KR100805267B1 - Method for preparing cathode electrode for lithium secondary battery, the cathode electrode prepared by the method and lithium secondary battery comprising the cathode electrode - Google Patents

Method for preparing cathode electrode for lithium secondary battery, the cathode electrode prepared by the method and lithium secondary battery comprising the cathode electrode Download PDF

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Abstract

A lithium secondary battery is provided to simplify a conventional coating process for manufacturing a cathode, and to realize excellent cycling stability and structural stability by preventing dissolution of a cathode active material caused by an electrolyte while maintaining the initial capacity. A lithium secondary battery comprises: an anode; a cathode obtained by mixing 100 parts by weight of a lithium transition metal oxide, 5-20 parts by weight of a conductive agent and 3-15 parts by weight of a binder, adding to the resultant mixture 2-4 wt.% of any one compound selected from ZrO2, Al2O3, SiO2, ZnO, TiO2 and SnO2 based on the weight of the lithium transition metal oxide to obtain slurry, and coating a collector with the slurry, followed by drying and rolling; a separator interposed between the anode and the cathode; and an electrolyte containing LiPF6.

Description

리튬 이차전지용 캐소드의 제조방법, 이에 의해서 제조된 리튬 이차전지용 캐소드 및 이를 포함하는 리튬 이차전지 {Method for preparing cathode electrode for lithium secondary battery, the cathode electrode prepared by the method and lithium secondary battery comprising the cathode electrode}Method for preparing a cathode for a lithium secondary battery, a cathode for a lithium secondary battery produced by this and a lithium secondary battery comprising the same {Method for preparing cathode electrode for lithium secondary battery, the cathode electrode prepared by the method and lithium secondary battery comprising the cathode electrode}

도 1은 LiMn2O4 및 ZrO2이 열처리 코팅된 LiMn2O4의 X선 회절패턴 그래프이다.1 is an X-ray diffraction pattern graph of LiMn 2 O 4 heat-coated with LiMn 2 O 4 and ZrO 2 .

도 2a 내지 2c는 비교예 1의 순수 LiMn2O4, 비교예 2의 ZrO2이 열처리 코팅된 LiMn2O4 및 실시예 1의 ZrO2이 첨가된 캐소드 제조용 슬러리를 주사전자현미경을 사용하여 관찰한 사진이다.2a to 2c are observed using the Comparative Example 1 pure LiMn 2 O 4, Comparative Example 2 in the ZrO 2 is heat treated coated LiMn 2 O 4 and Example 1 ZrO 2 is added to the cathode for producing a slurry of a scanning electron microscope of the One picture.

도 3a 및 3b는 비교예 1의 순수 LiMn2O4 및 비교예 2의 ZrO2이 열처리 코팅된 LiMn2O4를 투과전자현미경을 사용하여 관찰한 사진이다.Figures 3a and 3b is a comparative example pure LiMn 2 O 4 and Comparative photographs observed by ZrO 2 is heat-treated coated LiMn 2 O 4 using the transmission electron microscope of the second embodiment of Fig.

도 4a 내지 4d는 실시예 1 및 비교예 1 내지 3에 따른 전지들의 1 사이클, 2 사이클 및 50 사이클 경과시 충방전 특성을 나타낸 그래프이다.4A to 4D are graphs showing charge and discharge characteristics after 1 cycle, 2 cycles, and 50 cycles of batteries according to Example 1 and Comparative Examples 1 to 3;

도 5a 내지 5d는 실시예 1 및 비교예 1 내지 3에 따른 전지들의 1 사이클, 2 사이클 및 30 사이클 경과시 고온 충방전 특성을 나타낸 그래프이다.5A to 5D are graphs showing high temperature charge and discharge characteristics after 1 cycle, 2 cycles, and 30 cycles of batteries according to Example 1 and Comparative Examples 1 to 3;

도 6은 실시예 1 및 비교예 1 내지 3에 따른 전지들의 상온 사이클링 안정성 을 평가한 결과를 나타낸 그래프이다.6 is a graph showing the results of evaluating room temperature cycling stability of the batteries according to Example 1 and Comparative Examples 1 to 3.

도 7은 실시예 1 및 비교예 1 내지 3에 따른 전지들의 고온 (55℃) 사이클링 안정성을 평가한 결과를 나타낸 그래프이다.7 is a graph showing the results of evaluating the high temperature (55 ° C.) cycling stability of the batteries according to Example 1 and Comparative Examples 1 to 3. FIG.

도 8은 본 발명의 일 구현예에 따른 리튬 이차전지에 대한 개략적인 단면도를 도시한 도면이다.8 is a schematic cross-sectional view of a lithium secondary battery according to one embodiment of the present invention.

본 발명은 리튬 이차전지용 캐소드의 제조방법, 이에 의해서 제조된 리튬 이차전지용 캐소드 및 이를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는, 종래의 코팅방법을 단순화함으로써 제조시간을 단축하고 제조비용을 절감할 수 있는 리튬 이차전지용 캐소드의 제조방법을 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 방법에 의해서 제조된 리튬 이차전지용 캐소드를 포함하는 리튬 이차전지는 초기용량의 감소를 보이지 않을 뿐만 아니라, 전해액에 의한 캐소드 활물질의 용출 현상을 효과적으로 방지할 수 있어서 사이클링 안정성 및 구조적 안정성이 매우 우수한 리튬 이차전지용 캐소드의 제조방법, 이에 의해서 제조된 리튬 이차전지용 캐소드 및 이를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a cathode for a lithium secondary battery, a cathode for a lithium secondary battery manufactured thereby, and a lithium secondary battery comprising the same. More specifically, the manufacturing time is shortened and the manufacturing cost is reduced by simplifying a conventional coating method. Not only can provide a method for manufacturing a cathode for a lithium secondary battery that can be reduced, the lithium secondary battery comprising a lithium secondary battery cathode prepared by the above method does not show a decrease in the initial capacity, the cathode by the electrolyte The present invention relates to a lithium secondary battery cathode and a lithium secondary battery comprising the same, a method for producing a lithium secondary battery cathode having excellent cycling stability and structural stability, which can effectively prevent the dissolution of an active material.

리튬 이차전지는 구체적으로 캐소드/애노드 활물질, 집전체 및 전해액으로 구성되는데, 상기 캐소드 활물질로는 리튬-전이금속 산화물이 사용되고, 애노드 활물질로는 리튬 금속, 리튬 합금, 탄소(결정질 또는 비정질) 또는 탄소 복합체가 사 용되고 있으며, 상기 집전체는 상기 활물질에 발생되어 공급되는 전자를 움직일 수 있는 통로로서, 금속 집전체가 사용되고 있다. 또한, 전해액은 이온전도의 매체 역할을 수행하는 것으로, 비수성 용매, 리튬염 및 기타 첨가제로 이루어진다.Specifically, the lithium secondary battery includes a cathode / anode active material, a current collector, and an electrolyte solution, and lithium-transition metal oxide is used as the cathode active material, and lithium metal, lithium alloy, carbon (crystalline or amorphous), or carbon is used as the anode active material. A composite material is used, and the current collector is a metal current collector as a passage through which electrons generated and supplied to the active material can move. In addition, the electrolyte serves as a medium for ion conduction, and consists of a non-aqueous solvent, lithium salt, and other additives.

일반적으로 리튬 이차전지용 캐소드 활물질 재료로는 리튬코발트 산화물 (LiCoO2), 리튬니켈 산화물 (LiNiO2), 리튬망간 산화물 (LiMnO2 또는 LiMn2O4) 및 복합금속 산화물 등을 들 수 있다. 이 중 LiCoO2는 양호한 전기 전도도, 높은 전지전압 및 우수한 전극 특성을 보이기 때문에 현재 상업화된 리튬이온전지용 캐소드 활물질의 대부분을 차지하고 있는 실정이다. 그러나, 코발트가 희소금속이고 고가일 뿐만 아니라, 환경문제를 유발할 염려가 있기 때문에 저가이면서도 안정한 캐소드재료의 개발이 요망되고 있다.In general, examples of the cathode active material for a lithium secondary battery include lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), lithium manganese oxide (LiMnO 2 or LiMn 2 O 4 ), a composite metal oxide, and the like. Among these, LiCoO 2 has a good electric conductivity, high battery voltage, and excellent electrode characteristics, so it is currently occupying most of the commercially available cathode active materials for lithium ion batteries. However, since cobalt is a rare metal and expensive, and there is a concern that it may cause environmental problems, development of a low cost and stable cathode material is desired.

이러한 이유로 인해 리튬코발트 산화물 대신에 리튬망간 산화물 또는 리튬망간 복합산화물에 대한 연구가 계속되고 있는데, 특히 LiMn2O4는 독성이 없고 제조비용이 저렴하며, 전지 전압 (cell voltage)이 높아서 고출력 전지용으로서 많은 개발이 이루어지고 있다. 그러나, 리튬망간 산화물은 고온 적용시에 사이클링 안정성이 열악하고 구조적 불안정을 야기한다는 문제점이 있는데, 특히, 작동 온도가 40∼50℃ 정도의 고온인 경우에는 전해액 내의 HF 등의 산성 화합물의 존재하에서 망간 이온이 용출되는 현상이 발생하여 전지의 용량이 급격히 감소한다는 문제점이 있었다.For this reason, research on lithium manganese oxide or lithium manganese composite oxide instead of lithium cobalt oxide is continuously conducted. In particular, LiMn 2 O 4 has no toxicity, low manufacturing cost, and high cell voltage. Many developments are being made. However, lithium manganese oxide has a problem of poor cycling stability and structural instability in high temperature applications. In particular, lithium manganese oxide has a manganese in the presence of an acidic compound such as HF in the electrolyte at a high temperature of about 40 to 50 ° C. There was a problem that the capacity of the battery is drastically reduced due to the phenomenon that the ion is eluted.

따라서, 상기 망간 이온이 용출되는 문제점을 개선하기 위하여 ZrO2, Al2O3 또는 SiO2 등의 금속산화물로 리튬망간 산화물의 표면을 코팅함으로써 전해액과의 접촉을 방지하려는 시도가 행해졌다. 이러한 시도들은 상기 콜로이드 상태의 금속 산화물을 캐소드 활물질에 도포시키는 것에 의해 코팅을 하는 방법인데, 캐소드 활물질을 콜로이드 용액 내에 함침시켜야 하므로 부가 반응을 야기할 수 있고, 건조를 위해 열을 가해주고 기다려야 하므로 많은 시간과 에너지가 소모된다는 문제점이 있었다. 또한, 코팅층이 활물질에서 리튬이온의 삽입, 탈리를 어렵게 하여 전지의 초기 용량감소를 유발한다는 문제점도 있었다.Therefore, in order to improve the problem of eluting the manganese ions, attempts have been made to prevent contact with the electrolyte by coating the surface of lithium manganese oxide with a metal oxide such as ZrO 2 , Al 2 O 3, or SiO 2 . These attempts are performed by applying the colloidal metal oxide to the cathode active material, which can cause an additional reaction because the cathode active material must be impregnated in the colloidal solution, and heat and wait for drying. There was a problem that time and energy was consumed. In addition, there is a problem that the coating layer is difficult to insert and detach the lithium ions from the active material, causing the initial capacity of the battery.

따라서, 본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하여, 종래의 코팅방법을 단순화함으로써 제조시간을 단축하고 제조비용을 절감할 수 있는 리튬 이차전지용 캐소드의 제조방법을 제공하고, 또한 초기용량의 감소를 보이지 않으면서도, 전해액에 의한 캐소드 활물질의 용출 현상을 효과적으로 방지할 수 있어서 사이클링 안정성 및 구조적 안정성이 매우 우수한 리튬 이차전지용 캐소드 및 이를 포함하는 리튬 이차전지를 제공하고자 한다.Accordingly, the present invention solves the problems of the prior art, and provides a method for manufacturing a cathode for a lithium secondary battery that can shorten the manufacturing time and reduce the manufacturing cost by simplifying the conventional coating method, and further reduces the initial capacity Without being visible, the present invention provides a lithium secondary battery cathode and a lithium secondary battery including the same, which can effectively prevent the dissolution of the cathode active material by the electrolyte, and thus have excellent cycling stability and structural stability.

본 발명은 상기 첫 번째 기술적 과제를 달성하기 위하여,The present invention to achieve the first technical problem,

(a) 리튬-전이금속 산화물 100 중량부에 대하여 도전재 5 내지 20 중량부 및 결합제 3 내지 15 중량부를 혼합하는 단계;(a) mixing 5 to 20 parts by weight of the conductive material and 3 to 15 parts by weight of the binder with respect to 100 parts by weight of the lithium-transition metal oxide;

(b) 상기 리튬-전이금속 산화물에 대하여 ZrO2, Al2O3, SiO2, ZnO, TiO2 및 SnO2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 화합물 2 내지 4 중량%를 첨가하여 슬러리를 제조하는 단계; 및(b) preparing a slurry by adding 2 to 4 wt% of any one compound selected from the group consisting of ZrO 2 , Al 2 O 3 , SiO 2 , ZnO, TiO 2, and SnO 2 with respect to the lithium-transition metal oxide; step; And

(c) 집전체 상에 상기 슬러리를 코팅하고 건조 및 압연하는 단계(c) coating, drying and rolling the slurry on a current collector

를 포함하는 리튬 이차전지용 캐소드의 제조방법을 제공한다.It provides a method of manufacturing a cathode for a lithium secondary battery comprising a.

본 발명의 바람직한 일 구현예에 따르면, 상기 리튬-전이금속 산화물은 LiCoO2, LiMnO2, LixMn2O4(x≤1) 또는 LixMyMn2 - yO4(M=Ti, Fe, Ni, Co, Zn, Al 또는 Mg)일 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the lithium-transition metal oxide is LiCoO 2 , LiMnO 2 , Li x Mn 2 O 4 (x≤1) or Li x M y Mn 2 - y O 4 (M = Ti, Fe, Ni, Co, Zn, Al or Mg).

본 발명의 바람직한 다른 구현예에 따르면, 상기 도전재는 흑연계, 카본 블랙계, 도전성 섬유류, 금속분말, 도전성 금속산화물 또는 도전성 고분자이다.According to another preferred embodiment of the present invention, the conductive material is graphite, carbon black, conductive fibers, metal powder, conductive metal oxide or conductive polymer.

본 발명의 바람직한 또 다른 구현예에 따르면, 상기 결합제는 폴리비닐리덴플루오라이드 (PVdF), 폴리헥사플루오로프로필렌-폴리비닐리덴플루오라이드의 공중합체 (PVdF/HFP), 폴리(비닐아세테이트), 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐피롤리돈, 알킬화 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐에테르, 폴리(메틸메타크릴레이트), 폴리(에틸아크릴레이트), 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE), 폴리비닐클로라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐피리딘, 스티렌-부타디엔 고무, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무, 에틸렌프로필렌디엔모노머 (EPDM) 또는 이들의 혼합물이다.According to another preferred embodiment of the invention, the binder is polyvinylidene fluoride (PVdF), a copolymer of polyhexafluoropropylene-polyvinylidene fluoride (PVdF / HFP), poly (vinylacetate), poly Vinyl alcohol, polyethylene oxide, polyvinylpyrrolidone, alkylated polyethylene oxide, polyvinyl ether, poly (methyl methacrylate), poly (ethyl acrylate), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinyl chloride, polyacrylic Ronitrile, polyvinylpyridine, styrene-butadiene rubber, acrylonitrile-butadiene rubber, ethylene propylene diene monomer (EPDM) or mixtures thereof.

본 발명의 바람직한 또 다른 구현예에 따르면, 상기 집전체는 스테인레스강, 니켈, 알루미늄, 티탄 또는 이들의 합금이거나, 또는 알루미늄 또는 스테인레스 강의 표면에 카본, 니켈, 티탄 또는 은을 표면처리한 것이다.According to another preferred embodiment of the present invention, the current collector is stainless steel, nickel, aluminum, titanium or alloys thereof, or the surface of the aluminum or stainless steel surface treated with carbon, nickel, titanium or silver.

또한, 본 발명은 상기 두 번째 기술적 과제를 달성하기 위하여, 상기 제조방법에 따라 제조된 리튬 이차전지용 캐소드를 제공한다.In addition, the present invention provides a cathode for a lithium secondary battery manufactured according to the manufacturing method in order to achieve the second technical problem.

또한, 본 발명은 상기 세 번째 기술적 과제를 달성하기 위하여, In addition, the present invention to achieve the third technical problem,

애노드; 캐소드; 상기 애노드 및 캐소드의 사이에 게재된 세퍼레이터; 및 전해액을 포함하는 리튬 이차전지에 있어서, 상기 캐소드가 상기 리튬 이차전지용 캐소드인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지를 제공한다.Anode; Cathode; A separator disposed between the anode and the cathode; And in a lithium secondary battery comprising an electrolyte, the cathode provides a lithium secondary battery, characterized in that the cathode for the lithium secondary battery.

이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명에 따른 리튬 이차전지용 캐소드의 제조방법은 종래기술과 달리 캐소드 활물질 입자의 표면을 금속 산화물에 의해 코팅하는 것이 아니라 캐소드 활물질과 금속 산화물을 균일하게 혼합하여 슬러리를 제조하는 것이므로 제조가 용이하며, 상기 금속산화물 코팅막에 의한 초기용량의 감소 등의 문제점이 없다.Unlike the prior art, the method of manufacturing a cathode for a lithium secondary battery according to the present invention is not easy to coat the surface of the cathode active material particles with a metal oxide, but to easily prepare a slurry by uniformly mixing the cathode active material and the metal oxide. There is no problem such as a decrease in initial capacity due to the metal oxide coating film.

즉, 전해액 중의 HF 등과 같은 산성 화합물에 의해서 캐소드 활물질이 용리되는 현상을 방지하기 위한 방법으로는, 전극 표면을 개질하여 보호층을 형성하는 방법 또는 전해액 중의 HF를 수거 (scavenge)하는 방법을 고려해 볼 수 있으며, 종래기술에 있어서, 전자의 방법을 수행하기 위한 방안으로는 캐소드 활물질 입자에 열처리 등의 방법에 의해서 금속산화물을 코팅하는 방법이 제시된 바 있고, 후자의 방법을 수행하기 위한 방안으로는 전해액 중에 금속산화물을 용해시키는 방법이 제시된 바 있다.That is, as a method for preventing the cathode active material from eluting by an acidic compound such as HF in the electrolyte, a method of modifying the surface of the electrode to form a protective layer or a method of scavenging HF in the electrolyte may be considered. In the prior art, a method for coating the metal oxide by a method such as heat treatment on the cathode active material particles has been proposed as a method for performing the former method, and the method for performing the latter method is an electrolyte solution A method of dissolving a metal oxide has been suggested.

그러나, 열처리 방법에 의해서 금속산화물을 코팅하는 경우, 금속산화물 입자의 비표면적이 감소하여 전해액 중의 HF에 대한 금속산화물의 활성이 낮아지게 되며, 전해액 중에 금속산화물을 용해시키는 방법도 HF에 의한 캐소드 활물질의 용리 현상을 효과적으로 방지할 수 없다는 문제점이 있다. 특히, 열처리 방법에 의한 금속산화물의 코팅은 별도의 공정 및 비용이 요구될 뿐만 아니라, 생성된 코팅층이 리튬 이온의 탈리 및 삽입을 방해함으로써 초기 용량을 감소시킨다는 문제점도 있다.However, in the case of coating the metal oxide by the heat treatment method, the specific surface area of the metal oxide particles is reduced, thereby lowering the activity of the metal oxide with respect to HF in the electrolyte, and the method of dissolving the metal oxide in the electrolyte is also the cathode active material by HF. There is a problem that can not effectively prevent the eluting phenomenon. In particular, the coating of the metal oxide by the heat treatment method requires a separate process and cost, as well as a problem that the resulting coating layer reduces the initial capacity by preventing the removal and insertion of lithium ions.

따라서, 본 발명에서는 캐소드 활물질과 금속산화물을 균일하게 혼합하여 슬러리 형태로 제조하였으며, 이 경우 별도의 제조공정이나 제조비용이 소모됨 없이도 캐소드 활물질의 용리 현상을 효과적으로 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 금속산화물 입자들의 비표면적이 증가하여 전해액 중의 HF 수거에도 매우 효과적이라는 사실을 발견하였다.Therefore, in the present invention, the cathode active material and the metal oxide are uniformly mixed to prepare a slurry. In this case, the elution phenomenon of the cathode active material can be effectively prevented as well as the metal oxide can be effectively prevented without a separate manufacturing process or manufacturing cost. It has been found that the specific surface area of the particles is increased, which is very effective for the collection of HF in the electrolyte.

본 발명에서 사용되는 리튬-전이금속 산화물은 당업계에서 통상적으로 사용되는 것인 한 특별히 제한되지 아니하며, 예를 들어, LiCoO2, LiMnO2, LixMn2O4 (x≤1) 또는 LixMyMn2 - yO4 (M=Ti, Fe, Ni, Co, Zn, Al 또는 Mg)를 사용할 수 있다.Lithium-transition metal oxide used in the present invention is not particularly limited as long as it is commonly used in the art, for example, LiCoO 2 , LiMnO 2 , Li x Mn 2 O 4 (x≤1) or Li x M y Mn 2 - a y O 4 (M = Ti, Fe, Ni, Co, Zn, Al , or Mg) may be used.

또한, 본 발명에 사용되는 도전재 역시 당업계에서 통상적으로 사용되는 것인 한 특별히 제한되지 아니하며, 인조 흑연 또는 천연 흑연 등의 흑연계, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 덴카 블랙, 써멀 블랙 또는 채널 블랙 등의 카본 블랙계, 탄소 섬유 또는 금속 섬유 등의 도전성 섬유류, 알루미늄, 주석, 비스무트, 실리콘, 안티몬, 니켈, 구리, 티타늄, 바나듐, 크롬, 망간, 철, 코발트, 아연, 몰리브덴, 텅스텐, 은, 금, 란타늄, 루테늄, 백금, 이리듐 또는 이들의 합금 등의 금속분말, 산화티탄 등의 도전성 금속산화물, 또는 폴리아닐린, 폴리티오펜, 폴리아세틸렌 또는 폴리피롤 등의 도전성 고분자가 사용될 수 있다.In addition, the conductive material used in the present invention is not particularly limited as long as it is commonly used in the art, such as artificial graphite or natural graphite, acetylene black, Ketjen black, denka black, thermal black or channel black, etc. Conductive fibers such as carbon black, carbon fiber or metal fiber, aluminum, tin, bismuth, silicon, antimony, nickel, copper, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, zinc, molybdenum, tungsten, silver, gold Metal powders such as lanthanum, ruthenium, platinum, iridium or alloys thereof, conductive metal oxides such as titanium oxide, or conductive polymers such as polyaniline, polythiophene, polyacetylene or polypyrrole.

상기 도전재의 함량은 상기 리튬-전이금속 산화물에 대하여 5 내지 20 중량부인 것이 바람직한데, 도전재의 함량이 5 중량부 미만인 경우에는 전지의 전기화학적 특성이 저하되고, 20 중량부를 초과하는 경우에는 중량 당 에너지 밀도가 저하되는 문제점이 있어서 바람직하지 않다.The content of the conductive material is preferably 5 to 20 parts by weight based on the lithium-transition metal oxide. When the content of the conductive material is less than 5 parts by weight, the electrochemical properties of the battery are lowered, and when the content of the conductive material exceeds 20 parts by weight, It is not preferable because there is a problem of lowering the energy density.

또한, 본 발명에서 사용되는 결합제는 활물질의 페이스트화, 활물질의 상호 접착, 집전체와의 접착, 활물질 팽창 및 수축에 대한 완충효과 등의 역할을 하게 되며, 예를 들어 폴리비닐리덴플루오라이드 (PVdF), 폴리헥사플루오로프로필렌-폴리비닐리덴플루오라이드의 공중합체 (PVdF/HFP), 폴리(비닐아세테이트), 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐피롤리돈, 알킬화 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐에테르, 폴리(메틸메타크릴레이트), 폴리(에틸아크릴레이트), 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE), 폴리비닐클로라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐피리딘, 스티렌-부타디엔 고무, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무, 에틸렌프로필렌디엔모노머 (EPDM) 또는 이들의 혼합물을 들 수 있으나, 반드시 이들에 한정되는 것은 아니다.In addition, the binder used in the present invention serves to paste the active material, the mutual adhesion of the active material, the adhesion with the current collector, the buffer effect on the expansion and contraction of the active material, for example, polyvinylidene fluoride (PVdF ), Copolymers of polyhexafluoropropylene-polyvinylidene fluoride (PVdF / HFP), poly (vinylacetate), polyvinyl alcohol, polyethylene oxide, polyvinylpyrrolidone, alkylated polyethylene oxide, polyvinyl ether, poly (Methyl methacrylate), poly (ethyl acrylate), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylchloride, polyacrylonitrile, polyvinylpyridine, styrene-butadiene rubber, acrylonitrile-butadiene rubber, ethylene propylene Diene monomer (EPDM) or mixtures thereof, but is not necessarily limited thereto.

상기 결합제의 함량은 상기 리튬-전이금속 산화물에 대하여 3 내지 15 중량부인 것이 바람직한데, 결합제의 함량이 3 중량부 미만인 경우에는 전극 활물질과 집전체와의 접착력이 불충분하다는 문제점이 있고, 15 중량부를 초과하는 경우에는 접착력은 양호하지만 그만큼 전극 활물질의 함량이 감소하여 전지 용량이 낮아진다는 문제점이 있어서 바람직하지 않다.The content of the binder is preferably 3 to 15 parts by weight with respect to the lithium-transition metal oxide. When the content of the binder is less than 3 parts by weight, there is a problem in that the adhesion between the electrode active material and the current collector is insufficient, and 15 parts by weight. If it exceeds, the adhesion is good, but there is a problem that the battery capacity is lowered because the content of the electrode active material is reduced by that amount is not preferable.

한편, 본 발명에 사용되는 캐소드 제조용 슬러리에는 상기 리튬-전이금속 산화물에 대하여, Al2O3, SiO2, ZnO, TiO2,및 SnO2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 화합물 2 내지 4 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는데, 상기 함유량이 2 중량% 미만인 때에는 첨가 효과가 거의 없고, 4 중량%를 초과하는 때에는 상기 리튬-전이금속 산화물의 용량에 악영향을 미칠 염려가 있기 때문에 바람직하지 않다.On the other hand, the cathode for producing a slurry used in the present invention 2 to 4% by weight of any one compound selected from the group consisting of Al 2 O 3 , SiO 2 , ZnO, TiO 2 , and SnO 2 with respect to the lithium-transition metal oxide It is characterized in that it comprises, but when the content is less than 2% by weight has little effect of the addition, when it exceeds 4% by weight is not preferable because it may adversely affect the capacity of the lithium-transition metal oxide.

이어서, 상기 제조된 슬러리를 캐소드 집전체 상에 코팅, 건조 및 압연함으로써 본 발명에 따른 리튬 이차전지용 캐소드를 제조할 수 있게 된다.Subsequently, the cathode for a lithium secondary battery according to the present invention may be manufactured by coating, drying, and rolling the prepared slurry on a cathode current collector.

상기 캐소드 집전체로는, 스테인레스강, 니켈, 알루미늄, 티탄 또는 이들의 합금, 알루미늄 또는 스테인레스 강의 표면에 카본, 니켈, 티탄 또는 은을 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다.As the cathode current collector, a surface treatment of carbon, nickel, titanium or silver on the surface of stainless steel, nickel, aluminum, titanium or alloys thereof, aluminum or stainless steel may be used.

본 발명은 또한 상기 방법에 의해서 제조된 리튬 이차전지용 캐소드를 제공한다. 본 발명에 따른 리튬 이차전지용 캐소드는 종래의 열처리 코팅 등의 방법에 의해서 금속산화물을 코팅시키는 경우 발생될 수 있는 금속산화물 입자의 뭉침 또는 응집 현상이 발생되지 않고, 따라서 종래의 캐소드에 비해서 더욱 큰 비표면적을 갖는다. 더불어, 본 발명에 따른 리튬 이차전지용 캐소드는 초기용량의 감소가 적을 뿐만 아니라, 우수한 충방전 특성 및 사이클링 안정성을 갖는다. The present invention also provides a cathode for a lithium secondary battery produced by the above method. The cathode for a lithium secondary battery according to the present invention does not generate agglomeration or agglomeration of metal oxide particles, which may be generated when the metal oxide is coated by a conventional heat treatment coating method, and thus, a larger ratio than the conventional cathode. Has a surface area. In addition, the cathode for a lithium secondary battery according to the present invention not only decreases the initial capacity, but also has excellent charge and discharge characteristics and cycling stability.

또한, 본 발명은 애노드; 캐소드; 상기 애노드 및 캐소드의 사이에 게재된 세퍼레이터; 및 전해액을 포함하는 리튬 이차전지에 있어서, 상기 캐소드가 상기 리튬 이차전지용 캐소드인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지를 제공한다.In addition, the present invention is an anode; Cathode; A separator disposed between the anode and the cathode; And in a lithium secondary battery comprising an electrolyte, the cathode provides a lithium secondary battery, characterized in that the cathode for the lithium secondary battery.

본 발명에 따른 리튬 이차전지에 있어서, 상기 애노드는 애노드 집전체 상에 애노드 활물질층을 형성함으로써 제작될 수 있으며, 애노드 활물질로는 이에 제한되는 것은 아니지만, 결정질 탄소, 비정질 탄소, 탄소 복합체 또는 탄소 섬유 등의 탄소 재료, 리튬 금속 또는 리튬 합금 등이 사용될 수 있으며, 상기 리튬 합금으로는 리튬과, 알루미늄, 아연, 비스무스, 카드뮴, 안티몬, 실리콘, 납, 주석, 갈륨 또는 인듐 등과 같은 금속과의 합금이 사용될 수 있다.In the lithium secondary battery according to the present invention, the anode may be manufactured by forming an anode active material layer on an anode current collector, and the anode active material is not limited thereto, but may be crystalline carbon, amorphous carbon, carbon composite or carbon fiber. Carbon materials, such as lithium metal or lithium alloys, may be used. The lithium alloy may include an alloy of lithium with metals such as aluminum, aluminum, zinc, bismuth, cadmium, antimony, silicon, lead, tin, gallium, or indium. Can be used.

또한, 상기 애노드 집전체로는 스테인레스강, 니켈, 구리, 티탄 또는 이들의 합금, 구리 또는 스테인레스 강의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등을 표면처리한 것을 사용할 수 있으며, 상기 캐소드 집전체 및 애노드 집전체의 형태는 공히 호일, 필름, 시트, 펀칭된 것, 다공질체 또는 발포체 등의 형태일 수 있다.In addition, as the anode current collector, a surface treated with carbon, nickel, titanium, silver, or the like on the surface of stainless steel, nickel, copper, titanium or alloys thereof, copper or stainless steel may be used, and the cathode current collector and the anode The shape of the current collector may be in the form of a foil, film, sheet, punched, porous body or foam.

상기 세퍼레이터는 캐소드 및 애노드 사이의 단락을 방지하고, 리튬 이온의 이동 통로를 제공하는 역할을 하며, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등의 폴리올레핀계 고분자막 또는 이들의 다중막, 미세다공성 필름, 직포 및 부직포 등과 같은 것들을 사용할 수 있다.The separator serves to prevent a short circuit between the cathode and the anode, and to provide a passage for the movement of lithium ions. Can be used.

상기 전해액은 카보네이트, 에스테르, 에테르 또는 케톤을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있으며, 상기 카보네이트로는 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 디프로필 카보네이트, 메틸프로필 카보네이트, 에틸프로필 카보네이트, 메틸에틸 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트 등이 사용될 수 있으며, 상기 에스테르로는 γ-부티로락톤, n-메틸 아세테이트, n-에틸 아세테이트, n-프로필 아세테이트 등이 사용될 수 있고, 상기 에테르로는 디부틸 에테르 등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The electrolyte may be used alone or in combination of carbonate, ester, ether or ketone, the carbonate is dimethyl carbonate, diethyl carbonate, dipropyl carbonate, methylpropyl carbonate, ethylpropyl carbonate, methylethyl carbonate, ethylene carbonate, propylene Carbonate, butylene carbonate, and the like may be used. Examples of the ester may include γ-butyrolactone, n-methyl acetate, n-ethyl acetate, n-propyl acetate, and the like. It may be used, but is not limited thereto.

도 8에는 본 발명의 일 구현예에 따른 리튬 이차전지에 대한 개략적인 단면도를 도시하였다.8 is a schematic cross-sectional view of a rechargeable lithium battery according to one embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 리튬 이차전지는 상술한 바에 따른 방법에 의해서 제조된 캐소드 (13), 애노드 (15) 및 세퍼레이터 (14)로 구성되는 전극 조립체 (12)를 전해액과 함께 캔 (10)에 수납하고, 상기 캔 (10)의 상단부를 캔 조립체 (20)로 밀봉함으로써 제조될 수 있다. 상기 캔 조립체 (20)는 캡플레이트 (40), 절연 플레이트 (50), 터미널 플레이트 (60) 및 전극 단자 (30)를 포함하여 구성되며, 절연 케이스 (70)와 결합되어 캔 (10)을 밀봉하게 된다.Referring to FIG. 8, a lithium secondary battery according to the present invention can contain an electrode assembly 12 composed of a cathode 13, an anode 15, and a separator 14 prepared by the method according to the above, together with an electrolyte. And can be manufactured by sealing the upper end of the can 10 with the can assembly 20. The can assembly 20 includes a cap plate 40, an insulating plate 50, a terminal plate 60, and an electrode terminal 30, and is combined with an insulating case 70 to seal the can 10. Done.

상기 캡플레이트 (40)의 중앙에 형성된 단자통공 (41)에는 전극단자 (30)가 삽입된다. 상기 전극단자 (30)가 단자통공 (41)에 삽입될 때에는 전극단자 (30)와 캡플레이트 (40)의 절연을 위하여 전극단자 (30)의 외면에 튜브형 캐스킷 (46)이 결합되어 함께 삽입된다. 상기 캔조립체 (20)가 상기 캔 (10)의 상단부에 조립된 후, 전해액 주입공 (42)을 통하여 전해액이 주입되고, 상기 전해액 주입공 (42)은 마개 (43)에 의하여 밀폐된다. 상기 전극단자 (30)는 상기 음극 (15)의 음극탭 (17) 또는 양극탭 (16)에 연결되어 음극단자 또는 양극단자로 작용하게 된다.The electrode terminal 30 is inserted into the terminal through-hole 41 formed in the center of the cap plate 40. When the electrode terminal 30 is inserted into the terminal through-hole 41, the tubular gasket 46 is coupled to the outer surface of the electrode terminal 30 and inserted together to insulate the electrode terminal 30 and the cap plate 40. do. After the can assembly 20 is assembled to the upper end of the can 10, the electrolyte is injected through the electrolyte injection hole 42, and the electrolyte injection hole 42 is closed by a stopper 43. The electrode terminal 30 is connected to the negative electrode tab 17 or the positive electrode tab 16 of the negative electrode 15 to act as a negative electrode terminal or a positive electrode terminal.

이상, 본 발명에 따른 리튬 이차전지로서 각형 타입의 리튬 이차전지를 예로 들어 설명하였지만, 본 발명에 따른 리튬 이차전지가 이에 한정되는 것은 아니며, 원통형 또는 파우치형 등과 같은 다양한 변형예가 가능하다.As described above, the lithium secondary battery of the present invention has been described as an example of a rectangular type secondary battery, but the lithium secondary battery according to the present invention is not limited thereto, and various modifications such as a cylindrical shape or a pouch type are possible.

이하 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명이 이에 의해 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to preferred examples, but the present invention is not limited thereto.

실시예 1. 본 발명에 따른 리튬 이차전지의 제조Example 1 Manufacture of Lithium Secondary Battery According to the Present Invention

캐소드 활물질인 LiMn2O4는 졸-겔 방법에 의해서 합성하였다. 즉, 0.1 M의 (CH3COO)Li·H2O 및 0.2 M의 Mn(CH3COO)2·4H2O를 증류수에 용해시키고, 반응 키네틱을 조절하기 위해서 상기 용액 중에 아크릴산을 첨가하였다. 남아있는 물 및 아크릴산을 80℃에서 회전증발기를 사용하여 제거하고, 산물을 600℃에서 12시간 동안 가열하였다. 이어서, 결과물을 산소 흐름 하의 800℃에서 24시간 동안 소성하였다.LiMn 2 O 4 , a cathode active material, was synthesized by the sol-gel method. That is, 0.1 M of (CH 3 COO) Li.H 2 O and 0.2 M of Mn (CH 3 COO) 2 .4H 2 O were dissolved in distilled water and acrylic acid was added to the solution to control the reaction kinetics. Remaining water and acrylic acid were removed using a rotary evaporator at 80 ° C. and the product was heated at 600 ° C. for 12 hours. The result was then calcined at 800 ° C. for 24 hours under oxygen flow.

상기 제조된 LiMn2O4 85 중량부, 도전재로서 카본블랙 10 중량부 및 결합제로서 폴리비닐리덴디플루오라이드 5 중량부 (1-메틸-2-피롤리논 중의 5 중량%)의 혼합물에, 점도를 낮추기 위해서 아세톤을 첨가한 다음 5000 rpm에서 균일하게 혼합하였다. 이어서, ZrO2 (지르코늄(Ⅳ) 산화물, 나노분말, Aldrich)를 상기 LiMn2O4 대비 2 중량%의 함량으로 첨가하여 캐소드 제조용 슬러리를 제조하였다.In a mixture of 85 parts by weight of the prepared LiMn 2 O 4 , 10 parts by weight of carbon black as a conductive material and 5 parts by weight of polyvinylidene difluoride as a binder (5% by weight in 1-methyl-2-pyrrolidone), Acetone was added to lower the viscosity and then mixed uniformly at 5000 rpm. Subsequently, ZrO 2 (zirconium (IV) oxide, nanopowder, Aldrich) was added in an amount of 2% by weight relative to LiMn 2 O 4 to prepare a slurry for preparing a cathode.

다음으로, 알루미늄 포일로 된 전류 집전체에 상기 슬러리를 도포한 후 건조하여 캐소드를 제조하였다. 캐소드 성형은 110℃에서 열간 압연을 수행하고, 80℃의 진공오븐 중에서 24시간 동안 건조시킴으로써 수행하였다.Next, the slurry was applied to a current collector made of aluminum foil, followed by drying to prepare a cathode. Cathode molding was performed by hot rolling at 110 ° C. and drying in a vacuum oven at 80 ° C. for 24 hours.

애노드로서 리튬금속을 사용하고, 상기 캐소드 및 애노드의 사이에 폴리프로필렌 세퍼레이터를 게재한 후, 에틸렌카보네이트 (ethylene carbonate)/디메틸카보 네이트 (dimethyl carbonate)/LiPF6 (Merck Battery Grade, EC/DMC = 1/1, 1M LiPF6) 유기전해액을 사용하여 단위전지를 제조하였다.Lithium metal was used as an anode, and a polypropylene separator was placed between the cathode and the anode, and then ethylene carbonate / dimethyl carbonate / LiPF 6 (Merck Battery Grade, EC / DMC = 1). / 1, 1M LiPF 6 ) The unit cell was prepared using an organic electrolyte.

비교예 1. 종래기술에 따른 리튬 이차전지의 제조 (ZrO2 미포함)Comparative Example 1. Fabrication of Lithium Secondary Battery According to the Prior Art (without ZrO 2 )

캐소드 제조용 슬러리에 ZrO2를 첨가하지 않은 점을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 단위전지를 제조하였다.A unit cell was manufactured in the same manner as in Example 1, except that ZrO 2 was not added to the cathode preparation slurry.

비교예 2. 종래기술에 따른 리튬 이차전지의 제조 (ZrO2이 열처리 코팅)Comparative Example 2. Fabrication of Lithium Secondary Battery According to the Prior Art (ZrO 2 is Heat-treated Coating)

캐소드 활물질인 LiMn2O4의 제조에 있어서, 상기 800℃에서 24시간 동안 소성 단계 이후에, ZrO2 (지르코늄(Ⅳ) 산화물, 나노분말, Aldrich)를 상기 LiMn2O4 대비 2 중량%의 함량으로 첨가한 다음, 800℃에서 6시간 동안 가열하고, 이어서 800℃에서 18시간 동안 소성하였다.In the preparation of the cathode active material LiMn 2 O 4 , after the firing step for 24 hours at 800 ℃, ZrO 2 (zirconium (IV) oxide, nano powder, Aldrich) of 2% by weight of the LiMn 2 O 4 content Then heated at 800 ° C. for 6 hours and then calcined at 800 ° C. for 18 hours.

이어서, 캐소드 활물질로서 상기와 같이 ZrO2이 열처리 코팅된 LiMn2O4를 사용하였으며, 또한 캐소드 제조용 슬러리에 ZrO2를 첨가하지 않은 점을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 단위전지를 제조하였다.Subsequently, LiMn 2 O 4 coated with ZrO 2 as a cathode active material was heat-treated as described above, and the unit cell was prepared in the same manner as in Example 1 except that ZrO 2 was not added to the cathode preparation slurry. Prepared.

비교예 3. 종래기술에 따른 리튬 이차전지의 제조 (전해액 중에 ZrO2 포함)Comparative Example 3. Preparation of Lithium Secondary Battery According to the Prior Art (Including ZrO 2 in Electrolyte)

전해액 중에 ZrO2 (지르코늄(Ⅳ) 산화물, 나노분말, Aldrich)를 상기 LiMn2O4 대비 2 중량%의 함량으로 첨가하였다는 점을 제외하고는, 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 단위전지를 제조하였다.A unit cell was manufactured in the same manner as in Comparative Example 1, except that ZrO 2 (zirconium (IV) oxide, nanopowder, and Aldrich) was added in an amount of 2% by weight relative to LiMn 2 O 4 in the electrolyte. It was.

평가예Evaluation example

평가예 1. X선 회절패턴의 분석Evaluation Example 1. Analysis of X-ray Diffraction Patterns

LiMn2O4 및 ZrO2이 열처리 코팅된 LiMn2O4의 X선 회절패턴을 분석하였으며, 그 결과를 하기 도 1에 도시하였다. X선 회절패턴의 분석은 10-85°(2θ)의 스캔 범위 및 CuKα 조건의 D/MAX-ⅡA에 의해서 수행하였으며, ZrO2 상으로부터의 회절 각도 (2θ)는 별표로 표시하였다.The X-ray diffraction pattern of LiMn 2 O 4 and ZrO 2 heat-coated LiMn 2 O 4 was analyzed, and the results are shown in FIG. 1. Analysis of the X-ray diffraction pattern was performed by a scan range of 10-85 ° (2θ) and D / MAX-IIA under CuKα condition, and the diffraction angle (2θ) from the ZrO 2 phase was indicated by an asterisk.

도 1을 참조하면, 두 가지 종류의 LiMn2O4 모두가 2차 상 (secondary phase)에 해당되는 피크들을 나타내지 않으므로 잘 결정화되었다는 사실을 알 수 있다. 한편, ZrO2이 열처리 코팅된 LiMn2O4는 작은 ZrO2 피크를 가지며, 피크분석으로부터 ZrO2이 LiMn2O4와 반응하지 않았다는 사실을 알 수 있다.Referring to FIG. 1, it can be seen that both kinds of LiMn 2 O 4 are well crystallized because they do not show peaks corresponding to the secondary phase. On the other hand, the heat treatment the coated ZrO 2 LiMn 2 O 4 has a small peak ZrO 2, a ZrO 2 from the peak analysis shows that did not react with LiMn 2 O 4.

평가예 2. 전자현미경 분석Evaluation Example 2 Electron Microscope Analysis

비교예 1의 순수 LiMn2O4, 비교예 2의 ZrO2이 열처리 코팅된 LiMn2O4 및 실시예 1의 ZrO2이 첨가된 캐소드 제조용 슬러리를 주사전자현미경 (SEM) (Hitachi, S-4300)을 사용하여 관찰하였으며, 그 결과를 하기 도 2a 내지 2c에 도시하였다.Comparative Example 1 pure LiMn 2 O 4, Comparative Example 2 in the ZrO 2 the LiMn 2 O 4 and Example 1 of ZrO 2 is the addition of a cathode for producing a slurry SEM coating heat treatment (SEM) (Hitachi, S- 4300 ), And the results are shown in FIGS. 2A to 2C.

도 2a 내지 2c를 참조하면, 비교예 1의 경우 입자 분포가 100nm 내지 0.5㎛라는 사실을 알 수 있다. 한편, 비교예 2 (도 2b) 및 실시예 1 (도 2c)을 비교하여 보면, 비교예 2의 경우, ZrO2 입자들이 열처리에 의해서 뭉쳐서 감소된 비표면적을 갖는다는 사실을 알 수 있다.2A to 2C, it can be seen that the particle distribution of Comparative Example 1 is 100 nm to 0.5 μm. On the other hand, comparing Comparative Example 2 (FIG. 2B) and Example 1 (FIG. 2C), it can be seen that in Comparative Example 2, ZrO 2 particles are agglomerated by heat treatment to have a reduced specific surface area.

한편, 비교예 1의 순수 LiMn2O4 및 비교예 2의 ZrO2이 열처리 코팅된 LiMn2O4를 투과전자현미경 (TEM) (JEOL, JEM4010)을 사용하여 관찰하였으며, 그 결과를 하기 도 3a 및 3b에 도시하였다.On the other hand, pure water of Comparative Example 1 LiMn 2 O 4 and Comparative Example 2 of ZrO 2, the heat treatment the coated LiMn 2 O 4 was observed using a transmission electron microscope (TEM) (JEOL, JEM4010) , also to the result 3a And 3b.

도 3a 및 3b를 참조하면, 비교예 2의 경우, ZrO2 입자들이 뭉쳐서 LiMn2O4에 부착되어 있는 것을 알 수 있으며, 이로부터 HF에 대한 ZrO2의 반응성은 ZrO2가 슬러리로 존재하는 경우보다 그 비표면적이 작아지기 때문에 좋지 않을 것으로 예측된다.3A and 3B, in Comparative Example 2, it can be seen that in the case of Comparative Example 2, ZrO 2 particles are agglomerated and attached to LiMn 2 O 4 , whereby the ZrO 2 reactivity with HF is present as a slurry of ZrO 2 It is predicted that it is not good because its specific surface area becomes smaller.

평가예 3. 충방전 특성Evaluation Example 3 Charging / Discharging Characteristics

실시예 1 및 비교예 1 내지 3에 따른 전지들의 1 사이클, 2 사이클 및 50 사이클 경과시 충방전 특성을 관찰하였으며, 그 결과를 도 4a 내지 4d에 도시하였다.The charge and discharge characteristics of the batteries according to Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 after 1 cycle, 2 cycles and 50 cycles were observed, and the results are shown in FIGS. 4A to 4D.

도 4a 내지 4d를 참조하면, ZrO2가 첨가된 실시예 1 (4c) 및 비교예 3 (4d)에 따른 전지의 경우 초기 충전 곡선이 불안정하다는 사실을 알 수 있지만, 비교예 2 (4b)에 따른 전지의 경우에는 ZrO2가 첨가되었음에도 불구하고 초기 충전 곡선이 안정함을 알 수 있다. 이는 ZrO2가 슬러리나 전해액 중에 존재하는 전지의 경우, 리튬 이동이 어렵기 때문인 것으로 판단된다. 그러나, 일단 리튬 이동 경로가 확립된 이후의 나머지 사이클들에서는 이러한 충전 곡선의 불안정이 관찰되지 않았다.4A to 4D, it can be seen that the initial charging curve is unstable for the battery according to Example 1 (4c) and Comparative Example 3 (4d) to which ZrO 2 is added, but it is shown in Comparative Example 2 (4b). In the case of the battery according to the present invention, although the initial charging curve is stable even though ZrO 2 is added. This is considered to be because lithium migration is difficult in the case of a battery in which ZrO 2 is present in a slurry or an electrolyte solution. However, instability of this charge curve was not observed in the remaining cycles once the lithium migration path was established.

또한, 실시예 1 및 비교예 1 내지 3에 따른 전지들의 1 사이클, 2 사이클 및 30 사이클 경과시 고온 충방전 특성을 관찰하였으며, 그 결과를 도 5a 내지 5d에 도시하였다. 실시예 1 (5c) 및 비교예 2 (5b)를 비교하여 보면, ZrO2와 LiMn2O4의 접촉 및 ZrO2의 비표면적이 충방전 특성을 결정하는 중요한 인자들임을 알 수 있다.In addition, high temperature charge and discharge characteristics were observed after 1 cycle, 2 cycles, and 30 cycles of the batteries according to Example 1 and Comparative Examples 1 to 3, and the results are shown in FIGS. 5A to 5D. Comparing Example 1 (5c) and Comparative Example 2 (5b), it can be seen that the contact between ZrO 2 and LiMn 2 O 4 and the specific surface area of ZrO 2 are important factors for determining charge and discharge characteristics.

평가예 4. 사이클링 안정성Evaluation Example 4 Cycling Stability

실시예 1 및 비교예 1 내지 3에 따른 전지들의 상온 사이클링 안정성을 평가하였으며, 그 결과를 도 6에 도시하였다. 사이클링 안정성은 1/2C 속도 및 다른 2가지 챠지 컷트 (chrage cut)에서 측정하는 경우의 사이클링 횟수에 대한 함수로서 표시하였다.The room temperature cycling stability of the batteries according to Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 was evaluated, and the results are shown in FIG. 6. Cycling stability is expressed as a function of the number of cycling when measured at 1 / 2C speed and two other charge cuts.

도 6을 참조하면, 비교예 1에 따른 전지의 경우 50 사이클 경과 이후에 15%의 용량 감소가, 실시예 1에 따른 전지의 경우 8%의 용량 감소가 관찰됨을 알 수 있다. 또한, 일반적으로 ZrO2가 열처리 코팅된 LiMn2O4 캐소드를 구비한 전지의 경우 초기용량이 감소된다고 보고된 바 있지만 (Y. M. Lin, H. C. Wu, Y. C. Yen, Z. Z. Guo, and N. L. Wu, J. Electrochem. Soc., 152 (2005) A1526-A1532; Z. Zheng, Z. Tang, Z. Zhang, W. Shen, and Y. Lin, Solid State Ionics 148 (2002) 317-321), 실시예 1에서와 같이 ZrO2가 슬러리로서 첨가되는 경우에는 이러한 전지의 초기용량 감소 현상이 관찰되지 않았다. 이는 열처리된 ZrO2의 경우 표면적이 감소하고, HF 스캐빈저로서의 역할을 제대로 수행하지 못하기 때문인 것으로 판단된다.Referring to FIG. 6, it can be seen that a capacity decrease of 15% is observed after 50 cycles in the battery according to Comparative Example 1, and a capacity decrease of 8% is observed in the battery according to Example 1. In addition, in general, a battery having a LiMn 2 O 4 cathode coated with ZrO 2 has been reported to have a reduced initial capacity (YM Lin, HC Wu, YC Yen, ZZ Guo, and NL Wu, J. Electrochem). Soc., 152 (2005) A1526-A1532; Z. Zheng, Z. Tang, Z. Zhang, W. Shen, and Y. Lin, Solid State Ionics 148 (2002) 317-321), and in Example 1 Likewise, when ZrO 2 was added as a slurry, a decrease in initial capacity of such a battery was not observed. This may be because the surface area of the heat treated ZrO 2 is reduced, and it does not function properly as an HF scavenger.

한편, 실시예 1 및 비교예 1 내지 3에 따른 전지들의 고온 (55℃) 사이클링 안정성을 평가하였으며, 그 결과를 도 7에 도시하였다. 사이클링 안정성은 1/2C 속도 및 다른 2가지 챠지 컷트 (chrage cut)에서 측정하는 경우의 사이클링 횟수에 대한 함수로서 표시하였다.Meanwhile, the high temperature (55 ° C) cycling stability of the batteries according to Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 was evaluated, and the results are shown in FIG. 7. Cycling stability is expressed as a function of the number of cycling when measured at 1 / 2C speed and two other charge cuts.

도 7을 참조하면, 비교예 1에 따른 전지의 경우 30 사이클 경과 이후에 54%의 용량 감소가, 실시예 1에 따른 전지의 경우 24%의 용량 감소가 관찰됨을 알 수 있다.Referring to FIG. 7, it can be seen that a capacity decrease of 54% is observed after 30 cycles in the battery according to Comparative Example 1, and a 24% capacity decrease is observed in the battery according to Example 1.

본 발명에 따르면, 종래의 코팅방법을 단순화함으로써 제조시간을 단축하고 제조비용을 절감할 수 있는 리튬 이차전지용 캐소드의 제조방법을 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 방법에 의해서 제조된 리튬 이차전지용 캐소드를 포함하는 리튬 이차전지는 초기용량의 감소를 보이지 않을 뿐만 아니라, 전해액에 의한 캐소드 활물질의 용출 현상을 효과적으로 방지할 수 있어서 사이클링 안정성 및 구조적 안정성이 매우 우수하다.According to the present invention, not only can provide a method of manufacturing a cathode for a lithium secondary battery that can reduce the manufacturing time and reduce the manufacturing cost by simplifying the conventional coating method, the cathode for a lithium secondary battery produced by the above method The lithium secondary battery including not only shows a decrease in initial capacity, but also effectively prevents dissolution of the cathode active material by the electrolyte, and thus has excellent cycling stability and structural stability.

Claims (7)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 애노드;Anode; 리튬-전이금속 산화물 100 중량부에 대하여 도전재 5 내지 20 중량부 및 결합제 3 내지 15 중량부를 혼합하고, 상기 리튬-전이금속 산화물에 대하여 ZrO2, Al2O3, SiO2, ZnO, TiO2 및 SnO2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 화합물 2 내지 4 중량%를 첨가하여 슬러리를 제조한 후, 집전체 상에 상기 슬러리를 코팅하고 건조 및 압연함으로써 제조된 캐소드;5 to 20 parts by weight of the conductive material and 3 to 15 parts by weight of the binder are mixed with respect to 100 parts by weight of the lithium-transition metal oxide, and ZrO 2 , Al 2 O 3 , SiO 2 , ZnO, TiO 2 to the lithium-transition metal oxide. And a cathode prepared by adding 2 to 4 wt% of any one compound selected from the group consisting of SnO 2 to prepare a slurry, and then coating the slurry on a current collector, drying and rolling; 상기 애노드 및 캐소드의 사이에 게재된 세퍼레이터; 및A separator disposed between the anode and the cathode; And LiPF6를 함유하는 전해액을 포함하는 리튬 이차전지.A lithium secondary battery comprising an electrolyte containing LiPF 6 .
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