KR100783293B1 - Cathode Active Material and Lithium Secondary Battery Containing the Same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 대전류로 충전과 방전을 반복하여도 상온 및 고온에서 긴 수명을 가지며 우수한 안전성을 나타내는 비수계 전해질의 고출력 리튬 이차전지를 제공하는 바, 이러한 리튬 이차전지는 리튬 망간 스피넬 산화물과 리튬 니켈 코발트 망간 복합산화물의 혼합물로 구성되어 있으며, 상기 산화물 중에서 적어도 1 종의 평균 입경이 15 ㎛인 양극 활물질을 포함하고 있다.The present invention provides a high-output lithium secondary battery of a non-aqueous electrolyte having a long life at room temperature and high temperature even after repeated charging and discharging with a large current, and the lithium secondary battery includes lithium manganese spinel oxide and lithium nickel cobalt. It consists of a mixture of manganese composite oxides, and contains the positive electrode active material of the average particle diameter of 15 micrometers of at least 1 type of said oxide.

Description

양극 활물질 및 그것을 포함하고 있는 리튬 이차전지 {Cathode Active Material and Lithium Secondary Battery Containing the Same}Cathode Active Material and Lithium Secondary Battery Containing the Same

본 발명은 대전류로 충전과 방전을 반복하여도 상온 및 고온에서 긴 수명을 가지며 안정성이 우수한 고출력의 리튬 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a high output lithium secondary battery having a long life at room temperature and high temperature and excellent stability even after repeated charging and discharging with a large current.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지에 대해 수요가 급격히 증가하고 있고, 최근에는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV)의 동력원으로서 이차전지의 사용이 실현화되고 있다. 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 이차전지에 대해 많은 연구가 행해지고 있고, 특히, 높은 에너지 밀도, 높은 방전 전압 및 출력 안정성의 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.As the development and demand for mobile devices increases, the demand for secondary batteries as energy sources is increasing rapidly. Recently, the use of secondary batteries as a power source for electric vehicles (EVs) and hybrid electric vehicles (HEVs) has been realized. have. Accordingly, many studies have been conducted on secondary batteries capable of meeting various needs, and in particular, there is a high demand for lithium secondary batteries having high energy density, high discharge voltage, and output stability.

특히, 전기자동차 등에 사용되는 리튬 이차전지는 높은 에너지 밀도와 단시간에 큰 출력을 발휘할 수 있는 특성과 더불어, 대전류에 의한 충방전이 단시간에 반복되는 가혹한 조건 하에서 10 년 이상 사용될 수 있어야 하므로, 기존의 소형 리튬 이차전지보다 월등히 우수한 안전성 및 장기 수명 특성이 필연적으로 요구된 다.In particular, lithium secondary batteries used in electric vehicles, such as high energy density and the ability to exhibit a large output in a short time, should be able to be used for more than 10 years under the harsh conditions that charge and discharge by a large current is repeated in a short time, It is inevitably required to have superior safety and long life characteristics than small lithium secondary batteries.

종래의 소형전지에 사용되는 리튬 이온 전지는 양극에 층상(Layered) 구조의 리튬 코발트 복합산화물을 사용하고 음극에 흑연계 재료를 사용하는 것이 일반적이지만, 리튬 코발트 복합산화물의 경우 주 구성원소인 코발트가 매우 고가이고 안전성면에서 전기자동차용으로 적합하지 못하다. 따라서, 전기자동차용 리튬 이온 전지의 양극으로는 저가이고 안전성이 우수한 망간으로 구성된 스피넬 구조의 리튬 망간 복합산화물이 적합하다.Lithium ion batteries used in conventional small batteries generally use a layered structure of lithium cobalt composite oxide for the positive electrode and a graphite-based material for the negative electrode. However, in the case of lithium cobalt composite oxide, cobalt is a major component. It is expensive and not suitable for electric vehicles in terms of safety. Therefore, a lithium manganese composite oxide having a spinel structure composed of manganese, which is inexpensive and has excellent safety, is suitable as a positive electrode of a lithium ion battery for an electric vehicle.

하지만, 리튬 망간 복합산화물의 경우, 고온 및 대전류 충방전 시 전해액의 영향으로 망간이 전해액으로 용출되어 전지 특성을 퇴화시키므로 이를 방지하기 위한 개선책이 필요하다. 또한, 기존의 리튬 코발트 복합산화물이나 리튬 니켈 복합산화물에 비하여 단위 중량당 용량이 작은 단점을 가지고 있으므로, 전지 중량당 용량의 증가에 한계가 있고 이를 개선하는 전지의 설계가 병행되어야 전기자동차 등의 전원으로 실용화될 수 있다.However, in the case of lithium manganese composite oxide, manganese is eluted into the electrolyte due to the influence of the electrolyte during high temperature and high current charge and discharge, and thus deteriorates the battery characteristics. In addition, since the capacity per unit weight is smaller than the conventional lithium cobalt composite oxide or lithium nickel composite oxide, there is a limit in increasing the capacity per weight of the battery, and the design of a battery that improves the power of the electric vehicle or the like must be performed in parallel. It can be put to practical use.

이러한 각각의 단점을 보완하기 위하여, 혼합 양극 활물질로 전극을 제조하는 연구가 시도되고 있다. 예를 들어, 일본 산요사의 한국 특허출원공개 제2003-0096214호 및 일본 특허출원공개 제2003-092108에서는, 회생 및 출력 특성을 높이기 위하여 리튬 망간 복합산화물과, 리튬 니켈 코발트 망간 복합산화물 및/또는 리튬 니켈 망간 복합산화물을 혼합해 사용하는 기술이 개시되어 있다. 그러나, 리튬 망간 산화물의 열악한 수명 특성의 문제점과 안전성 향상에 한계가 있다는 단점을 여전히 가지고 있다.In order to compensate for each of these disadvantages, a study for producing an electrode with a mixed positive electrode active material has been attempted. For example, in Japanese Patent Application Publication No. 2003-0096214 and Japanese Patent Application Publication No. 2003-092108 of Sanyo Co., Ltd., lithium manganese composite oxide, lithium nickel cobalt manganese composite oxide and / or lithium in order to improve regenerative and output characteristics. A technique for mixing and using nickel manganese composite oxides is disclosed. However, there are still disadvantages of poor life characteristics of lithium manganese oxide and limitations in improving safety.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, an object of the present invention is to solve the problems of the prior art as described above and the technical problems that have been requested from the past.

즉, 본 발명의 목적은, 안전성이 확보되고 대전류로 충전과 방전을 반복하여도 상온 및 고온에서 긴 수명을 가질 수 있는 이차전지용 양극 활물질을 제공하는 것이다.That is, an object of the present invention is to provide a positive electrode active material for secondary batteries that can ensure safety and have a long life at room temperature and high temperature even when charging and discharging are repeated at a large current.

본 발명의 또 다른 목적은, 상기 양극 활물질을 포함하는 양극으로 구성된 리튬 이차전지를 제공하는 것이다. Still another object of the present invention is to provide a lithium secondary battery composed of a cathode including the cathode active material.

본 발명에 따른 이차전지용 양극 활물질은, 하기 화학식 1로 표시되는 리튬 망간 스피넬 산화물과 하기 화학식 2로 표시되는 리튬 니켈 코발트 망간 복합산화물의 혼합물을 포함하는 것으로 구성되어 있으며, 상기 산화물들 중에서 적어도 1 종의 평균 입경이 15 ㎛ 이상인 것을 특징으로 한다.The cathode active material for a secondary battery according to the present invention comprises a mixture of a lithium manganese spinel oxide represented by the following Chemical Formula 1 and a lithium nickel cobalt manganese composite oxide represented by the following Chemical Formula 2, and includes at least one of the oxides. The average particle diameter is 15 µm or more.

[화학식 1][Formula 1]

Li1+xMn2O4 Li 1 + x Mn 2 O 4

상기 식에서,Where

0 ≤ x ≤ 0.2 이다.0 ≦ x ≦ 0.2.

[화학식 2][Formula 2]

Li1 + yNibMncCo1 -(b+c)O2 Li 1 + y Ni b Mn c Co 1- (b + c) O 2

상기 식에서,Where

0 ≤ y ≤ 0.1 및0 ≤ y ≤ 0.1 and

0.2 ≤ b ≤ 0.7 이고,0.2 ≦ b ≦ 0.7,

0.2 ≤ c ≤ 0.7 이고,0.2 ≦ c ≦ 0.7,

b+c < 1 이다.b + c <1.

본 발명은 또한 상기 양극 활물질을 포함하는 양극, 음극, 분리막 및 전해질을 포함하는 것으로 구성된 리튬 이차전지를 제공한다.The present invention also provides a lithium secondary battery comprising a cathode, an anode, a separator, and an electrolyte including the cathode active material.

본 발명에 따르면, 양극 활물질로 평균 입경이 15 ㎛ 이상인 산화물을 사용함으로써 전지의 수명특성을 향상시킨다. 이는 산화물의 입자 크기가 커짐에 따라 전해질의 분해가 억제되고, 망간이 전해질로 용해되는 정도가 감소하기 때문이다. 그러나, 산화물의 제조 공정상 입자 크기를 키우는데 한계가 있고, 입자가 너무 커질 경우에는 중량 대비 전지의 효율이 저하되므로, 상기 산화물의 평균 입경은 15 내지 30 ㎛가 바람직하다.According to the present invention, the life characteristics of the battery are improved by using an oxide having an average particle diameter of 15 µm or more as the positive electrode active material. This is because decomposition of the electrolyte is suppressed as the particle size of the oxide increases, and the degree of dissolution of manganese into the electrolyte decreases. However, there is a limit in increasing the particle size in the production process of the oxide, and if the particles are too large, the efficiency of the battery to the weight is lowered, the average particle diameter of the oxide is preferably 15 to 30 ㎛.

바람직한 예로서, 상기 화학식 1의 리튬 망간 스피넬 산화물의 평균 입경이 15 ㎛ 이상인 경우와, 상기 화학식 1의 망간 스피넬 산화물의 평균 입경과 상기 화학식 2의 리튬 니켈 코발트 망간 복합산화물의 평균 입경이 각각 15 ㎛ 이상인 경우를 들 수 있다. 즉, 리튬 망간 스피넬 산화물의 평균 입경이 15 ㎛ 이상이거나 두 산화물의 평균 입경이 모두 15 ㎛ 이상일 경우, 수명특성은 더욱 향상되며, 이러한 사실은 이하 실시예 및 비교예를 통해 확인할 수 있다.As a preferred example, the average particle diameter of the lithium manganese spinel oxide of Formula 1 is 15 μm or more, and the average particle diameter of the manganese spinel oxide of Formula 1 and the average particle diameter of the lithium nickel cobalt manganese composite oxide of Formula 2 are each 15 μm. The case above is mentioned. That is, when the average particle diameter of the lithium manganese spinel oxide is 15 µm or more or the average particle diameter of both oxides is 15 µm or more, the life characteristics are further improved, and this fact can be confirmed through the following examples and comparative examples.

본 발명에서의 산화물의 평균 입경은, 바람직하게는, 다수의 입자들이 응집되어 하나의 조합체를 형성할 때의 입경을 의미하다. 양극 활물질은 제조과정의 설정 조건에 따라 각각의 산화물 단위체들이 서로 응집되어 하나의 조합체를 형성하는 경향이 있으며, 그러한 응집 조합체는 그 자체로 바람직한 활물질 특성을 발휘한다. 따라서, 상기 산화물의 평균 입경은 바람직하게는 이러한 응집 조합체의 입경을 의미한다. The average particle diameter of the oxide in the present invention preferably means a particle diameter when a plurality of particles aggregate to form one combination. The positive electrode active material tends to aggregate one oxide unit with each other according to the setting conditions of the manufacturing process to form one combination, and such agglomerated combination exhibits desirable active material properties by itself. Thus, the mean particle diameter of the oxide preferably means the particle diameter of such agglomerated combinations.

상기 산화물 단위체로서의 입경은 상기 산화물의 제조방법에 따라 다양할 수 있는 바, 양극 활물질로서의 여러 특성들과 응집 조합체로서의 형상 등을 고려할 때, 하나의 바람직한 예에서, 상기 리튬 망간 스피넬 산화물의 산화물 단위체는 0.2 내지 10 ㎛의 입경을 가질 수 있다. The particle size of the oxide unit may vary according to the method of preparing the oxide. In consideration of various properties as a cathode active material and a shape as an aggregated combination, in one preferred example, the oxide unit of the lithium manganese spinel oxide is It may have a particle diameter of 0.2 to 10 ㎛.

또한, 입경은 표면적과 상호 밀접한 관계를 가지며, 산화물 단위체는 0.1 내지 1.0 m2/g의 표면적을 가질 때, 더욱 우수한 활물질 특성을 발휘할 수 있다. In addition, the particle diameter is closely related to the surface area, and when the oxide unit has a surface area of 0.1 to 1.0 m 2 / g, it is possible to exhibit more excellent active material properties.

상기 리튬 니켈 코발트 망간 복합산화물은, 상기 화학식 2에서 보는 바와 같이, 니켈, 망간 및 코발트 원소를 동시에 포함하고 있는 리튬 산화물로서, 리튬 망간 스피넬계 산화물과의 조합에 의해 본 발명에 따른 양극 활물질의 안전성과 수명 특성을 크게 향상시킨다. 상기 리튬 니켈 코발트 망간 복합산화물은 코발트를 포함하는 조건하에서 니켈과 망간을 각각 적어도 0.2 몰 이상 포함하고 있으며, 바람 직한 예로서 Li1+zNi1/3Co1/3Mn1/3O2와 Li1+zNi0.4Mn0.4Co0.2O2를 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다. The lithium nickel cobalt manganese composite oxide, as shown in Formula 2, is a lithium oxide simultaneously containing nickel, manganese and cobalt elements, the safety of the positive electrode active material according to the present invention in combination with a lithium manganese spinel-based oxide And greatly improve the service life characteristics. The lithium nickel cobalt manganese composite oxide contains at least 0.2 mol or more of nickel and manganese, respectively, under conditions including cobalt, and preferably Li 1 + z Ni 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 and Li 1 + z Ni 0.4 Mn 0.4 Co 0.2 O 2 may be mentioned, but is not limited thereto.

본 발명에서 상기 두 복합산화물의 혼합비는 중량을 기준으로 90 : 10 내지 10 : 90 이 바람직하고, 90 : 10 내지 30 : 70 이 더욱 바람직하다. 두 복합산화물 중, 화학식 1의 복합산화물의 함량이 너무 적으면 전지의 안전성이 저하되는 문제점이 발생하고, 반대로 화학식 2의 복합산화물의 함량이 너무 적으면 소망하는 정도의 수명 특성을 얻을 수 없으므로 바람직하지 않다. 이러한 사실 역시 이후 실시예 및 비교예를 통해 확인할 수 있다. In the present invention, the mixing ratio of the two composite oxides is preferably 90:10 to 10:90, more preferably 90:10 to 30:70 based on the weight. Of the two composite oxides, if the content of the composite oxide of the formula (1) is too low, the safety of the battery occurs, on the contrary, if the content of the composite oxide of the formula (2) is too small, the desired life characteristics can not be obtained because Not. This fact can also be confirmed through the following examples and comparative examples.

상기 화학식 1의 리튬 망간 스피넬 산화물은, 그것의 망간이 일부 다른 금속으로 치환된 하기 화학식 3의 리튬 망간 스피넬 산화물일 때, 전지의 수명특성을 더욱 향상시킬 수 있다.The lithium manganese spinel oxide of Formula 1 may further improve the lifespan characteristics of the battery when its manganese is lithium manganese spinel oxide of Formula 3 substituted with some other metal.

[화학식 3][Formula 3]

Li1 + xMn2 - zMzO4 Li 1 + x Mn 2 - z M z O 4

상기 식에서,Where

M 은 산화수 2가 또는 3가의 금속이고;M is a dihydric or trivalent metal oxide;

0 ≤ x ≤ 0.2 및0 ≤ x ≤ 0.2 and

0 < z ≤ 0.2 이다.0 <z ≦ 0.2.

상기 리튬 망간 스피넬 산화물에서 Mn은 소정의 범위에서 산화수 2가 또는 3가의 금속(M)으로 치환되는 바, 상기 금속(M)은 바람직하게는 Al 및 Mg에서 선택되 는 1 종이거나, 이들 모두일 수 있다.In the lithium manganese spinel oxide, Mn is substituted with dihydric or trivalent metal (M) in a predetermined range, and the metal (M) is preferably one species selected from Al and Mg, or both. Can be.

상기 치환 금속들의 산화수가 Mn보다 작기 때문에, 치환되는 금속의 양이 증가할수록 산화수의 평균값이 줄어들게 되고 Mn의 산화수가 상대적으로 높아져, 결과적으로 상기 Mn의 용해가 억제된다. 즉, 상기 화학식 3의 리튬 망간 스피넬 산화물에서 치환되는 금속의 양(z)이 증가할수록 수명특성이 향상된다. 그러나, 그에 따라 초기용량이 감소되므로, 상기 z의 최대값은 수명특성을 최대한 향상시키고 초기용량의 감소를 최소화할 수 있는 0.2 이하인 것이 바람직하다. 더욱 바람직한 z 의 범위는 0.01 내지 0.2 이다.Since the oxidation number of the substituted metals is smaller than Mn, as the amount of the metal to be substituted increases, the average value of the oxidation number decreases and the oxidation number of Mn becomes relatively high, and consequently, dissolution of the Mn is suppressed. That is, as the amount of the metal (z) substituted in the lithium manganese spinel oxide of Formula 3 increases, the lifespan characteristics are improved. However, since the initial capacity is reduced accordingly, the maximum value of z is preferably 0.2 or less, which can improve the lifetime characteristics as much as possible and minimize the reduction of the initial capacity. More preferred z ranges from 0.01 to 0.2.

본 발명에서 상기 화학식 1의 리튬 망간 스피넬 산화물, 화학식 2의 리튬 니켈 코발트 망간 복합산화물 및 화학식 3의 망간이 특정 금속으로 치환된 리튬 망간 스피넬 산화물 등과 같은 리튬 금속 복합산화물을 제조하는 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 그에 대한 설명은 본 명세서에서 생략한다.In the present invention, a method for preparing a lithium metal composite oxide such as lithium manganese spinel oxide of Formula 1, lithium nickel cobalt manganese composite oxide of Formula 2, and lithium manganese spinel oxide in which manganese of Formula 3 is substituted with a specific metal is known in the art. Since it is known, a description thereof is omitted herein.

본 발명에 따른 양극 활물질을 포함하는 양극의 구체적인 제조방법을 예시적으로 살펴보면 다음과 같다.Looking at the specific method of manufacturing a positive electrode including a positive electrode active material according to the present invention as follows.

우선, 본 발명의 양극 활물질과, 상기 양극 활물질에 대해 결착제 및 도전제를 1 내지 20 중량%의 함량으로 분산액에 첨가 및 교반하여 페이스트를 제조한 후, 이를 집전체용 금속판에 도포하고 압축한 뒤 건조하여 라미네이트 형상의 전극을 제조할 수 있다.First, a paste is prepared by adding and stirring a positive electrode active material of the present invention and a binder and a conductive agent in an amount of 1 to 20% by weight with respect to the positive electrode active material, and then applying it to a metal plate for current collector and compressing the paste. After drying, a laminate electrode can be prepared.

상기 양극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 양 극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다. The positive electrode current collector is generally made to a thickness of 3 to 500 μm. Such a positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical change in the battery, and for example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, or aluminum or stainless steel The surface-treated with carbon, nickel, titanium, silver, etc. can be used for the surface. The current collector may form fine irregularities on its surface to increase the adhesion of the positive electrode active material, and may be in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a nonwoven fabric.

상기 결착제의 예로는, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF), 셀룰로오즈, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.Examples of the binder include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), cellulose, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose (CMC), starch, hydroxypropyl cellulose, regenerated Cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butylene rubber, fluorine rubber, various copolymers, and the like. have.

상기 도전제는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다. 시판되고 있는 도전제의 구체적인 예로는 아세틸렌 블랙 계열인 쉐브론 케미칼 컴퍼니(Chevron Chemical Company)나 덴카 블랙(Denka Singapore Private Limited), 걸프 오일 컴퍼니(Gulf Oil Company) 제품 등), 케트 젠블랙(Ketjenblack), EC 계열(아르막 컴퍼니(Armak Company) 제품), 불칸(Vulcan) XC-72(캐보트 컴퍼니(Cabot Company) 제품) 및 수퍼(Super) P(Timcal 사 제품) 등이 있다.The conductive agent is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change in the battery. Examples of the conductive agent include graphite such as natural graphite and artificial graphite; Carbon blacks such as carbon black, acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; Metal powders such as carbon fluoride powder, aluminum powder and nickel powder; Conductive whiskeys such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives and the like can be used. Specific examples of commercially available conductive agents include acetylene black Chevron Chemical Company, Denka Singapore Private Limited, Gulf Oil Company, Ketjenblack, EC series (Armak Company), Vulcan XC-72 (Cabot Company), and Super P (Timcal).

경우에 따라서는, 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 충진제가 선택적으로 첨가될 수 있다. 이러한 충진제는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.In some cases, a filler may be optionally added as a component that suppresses the expansion of the positive electrode. Such a filler is not particularly limited as long as it is a fibrous material without causing chemical change in the battery. Examples of the filler include olefinic polymers such as polyethylene and polypropylene; Fibrous materials, such as glass fiber and carbon fiber, are used.

상기 분산액으로는 대표적으로 이소프로필 알코올, N-메틸피롤리돈(NMP), 아세톤 등이 사용될 수 있다.As the dispersion, isopropyl alcohol, N-methylpyrrolidone (NMP), acetone, and the like may be typically used.

전극 재료의 페이스트를 금속 재료에 고르게 도포하는 방법은 재료의 특성 등을 감안하여 공지 방법 중에서 선택하거나 새로운 적절한 방법으로 행할 수 있다. 예를 들어, 페이스트를 집전체 위에 분배시킨 후 닥터 블레이드(doctor blade) 등을 사용하여 균일하게 분산시키는 것이 바람직하다. 경우에 따라서는, 분배와 분산 과정을 하나의 공정으로 실행하는 방법을 사용할 수도 있다. 이밖에도, 다이캐스팅(die casting), 콤마코팅(comma coating), 스크린 프린팅(screen printing) 등의 방법을 택할 수도 있으며, 또는 별도의 기재(substrate) 위에 성형한 후 프레싱 또는 라미네이션 방법에 의해 집전체와 접합시킬 수도 있다. The method of evenly applying the paste of the electrode material to the metal material can be selected from known methods or performed by a new suitable method in consideration of the properties of the material. For example, it is preferable to disperse the paste onto the current collector and then to disperse the paste uniformly using a doctor blade or the like. In some cases, a method of distributing and dispersing in one process may be used. In addition, die casting, comma coating, screen printing, or the like may be used. Alternatively, a separate substrate may be formed and then joined with a current collector by pressing or lamination. You can also

금속판 위에 도포된 페이스트의 건조는 50 내지 200℃의 진공오븐에서 1 내지 3 일 동안 건조시키는 것이 바람직하다. Drying of the paste applied on the metal plate is preferably dried for 1 to 3 days in a vacuum oven at 50 to 200 ℃.

본 발명은 또한 상기와 같은 양극을 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.The present invention also relates to a lithium secondary battery comprising the positive electrode as described above.

본 발명의 리튬 이차전지는 상기와 같은 양극이 분리막을 사이에 두고 음극과 대면하고 있는 전극조립체와 리튬염 함유 비수계 전해질을 포함하는 것으로 구성되어 있다.The lithium secondary battery of the present invention comprises an electrode assembly in which the positive electrode faces the negative electrode with a separator therebetween and a lithium salt-containing non-aqueous electrolyte.

상기 음극은, 예를 들어, 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 도전제, 결착제 및 충진제 등의 성분들이 선택적으로 더 포함될 수도 있다.For example, the negative electrode may be manufactured by coating and drying a negative electrode active material on a negative electrode current collector, and optionally further include components such as a conductive agent, a binder, and a filler as described above.

상기 음극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The negative electrode current collector is generally made to a thickness of 3 to 500 ㎛. Such a negative electrode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change in the battery. For example, the surface of copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, copper or stainless steel Surface-treated with carbon, nickel, titanium, silver, and the like, aluminum-cadmium alloy, and the like can be used. In addition, like the positive electrode current collector, fine concavities and convexities may be formed on the surface to enhance the bonding strength of the negative electrode active material, and may be used in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a nonwoven fabric.

상기 음극 활물질은, 예를 들어, 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) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, and Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.The negative electrode active material may be, for example, carbon such as hardly graphitized carbon or 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': Al, B, P, Si, Group 1, 2, 3 of the periodic table) Metal composite oxides such as a group element, 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 , and metal oxides such as Bi 2 O 5 ; Conductive polymers such as polyacetylene; Li-Co-Ni-based materials and the like can be used.

상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포; 크라프트지 등이 사용된다. 현재 시판중인 대표적인 예로는 셀가드 계열(CelgardR 2400, 2300(Hoechest Celanese Corp. 제품), 폴리프로필렌 분리막(Ube Industries Ltd. 제품 또는 Pall RAI사 제품), 폴리에틸렌 계열(Tonen 또는 Entek) 등이 있다. The separator is interposed between the anode and the cathode, and an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength is used. The pore diameter of the separator is generally from 0.01 to 10 ㎛ ㎛, thickness is generally 5 ~ 300 ㎛. As such a separator, for example, olefin polymers such as chemical resistance and hydrophobic polypropylene; Sheet or nonwoven fabric made of glass fiber or polyethylene; Kraft paper or the like is used. Typical examples currently on the market include Celgard series (Celgard R 2400, 2300 (manufactured by Hoechest Celanese Corp.), polypropylene separator (manufactured by Ube Industries Ltd. or Pall RAI), polyethylene series (Tonen or Entek), etc.).

경우에 따라서, 상기 분리막 위에는 전지의 안정성을 높이기 위하여 겔 폴리머 전해질이 코팅될 수 있다. 이러한 겔 폴리머 중 대표적인 것으로 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐리덴플루라이드, 폴리아크릴로나이트릴 등이 있다. In some cases, a gel polymer electrolyte may be coated on the separator to increase battery stability. Representative of such gel polymers are polyethylene oxide, polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile and the like.

전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.When a solid electrolyte such as a polymer is used as the electrolyte, the solid electrolyte may also serve as a separator.

상기 리튬염 함유 비수계 전해질은, 비수 전해질과 리튬으로 이루어져 있다. 비수 전해질로는 비수 전해액, 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다. The said lithium salt containing non-aqueous electrolyte consists of a nonaqueous electrolyte and lithium. As the nonaqueous electrolyte, a nonaqueous electrolyte, a solid electrolyte, an inorganic solid electrolyte, and the like are used.

상기 비수 전해액으로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보 네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 에틸메틸 카보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 1,2-디에톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 4-메틸-1,3-디옥센, 디에틸에테르, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.As said non-aqueous electrolyte, N-methyl- 2-pyrrolidinone, a propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, for example , Gamma-butylo lactone, 1,2-dimethoxy ethane, 1,2-diethoxy ethane, tetrahydroxy franc, 2-methyl tetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxolon, 4-methyl-1,3-dioxene, diethyl ether, formamide, dimethylformamide, dioxolon, acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, phosphate triester, trimethoxy methane, dioxolon Aprotic organic solvents such as derivatives, sulfolane, methyl sulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate derivatives, tetrahydrofuran derivatives, ethers, methyl pyroionate and ethyl propionate can be used. Can be.

상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.Examples of the organic solid electrolytes include polyethylene derivatives, polyethylene oxide derivatives, polypropylene oxide derivatives, phosphate ester polymers, polyedgetion lysine, polyester sulfides, polyvinyl alcohols, polyvinylidene fluorides, Polymers containing ionic dissociating groups and the like can be used.

상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.Examples of the inorganic solid electrolyte include Li 3 N, LiI, Li 5 NI 2 , Li 3 N-LiI-LiOH, LiSiO 4 , LiSiO 4 -LiI-LiOH, Li 2 SiS 3 , Li 4 SiO 4 , Nitrides, halides, sulfates and the like of Li, such as Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH, Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 , and the like, may be used.

상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, LiSCN, LiC(CF3SO2)3, (CF3SO2) 2NLi, 클로로 보 란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.The lithium salt is a good material to dissolve in the non-aqueous electrolyte, for example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4 , LiBF 4 , LiB 10 Cl 10 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiAsF 6, LiSbF 6, LiAlCl 4, CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, LiSCN, LiC (CF 3 SO 2) 3, (CF 3 SO 2) 2 NLi, chloro beam is lithium, lower aliphatic carboxylic acid lithium , 4-phenyl lithium borate, imide and the like can be used.

또한, 비수계 전해질에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있다.In addition, for the purpose of improving charge / discharge characteristics, flame retardancy, etc., for example, pyridine, triethyl phosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylene diamine, n-glyme, hexaphosphate triamide, etc. Nitrobenzene derivatives, sulfur, quinone imine dyes, N-substituted oxazolidinones, N, N-substituted imidazolidines, ethylene glycol dialkyl ethers, ammonium salts, pyrroles, 2-methoxy ethanol, aluminum trichloride, etc. It may be. In some cases, in order to impart nonflammability, halogen-containing solvents such as carbon tetrachloride and ethylene trifluoride may be further included, and carbon dioxide gas may be further included to improve high temperature storage characteristics.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상술하지만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범주가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the following Examples are provided to illustrate the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

[실시예 1]Example 1

평균 입도가 19 ㎛인 Li1 + xMn2O4의 리튬 망간 스피넬 산화물과 평균 입도가 17 ㎛인 Li1 + zNi1 /3Co1 /3Mn1 /3O2의 리튬 니켈 코발트 망간 복합산화물을 중량비로 1 : 1 혼합하여 양극 활물질을 제조하였다. 상기 양극 활물질에 카본 블랙과 결착제인 PVdF를 각각 5 중량%씩 혼합하여, 용매인 NMP와 함께 교반한 후, 금속 집전체인 알루미 늄 호일에 코팅하였다. 이를 120℃의 진공오븐에서 2 시간 이상 건조하여 양극을 제조하였다.The average particle size of 19 ㎛ of Li 1 + x Mn 2 O 4 of the lithium manganese spinel oxide with a mean particle size of 17 ㎛ of Li 1 + z Ni 1/3 Co 1 / of 3 Mn 1/3 O 2 lithium nickel cobalt manganese complex An oxide was mixed in a weight ratio of 1: 1 to prepare a cathode active material. 5 wt% of carbon black and PVdF as a binder were mixed with the positive electrode active material, and the mixture was stirred with NMP as a solvent and then coated on aluminum foil as a metal current collector. This was dried in a vacuum oven at 120 ° C. for 2 hours or more to prepare a positive electrode.

상기 양극과 구리 호일에 MCMB 인조흑연을 코팅한 음극 및 폴리프로필렌으로 제조된 다공성 분리막을 사용하여 전극조립체를 제조하였다. 상기 전극조립체를 파우치에 넣고 리드선을 연결한 후, 1 M의 LiPF6 염이 녹아있는 부피비 1 : 1의 에틸렌카보네이트(EC)와 다이메틸카보네이트(DMC) 용액을 전해질로 주입한 다음, 밀봉하여 리튬 이차전지를 조립하였다.An electrode assembly was prepared using a cathode and a porous separator made of polypropylene with MCMB artificial graphite coated on the anode and the copper foil. After inserting the electrode assembly into the pouch and connecting the lead wires, a solution of ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC) in a volume ratio of 1: 1, in which 1 M LiPF 6 salt is dissolved, was injected into the electrolyte, and then sealed by lithium. A secondary battery was assembled.

상기 리튬 이차전지를 3.0 내지 4.2 V 전압영역에서 충방전을 진행하면서 수명특성을 측정하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.The life characteristics of the lithium secondary battery were measured while charging and discharging in the 3.0 to 4.2 V voltage range, and the results are shown in Table 1 below.

[실시예 2]Example 2

평균 입도가 19 ㎛인 Li1 + xMn2O4의 리튬 망간 스피넬 산화물과 평균 입도가 9 ㎛인 Li1 + zNi1 /3Co1 /3Mn1 /3O2의 리튬 니켈 코발트 망간 복합산화물을 사용하여 양극 활물질을 제조하였다는 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 조립하여, 3.0 내지 4.2 V 전압영역에서 충방전을 진행하면서 수명특성을 측정하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.The average particle size of 19 ㎛ of Li 1 + x Mn 2 O 4 of the lithium manganese spinel oxide with a mean particle size of 9 ㎛ of Li 1 + z Ni 1/3 Co 1 / of 3 Mn 1/3 O 2 lithium nickel cobalt manganese complex A lithium secondary battery was assembled in the same manner as in Example 1 except that a positive electrode active material was prepared using an oxide, and the life characteristics thereof were measured while charging and discharging in the 3.0 to 4.2 V voltage region. The results are shown in Table 1 below.

[실시예 3]Example 3

평균 입도가 15 ㎛인 Li1 + xMn2O4의 리튬 망간 스피넬 산화물과 평균 입도가 17 ㎛인 Li1 + zNi1 /3Co1 /3Mn1 /3O2의 리튬 니켈 코발트 망간 복합산화물을 사용하여 양극 활물질을 제조하였다는 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 조립하여, 3.0 내지 4.2 V 전압영역에서 충방전을 진행하면서 수명특성을 측정하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.The average particle size of 15 ㎛ of Li 1 + x Mn 2 O 4 of the lithium manganese spinel oxide with a mean particle size of 17 ㎛ of Li 1 + z Ni 1/3 Co 1 / of 3 Mn 1/3 O 2 lithium nickel cobalt manganese complex A lithium secondary battery was assembled in the same manner as in Example 1 except that a positive electrode active material was prepared using an oxide, and the life characteristics thereof were measured while charging and discharging in the 3.0 to 4.2 V voltage region. The results are shown in Table 1 below.

[실시예 4]Example 4

평균 입도가 15 ㎛인 Li1 + xMn2O4의 리튬 망간 스피넬 산화물과 평균 입도가 9 ㎛인 Li1 + zNi1 /3Co1 /3Mn1 /3O2의 리튬 니켈 코발트 망간 복합산화물을 사용하여 양극 활물질을 제조하였다는 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 조립하여, 3.0 내지 4.2 V 전압영역에서 충방전을 진행하면서 수명특성을 측정하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.The average particle size of 15 ㎛ of Li 1 + x Mn 2 O 4 of the lithium manganese spinel oxide with a mean particle size of 9 ㎛ of Li 1 + z Ni 1/3 Co 1 / of 3 Mn 1/3 O 2 lithium nickel cobalt manganese complex A lithium secondary battery was assembled in the same manner as in Example 1 except that a positive electrode active material was prepared using an oxide, and the life characteristics thereof were measured while charging and discharging in the 3.0 to 4.2 V voltage region. The results are shown in Table 1 below.

[실시예 5]Example 5

평균 입도가 10 ㎛인 Li1 + xMn2O4의 리튬 망간 스피넬 산화물과 평균 입도가 17 ㎛인 Li1 + zNi1 /3Co1 /3Mn1 /3O2의 리튬 니켈 코발트 망간 복합산화물을 사용하여 양극 활물질을 제조하였다는 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 조립하여, 3.0 내지 4.2 V 전압영역에서 충방전을 진행하면서 수명특성을 측정하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.The average particle size of 10 ㎛ of Li 1 + x Mn 2 O 4 of the lithium manganese spinel oxide with a mean particle size of 17 ㎛ of Li 1 + z Ni 1/3 Co 1 / of 3 Mn 1/3 O 2 lithium nickel cobalt manganese complex A lithium secondary battery was assembled in the same manner as in Example 1 except that a positive electrode active material was prepared using an oxide, and the life characteristics thereof were measured while charging and discharging in the 3.0 to 4.2 V voltage region. The results are shown in Table 1 below.

[비교예 1]Comparative Example 1

평균 입도가 10 ㎛인 Li1 + xMn2O4의 리튬 망간 스피넬 산화물과 평균 입도가 9 ㎛인 Li1 + zNi1 /3Co1 /3Mn1 /3O2의 리튬 니켈 코발트 망간 복합산화물을 사용하여 양극 활물질을 제조하였다는 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 조립하여, 3.0 내지 4.2 V 전압영역에서 충방전을 진행하면서 수명특성을 측정하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.The average particle size of 10 ㎛ of Li 1 + x Mn 2 O 4 of the lithium manganese spinel oxide with a mean particle size of 9 ㎛ of Li 1 + z Ni 1/3 Co 1 / of 3 Mn 1/3 O 2 lithium nickel cobalt manganese complex A lithium secondary battery was assembled in the same manner as in Example 1 except that a positive electrode active material was prepared using an oxide, and the life characteristics thereof were measured while charging and discharging in the 3.0 to 4.2 V voltage region. The results are shown in Table 1 below.

<표 1>TABLE 1

Figure 112006056231704-pat00001
Figure 112006056231704-pat00001

상기 표 1에서 보는 바와 같이, 상기 리튬 망간 스피넬 산화물과 리튬 니켈 코발트 망간 복합산화물의 평균 입도가 커질수록 수명특성이 향상됨을 알 수 있다. 상기 두 산화물 중에서 적어도 1 종의 평균 입도가 15 ㎛ 이상일 경우 300 사이클에서도 초기용량 대비 70% 이상의 성능을 발현하고 있으며, 두 산화물 모두 평균 입도가 15 ㎛ 이하가 될 경우 초기용량의 60%만 발현할 정도로 수명특성이 매우 나빠지는 것을 알 수 있다. 특히, 두 산화물 모두 평균 입도가 15 ㎛ 이상일 때 수 명특성은 더욱 향상되는 것으로 확인되었다.As shown in Table 1, it can be seen that the life characteristics are improved as the average particle size of the lithium manganese spinel oxide and the lithium nickel cobalt manganese composite oxide increases. When the average particle size of at least one of the two oxides is 15 ㎛ or more, even at 300 cycles, it expresses 70% or more of the initial capacity, and both oxides may express only 60% of the initial capacity when the average particle size is 15 μm or less. It can be seen that the life characteristics are very bad. In particular, when both oxides have an average particle size of 15 ㎛ or more it was confirmed that the life characteristics are further improved.

[실시예 6]Example 6

평균 입도가 19 ㎛인 Li1 + xMn2O4의 리튬 망간 스피넬 산화물과 평균 입도가 9 ㎛인 Li1 + zNi1 /3Co1 /3Mn1 /3O2의 리튬 니켈 코발트 망간 복합산화물을 90 : 10의 중량비로 혼합하여 양극 활물질을 제조하였다는 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 조립하여, 3.0 내지 4.2 V 전압영역에서 충방전을 진행하면서 수명특성을 측정하였다. 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.The average particle size of 19 ㎛ of Li 1 + x Mn 2 O 4 of the lithium manganese spinel oxide with a mean particle size of 9 ㎛ of Li 1 + z Ni 1/3 Co 1 / of 3 Mn 1/3 O 2 lithium nickel cobalt manganese complex A lithium secondary battery was assembled in the same manner as in Example 1, except that the oxide was mixed in a weight ratio of 90:10 to fabricate a lithium secondary battery, and the charging and discharging was carried out in a 3.0 to 4.2 V voltage range. Was measured. The results are shown in Table 2 below.

[실시예 7]Example 7

평균 입도가 19 ㎛인 Li1 + xMn2O4의 리튬 망간 스피넬 산화물과 평균 입도가 9 ㎛인 Li1 + zNi1 /3Co1 /3Mn1 /3O2의 리튬 니켈 코발트 망간 복합산화물을 70 : 30의 중량비로 혼합하여 양극 활물질을 제조하였다는 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 조립하여, 3.0 내지 4.2 V 전압영역에서 충방전을 진행하면서 수명특성을 측정하였다. 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.The average particle size of 19 ㎛ of Li 1 + x Mn 2 O 4 of the lithium manganese spinel oxide with a mean particle size of 9 ㎛ of Li 1 + z Ni 1/3 Co 1 / of 3 Mn 1/3 O 2 lithium nickel cobalt manganese complex Except that the positive electrode active material was prepared by mixing the oxide in a weight ratio of 70:30, the lithium secondary battery was assembled in the same manner as in Example 1, while charging and discharging in the 3.0 ~ 4.2 V voltage range, the life characteristics Was measured. The results are shown in Table 2 below.

[실시예 8]Example 8

평균 입도가 19 ㎛인 Li1 + xMn2O4의 리튬 망간 스피넬 산화물과 평균 입도가 9 ㎛인 Li1 + zNi1 /3Co1 /3Mn1 /3O2의 리튬 니켈 코발트 망간 복합산화물을 50 : 50(1 : 1)의 중량비로 혼합하여 양극 활물질을 제조하였다는 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 조립하여, 3.0 내지 4.2 V 전압영역에서 충방전을 진행하면서 수명특성을 측정하였다. 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.The average particle size of 19 ㎛ of Li 1 + x Mn 2 O 4 of the lithium manganese spinel oxide with a mean particle size of 9 ㎛ of Li 1 + z Ni 1/3 Co 1 / of 3 Mn 1/3 O 2 lithium nickel cobalt manganese complex A lithium secondary battery was assembled in the same manner as in Example 1 except that the positive electrode active material was prepared by mixing oxides in a weight ratio of 50:50 (1: 1) to charge and discharge in a 3.0 to 4.2 V voltage range. The lifetime characteristics were measured while proceeding. The results are shown in Table 2 below.

[실시예 9]Example 9

평균 입도가 19 ㎛인 Li1 + xMn2O4의 리튬 망간 스피넬 산화물과 평균 입도가 9 ㎛인 Li1 + zNi1 /3Co1 /3Mn1 /3O2의 리튬 니켈 코발트 망간 복합산화물을 30 : 70의 중량비로 혼합하여 양극 활물질을 제조하였다는 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 조립하여, 3.0 내지 4.2 V 전압영역에서 충방전을 진행하면서 수명특성을 측정하였다. 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.The average particle size of 19 ㎛ of Li 1 + x Mn 2 O 4 of the lithium manganese spinel oxide with a mean particle size of 9 ㎛ of Li 1 + z Ni 1/3 Co 1 / of 3 Mn 1/3 O 2 lithium nickel cobalt manganese complex Except that the positive electrode active material was prepared by mixing the oxide in a weight ratio of 30:70, the lithium secondary battery was assembled in the same manner as in Example 1, and the charge and discharge in the 3.0 to 4.2 V voltage range, the life characteristics Was measured. The results are shown in Table 2 below.

[실시예 10]Example 10

평균 입도가 19 ㎛인 Li1 + xMn2O4의 리튬 망간 스피넬 산화물과 평균 입도가 9 ㎛인 Li1 + zNi1 /3Co1 /3Mn1 /3O2의 리튬 니켈 코발트 망간 복합산화물을 10 : 90의 중량비로 혼합하여 양극 활물질을 제조하였다는 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 조립하여, 3.0 내지 4.2 V 전압영역에서 충방전을 진행하면서 수명특성을 측정하였다. 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.The average particle size of 19 ㎛ of Li 1 + x Mn 2 O 4 of the lithium manganese spinel oxide with a mean particle size of 9 ㎛ of Li 1 + z Ni 1/3 Co 1 / of 3 Mn 1/3 O 2 lithium nickel cobalt manganese complex Except that the positive electrode active material was prepared by mixing oxides in a weight ratio of 10:90, the lithium secondary battery was assembled in the same manner as in Example 1, and the lifespan characteristics were performed while charging and discharging in the 3.0 to 4.2 V voltage range. Was measured. The results are shown in Table 2 below.

[비교예 2]Comparative Example 2

평균 입도가 19 ㎛인 Li1 + xMn2O4의 리튬 망간 스피넬 산화물만을 사용하여 양극 활물질을 제조하였다는 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 조립하여, 3.0 내지 4.2 V 전압영역에서 충방전을 진행하면서 수명특성을 측정하였다. 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.A lithium secondary battery was assembled in the same manner as in Example 1, except that a positive electrode active material was manufactured using only lithium manganese spinel oxide of Li 1 + x Mn 2 O 4 having an average particle size of 3.0 μm, to 3.0 to The life characteristics were measured while charging and discharging in the 4.2 V voltage region. The results are shown in Table 2 below.

[비교예 3]Comparative Example 3

평균 입도가 9 ㎛인 Li1 + zNi1 /3Co1 /3Mn1 /3O2의 리튬 니켈 코발트 망간 복합산화물만을 사용하여 양극 활물질을 제조하였다는 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 조립하여, 3.0 내지 4.2 V 전압영역에서 충방전을 진행하면서 수명특성을 측정하였다. 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.Have an average particle size of 9 ㎛ of Li 1 + z Ni 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O a positive electrode active material by using only a lithium nickel cobalt manganese composite oxide of 2 was prepared it is as in Example 1, except that A lithium secondary battery was assembled in the same manner, and the life characteristics were measured while charging and discharging in the 3.0 to 4.2 V voltage range. The results are shown in Table 2 below.

<표 2>TABLE 2

Figure 112006056231704-pat00002
Figure 112006056231704-pat00002

상기 표 2에서 보는 바와 같이, 평균 입도가 19 ㎛인 리튬 망간 스피넬 산화물에 평균 입도가 9 ㎛인 리튬 니켈 코발트 망간 복합산화물이 10% 이상 첨가될 경우 수명특성이 향상되기 시작하여, 30% 첨가될 때 수명특성 값이 최대치를 나타낸다는 것을 확인할 수 있다. 그러나, 리튬 니켈 코발트 망간 복합산화물의 함량이 너무 많아지면 전지의 안전성은 상대적으로 낮아지기 때문에, 리튬 니켈 코발트 망간 복합산화물은 90% 이하의 양을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 이들 실시예 6 ~ 10의 전지들은 한 종류의 산화물만을 활물질로 포함하는 비교예 2 및 3의 전지보다 수명 특성이 우수한 것을 알 수 있다. As shown in Table 2, when the lithium nickel cobalt manganese composite oxide having an average particle size of 9 μm is added to the lithium manganese spinel oxide having an average particle size of 19 μm, the lifespan begins to improve, and 30% may be added. It can be seen that the lifetime characteristic value represents the maximum value. However, when the content of the lithium nickel cobalt manganese composite oxide is too high, the safety of the battery is relatively low. Therefore, the lithium nickel cobalt manganese composite oxide is preferably used in an amount of 90% or less. In addition, it can be seen that the batteries of Examples 6 to 10 have better life characteristics than the batteries of Comparative Examples 2 and 3 including only one type of oxide as an active material.

[실시예 11]Example 11

Li1 + xMn2O4 대신에 Li1 + xMn1 .9Al0 .1O4의 치환된 리튬 망간 스피넬 산화물을 사용하여 양극 활물질을 제조하였다는 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 조립하여, 3.0 내지 4.2 V 전압영역에서 충방전을 진행하면서 수명특성을 측정하였다. 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다. In place of Li 1 + x Mn 2 O 4 and Li 1 + x Mn 1 .9 Al, except 0 .1 O 4 on the positive active material was prepared using a substituted lithium manganese oxide spinel of the point in Example 1, A lithium secondary battery was assembled in the same manner, and the life characteristics were measured while charging and discharging in the 3.0 to 4.2 V voltage range. The results are shown in Table 3 below.

[실시예 12]Example 12

Li1 + xMn2O4 대신에 Li1 + xMn1 .8Al0 .2O4의 치환된 리튬 망간 스피넬 산화물을 사용하여 양극 활물질을 제조하였다는 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 조립하여, 3.0 내지 4.2 V 전압영역에서 충방전을 진행하면서 수명 특성을 측정하였다. 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다. In place of Li 1 + x Mn 2 O 4 Li 1 + x Mn 1 .8 Al 0 .2 O 4 on the positive active material was prepared using a substituted lithium manganese oxide of spinel is as in Example 1, except that The lithium secondary battery was assembled in the same manner, and the life characteristics were measured while charging and discharging in the 3.0 to 4.2 V voltage range. The results are shown in Table 3 below.

[실시예 13]Example 13

Li1 + xMn2O4 대신에 Li1 + xMn1 .7Al0 .3O4의 치환된 리튬 망간 스피넬 산화물을 사용하여 양극 활물질을 제조하였다는 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 조립하여, 3.0 내지 4.2 V 전압영역에서 충방전을 진행하면서 수명특성을 측정하였다. 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다. In place of Li 1 + x Mn 2 O 4 and Li 1 + x Mn 1 .7 Al, except 0 .3 O 4 on the positive active material was prepared using a substituted lithium manganese oxide spinel of the point in Example 1, A lithium secondary battery was assembled in the same manner, and the life characteristics were measured while charging and discharging in the 3.0 to 4.2 V voltage range. The results are shown in Table 3 below.

[실시예 14]Example 14

Li1 + xMn2O4 대신에 Li1 + xMn1 .9Mg0 .1O4의 치환된 리튬 망간 스피넬 산화물을 사용하여 양극 활물질을 제조하였다는 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 조립하여, 3.0 내지 4.2 V 전압영역에서 충방전을 진행하면서 수명특성을 측정하였다. 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다. In place of Li 1 + x Mn 2 O 4 and Li 1 + x Mn 1 .9 Mg, except 0 .1 O 4 on the positive active material was prepared using a substituted lithium manganese oxide spinel of the point in Example 1, A lithium secondary battery was assembled in the same manner, and the life characteristics were measured while charging and discharging in the 3.0 to 4.2 V voltage range. The results are shown in Table 3 below.

[실시예 15]Example 15

Li1 + xMn2O4 대신에 Li1 + xMn1 .8Mg0 .2O4의 치환된 리튬 망간 스피넬 산화물을 사용하여 양극 활물질을 제조하였다는 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 조립하여, 3.0 내지 4.2 V 전압영역에서 충방전을 진행하면서 수명특성을 측정하였다. 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다. In place of Li 1 + x Mn 2 O 4 Li 1 + x Mn 1 .8 Mg 0 .2 O 4 on the positive active material was prepared using a substituted lithium manganese oxide of spinel is as in Example 1, except that A lithium secondary battery was assembled in the same manner, and the life characteristics were measured while charging and discharging in the 3.0 to 4.2 V voltage range. The results are shown in Table 3 below.

[실시예 16]Example 16

Li1 + xMn2O4 대신에 Li1 + xMn1 .7Mg0 .3O4의 치환된 리튬 망간 스피넬 산화물을 사용하여 양극 활물질을 제조하였다는 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 조립하여, 3.0 내지 4.2 V 전압영역에서 충방전을 진행하면서 수명특성을 측정하였다. 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다. In place of Li 1 + x Mn 2 O 4 and Li 1 + x Mn 1 .7 Mg, except 0 .3 O 4 on the positive active material by using a substituted lithium manganese oxide spinel was prepared in a point, Example 1 A lithium secondary battery was assembled in the same manner, and the life characteristics were measured while charging and discharging in the 3.0 to 4.2 V voltage range. The results are shown in Table 3 below.

<표 3>TABLE 3

Figure 112006056231704-pat00003
Figure 112006056231704-pat00003

상기 표 3에서 보는 바와 같이, 상기 양극 활물질의 복합산화물 혼합물 중에서, 리튬 망간 스피넬 산화물의 Mn 자리를 Al 또는 Mg로 치환함으로써, 전지의 수명특성이 더욱 향상됨을 알 수 있다. 또한, 상기 치환되는 양이 증가할수록 수명특성이 더욱 향상됨을 알 수 있다. 그러나, 상기 치환량이 0.2를 초과하는 경우에는 초기용량이 감소하는 것으로 확인되었다.As shown in Table 3, in the composite oxide mixture of the positive electrode active material, by replacing the Mn site of the lithium manganese spinel oxide with Al or Mg, it can be seen that the life characteristics of the battery is further improved. In addition, it can be seen that the life characteristics are further improved as the amount of substitution is increased. However, when the substitution amount exceeds 0.2, it was confirmed that the initial dose decreases.

이상의 설명과 같이 본 발명에 따른 리튬 망간 스피넬 산화물과 리튬 니켈 코발트 망간 복합산화물 중 적어도 1 종이 15 ㎛ 이상의 평균 입경을 가진 혼합물을 양극 활물질로서 사용한 리튬 이차전지는 안전성을 확보할 수 있고 대전류 단시간 충방전 조건에서 수명을 향상시킬 수 있다.As described above, at least one of the lithium manganese spinel oxide and the lithium nickel cobalt manganese composite oxide according to the present invention uses a mixture having an average particle diameter of 15 μm or more as a positive electrode active material, which can ensure safety and provide high current short time charge and discharge. Can improve the service life under conditions.

본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 상기 내용을 바탕을 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.Those skilled in the art to which the present invention pertains will be able to make various applications and modifications within the scope of the present invention based on the above contents.

Claims (15)

하기 화학식 1로 표시되는 리튬 망간 스피넬 산화물과 하기 화학식 2로 표시되는 리튬 니켈 코발트 망간 복합산화물의 혼합물로 구성되고, 상기 리튬 망간 스피넬 산화물과 리튬 니켈 코발트 망간 복합산화물의 혼합비는 중량을 기준으로 10 : 90 내지 90 : 10이며, 상기 산화물들 중에서 적어도 1 종의 평균 입경이 15 ㎛ 이상이고, 충방전 전위가 3.0 내지 4.2 V인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 양극 활물질:It is composed of a mixture of lithium manganese spinel oxide represented by the formula (1) and lithium nickel cobalt manganese composite oxide represented by the following formula 2, the mixing ratio of the lithium manganese spinel oxide and lithium nickel cobalt manganese composite oxide is 10: 10 by weight. 90 to 90:10, at least one of the oxides has an average particle diameter of 15 µm or more, and a charge / discharge potential of 3.0 to 4.2 V; Li1+xMn2O4 (1)Li 1 + x Mn 2 O 4 (1) Li1+yNibMncCo1-(b+c)O2 (2)Li 1 + y Ni b Mn c Co 1- (b + c) O 2 (2) 상기 식에서,Where M 은 산화수 2가 ~ 3가의 금속이고M is a divalent to trivalent metal 0 ≤ x ≤ 0.2 이고,0 ≦ x ≦ 0.2, 0 ≤ y ≤ 0.1 이고,0 ≦ y ≦ 0.1, 0.2 ≤ b ≤ 0.7 이고,0.2 ≦ b ≦ 0.7, 0.2 ≤ c ≤ 0.7 및0.2 <c <0.7 and b + c < 1 이다.b + c <1. 제 1 항에 있어서, 상기 화학식 2의 리튬 니켈 코발트 망간 산화물이 Li1+zNi1/3Co1/3Mn1/3O2 인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 양극 활물질.The cathode active material of claim 1, wherein the lithium nickel cobalt manganese oxide of Chemical Formula 2 is Li 1 + z Ni 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 . 제 1 항에 있어서, 상기 화학식 2의 리튬 니켈 코발트 망간 산화물이 Li1+zNi0.4Mn0.4Co0.2O2 인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 양극 활물질.The cathode active material of claim 1, wherein the lithium nickel cobalt manganese oxide of Chemical Formula 2 is Li 1 + z Ni 0.4 Mn 0.4 Co 0.2 O 2 . 제 1 항에 있어서, 상기 평균 입경이 15 내지 30 ㎛인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 양극 활물질.The cathode active material for lithium secondary battery according to claim 1, wherein the average particle diameter is 15 to 30 µm. 제 1 항에 있어서, 상기 화학식 1의 리튬 망간 스피넬 산화물의 평균 입경이 15 ㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 양극 활물질.The cathode active material of claim 1, wherein the lithium manganese spinel oxide of Formula 1 has an average particle diameter of 15 µm or more. 제 1 항에 있어서, 상기 화학식 1의 망간 스피넬 산화물의 평균 입경과 상기 화학식 2의 리튬 니켈 코발트 망간 복합산화물의 평균 입경이 각각 15 ㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 양극 활물질.The cathode active material of claim 1, wherein an average particle diameter of the manganese spinel oxide of Formula 1 and an average particle diameter of the lithium nickel cobalt manganese composite oxide of Formula 2 are each 15 µm or more. 제 1 항에 있어서, 상기 산화물은 다수의 산화물 단위체들이 응집되어 형성된 응집 조합체인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 양극 활물질.The cathode active material of claim 1, wherein the oxide is an aggregation combination formed by aggregation of a plurality of oxide units. 제 7 항에 있어서, 상기 산화물 단위체들 중, 화학식 1의 리튬 망간 스피넬 산화물의 산화물 단위체는 0.2 내지 10 ㎛의 입경을 가지는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 양극 활물질. The cathode active material of claim 7, wherein the oxide unit of the lithium manganese spinel oxide of Chemical Formula 1 has a particle diameter of 0.2 μm to 10 μm. 제 7 항에 있어서, 상기 산화물 단위체는 0.1 내지 1.0 m2/g의 표면적을 가지는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 양극 활물질.The cathode active material of claim 7, wherein the oxide unit has a surface area of 0.1 to 1.0 m 2 / g. 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 혼합비는 10 : 90 내지 70 : 30 인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 양극 활물질.The cathode active material of claim 1, wherein the mixing ratio is 10:90 to 70:30. 제 1 항에 있어서, 상기 리튬 망간 스피넬 산화물은 망간이 일부 다른 금속으로 치환된 하기 화학식 3으로 표시되는 리튬 망간 스피넬 산화물인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 양극 활물질:The cathode active material of claim 1, wherein the lithium manganese spinel oxide is a lithium manganese spinel oxide represented by the following Chemical Formula 3 in which manganese is partially substituted with another metal: Li1 + xMn2 - zMzO4 (3)LiOne + xMn2 - zMzO4 (3) 상기 식에서,Where M 은 산화수 2가 또는 3가의 금속이고;M is a dihydric or trivalent metal oxide; 0 ≤ x ≤ 0.2 및0 ≤ x ≤ 0.2 and 0 < z ≤ 0.2 이다.0 <z ≦ 0.2. 제 12 항에 있어서, 상기 M 은 Al 및 Mg에서 선택되는 1 종이거나 이들 모두인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 양극 활물질.The cathode active material for a lithium secondary battery according to claim 12, wherein M is one or both selected from Al and Mg. 제 12 항에 있어서, 상기 z 는 0.01 내지 0.2 인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 양극 활물질.The cathode active material of claim 12, wherein z is 0.01 to 0.2. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 하나에 따른 양극 활물질을 포함하는 것으로 구성된 리튬 이차전지.A lithium secondary battery comprising the cathode active material according to any one of claims 1 to 14.
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