리드 전기 자동차용 및 전기 자동차용 양극 활물질 조성물 및 그를 이용한 비수 전해질 2차 전지에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 리튬 망간 산화물과 리튬니켈 복합 산화물을 포함하는 출력이 높고 과 수명이 긴 비수 전해질 2차 전지에 관한 것이다.
전자 기기의 소형화, 경량화 및 무선화가 급속하게 진행됨에 따라, 이들 전자 기기의 구동 전원으로서, 기존의 Ni/Cd 전지나 Ni/MH전지에 비하여 높은 에너지 밀도의 장점을 가지고 있는 2차 전지 특히 리튬 2차 전지가 주로 휴대폰이나 노트북 등의 전원으로 사용되고 있다.
한편, 미국 및 유럽에서의 자동차 배기 가스에 대한 규제가 강화되면서 전기 자동차의 개발이나 내연기관과 전지 2가지를 동력원으로 하는 하이브리드 전기 자동차의 개발이 가속화되고 있으며 일부는 상용화 단계에 있다.
그러나, 전기 자동차용 전원으로써 2차 전지는 고출력과 고에너지 밀도를 동시에 얻을 수 있는 특성이 요구되므로, 이를 충족할 수 있는 전지로 리튬 2차 전지에 대한 요구가 증대되고 있다.
종래의 휴대폰이나 노트북에 사용되는 2차 전지의 경우 소규모의 전력을 장시간에 걸쳐서 공급하는 고에너지 밀도의 전지이므로, 단시간에 대전력을 공급하는 고출력 밀도의 전지가 요구되는 하이브리드 전기자동차의 전원으로서는 적합하지 못하다.
리튬 이차 전지가 특히 전기 자동차 및 하이브리드 전기 자동차용 전지로 사용되기 위해서는, 신뢰성이 높은 출력 특성 및 실제 자동차의 수명과 동일한 수명을 가지는 전지의 개발이 절실히 요구되고 있다.
기존의 소형 휴대폰용 리튬 2차 전지는 고출력 밀도를 요구하는 하이브리드 전기 자동차를 충족시킬 수 없는 문제가 있으며, 또한 종래의 휴대폰 및 노트북에 사용되는 전지의 경우 500회의 충/방전을 행할 경우 수명이 종료되는 것이지만 자동차의 경우 10년 이상 10만 km 이상의 주행 거리동안의 전지의 퇴화가 적어야 하므로, 종래의 기술로는 장수명 및 고출력을 요구하는 하이브리드 전기 자동차용 전원의 요구 조건을 만족할 수 없다는 문제점이 있었다.
종래의 소형전지에 사용되는 리튬 이온전지는 양극에 층상(Layered) 구조의 LiCoO2를 사용하며 음극으로는 흑연계 재료를 사용하는 것이 일반적이지만, LiCoO2의 경우 주 구성원소인 Co가 매우 비싸기 때문에, 전기 자동차용 리튬 이온전지의 양극으로는 저가의 망간으로 구성된 스피넬 구조의 LiMn2O4가 적합하다. 하지만 LiMn2O4의 경우 고온 및 싸이클시 망간이 전해액에 용출되어 전지 특성을 퇴화 시키므로 이를 방지하기 위한 개선책이 필요하다. 또한, LiMn2O4의 경우 기존의 LiCoO 2나 LiNiO2 에 비하여 단위 무게 당 용량이 작은 단점을 가지고 있으므로, 이를 개선하는 전지의 설계가 병행이 되어야 하이브리드 전기 자동차의 전원으로 실용화될 수 있다.
본 발명자 들은 LiMn2O4를 이용한 전기 자동차용 리튬 2차 전지를 제조하여, 기존의 단점을 극복한 고출력 전지를 만들어 낸 바 있으며, 출력 등에서 큰 성과를 볼 수 있었다. 그러나, LiMn2O4를 양극으로 이용하는 경우 망간계의 기본 특성인 단위 질량 당 용량이 작기 때문에 전지 무게 당 용량의 증가에는 그 한계가 있었다.
일본 특개평 2-270268호, 특개평 4-123769호, 특개평 5-205744호 에서는 전지의 사이클 특성을 향상시키기 위한 양극 활물질로서 과잉의 Li 를 갖는 리튬 망간 LiMn2O4 산화물이 개시된 바 있었지만, 리튬 망간 산화물 단독으로는 고부하 방전 효율이 떨어지는 등과 고온 사이클 특성이 나쁘다는 문제가 있었다. 또한, LiMn2O4과 함께 Li2Mn2O4, LiMnO2, Li 2MnO3 등을 혼합하여 사용한 예가 개시된 바 있었는데, 상기의 경우 Li가 풍부한 별도의 복합 산화물을 첨가하여 사이클 특성이 향상되기는 하였지만, 리튬 망간 산화물 단독으로는 망간계 특성인 단위 질량 당 용량이 작기 때문에 전지 무게 당 용량의 증가에는 한계가 있으며 고부하 방전 효율 및 고출력 수명이 떨어지는 문제가 있었다.
상기 종래 기술의 문제점을 고려하여, 본 발명은 LiMn2O4를 이용하는 비수 전해질 2차 전지의 특성은 최대한 살리면서 전지의 고출력 조건을 만족시키면서 전지의 수명이 연장시킬 수 있는 방법으로써, 리튬 망간 산화물과 리튬 니켈 복합 산화물을 함께 포함하는 양극 활물질 조성물 및 이를 이용한 비수 전해질 2차 전지를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기의 기술적 과제를 이루기 위하여, 본 발명은 스피넬 구조를 가지며 1차 입자 직경의 평균이 1~2㎛ 이고 상기 1차 입자들이 모여 이루어지는 2차 입자 직경의 평균이 8~15㎛ 이며 조성식이 Li1+xMn2-x-yAlyO4( 0 ≤x ≤ 0.2 이고, 0 ≤ y ≤ 0.15 임)인 리튬 망간 산화물과 조성식이 LiNiaMnbCocAldO 2 (0.4 ≤ a ≤ 0.85 이고, 0.05 ≤ b ≤ 0.5 이고, 0 ≤ c ≤ 0.2 이고, 0 ≤ d ≤ 0.1 이고, 0 ≤ a+b+c+d ≤1 임)인 리튬 니켈 복합 산화물을 포함하는 양극 활물질 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 양극 활물질 조성물을 양극 활물질로서 사용하여 제조되는 비수 전해질 2차 전지를 제공한다.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
본 발명은 상기 스피넬 구조의 Li1+xMn2-x-yAlyO4 (리튬 망간 산화물)과 LiNiaMnbCocAldO2 (리튬 니켈 복합 산화물)을 함께 양극 활물질로서 사용하며, 고온 사이클 특성과 용량 보존 특성을 고려할 때, 상기 x는 0 ~ 0.2이고, y는 0 ~ 0.15이고, a 는 0.4 ~ 0.85이고, b 는 0.05 ~ 0.5이고, c 는 0 ~ 0.2 이고, d 는 0 ~ 0.1 이고, a + b + c + d 는 0 ~ 1 인 것이 바람직하다.
상기 리튬 망간 산화물의 평균 입경(2차입자의 크기)은 8 ~ 15㎛ 이고, 2차 입자를 이루고 있는 1차 입자의 크기는 1 ~ 5㎛ 가 바람직하며, 특히 균일한 전지 성능을 얻기 위해서는 양극 활물질의 최대 크기가 40 ㎛ 이내 이어야 한다.
왜냐하면, 리튬 망간 산화물의 1차입자의 크기가 1㎛ 미만일 경우 고온에서 망간의 용출이 심화되어 충분한 수명을 얻을 수 없으며 1차 입자가 5㎛을 초과할 경우 리튬 이온의 활물질 내로의 확산이 길어지게 되어 고율에서의 방전 특성이 저하되는 문제가 있기 때문이다.
스피넬 구조를 갖는 리튬 망간 산화물 2차 입자의 평균입경은 8㎛ 미만이 되면 전극을 제조시 코팅(coating)의 용이성을 위하여 부도체인 결착제의 양을 증가시켜야 한다. 하이브리드 전기자동차용 전지로써의 고출력 전지를 제작하기 위해서는 양극내에 전기 전도성이 우수한 도전재를 충분히 첨가하고 부도체인 결착제의 양을 줄이는 것이 필수적인데, 평균 입경 8㎛ 미만의 활물질을 사용하게 되면 결착제의 양을 증가시켜야 하므로 전극의 전기 전도성이 저하되어 전극의 성능이 저하되게 되는 문제가 있다. 또한, 리튬 망간 산화물의 2차 입자의 평균 입경이 15㎛이상이 되면 코팅(coating)하고자 하는 전극의 두께를 자유롭게 조절하기 어렵고 특히 전지 제조후 양극에서 돌출된 리튬 망간 산화물이 분리막에 손상을 주어 미세한 전기적 쇼트(short)를 유발할 가능성이 증가한다. 특히 리튬 망간 산화물 활물질의 평균 입경이 25㎛ 이상인 경우 전지 내부에서의 미세 쇼트(short)로 인한 불량 발생률이 현격하게 증가하는 문제가 있다.
따라서, 리튬 망간 산화물의 평균입경은 8 ~ 15㎛이고, 리튬 망간 산화물을 이루고 있는 1차입자의 크기는 1 ~ 5㎛ 이내가 바람직하다.
본 발명에서 사용되어진 리튬 니켈 복합 산화물은 평균 입경이 5 ~ 20㎛ 내외가 바람직하며, 최대 크기는 40㎛ 이내이어야 한다. 이와 같은 이유는 리튬 망간 산화물이 근간이 되기 때문에 리튬 망간 산화물과 입경에서 큰 차이가 나면, 혼합 시에 혼합 되는 정도나 혼합 후 코팅 시에 문제가 발생하기 때문이다. 즉, 기본 입경에서는 상기 언급된 리튬 망간 산화물을 따를 경우에 혼합 시나 코팅(coating) 시에 문제가 생기지 않으므로, 리튬 망간 산화물과 유사한 입경을 가져야 된다.
본 발명에서, 상기 리튬 망간 산화물과 상기 리튬·니켈·코발트·망간의 복합 산화물의 혼합 중량비는 90:10 내지 70:30 가 바람직하며, 리튬 망간 산화물의 출력를 유지하고, 단위 질량당 용량을 증가시킬 수 있다. 리튬 망간 산화물의 함량이 70중량% 미만인 경우에는 처음에는 용량 증가율이 다소 높았지만, 장기간 사용으로 인한 방전 용량의 유지율이 낮다는 문제가 있으며, 고부하 방전 효율이 떨어지는 문제도 있다. 90중량%를 초과할 경우에는 리튬 망간 산화물의 단위 질량당 용량이 작기 때문에, 전지 무게당 용량이 작다는 문제가 있고, 고부하 방전 효율이 떨어지는 문제가 있다.
상기 성분을 포함하는 활물질을 갖는 비수 전해질 2차 전지는 고출력 밀도와 장수명화를 동시에 만족하는 우수한 전지 특성을 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 리튬 2차 전지의 구성을 나타낸 그림이다. 이 리튬 2차 전지는 얇은 필름 형태의 양극(1)과 음극(2)이 분리막(3)을 사이에 두고 서로 밀착되고, 이 밀착 형태로 감긴 적층식 전극 집합체가 전지내부에 장착되어 있다. 전지외관 케이스로는 기존 리튬 폴리머 전지에 사용되는 알루미늄 적층 시트(laminated sheet)를 사용하였다. 물론 본 발명은 전지의 내부 구조가 적층형(Stacking) 이든지 권회식 (winding)이든지 상관없이 적용할 수 있다.
상기한 양극 (1)은 양극 활물질과 도전재와 결착제를 함유한 슬러리를 집전체 위에 도포하고 건조하여 제조된다. 위의 양극 활물질은 스피넬계 리튬 망간 산화물과 리튬·니켈·코발트·망간의 복합 산화물을 혼합하여 사용한다.
본 발명에서 양극의 집전체 위의 담지량이 0.6mAh/cm2 미만인 경우에는 전극의 두께가 너무 얇아 전극의 코팅성과 작업성이 나빠지는 문제가 있다. 또한,
2.5mAh/cm2를 초과할 경우에는 전극이 두꺼워짐에 따른 리튬의 탈리 등의 과정에서 전극의 두께가 계속하여 장벽(barrier)으로 작용하기 때문에 고부하 방전율이 70% 이하로 떨어지는 문제가 있으므로, 바람직한 담지량은 0.6 ~ 2.5 mAh /cm2이다.
음극 (2)은 음극 활물질과 도전재와 결착제를 함유한 슬러리를 얇은 집전체(Cu foil, Ni foil, 등) 위에 도포하고 건조하여 제조한다. 본 발명에서는 음극 활물질로는 흑연화도가 큰 천연흑연, 인조흑연 등의 결정질 탄소계를 표면에 비정질 탄소를 표면 처리한 탄소계 재료 또는 비정질 탄소를 사용하여도 무방하다. 상기 음극(2)의 결착제로는 널리 공지된 결착제를 사용하여도 무방하다.
본 발명에서는 비정질 탄소가 표면 처리된 흑연계 재료를 사용할 경우 전지의 고온 수명이 크게 향상되는 효과를 얻을 수 있다. 특히 비정질 탄소가 흑연계 재료의 중량 대비 7 wt.% 이상 표면에 코팅된 탄소재를 사용할 경우 우수한 수명 특성을 얻을 수 있다. 또한, 음극 활물질로는 탄소가 함유된 인조흑연, 천연흑연, 섬유(fiber)상 흑연, 결정질 카본, 또는 비정질 카본 등을 사용할 수 있다.
본 발명의 리튬 2차 전지의 전해액으로는 유기용매에 리튬염을 용해한 것이다. 유기 용매로는 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌카보네이트(PC), 감마-뷰틸로락톤(GBL), 디에틸카보네이트(DEC), 디메틸 카보네이트(DMC) 등의 혼합 용매를 사용할 수 있다. 또 리튬염으로는 LiClO4, LiAsF6, LiPF6, LiBF4 CF3SO3Li 등을 사용하는 것이 바람직하다.
이하의 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이지 이 들 만으로 한정하려는 것은 아니다.
[실시예 1]
우선 양극은 다음 과정을 통하여 제조하였다 . 리튬이온을 삽입/탈리 (intercalation/deintercalation)할 수 있는 1 ~ 2㎛ 내외의 1차 입자로 구성된 평균 입도 12㎛ 크기의 리튬 망간 산화물 (Li1.1Mn1.805Al0.095O4)와 리튬 니켈 복합 산화물 (LiNi0.4Mn0.4Co0.15Al0.04O2)을 90:10의 중량비로 혼합한 물질과 도전재인 카본 블랙을 결착제인 PVDF(Poly(vinylidene fluoride))를 85:10:5의 비율로 혼합한 후 유기 용매인 NMP와 혼합하여 슬러리를 제조한다. 이 슬러리를 두께 20㎛의 Al 박판(foil)위에 도포한 후 건조하고 60㎛의 두께로 롤 프레스(roll press)하여 제조한다. 이 때 양극의 담지량은 1mAh/g이다. 이 때 음극으로는 리튬 금속을 사용한다.
상기 방법으로 제조한 전지의 고온 수명을 평가하기 위하여 50도의 고온 분위기 하에서 0.2C의 전류 밀도로 50회의 충/방전 실험을 수행하였다.
수학식 1 : 방전용량 유지율 (%) =(50회의 방전용량 / 1회의 방전용량 )x100
50회를 기준으로 둔 것은 상대적인 비교의 최적을 찾기 위함이다.
[실시예 2]
양극의 경우 리튬 망간 산화물 (Li1.1Mn1.805Al0.095O4)와 리튬 니켈 복합 산화물(LiNi0.4Mn0.4Co0.15Al0.04O2)을 80:20의 중량비로 사용하였으며 나머지 조건은 실시예 1과 동일하게 하여 전지를 조립하고 실험을 진행하였다.
[실시예 3]
양극의 경우 리튬 망간 산화물 (Li1.1Mn1.805Al0.095O4)과 니켈 복합 산화물(LiNi0.4Mn0.4Co0.15Al0.04O2)을 70:30의 중량비로 사용하였으며 나머지 조건은 실시예 1과 동일하게 하여 전지를 조립하고 실험을 진행하였다.
[비교예 1]
양극의 경우 리튬 망간 산화물 (Li1.1Mn1.805Al0.095O4)와 리튬 니켈 복합 산화물(LiNi0.4Mn0.4Co0.15Al0.04O2)을 100:0의 중량비로 사용하였으며 나머지 조건은 실시예 1과 동일하게 하여 전지를 조립하고 실험을 진행하였다.
[비교예 2]
양극의 경우 리튬 망간 산화물 (Li1.1Mn1.805Al0.095O4)와 리튬 니켈 복합 산화물(LiNi0.4Mn0.4Co0.15Al0.04O2)을 50:50의 중량비로 사용하였으며 나머지 조건은 실시예 1과 동일하게 하여 전지를 조립하고 실험을 진행하였다.
[비교예 3]
양극의 경우 리튬 망간 산화물 (Li1.1Mn1.805Al0.095O4)와 리튬 니켈 복합 산화물(LiNi0.4Mn0.4Co0.15Al0.04O2)을 0:100의 중량비로 사용하였으며 나머지 조건은 실시예 1과 동일하게 하여 전지를 조립하고 실험을 진행하였다.
[표 1. 용량의 비교]
상기 표 1에서도 알 수 있듯이 리튬 망간 산화물에 리튬·니켈·코발트· 망간의 복합 산화물을 혼합할 경우 고온 수명 특성에서 감소가 일어난다. 이는 이종 물질의 혼합에 의한 리튬 이온의 탈리 등에서의 구조 팽창 등에서의 차이에 기인한 것으로 여겨진다.
비교예 1과 실시예 1을 비교할 경우 그 용량 증가율은 약 7%로 용량 증가의 효과를 보면서, 고온 수명에서는 큰 차이가 없음을 알 수가 있다. 이와 비교하여서 비교예 2의 경우에 용량의 증가는 크지만, 고온 수명이 70% 정도로 나빠짐을 알 수가 있다.
리튬 금속을 음극으로 사용하는 경우 50사이클에서 80%이상일 경우 그 수명이 음극으로 카본을 사용할 경우 300사이클에서 80%이상이 된다고 알려져 있다. 이를 통해서 기준점을 80%로 둔다.
[실시예 4]
양극의 경우 실시예 1과 동일하다.
음극의 제조과정은 다음과 같다.
결정화도가 높은 구형의 평균입도 12 인조흑연 분말을 결착제인 PVDF와 90:10의 무게 비율로 혼합한 후 NMP에 혼합하여 슬러리를 제조한 후 10㎛ 두께의 구리 박판(foil)위에 도포한 후 건조하고 60㎛의 두께로 롤 프레스(Roll press)하여 제조한다.
이상의 양극과 음극을 사용하여 도면.1의 적층형 리튬전지를 제조하였다. 이 때 전지의 전해액으로는 1M LiPF6 EC/DEC(1:1) 용액을 사용하였다.
제조한 전지의 고출력을 평가하기 위하여 상온 하에서 15C의 전류 밀도로 방전 실험을 수행하였다.
수학식 2 : 고부하 방전율 (%) = (15C의 전류밀도에서 방전용량 / 1C의 전류밀도에서의 방전용량 ) x 100
[실시예 5]
양극의 경우 리튬 망간 산화물(Li1.1Mn1.805Al0.095O4)와 리튬 니켈 복합 산화물(LiNi0.4Mn0.4Co0.15Al0.04O2)을 80 : 20 의 중량비로 사용하였으며 나머지 조건은 실시예 4과 동일하게 하여 전지를 조립하고 실험을 진행하였다.
[실시예 6]
양극의 경우 리튬 망간 산화물 (Li1.1Mn1.805Al0.095O4)와 리튬 니켈 복합 산화물(LiNi0.4Mn0.4Co0.15Al0.04O2)을 70 : 30 의 중량비로 사용하였으며 나머지 조건은 실시예 4과 동일하게 하여 전지를 조립하고 실험을 진행하였다.
[비교예 4]
양극의 경우 비교예 1과 동일하며, 나머지는 실시예 4와 동일하다.
[비교예 5]
양극의 경우 비교예 2와 동일하며, 나머지는 실시예 4와 동일하다.
[비교예 6]
양극의 경우 비교예 3과 동일하며, 나머지는 실시예 4와 동일하다.
[표 2. 고부하 방전율의 비교]
음극으로 리튬 금속을 사용할 경우 리튬 메탈의 확산 속도의 느림에 의해, 5C 이상의 고출력을 확인하는 것은 어렵다. 그래서, 음극으로 카본을 사용하여서, 상기 실험을 하였다.
상기 표에서 보이듯이, 리튬 망간산에 리튬·니켈·코발트·망간의 복합 산화물을 혼합하는 경우 일정한 양 이하로 첨가할 경우 고 출력에서 유사하거나 그보다 좋음을 알 수가 있다.
이는 리튬 2차 전지의 방전 시에 초기에는 리튬 망간산이 관여를 하고, 후기에는 리튬·니켈·코발트·망간의 복합 산화물이 관여를 하는데, 이 관여하는 정도가 최적화 될 때, 그 효과가 있는 것으로 생각된다.
[실시예 7]
실시예 4에서 양극의 집전체 위의 담지량을 0.6mAh/g으로 변경한다. 또한 음극의 담지량도 이에 준하여 변화시킨다. 나머지는 실시예 4와 동일하다.
[실시예 8]
실시예 4에서 양극의 집전체 위의 담지량을 1.5mAh/g으로 변경한다. 또한 음극의 담지량도 이에 준하여 변화시킨다. 나머지는 실시예 4와 동일하다.
[실시예 9]
실시예 4에서 양극의 집전체 위의 담지량을 2.5mAh/g으로 변경한다 또한 음극의 담지량도 이에 준하여 변화시킨다. 나머지는 실시예 4와 동일하다.
[비교예 7]
실시예 4에서 양극의 집전체 위의 담지량을 0.5mAh/g으로 변경한다. 또한 음극의 담지량도 이에 준하여 변화시킨다. 나머지는 실시예 4와 동일하다.
[비교예 8]
실시예 4에서 양극의 집전체 위의 담지량을 2.6mAh/g으로 변경한다. 또한 음극의 담지량도 이에 준하여 변화시킨다. 나머지는 실시예 4와 동일하다.
[표 3. 고부하 방전율 및 코팅성의 비교]
양극의 담지량도 고부하 방전율에 직접적인 영향을 준다. 상기 표에서 알 수 있듯이 양극의 담지량이 적을수록 고부하 방전율은 좋아진다. 하지만, 담지량이 0.6 아래로 갈 경우 전극의 두께가 너무 줄어들어서, 코팅(coating)을 할 경우 전극의 코팅성이 나빠진다. 그래서, 그 이하로 내려가는 것은 작업성 때문에 문제가 있다. 또한 담지량이 2.5 보다 클 경우 고부하 방전율이 70% 이하로 떨어지게 되므로, 그 성능에서 문제가 있다.
양극의 담지량이 커질수록 고부하 방전율이 나빠지는 이유는 담지량이 커지면, 전극이 두꺼워지고 이로 인해서 리튬의 탈리 등의 과정에서 전극의 두께가 점점 더 장해(barrier)로 작용하는 정도가 커지기 때문으로 생각된다.
상기 살펴본 바와 같이, 본 발명은 리튬 망간산화물(Li1+xMn2-x-yAlyO4 )과 리튬 니켈 복합 산화물(LiNiaMnbCocAldO2)을 포함하는 양극 활물질 및 이를 이용하여 제조되는 비수 전해질 2차 전지로서, 고출력의 조건을 만족시키면서 전지의 수명을 향상 시킬 수 있는 우수한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 사용한 전지의 모식도이다.
도 2는 본 발명에 따른 50도에서의 전지의 수명 특성을 비교한 그래프 이다.
도 3은 본 발명에 따른 15C 에서의 방전특성 그래프이다.

Claims (5)

  1. 스피넬 구조를 가지며, 입자 직경의 평균이 1~2㎛인 1차 입자들이 모여 이루어진 2차 입자로서 그 입자 직경의 평균은 8~15㎛이며, 조성식이 Li1+xMn2-x-yAlyO4 (0 ≤x≤0.2 이고, 0≤y≤0.15 임)인 리튬 망간 산화물; 및
    조성식이 LiNiaMnbCocAldO2 (0.4≤a≤0.85 이고, 0.05≤b≤0.5 이고, 0≤c≤0.2 이고, 0≤d≤0.1 이고, 0≤a+b+c+d≤1 임)인 리튬 니켈 복합 산화물;을 포함하되,
    상기 리튬 망간 산화물과 리튬 니켈 복합 산화물의 혼합비가 중량비로 90:10 내지 70:30 인 양극 활물질 조성물.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 리튬 니켈 복합 산화물은 입자 직경의 평균이 5 ~ 20㎛ 인 양극활 물질 조성물.
  4. 비수 전해질 2차 전지에 있어서,
    양극이 제 1 항 또는 제 3 항에 의한 양극 활물질 조성물을 포함하는 비수 전해질 2차 전지.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 양극 집전체 위의 담지량은 0.6 ~ 2.5 mAh/cm2 인 비수 전해질 2차 전지.
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