KR101216572B1 - Cathode active material and Preparation method, Lithium secondary battery and Preparation method - Google Patents

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Abstract

본 발명은 양극 활물질과 이를 포함하는 리튬 이차전지, 양극 활물질의 제조방법과 이를 포함하는 리튬 이차전지의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 LiMn2O4의 표면에 니켈과 망간을 함유한 리튬 산화물을 코팅함으로써, Mn 이온의 용출을 억제하여 용량을 저하시키지 않는 동시에 상온 및 고온에서의 사이클 특성을 향상시킬 수 있는 양극 활물질과 이를 포함하는 리튬 이차전지, 양극 활물질의 제조방법과 이를 포함하는 리튬 이차전지의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a positive electrode active material, a lithium secondary battery comprising the same, a method of manufacturing a positive electrode active material, and a method of manufacturing a lithium secondary battery including the same. More specifically, by coating lithium oxide containing nickel and manganese on the surface of LiMn 2 O 4 , a cathode active material capable of suppressing the elution of Mn ions and improving the cycle characteristics at room temperature and high temperature without reducing the capacity And it relates to a method of manufacturing a lithium secondary battery, a positive electrode active material comprising the same and a method of manufacturing a lithium secondary battery comprising the same.

이를 위해 본 발명은 리튬 이온의 흡장 및 방출이 가능하며, LiMn2O4의 표면에 니켈과 망간을 함유한 리튬 산화물이 코팅된 것을 특징으로 하는 양극 활물질을 제공한다.To this end, the present invention is capable of occluding and releasing lithium ions, and provides a cathode active material characterized by coating lithium oxide containing nickel and manganese on the surface of LiMn 2 O 4 .

양극 활물질, 리튬 이차전지, 망간, 에너지 용량, 수명 특성 Cathode active material, lithium secondary battery, manganese, energy capacity, lifetime characteristics

Description

양극 활물질과 이를 포함하는 리튬 이차전지, 양극 활물질의 제조방법과 이를 포함하는 리튬 이차전지의 제조방법{Cathode active material and Preparation method, Lithium secondary battery and Preparation method}A cathode active material, a lithium secondary battery comprising the same, a method of manufacturing a cathode active material and a method of manufacturing a lithium secondary battery including the same {Cathode active material and Preparation method, Lithium secondary battery and Preparation method}

본 발명은 양극 활물질과 이를 포함하는 리튬 이차전지, 양극 활물질의 제조방법과 이를 포함하는 리튬 이차전지의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 LiMn2O4의 표면에 니켈과 망간을 함유한 리튬 산화물을 코팅함으로써, Mn 이온의 용출을 억제하여 용량을 저하시키지 않는 동시에 상온 및 고온에서의 사이클 특성을 향상시킬 수 있는 양극 활물질과 이를 포함하는 리튬 이차전지, 양극 활물질의 제조방법과 이를 포함하는 리튬 이차전지의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a positive electrode active material, a lithium secondary battery comprising the same, a method of manufacturing a positive electrode active material, and a method of manufacturing a lithium secondary battery including the same. More specifically, by coating lithium oxide containing nickel and manganese on the surface of LiMn 2 O 4 , a cathode active material capable of suppressing the elution of Mn ions and improving the cycle characteristics at room temperature and high temperature without reducing the capacity And it relates to a method of manufacturing a lithium secondary battery, a positive electrode active material comprising the same and a method of manufacturing a lithium secondary battery comprising the same.

최근 수년간 캠코더, 셀룰러폰, 노트북 PC 등 휴대형 전자기기시장, 이른바 3C 마켓이 급속히 성장하면서 그 동력원인 리튬 이차전지 시장도 급신장하고 있다. 특히 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 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 장수명 을 갖는 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.In recent years, the market of portable electronic devices such as camcorders, cellular phones, notebook PCs, and so-called 3C markets has been rapidly growing, and the lithium secondary battery market, which is its power source, is also rapidly growing. In particular, the use of secondary batteries as a power source for electric vehicles (EVs) and hybrid electric vehicles (HEVs) has been realized. Accordingly, many researches have been conducted on secondary batteries capable of meeting various requirements, and particularly, there is a high demand for lithium secondary batteries having high energy density, high discharge voltage, and long lifespan.

리튬 이차전지는 형태에 따라 원통형과 각형으로 분류할 수 있다. 원통형 전지는 주로 노트북 컴퓨터나 캠코더에 쓰이고, 각형 전지는 주로 휴대전화에 쓰인다. 니카드와 니켈수소 전지는 완전히 방전시키지 않고 충전해 사용하면 용량이 줄어드는 메모리 효과(Memory Effect)가 나타날 수 있으나, 리튬 이차전지는 용량이 크며 메모리 효과가 없어, 용량이 남아있는 상태에서 그대로 재충전해 사용 가능하므로 편리하다. Lithium secondary batteries can be classified into cylindrical and square according to their shape. Cylindrical batteries are used mainly for notebook computers and camcorders, while square batteries are used for mobile phones. Ni-Cd and Ni-MH batteries may exhibit a memory effect that reduces their capacity when fully charged without being fully discharged.However, lithium secondary batteries have a large capacity and no memory effect, so they can be recharged as they remain. It is convenient because it is possible.

리튬 이차전지는 양극, 음극, 전해액, 분리막 등으로 구성되며, 양극에는 LiCoO2가, 음극에는 흑연을 비롯한 탄소가 주로 사용된다. 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며 폴리올레핀계 다공성 분리막이 주로 사용된다. 전해액은 LiPF6과 같이 리튬염을 가진 비수성 전해액이 사용된다. 이들 전극 물질은 이온 상태의 리튬(Li+)이 내부에 가역적으로 삽입됐다가 다시 빠져 나올 수 있는 구조를 가지고 있다. 즉, 리튬 이차전지에서 LiCoO2의 내부에 위치하는 리튬이 빠져 나와 전해질을 따라 이동해 탄소 내부로 들어가는 현상이 충전에 해당되며, 그 반대 방향으로의 이동은 방전에 해당된다. A lithium secondary battery is composed of a positive electrode, a negative electrode, an electrolyte, a separator, and the like. LiCoO 2 is used for the positive electrode, and carbon including graphite is mainly used for the negative electrode. The separator is interposed between the anode and the cathode, and a polyolefin-based porous separator is mainly used. As the electrolyte, a non-aqueous electrolyte having a lithium salt such as LiPF 6 is used. These electrode materials have a structure that allows lithium (Li + ) in an ionic state to be reversibly inserted inside and out. That is, in the lithium secondary battery, lithium located in the inside of LiCoO 2 exits and moves along the electrolyte into the carbon, which corresponds to the charging, and the movement in the opposite direction corresponds to the discharge.

최근 리튬 이차전지의 출력을 향상시키기 위한 다양한 시도들이 이루어지고 있다. 그 중, 특히 LiMn2O4는 고출력 리튬 이차전지용 양극재로 주목받고 있는 물질이다. 그러나, LiMn2O4는 고온에서 Mn 이온이 전해액 내로 용출되어 수명 특성이 떨 어지는 문제점이 있다. 이를 해결하기 위해 Al, Mg과 같은 이종 금속을 도핑하거나, Al2O3, ZnO와 같은 물질로 표면 코팅하는 연구가 이루어지고 있다. Recently, various attempts have been made to improve the output of lithium secondary batteries. Among them, in particular, LiMn 2 O 4 is a material attracting attention as a cathode material for high-output lithium secondary batteries. However, LiMn 2 O 4 has a problem that Mn ions are eluted into the electrolyte at a high temperature, thereby deteriorating the life characteristics. In order to solve this problem, doping of dissimilar metals such as Al and Mg, or a surface coating with a material such as Al 2 O 3 , ZnO has been made.

이종 금속을 도핑할 경우 전이금속인 Mn의 산화수를 높임으로써 가용 용량을 떨어뜨린다는 문제점이 있다. 또한, 표면 코팅의 경우 전기화학적으로 불활성이어서 용량이 없는 물질을 코팅함으로써 전체적인 용량을 떨어뜨린다는 문제점이 있다. 따라서, LiMn2O4의 표면에 전기화학적으로 활성을 지니고 있는 물질을 코팅하여, 용량을 저하시키지 않으면서도 고온 사이클 특성을 향상시킬 수 있는 방법에 대한 연구 필요성이 대두된다.When doping different metals, there is a problem that the available capacity is lowered by increasing the oxidation number of the transition metal Mn. In addition, in the case of the surface coating is electrochemically inert, there is a problem that the overall capacity is reduced by coating a material having no capacity. Therefore, there is a need for research on a method of coating an electrochemically active material on the surface of LiMn 2 O 4 to improve high temperature cycling characteristics without reducing the capacity.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 특히 Mn 이온의 용출을 억제하여 용량을 저하시키지 않는 동시에 상온 및 고온에서의 사이클 특성을 향상시킬 수 있는 양극 활물질과 이를 포함하는 리튬 이차전지, 양극 활물질의 제조방법과 이를 포함하는 리튬 이차전지의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, in particular, a positive electrode active material and a lithium secondary battery comprising the same to suppress the elution of Mn ions to improve the cycle characteristics at room temperature and high temperature while reducing the capacity It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a cathode active material and a method of manufacturing a lithium secondary battery including the same.

상기 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명에 따른 양극 활물질은 리튬 이온의 흡장 및 방출이 가능하며, LiMn2O4의 표면에 니켈과 망간을 함유한 리튬 산화물이 코팅된 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the cathode active material according to the present invention is capable of occluding and releasing lithium ions, and is characterized by coating lithium oxide containing nickel and manganese on the surface of LiMn 2 O 4 .

또한, 상기 리튬 산화물은 LiNixMn1-xO2 일 수 있다.In addition, the lithium oxide may be LiNi x Mn 1-x O 2 .

또한, 상기 리튬 산화물은 LiNi0.5Mn0.5O2 일 수 있다.In addition, the lithium oxide may be LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2 .

또한, 상기 리튬 산화물의 코팅량은 상기 LiMn2O4에 대하여 몰비 기준으로 0.5 ~ 20 %인 것이 바람직하다.In addition, the coating amount of the lithium oxide is preferably 0.5 to 20% on a molar ratio basis with respect to the LiMn 2 O 4 .

또한, 상기 리튬 산화물의 코팅량은 상기 LiMn2O4에 대하여 몰비 기준으로 1 ~ 5 % 인 것이 더욱 바람직하다.In addition, the coating amount of the lithium oxide is more preferably 1 to 5% on a molar ratio basis with respect to the LiMn 2 O 4 .

본 발명에 따른 리튬 이차전지는 양극 활물질을 포함하는 것을 특징으로 한 다.Lithium secondary battery according to the invention is characterized in that it comprises a positive electrode active material.

본 발명에 따른 양극 활물질의 제조방법은 (a) 니켈과 망간을 함유한 리튬 산화물의 졸(sol)을 제조하는 단계; 및 (b) LiMn2O4의 표면에 상기 리튬 산화물의 졸을 코팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Method for producing a positive electrode active material according to the present invention comprises the steps of (a) preparing a sol (sol) of lithium oxide containing nickel and manganese; And (b) coating the sol of the lithium oxide on the surface of LiMn 2 O 4 .

또한, 상기 (a)단계는 (a1) Mn(CH3COO)2 수용액과 Ni(CH3COO)2 수용액을 각각 제조하여 혼합하는 단계; (a2) 상기 (a1)단계의 혼합 용액에 CHCOO3Li 과 시트르산(citric acid)를 넣고 용해시키는 단계; 및 (a3) 상기 (a2)단계의 혼합 용액에 에틸렌글리콜(ethylene glycol)을 넣고 교반하여 상기 졸을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, the step (a) comprises the steps of (a1) preparing and mixing each of the aqueous solution of Mn (CH 3 COO) 2 and Ni (CH 3 COO) 2 ; (a2) adding and dissolving CHCOO 3 Li and citric acid to the mixed solution of step (a1); And (a3) adding ethylene glycol to the mixed solution of step (a2) to prepare the sol by stirring.

또한, 상기 리튬 산화물은 LiNixMn1-xO2 일 수 있다.In addition, the lithium oxide may be LiNi x Mn 1-x O 2 .

또한, 상기 리튬 산화물은 LiNi0.5Mn0.5O2 일 수 있다.In addition, the lithium oxide may be LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2 .

또한, 상기 (b)단계에서 상기 리튬 산화물의 코팅량은 상기 LiMn2O4에 대하여 몰비 기준으로 1 ~ 5 % 인 것이 바람직하다.In addition, the coating amount of the lithium oxide in the step (b) is preferably 1 to 5% on a molar ratio basis with respect to the LiMn 2 O 4 .

또한, 상기 (b)단계는 상기 리튬 산화물의 졸에 LiMn2O4를 넣고 교반하여 겔화(gelation)시킨 후 건조함으로써 수행될 수 있다.In addition, the step (b) may be performed by adding LiMn 2 O 4 to the sol of the lithium oxide, stirring and gelating, followed by drying.

또한, 상기 양극 활물질의 제조방법은 (c) 상기 리튬 산화물이 코팅된 LiMn2O4를 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, the method of manufacturing the cathode active material may further include (c) heat treating the lithium oxide coated LiMn 2 O 4 .

또한, 상기 (c)단계에서 열처리 온도는 600 ~ 900 도씨인 것이 바람직하다.In addition, the heat treatment temperature in the step (c) is preferably 600 ~ 900 degrees Celsius.

본 발명에 따른 리튬 이차전지의 제조방법은 양극 활물질을 제조하는 단계; 및 상기 양극 활물질을 양극 집전체에 도포하여 양극판을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Method of manufacturing a lithium secondary battery according to the present invention comprises the steps of preparing a positive electrode active material; And preparing a positive electrode plate by applying the positive electrode active material to a positive electrode current collector.

본 발명에 의하면 LiMn2O4의 표면에 니켈과 망간을 함유한 리튬 산화물을 코팅함으로써, Mn 이온의 용출을 억제하여 용량을 저하시키지 않는 동시에 상온 및 고온에서의 사이클 특성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, by coating a lithium oxide containing nickel and manganese on the surface of LiMn 2 O 4 , the effect of suppressing the elution of Mn ions to reduce the capacity and improving the cycle characteristics at room temperature and high temperature have.

본 발명에 따른 양극 활물질은 리튬 이온의 흡장(intercalation) 및 방출(deintercalation)이 가능하며, LiMn2O4의 표면에 니켈과 망간을 함유한 리튬 산화물을 코팅함으로써, Mn 이온의 용출을 억제하여 용량을 저하시키지 않는 동시에 상온 및 고온에서의 사이클 특성을 향상시키는 것을 특징으로 한다.The positive electrode active material according to the present invention is capable of intercalation and deintercalation of lithium ions, and by coating lithium oxide containing nickel and manganese on the surface of LiMn 2 O 4 to suppress the elution of Mn ions It is characterized by improving the cycle characteristics at normal temperature and high temperature, without lowering.

이때, 상기 리튬 산화물은 니켈과 망간을 함유하며, LiNixMn1-xO2 의 화학식을 가진다. 일례로, x = 0.5 일 수 있으며, 이 경우 상기 화학식은 LiNi0.5Mn0.5O2 가 된다.At this time, the lithium oxide contains nickel and manganese, and has a chemical formula of LiNi x Mn 1-x O 2 . For example, x = 0.5, in which case the formula is LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2 .

리튬 산화물의 코팅량은 LiMn2O4 에 대하여 몰비 기준으로 0.5 ~ 20 % 인 것이 바람직하다. 리튬 산화물의 몰비가 0.5% 미만이면, 고온에서 Mn 이온의 용출을 방지하여 수명 특성을 향상시키고 용량 저하를 방지하며 고온에서의 사이클 특성을 향상시키고자 하는 본 발명의 목적을 달성하기가 어렵다.The coating amount of lithium oxide is preferably 0.5 to 20% based on the molar ratio with respect to LiMn 2 O 4 . If the molar ratio of the lithium oxide is less than 0.5%, it is difficult to achieve the object of the present invention to prevent the elution of Mn ions at high temperature to improve the life characteristics, to prevent a decrease in capacity, and to improve the cycle characteristics at high temperatures.

반면, 리튬 산화물의 몰비가 20%를 초과하면 리튬 산화물이 LiMn2O4의 표먼에 코팅되지 않고 서로 분리가 일어나는 문제점이 있다. 보다 바람직하게는 리튬 산화물의 코팅량은 LiMn2O4 에 대하여 몰비 기준으로 1 ~ 5 % 이다.On the other hand, when the molar ratio of lithium oxide exceeds 20%, there is a problem that the lithium oxide is not coated on the surface of LiMn 2 O 4 and is separated from each other. More preferably, the coating amount of lithium oxide is 1 to 5% on a molar ratio basis with respect to LiMn 2 O 4 .

본 발명에 따른 양극 활물질은 졸겔법을 이용하여 LiMn2O4 의 표면에 리튬 산화물을 코팅함으로써 제조된다. 제조과정은 리튬 산화물의 졸(sol)을 제조하는 단계, LiMn2O4 의 표면에 리튬 산화물의 졸을 코팅하는 단계, 리튬 산화물이 코팅된 LiMn2O4 를 열처리하는 단계를 포함하여 이루어진다. 리튬 산화물의 졸을 제조하기 위해서는 Mn(CH3COO)2 수용액과 Ni(CH3COO)2 수용액을 각각 제조하여 혼합하고, 혼합 용액에 CH3COOLi 과 시트르산(citric acid)을 넣고 용해시킨 후, 에틸렌글리콜(ethylene glycol)을 넣고 일정 시간동안 교반한다. LiMn2O4 의 표면에 리튬 산화물의 졸을 코팅하기 위해서는 리튬 산화물의 졸에 LiMn2O4 를 넣고 교반하여 겔화(gelation)시킨 후 건조한다.The cathode active material according to the present invention is prepared by coating lithium oxide on the surface of LiMn 2 O 4 using the sol-gel method. Manufacturing process comprises the step of heat treatment steps of preparing a sol (sol) of lithium oxide, LiMn 2 O step of coating a sol of lithium oxide on the surface of the 4, LiMn 2 O 4 lithium oxide coating. To prepare a sol of lithium oxide, Mn (CH 3 COO) 2 aqueous solution and Ni (CH 3 COO) 2 aqueous solution were prepared and mixed, and CH 3 COOLi and citric acid were dissolved in the mixed solution. Add ethylene glycol and stir for a certain time. To coat a sol of lithium oxide on the surface of LiMn 2 O 4 was dried gel (gelation) by stirring the LiMn 2 O 4 in the sol of the lithium oxide.

이와 같이 제조된 양극 활물질은 양극 집전체 상에 도포하여 양극판으로 제조된다. 본 발명은 LiMn2O4 의 표면에 리튬 산화물이 코팅된 양극 활물질을 포함하여 구성되는 리튬 이차전지를 제공한다. 상기 리튬 이차전지는 양극판과 음극판 사이에 분리막이 개재된 구조의 전극조립체에 리튬염을 함유하는 비수계 전해액이 함 침되어 있는 구조로 이루어져 있다.The cathode active material thus prepared is coated on a cathode current collector to prepare a cathode plate. The present invention provides a lithium secondary battery comprising a cathode active material coated with lithium oxide on the surface of LiMn 2 O 4 . The lithium secondary battery has a structure in which a non-aqueous electrolyte containing lithium salt is impregnated in an electrode assembly having a separator interposed between a positive electrode plate and a negative electrode plate.

양극판은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질을 도포, 건조하여 제조되며, 도전재 및 바인더(binder)와 필요에 따라 충진제 등의 성분들이 선택적으로 더 포함될 수도 있다.The positive electrode plate is manufactured by, for example, applying and drying a positive electrode active material on a positive electrode current collector, and may optionally further include components such as a conductive material, a binder, and a filler as necessary.

양극 집전체는 대략 3 ~ 500 ㎛ 의 두께로 제조될 수 있다. 양극 집전체로는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 양극 집전체는 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포제, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다. The positive electrode current collector may be manufactured to a thickness of approximately 3 to 500 μm. The positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical change in the battery. For example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, or a surface treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like on the surface of aluminum or stainless steel may be used. The positive electrode current collector may increase the adhesion of the positive electrode active material by forming minute unevenness on the surface, and may be in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foaming agent, and a nonwoven fabric.

바인더의 예로는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF), 셀룰로오즈, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체, 고분자 고검화 폴리비닐알콜 등을 들 수 있다.Examples of binders 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, high polymer polyvinyl alcohol Etc. can be mentioned.

도전재는 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 도전재의 구체적인 예로는 아세틸렌 블랙 계열인 쉐브론 케미칼 컴퍼니(Chevron Chemical Company)나 덴카 블랙(Denka Singapore Private Limited), 걸프 오일 컴퍼니(Gulf Oil Company), 케트젠블랙(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 material is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change in the battery. Examples of the conductive material 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 fiber and metal fiber; Metal powders such as carbon fluoride, aluminum, 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 materials include Chevron Chemical Company, Denka Singapore Private Limited, Gulf Oil Company, Ketjenblack, and EC series, which are acetylene black series. Membrane company (Armak Company), Vulcan XC-72 (manufactured by Cabot Company), and Super P (manufactured by 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 a chemical change in the battery, and examples thereof include olefin polymers such as polyethylene and polypropylene; Fibrous materials such as glass fibers and carbon fibers are used.

또한, 점도 조절제, 접착 촉진제 등의 기타의 성분들이 선택적으로, 또는 둘 이상의 조합으로서 더 포함될 수 있다.In addition, other components, such as viscosity modifiers, adhesion promoters, may optionally be further included, or as a combination of two or more.

상기 점도 조절제는 전극 합제의 혼합 공정과 그것의 집전체 상의 도포 공정이 용이할 수 있도록 전극합제의 점도를 조절하는 성분으로서, 전극 합제 전체 중량을 기준으로 30 중량%까지 첨가될 수 있다. 이러한 점도 조절제의 예로는, 카르복시메틸셀룰로우즈, 폴리비닐리덴 플로라이드 등이 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다. 경우에 따라서는, 앞서 설명한 용매가 점도 조절제로서의 역할을 병 행할 수 있다.The viscosity modifier is a component that adjusts the viscosity of the electrode mixture so that the mixing process of the electrode mixture and the coating process on the current collector thereof can be easily added, up to 30% by weight based on the total weight of the electrode mixture. Examples of such viscosity modifiers include carboxymethylcellulose, polyvinylidene fluoride and the like, but are not limited thereto. In some cases, the solvent described above can serve as a viscosity modifier.

상기 접착 촉진제는 집전체에 대한 활물질의 접착력을 향상시키기 위해 첨가되는 보조성분으로서, 바인더 대비 10 중량% 이하로 첨가될 수 있으며, 예를 들어 옥살산(oxalic acid), 아디프산(adipic acid), 포름산(formic acid), 아크릴산(acrylic acid) 유도체, 이타콘산(itaconic acid) 유도체 등을 들 수 있다.The adhesion promoter may be added in an amount of 10% by weight or less based on the binder, for example, oxalic acid, adipic acid, Formic acid, acrylic acid derivatives, itaconic acid derivatives, and the like.

상기 음극은 전류 집전체 상에 음극 재료를 도포하고 건조 및 압축하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 양극의 구성과 관련하여 설명한 성분들이 더 포함될 수도 있다.The cathode is fabricated by coating, drying, and compressing a cathode material on a current collector, and if necessary, the components described above with respect to the configuration of the anode may be further included.

상기 음극용 전극 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 of a thickness of 3 to 500 ㎛. Such an anode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change in the battery, and may be formed of a material such as copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, fired carbon, surface of copper or stainless steel A surface treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like, an aluminum-cadmium alloy, or the like can be used. In addition, like the positive electrode collector, fine unevenness can be formed on the surface to enhance the bonding force of the negative electrode active material, and it can be used in various forms such as films, sheets, foils, nets, porous bodies, foams and nonwoven fabrics.

상기 음극 재료로는, 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, Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료; Li4Ti5O12, Li4/3Ti5/3O2, Li3Ti3O8, LiTi2O4, Li4 /5Ti11 /5O4, Li2Ti3O7, Li7Ti5O12를 포함한 LixTiyOz (0<x≤7, 2≤y≤11, 4≤z≤20) 및 TiO2, Si계 합금 또는 Sn계 합금과 탄소 복합체 등을 사용할 수 있다.As said negative electrode material, For example, carbon, such as hardly graphitized carbon and graphite type carbon; Li x Fe 2 O 3 (0 ≦ x ≦ 1), Li x WO 2 (0 ≦ x ≦ 1), Sn x Me 1 - x Me ' y O z (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me' Metal complex oxides such as Al, B, P, Si, Group 1, Group 2, Group 3 elements of the periodic table, halogen, 0 <x ≦ 1; 1 ≦ y ≦ 3; 1 ≦ z ≦ 8); Lithium metal; Lithium alloys; Silicon-based alloys; Tin-based alloys; SnO, SnO 2, PbO, PbO 2, Pb 2 O 3, Pb 3 O 4, Sb 2 O 3, Sb 2 O 4, Sb 2 O 5, GeO, GeO 2, Bi 2 O 3, Bi 2 O 4, Bi 2 O 5 and the like; Conductive polymers such as polyacetylene; Li-Co-Ni-based materials; Li 4 Ti 5 O 12, Li 4/3 Ti 5/3 O 2, Li 3 Ti 3 O 8, LiTi 2 O 4, Li 4/5 Ti 11/5 O 4, Li 2 Ti 3 O 7, Li 7 Li x Ti y O z including Ti 5 O 12 (0 < x ≦ 7, 2y ≦ 11, 4 ≦ z ≦ 20) and TiO 2 , Si-based alloys or Sn-based alloys and carbon composites may be used. .

상기 바인더와 도전재 및 필요에 따라 첨가되는 충진제는 양극에서의 설명과 동일하다.The binder, the conductive material and the filler added as necessary are the same as those described for the positive electrode.

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 등이 사용된다.The separator is an insulating thin film interposed between the anode and the cathode and having high ion permeability and mechanical strength. The pore diameter of the separator is generally 0.01 to 10 mu m and the thickness is generally 5 to 300 mu m. As such a separation membrane, for example, a sheet or a nonwoven fabric made of an olefin-based polymer such as polypropylene which is chemically resistant and hydrophobic, glass fiber, polyethylene or the like is used.

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

상기 리튬염 함유 비수계 전해질은 유기용매 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다.The lithium salt-containing non-aqueous electrolyte is composed of an organic solvent electrolyte and a lithium salt.

상기 전해액으로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 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, 메틸설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.As said electrolyte solution, N-methyl- 2-pyrrolidinone, a propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, Gamma-butylo lactone, 1,2-dimethoxy ethane, 1,2-diethoxy ethane, tetrahydroxy franc, 2-methyl tetrahydrofuran, dimethylsulfoxide, 1,3-dioxolon, 4 -Methyl-1,3-dioxene, diethyl ether, formamide, dimethylformamide, dioxolon, acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, phosphate triester, trimethoxy methane, dioxolon derivatives Aprotic organic solvents such as sulfolane, methyl sulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate derivatives, tetrahydrofuran derivatives, ethers, methyl pyrionate and ethyl propionate can be used. have.

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 보란 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) 2NLi, chloroborane lithium, lower aliphatic carboxylic acid lithium, 4 Lithium phenyl 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, a halogen-containing solvent such as carbon tetrachloride or ethylene trifluoride may be further added to impart nonflammability, or a carbon dioxide gas may be further added to improve high-temperature storage characteristics.

본 발명은 또한, 상기 리튬 이차전지를 단위전지로서 사용하는 고출력 대용량의 중대형 전지팩을 제공할 수 있다. 상기 중대형 전지팩은, 소망하는 출력과 용량을 제공하기 위해 다수의 리튬 이차전지가 단위 모듈들로 결합되어 구성된 일종의 중대형의 전지모듈로서, 차량 등의 동력원으로 사용될 수 있는 바, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 전원으로서 바람직하게 사용될 수 있다. 전기자동자, 하이브리드 전기자동차와 같은 중대형 전지 시스템의 단위전지에는 가격이 저렴하고 안전성이 우수한 LiMn2O4 가 특히 바람직하다.The present invention can also provide a high-output large-capacity battery pack using the lithium secondary battery as a unit cell. The medium-large battery pack is a kind of medium-large battery module configured by combining a plurality of lithium secondary batteries into unit modules in order to provide a desired output and capacity, and may be used as a power source for a vehicle. It can be preferably used as a power source for electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles (HEV), etc. that are proposed as a solution for air pollution of existing gasoline vehicles, diesel vehicles and the like. LiMn 2 O 4 is particularly preferable for unit cells of medium and large battery systems such as electric automobiles and hybrid electric vehicles.

다음은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예들은 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.The following presents a preferred embodiment to aid the understanding of the present invention. However, the following examples are merely provided to more easily understand the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.

실시예Example 1 One

Mn(CH3COO)2 수용액과 Ni(CH3COO)2 수용액을 각각 제조하여 혼합하고, 상기 혼합 용액에 CH3COOLi 과 시트르산(citric acid)를 넣고 용해시킨 후, 에틸렌글리 콜(ethylene glycol)을 넣고 1시간 동안 교반하여 졸을 제조한다. 이와 같이 제조된 졸에 LiMn2O4 를 일정량 넣고 140도씨에서 교반하여 겔화시킨 후 건조함으로써 표면에 1 wt% LiNi0.5Mn0.5O2 를 코팅한다.Mn (CH 3 COO) 2 aqueous solution and Ni (CH 3 COO) 2 aqueous solution were prepared and mixed, and CH 3 COOLi and citric acid were dissolved in the mixed solution, followed by dissolution, followed by ethylene glycol. To prepare a sol by stirring for 1 hour. A predetermined amount of LiMn 2 O 4 was added to the sol thus prepared, stirred at 140 ° C., gelled, and dried to coat 1 wt% LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2 on the surface.

LiNi0.5Mn0.5O2 가 코팅된 LiMn2O4 를 600 도씨에서 열처리한다.LiMn 2 O 4 coated with LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2 is heat-treated at 600 degrees Celsius.

열처리가 완료되면 XRD(X-Ray Diffraction), SEM(Scanning Electron Microscope), TEM(Transmission Electron Microscope) 등을 이용하여 물질의 특성을 평가한다. After the heat treatment is completed, the material properties are evaluated using XRD (X-Ray Diffraction), SEM (Scanning Electron Microscope), and TEM (Transmission Electron Microscope).

또한, 제조된 양극 활물질의 성능을 평가하기 위해 리튬 반전지를 제조한다. 리튬 반전지는 알루미늄 호일 위에 상기 과정을 통해 제조된 양극재가 포함된 슬러리(양극재 : 바인더 : 도전재 = 80 : 10 : 10)를 코팅하여 건조한 후, 스테인리스 스틸 2전극 셀(cell)을 이용하여 제조한다. 이때, 바인더로는 PVDF, 도전재로는 acetylene black을 사용하였다. 또한, 음극 및 기준 전극으로는 리튬 호일을 사용하였다.In addition, in order to evaluate the performance of the produced positive electrode active material, a lithium half-cell is manufactured. Lithium half-cell is coated using a slurry (anode material: binder: conductive material = 80: 10: 10) containing a cathode material prepared by the above process on an aluminum foil, dried, and then manufactured using a stainless steel two-electrode cell (cell) do. At this time, PVDF was used as the binder and acetylene black was used as the conductive material. In addition, lithium foil was used as a negative electrode and a reference electrode.

실시예 2Example 2

실시예 2는 3 wt% LiNi0.5Mn0.5O2 를 코팅한 점 이외에는 실시예 1과 동일하게 처리하였다.Example 2 was treated in the same manner as in Example 1 except that 3 wt% LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2 was coated.

실시예 3Example 3

실시예 3은 5 wt% LiNi0.5Mn0.5O2 를 코팅한 점 이외에는 실시예 1과 동일하게 처리하였다. Example 3 was treated in the same manner as in Example 1 except for coating 5 wt% LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2 .

비교예Comparative example

LiNi0.5Mn0.5O2 를 코팅하지 않고 LiMn2O4 만으로 양극 활물질을 제조하고, 이를 이용하여 리튬 반전지를 제조하였다.A positive electrode active material was prepared using only LiMn 2 O 4 without coating LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2 , and a lithium half paper was manufactured using the same.

도 1 (a)~(c)는 각각 실시예 1에 의해 1 wt% LiNi0.5Mn0.5O2 가 코팅된 SEM 사진, 실시예 2에 의해 3 wt% LiNi0.5Mn0.5O2 가 코팅된 SEM 사진, 실시예 3에 의해 5 wt% LiNi0.5Mn0.5O2 가 코팅된 SEM 사진이다. 도 2는 실시예 3에 의해 5 wt% LiNi0.5Mn0.5O2 가 코팅된 TEM 사진이다.1 (a) ~ (c) is a SEM photograph coated with 1 wt% LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2 by Example 1, respectively, SEM photograph coated with 3 wt% LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2 by Example 2 , SEM image of 5 wt% LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2 coated by Example 3. FIG. 2 is a TEM photograph coated with 5 wt% LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2 according to Example 3. FIG.

도 1을 참조하면, 코팅량이 증가함에 따라 LiMn2O4 의 표면에 코팅층이 두껍게 자리하고 있음이 관찰된다. LiNi0.5Mn0.5O2 코팅층은 LiMn2O4 의 표면과 독립적으로 단순히 코팅된 것이 아니라, 열에 의해 LiNi0.5Mn0.5O2 코팅층이 LiMn2O4 의 내부로 확산되어 고용체(solid solution)를 형성하는 것으로 판단된다. 이를 통해 코팅층은 고온 환경에서 LiMn2O4 의 표면으로부터 Mn 이온이 용출되는 현상을 억제시켜 준다. 도 2의 TEM 사진에서도 대략 10 nm 수준의 코팅층이 발견됨을 알 수 있다.Referring to FIG. 1, it is observed that the coating layer is thickly located on the surface of LiMn 2 O 4 as the coating amount increases. The LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2 coating layer is not simply coated independently of the surface of LiMn 2 O 4 , but the LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2 coating layer is thermally diffused into the LiMn 2 O 4 to form a solid solution. It seems to be. Through this, the coating layer suppresses the phenomenon of Mn ions eluting from the surface of LiMn 2 O 4 in a high temperature environment. In the TEM photograph of FIG. 2, it can be seen that a coating layer of about 10 nm level is found.

도 3 (a)는 비교예의 Rate 특성 곡선이고, (b)~(d)는 실시예 1~3의 Rate 특성 곡선이다. 도 3에서 가로축은 용량(specific capacity [mAh/g])을, 세로축은 전 압(voltage [V])을 나타낸다.(A) is a rate characteristic curve of a comparative example, (b)-(d) is a rate characteristic curve of Examples 1-3. In FIG. 3, the horizontal axis represents specific capacity [mAh / g], and the vertical axis represents voltage [Vol] [V].

도 3을 참조하면, 코팅량이 증가함에 따라 Rate 특성이 우수해짐을 알 수 있다. 또한, 코팅량이 증가해도 초기 용량은 거의 감소하지 않으며 초기 충방전 효율도 우수함을 알 수 있다.Referring to Figure 3, it can be seen that the rate characteristic is excellent as the coating amount increases. In addition, it can be seen that even if the coating amount increases, the initial capacity hardly decreases and the initial charge and discharge efficiency is also excellent.

도 4는 비교예와 실시예 1~3의 상온 수명특성 그래프이다. 도 4와 도 5에서 가로축은 사이클 수(cycles)를 나타내고, 세로축은 용량(specific capacity [mAh/g])을 나타낸다. 도 4와 도 5는 3 ~ 4.3 V 영역에서 상온 및 60도씨에서 각각 50회 충방전 수명특성을 평가한 것이다.4 is a graph of room temperature life characteristics of Comparative Examples and Examples 1 to 3. FIG. 4 and 5, the horizontal axis represents cycles and the vertical axis represents specific capacity [mAh / g]. 4 and 5 are 50 times the charge and discharge life characteristics of the evaluation at room temperature and 60 ° C in the region of 3 ~ 4.3 V, respectively.

도 4에서 청색은 비교예, 오렌지색은 실시예 1, 적색은 실시예 2, 그리고 녹색은 실시예 3에 해당한다. 도 4를 참조하면, 코팅량이 증가함에 따라 수명특성이 향상됨을 알 수 있다. 구체적으로, 실시예 1의 경우 900 사이클의 반복에 초기 용량 대비 92.48 %, 실시예 2의 경우 900 사이클의 반복에 초기 용량 대비 97.57 %, 실시예 3의 경우 900 사이클의 반복에 초기 용량 대비 98.77 %의 용량을 보였다. 반면, 비교예의 경우 110 사이클의 반복에 초기 용량 대비 90.44 %의 용량을 보임으로써, 적은 사이클에도 불구하고 상온 수명특성이 쉽게 열화됨을 알 수 있다. In FIG. 4, blue corresponds to a comparative example, orange corresponds to example 1, red corresponds to example 2, and green corresponds to example 3. Referring to Figure 4, it can be seen that the life characteristics are improved as the coating amount increases. Specifically, in Example 1, 92.48% of the initial capacity for 900 cycles, Example. 97.57% of the initial capacity for 900 cycles, and Example 3, 98.77% of the initial capacity for 900 cycles. Showed the dose. On the other hand, the comparative example shows a capacity of 90.44% of the initial capacity in the repetition of 110 cycles, it can be seen that the room temperature life characteristics easily deteriorate despite a small cycle.

도 5는 비교예와 실시예 1~3의 고온 수명특성 그래프이다.5 is a high temperature lifetime characteristic graph of Comparative Examples and Examples 1 to 3.

범례는 도 4와 동일하다. 도 5를 참조하면, 도 4의 경우와 마찬가지로 코팅량이 증가함에 따라 고온 수명특성이 매우 우수해짐을 알 수 있다. 구체적으로, 비교예의 경우에는 110 사이클을 수행한 결과 초기 용량 대비 75.96 %의 용량을 보임으로써 상온에서보다 고온에서 더욱 수명특성이 쉽게 열화됨을 알 수 있다. 반면, 실시예 1~3의 경우 사이클이 증가하더라도 수명특성이 거의 열화되지 않음을 확인할 수 있다. 즉, 실시예 1~3은 사이클의 반복 회수가 증가하더라도 초기 용량 대비 90% 이상의 용량 유지율을 나타내나, 비교예는 초기 용량 대비 76 % 가량의 용량 유지율을 보여 비정상적인 수명 특성을 나타낸다. The legend is the same as in FIG. 4. Referring to Figure 5, as in the case of Figure 4 it can be seen that the high temperature life characteristics are very excellent as the coating amount increases. Specifically, in the comparative example, as a result of performing 110 cycles, the capacity of 75.96% of the initial capacity was shown, so that the life characteristics were easily deteriorated at a higher temperature than at room temperature. On the other hand, in the case of Examples 1 to 3 it can be seen that even if the cycle increases the life characteristics hardly deteriorated. That is, Examples 1 to 3 show a capacity retention rate of 90% or more relative to the initial capacity even if the number of cycles is increased, but the comparative example shows an abnormal life characteristic by showing a capacity retention rate of about 76% relative to the initial capacity.

이와 같이 상온 및 고온에서의 수명특성 향상은 코팅층이 전극과 전해액 간의 접촉면적을 감소시켜 부반응을 억제하며, LiMn2O4의 결정구조 변화를 완화하기 때문인 것으로 판단된다. 아울러, 코팅층은 양극활물질의 내부로 확산되어 고용체를 형성함으로써 양극활물질과 전해액의 접촉을 원천차단하는 것으로 사료된다.As such, the improvement of life characteristics at room temperature and high temperature may be attributed to the fact that the coating layer reduces the contact area between the electrode and the electrolyte to suppress side reactions and to mitigate the change in the crystal structure of LiMn 2 O 4 . In addition, the coating layer is thought to block the contact between the positive electrode active material and the electrolyte by forming a solid solution by diffusing into the positive electrode active material.

리튬 산화물의 코팅 후 열처리 온도는 대략 600도 내지 900도인 것이 바람직하다. 열처리 온도가 600도 미만이면 리튬 산화물의 형성이 제대로 이루어지지 않고 900도를 초과하면 리튬 산화물에 포함된 전이금속이 LiMn2O4 내부로 확산되어 들어가서 단일상을 형성하는 문제점이 있다.The heat treatment temperature after the coating of the lithium oxide is preferably about 600 degrees to 900 degrees. If the heat treatment temperature is less than 600 degrees, the formation of lithium oxide is not performed properly, and if it exceeds 900 degrees, there is a problem in that the transition metal contained in the lithium oxide diffuses into LiMn 2 O 4 to form a single phase.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, substitutions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims. will be. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention and the accompanying drawings are not intended to limit the technical spirit of the present invention but to describe the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by the embodiments and the accompanying drawings. . The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

본 발명은 캠코더, 셀룰러폰, 노트북 PC 등 휴대형 전자기기와, 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원을 비롯하여 다양한 분야에 적용될 수 있다.The present invention can be applied to various fields including portable electronic devices such as camcorders, cellular phones, notebook PCs, power sources such as electric vehicles (EVs) and hybrid electric vehicles (HEVs).

도 1 (a)~(c)는 각각 실시예 1에 의해 1 wt% LiNi0.5Mn0.5O2 가 코팅된 SEM 사진, 실시예 2에 의해 3 wt% LiNi0.5Mn0.5O2 가 코팅된 SEM 사진, 실시예 3에 의해 5 wt% LiNi0.5Mn0.5O2 가 코팅된 SEM 사진,1 (a) ~ (c) is a SEM photograph coated with 1 wt% LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2 by Example 1, respectively, SEM photograph coated with 3 wt% LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2 by Example 2 , SEM image of 5 wt% LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2 coated by Example 3,

도 2는 실시예 3에 의해 5 wt% LiNi0.5Mn0.5O2 가 코팅된 TEM 사진,2 is a TEM photograph coated with 5 wt% LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2 by Example 3,

도 3 (a)는 비교예의 Rate 특성 곡선이고, (b)~(d)는 실시예 1~3의 Rate 특성 곡선,(A) is a rate characteristic curve of a comparative example, (b)-(d) is a rate characteristic curve of Examples 1-3,

도 4는 비교예와 실시예 1~3의 상온 수명특성 그래프,4 is a graph of room temperature life characteristics of Comparative Examples and Examples 1 to 3;

도 5는 비교예와 실시예 1~3의 고온 수명특성 그래프이다.5 is a high temperature lifetime characteristic graph of Comparative Examples and Examples 1 to 3.

Claims (15)

리튬 이온의 흡장 및 방출이 가능하며,It can occlude and release lithium ions, LiMn2O4의 표면에 리튬 산화물 LiNi0.5Mn0.5O2 가 LiMn2O4에 대하여 1 ~ 5 wt%의 양으로 코팅된 것을 특징으로 하는 양극 활물질.LiMn 2 O lithium oxide on the surface of LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2 is 4 LiMn 2 O 4 cathode materials ~ 1, characterized in that the coating in an amount of 5 wt% with respect to. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 따른 양극 활물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.Lithium secondary battery comprising the positive electrode active material according to claim 1. (a) Mn(CH3COO)2 수용액과 Ni(CH3COO)2 수용액을 각각 제조하여 혼합하는 단계;(a) preparing and mixing an aqueous solution of Mn (CH 3 COO) 2 and an aqueous solution of Ni (CH 3 COO) 2 , respectively; (b) 상기 (a)단계의 혼합 용액에 CHCOO3Li 과 시트르산(citric acid)를 넣고 용해시키는 단계; (b) adding and dissolving CHCOO 3 Li and citric acid to the mixed solution of step (a); (c) 상기 (b)단계의 혼합 용액에 에틸렌글리콜(ethylene glycol)을 넣고 교반하여 리튬 산화물 LiNi0.5Mn0.5O2의 졸을 제조하는 단계; 및(c) preparing sol of lithium oxide LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2 by adding ethylene glycol to ethylene glycol in the mixed solution of step (b); And (d) LiMn2O4의 표면에 상기 리튬 산화물 LiNi0.5Mn0.5O2의 졸을 LiMn2O4에 대하여 1 ~ 5 wt%의 양으로 코팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 양극 활물질의 제조방법.(d) Preparation of a positive electrode active material characterized in that the surface of LiMn 2 O 4 comprising the step of coating in an amount of 1 ~ 5 wt% with respect to the lithium oxide LiNi 0.5 sol of Mn 0.5 O 2 in the LiMn 2 O 4 Way. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 (d)단계는 상기 리튬 산화물의 졸에 LiMn2O4를 넣고 교반하여 겔화(gelation)시킨 후 건조함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 양극 활물질의 제조방법.The step (d) is a method of producing a positive electrode active material, characterized in that the lithium oxide sol LiMn 2 O 4 It is carried out by stirring and gelation (gelation), followed by drying. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 방법은 (e) 상기 리튬 산화물이 코팅된 LiMn2O4를 열처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양극 활물질의 제조방법.The method further comprises (e) heat treating the lithium oxide coated LiMn 2 O 4 . 제13항에 있어서,14. The method of claim 13, 상기 (e)단계에서 열처리 온도는 600 ~ 900 도씨인 것을 특징으로 하는 양극 활물질의 제조방법.The heat treatment temperature in the step (e) is a method of producing a positive electrode active material, characterized in that 600 ~ 900 degrees Celsius. 제7항 및 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 양극 활물질을 제조하는 단계; 및15. A method for preparing a cathode active material, the method comprising: preparing a cathode active material according to any one of claims 7 and 12 to 14; And 상기 양극 활물질을 양극 집전체에 도포하여 양극판을 제조하는 단계Manufacturing a positive electrode plate by applying the positive electrode active material to a positive electrode current collector 를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 제조방법.Method of manufacturing a lithium secondary battery comprising a.
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