KR101385334B1 - Mixed positive electrode active material for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery using the same - Google Patents

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KR101385334B1 KR1020120011011A KR20120011011A KR101385334B1 KR 101385334 B1 KR101385334 B1 KR 101385334B1 KR 1020120011011 A KR1020120011011 A KR 1020120011011A KR 20120011011 A KR20120011011 A KR 20120011011A KR 101385334 B1 KR101385334 B1 KR 101385334B1
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Abstract

높은 방전 용량을 갖고, 또한 사이클 특성이 우수한 리튬 2차 전지용 복합 정극 활물질 및 이것을 사용한 리튬 이온 2차 전지를 제공하는 것. 리튬 이온 2차 전지용 복합 정극 활물질은,

Figure 112012008991420-pat00009
[식 중의 x는 0.1≤x≤0.5를 만족하고, M은 NiαCoβMnγ(여기서 α, β, γ는 각각 0<α≤0.5, 0≤β≤0.33, 0<γ≤0.5를 만족함)을 나타냄]으로 표시되는 정극 활물질과, 이 정극 활물질의 표면에 존재하고,
Figure 112012008991420-pat00010
(식 중의 y는 0.1<y<0.17을 만족함)으로 표시되는 활물질 조제를 포함한다. 리튬 이온 2차 전지는, 이러한 복합 정극 활물질을 포함하는 정극을 구비한다.It is providing the composite positive electrode active material for lithium secondary batteries which has high discharge capacity and is excellent in cycling characteristics, and the lithium ion secondary battery using the same. The composite positive electrode active material for a lithium ion secondary battery,
Figure 112012008991420-pat00009
[Wherein x satisfies 0.1 ≦ x ≦ 0.5, and M satisfies Ni α Co β Mn γ (where α, β, and γ satisfy 0 <α ≦ 0.5, 0 ≦ β ≦ 0.33, and 0 <γ ≦ 0.5, respectively). ) Is present on the surface of the positive electrode active material and the positive electrode active material,
Figure 112012008991420-pat00010
The active material preparation represented by (y in formula satisfies 0.1 <y <0.17) is included. The lithium ion secondary battery is equipped with the positive electrode containing such a composite positive electrode active material.

Description

리튬 이온 2차 전지용 복합 정극 활물질 및 이것을 사용한 리튬 이온 2차 전지{MIXED POSITIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL FOR LITHIUM ION SECONDARY BATTERY AND LITHIUM ION SECONDARY BATTERY USING THE SAME}MIXED POSITIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL FOR LITHIUM ION SECONDARY BATTERY AND LITHIUM ION SECONDARY BATTERY USING THE SAME}

본 발명은, 리튬 이온 2차 전지의 정극에 사용되는 정극 활물질에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 특정한 정극 활물질과 활물질 조제를 함유하는 복합 정극 활물질 및 이것을 사용한 리튬 이온 2차 전지에 관한 것이다.This invention relates to the positive electrode active material used for the positive electrode of a lithium ion secondary battery, More specifically, it is related with the composite positive electrode active material containing a specific positive electrode active material and active material preparation, and a lithium ion secondary battery using the same.

최근, 대기 오염이나 지구 온난화에 대처하기 위해, 이산화 탄소 배출량의 저감이 요망되고 있다. 자동차 업계에서는, 전기 자동차(EV)나 하이브리드 전기 자동차(HEV)의 도입에 의한 이산화탄소 배출량의 저감이 기대되고 있으며, 이들을 실용화할 때 열쇠가 되는 모터 구동용 2차 전지의 개발이 활발하게 행해지고 있다.In recent years, in order to cope with air pollution and global warming, reduction of carbon dioxide emission is desired. In the automobile industry, reduction of carbon dioxide emission by the introduction of an electric vehicle (EV) and a hybrid electric vehicle (HEV) is expected, and development of the motor drive secondary battery which becomes a key when putting these into practical use is actively performed.

이러한 모터 구동용 2차 전지로서는, 특히, 고용량으로 사이클 특성이 우수한 것이 요망되며, 그로 인해, 각종 2차 전지 중에서도 높은 이론 에너지를 갖는 리튬 이온 2차 전지가 주목받고 있다.In particular, such a motor-driven secondary battery is desired to have high capacity and excellent cycle characteristics, and therefore, a lithium ion secondary battery having a high theoretical energy among various secondary batteries has attracted attention.

리튬 이온 2차 전지에 있어서의 에너지 밀도를 향상시키기 위해서는, 정극과 부극의 단위 질량당 축적되는 전기료를 증대시킬 필요가 있으며, 이러한 요구를 충족시킬 가능성이 있는 정극 재료로서 고용체계 재료가 주목받고 있다.In order to improve the energy density in a lithium ion secondary battery, it is necessary to increase the electric charge accumulated per unit mass of a positive electrode and a negative electrode, and solid solution system material attracts attention as a positive electrode material which may satisfy such a requirement. .

그리고, 이들의 고용체계 재료 중에서는, Li2MnO3을 모구조로 하는 리튬 과잉 층상 정극 활물질(고용체 활물질)이, 고용량 정극 후보 재료로서 기대되고 있다(예를 들어, 특허 문헌 1 참조).And, among these materials are employed system, it is expected to Li 2 MnO 3 as a lithium layer over the positive electrode active material (solid solution active material), high-capacity positive electrode material candidate for the parent structure (see, for example, Patent Document 1).

일본 특허 출원 공개 평9-55211호 공보Japanese Patent Application Laid-open No. Hei 9-55211

그러나, 상기한 바와 같은 Li 과잉 층상 정극 활물질에 있어서도, 고전위로 충방전을 행하면 열화해 버린다고 하는 문제가 있었다.However, also in the Li excess layered positive electrode active material as mentioned above, there existed a problem that it deteriorated when charge-discharge was performed at high electric potential.

본 발명은, 이러한 종래 기술이 갖는 과제를 감안해서 이루어진 것이며, 그 목적으로 하는 바는, 높은 방전 용량을 갖고, 또한 사이클 특성이 우수한 리튬 2차 전지용 복합 정극 활물질 및 이것을 사용한 리튬 이온 2차 전지를 제공하는 데 있다.This invention is made | formed in view of the subject which this prior art has, and the objective is to use the composite positive electrode active material for lithium secondary batteries which has high discharge capacity, and was excellent in cycling characteristics, and the lithium ion secondary battery using the same. To provide.

본 발명자는, 상기 목적을 달성하기 위해 예의 검토를 거듭한 결과, 특정한 고용체 정극 활물질과, 이온 전도성을 갖는 소정의 활물질 조제를 병용함으로써, 상기 목적을 달성할 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하는 데 이르렀다.MEANS TO SOLVE THE PROBLEM As a result of earnestly examining in order to achieve the said objective, the present inventor discovered that the said objective can be achieved by using together the specific solid solution positive electrode active material and the preparation of the predetermined active material which has ion conductivity, and completed this invention. It came to.

즉, 본 발명의 리튬 이온 2차 전지용 복합 정극 활물질은, 특정한 고용체 정극 활물질 및 활물질 조제를 포함하는 것이지만, 구체적으로는That is, although the composite positive electrode active material for lithium ion secondary batteries of this invention contains a specific solid solution positive electrode active material and active material preparation, specifically,

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure 112012008991420-pat00001
Figure 112012008991420-pat00001

[식 중의 x는 0.1≤x≤0.5를 만족하고, M은 NiαCoβMnγ(여기서 α, β, γ는 각각 0<α≤0.5, 0≤β≤0.33, 0<γ≤0.5를 만족함)를 나타냄]으로 표시되는 정극 활물질과,[Wherein x satisfies 0.1 ≦ x ≦ 0.5, and M satisfies Ni α Co β Mn γ (where α, β, and γ satisfy 0 <α ≦ 0.5, 0 ≦ β ≦ 0.33, and 0 <γ ≦ 0.5, respectively). ) Represents a positive electrode active material,

이 정극 활물질의 표면에 존재하고, Exists on the surface of this positive electrode active material,

[화학식 2](2)

Figure 112012008991420-pat00002
Figure 112012008991420-pat00002

(식 중의 y는 0.1<y<0.17을 만족함)으로 표시되는 활물질 조제를 포함하는 것을 특징으로 한다.It is characterized by including the active material preparation represented by (y in formula satisfies 0.1 <y <0.17).

또한, 본 발명의 리튬 이온 2차 전지는, 상기한 바와 같이 리튬 2차 전지용 복합 정극 활물질을 포함하는 정극을 구비하는 것을 특징으로 한다.Moreover, the lithium ion secondary battery of this invention is equipped with the positive electrode containing the composite positive electrode active material for lithium secondary batteries as above-mentioned.

본 발명에 따르면, 특정한 고용체 정극 활물질과, 이온 전도성을 갖는 소정의 활물질 조제를 병용하는 것으로 했기 때문에, 높은 방전 용량을 갖고, 또한 사이클 특성이 우수한 리튬 2차 전지용 복합 정극 활물질 및 이것을 사용한 리튬 이온 2차 전지를 제공할 수 있다.According to the present invention, since a specific solid solution positive electrode active material and a predetermined active material preparation having ion conductivity are used in combination, a composite positive electrode active material for a lithium secondary battery having high discharge capacity and excellent cycle characteristics and lithium ion 2 using the same A secondary battery can be provided.

이하, 본 발명의 리튬 이온 2차 전지용의 복합 정극 활물질에 관해서 설명한다.Hereinafter, the composite positive electrode active material for lithium ion secondary batteries of this invention is demonstrated.

본 발명의 리튬 이온 2차 전지용 복합 정극 활물질은, 이하에 나타내는 화학식 1로 표시하는 정극 활물질과, 화학식 2로 표시되는 활물질 조제를 함유하며, 이 활물질 조제가 정극 활물질의 표면에 존재하는 것이다.The composite positive electrode active material for lithium ion secondary batteries of this invention contains the positive electrode active material represented by General formula (1) shown below, and the active material preparation represented by General formula (2), and this active material preparation exists in the surface of a positive electrode active material.

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure 112012008991420-pat00003
Figure 112012008991420-pat00003

[식 중의 x는 0.1≤x≤0.5를 만족하고, M은 NiαCoβMnγ(여기서 α, β, γ는 각각 0<α≤0.5, 0≤β≤0.33, 0<γ≤0.5를 만족하고, 또한 α+β+γ=1을 만족함)를 나타냄]으로 표시된다.[Wherein x satisfies 0.1 ≦ x ≦ 0.5, and M satisfies Ni α Co β Mn γ (where α, β, and γ satisfy 0 <α ≦ 0.5, 0 ≦ β ≦ 0.33, and 0 <γ ≦ 0.5, respectively). And satisfies α + β + γ = 1).

[화학식 2](2)

Figure 112012008991420-pat00004
Figure 112012008991420-pat00004

(식 중의 y는 0.1<y<0.17을 만족함)으로 표시된다.(Y in the formula satisfies 0.1 <y <0.17).

여기서, 화학식 1로 표시되는 정극 활물질은, 관용적으로 고용체 정극 활물질, Li 과잉 층상 정극 활물질, Li2MnO3계 정극 활물질 등이라고 칭해지는 것이지만, 본 발명에서는, 화학식 1로 나타내는 조성을 만족할 필요가 있다.Here, the positive electrode active material represented by the formula (1), conventionally with, but referred that such a solid solution positive electrode active material, Li over-layered positive electrode active material, Li 2 MnO 3-based positive electrode active material, according to the present invention, the composition to satisfy represented by the formula (1).

우선, x에 대해서는, 0.1≤x≤0.5를 만족할 필요가 있다.First, for x, it is necessary to satisfy 0.1≤x≤0.5.

x가 0.5를 초과하면, 정극 활물질의 중량당의 충방전 용량을 공지의 층상 정극 활물질보다도 높은 200mAh/g 이상으로 할 수 없다. 또한, x가 0.1 미만에서는, 조성이 Li2MnO3에 가까워지고, 충방전할 수 없게 되는 경우가 있다.When x exceeds 0.5, the charge / discharge capacity per weight of the positive electrode active material cannot be 200 mAh / g or more higher than the known layered positive electrode active material. Further, in the x is less than 0.1, the composition is closer to Li 2 MnO 3, there is a case that can not be charged and discharged.

또한, M은, 상기와 같이 NiαCoβMnγ로 표시되는 니켈-코발트-망간계의 성분이지만, α에 대해서는, 0<α≤0.5를 만족할 것을 요한다.In addition, although M is a component of the nickel-cobalt-manganese system represented by Ni ( alpha) Co ( beta) Mn ( gamma) as mentioned above, it needs to satisfy 0 <(alpha) <0.5 about (alpha).

α가 0.5를 초과하면, Ni의 산화수를 2가로 한 경우, Ni가 상기 x의 조성 범위를 만족하는 당해 복합 정극 활물질에 포함되지 않게 된다.When α exceeds 0.5, when the oxidation number of Ni is made bivalent, Ni is not included in the composite positive electrode active material satisfying the composition range of x.

또한, β에 대해서는, 0≤β≤0.33을 만족하는 것을 요한다.In addition, it is required to satisfy 0≤β≤0.33 for β.

β가 0.33을 초과하면, 산화수가 2가의 Ni를 포함하고 또한 x의 조성 범위를 만족하는 당해 복합 정극 활물질에 코발트(Co)가 포함되지 않게 된다.When (beta) exceeds 0.33, cobalt (Co) is not contained in the said composite positive electrode active material in which the oxidation number contains bivalent Ni and satisfy | fills the composition range of x.

또한, γ에 대해서는, 0<γ≤0.5를 만족하는 것을 요한다.In addition, for γ, it is required to satisfy 0 <γ≤0.5.

γ가 0.5를 초과하면, 망간(Mn)의 산화수가 4가인 경우, 상기 α, β 및 x의 조성 범위를 만족하는 당해 복합 정극 활물질에 Mn이 포함되지 않게 된다.When gamma exceeds 0.5, when the oxidation number of manganese (Mn) is tetravalent, Mn is not contained in the said composite positive electrode active material which satisfy | fills the composition range of said (alpha), (beta), and x.

또한, 화학식 1의 M에 대해서는, 다음 식Further, for M in the formula (1), the following formula

NiαCoβMnγM1 α Ni α Co β Mn γ M 1 α

(식 중의 α, β, γ, σ는 각각 0<α≤0.5, 0≤β≤0.33, 0 <γ≤0.5, 0≤σ≤0.1을 만족하고, 또한 α+β+γ+σ=1을 만족하고, M1은 Al, Fe, Cu, Mg 및 Ti로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종임)로 표시되는 성분을 바람직하게 적용할 수 있다.(Α, β, γ, and σ in the formula satisfy 0 <α≤0.5, 0≤β≤0.33, 0 <γ≤0.5, 0≤σ≤0.1, respectively, and also denote α + β + γ + σ = 1. Satisfactory and M 1 is at least one selected from the group consisting of Al, Fe, Cu, Mg and Ti).

이 경우, α, β 및 γ의 수치 한정 이유에 대해서는 상기와 마찬가지이지만, σ에 대해서는, 0≤σ≤0.1을 만족하는 것이 바람직하다.In this case, although the reason for numerical limitation of (alpha), (beta), and (gamma) is similar to the above, it is preferable to satisfy 0 <= <== 0.1 about (sigma).

σ가 0.1을 초과하면, 정극 활물질의 가역 용량이 낮아지는 경우가 있다. 또한, M1로서는, 상기의 원소 중에서도, Al과 Ti를 바람직하게 사용할 수 있다.When sigma exceeds 0.1, the reversible capacity of a positive electrode active material may fall. Further, as the M 1, among the above-mentioned elements, it can be preferably used for Al and Ti.

일반적으로, 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn)은, 재료의 순도 향상 및 전자 전도성 향상이라고 하는 관점, 알루미늄(Al), 철(Fe), 구리(Cu), 마그네슘(Mg) 및 티탄(Ti)은, 결정 구조의 안정성 향상이라고 하는 관점에서, 용량 및 출력 특성에 기여하는 것이 알려져 있다.In general, nickel (Ni), cobalt (Co), and manganese (Mn) have the viewpoints of improving the purity of the material and improving the electronic conductivity, aluminum (Al), iron (Fe), copper (Cu), and magnesium (Mg). And titanium (Ti) is known to contribute to capacity | capacitance and an output characteristic from a viewpoint of stability improvement of a crystal structure.

한편, 화학식 2로 표시되는 활물질 조제는, 이온 전도성의 무기 고체 산화물이며, 소위 리튬(Li)-란탄(La)-티탄(Ti) 산화물(이하, 「LLT」라고 약칭함)이다.On the other hand, the active material preparation represented by the formula (2) is an inorganic solid oxide of ion conductivity, so-called lithium (Li)-lanthanum (La)-titanium (Ti) oxide (hereinafter, abbreviated as "LLT").

화학식 2에 있어서, y는, 0.1<y<0.17을 만족할 필요가 있다. 이 범위를 일탈하면, 당해 화합물의 이온 전도도가 10-4 S·cm-1 미만 이하가 되고, 얻어지는 복합 정극 활물질로의 리튬 이온의 이동을 저해하는 요인이 되어 버린다.In General formula (2), y needs to satisfy 0.1 <y <0.17. If the deviation is within this range, the ionic conductivity of the art, and the compound is less than 10 4 S · cm -1 or less, resulting in a factor for inhibiting the movement of lithium ions in the obtained composite positive electrode active material.

상기한 바와 같이, 본 발명의 복합 정극 활물질에 있어서는, 화학식 1로 표시되는 정극 활물질의 표면에, 화학식 2로 표시되는 이온 도전성 재료인 활물질 조제가 배치되어 있다.As mentioned above, in the composite positive electrode active material of this invention, the active material preparation which is an ion conductive material represented by General formula (2) is arrange | positioned on the surface of the positive electrode active material represented by General formula (1).

따라서, 이 복합 정극 활물질을 사용한 정극을 구비한 리튬 이온 2차 전지에서는, 충전시에 있어서의 고전위(Li 기준에서 4.6V 이상)에 있어서도, 전해액과 정극 활물질이 직접은 접촉하지 않기 때문에, 전해액의 분해가 억제되어 사이클 특성이 개선된다.Therefore, in the lithium ion secondary battery provided with the positive electrode using this composite positive electrode active material, since electrolyte solution and a positive electrode active material do not directly contact even at the high potential (4.6 V or more in Li standard) at the time of charge, electrolyte solution The decomposition of is suppressed and the cycle characteristics are improved.

즉, 정극 활물질의 표면에 이온 전도성 무기 고체 산화물을 배치함으로써, 충방전 과정에 있어서의 정극 활물질의 체적 변화에 수반하는 입자의 균열이 억제되기 때문에, 정극의 구조를 보유 지지할 수 있으며, 사이클 특성을 개선할 수 있다.That is, by disposing an ion conductive inorganic solid oxide on the surface of the positive electrode active material, since the cracks of particles accompanying the volume change of the positive electrode active material during the charge and discharge process are suppressed, the structure of the positive electrode can be retained, and the cycle characteristics Can be improved.

본 발명의 복합 정극 활물질에 있어서, 화학식 2로 표시되는 활물질 조제와의 함유 비율은, 1 내지 20 질량%로 하는 것이 바람직하다.In the composite positive electrode active material of the present invention, the content ratio with the active material assistant represented by the formula (2) is preferably 1 to 20% by mass.

활물질 조제의 함유 비율이, 1 질량% 미만에서는, 상기한 활물질 조제를 배치하는 것에 의한 효과가 얻어지지 않는 경우가 있으며, 20 질량%를 초과하면, 복합 정극 활물질 중의 정극 활물질량이 상대적으로 감소하기 때문에, 전지 에너지 밀도를 감소시켜 버리는 경우가 있다.When the content ratio of the active material preparation is less than 1% by mass, the effect of disposing the above-described active material preparation may not be obtained. When it exceeds 20% by mass, the amount of the positive electrode active material in the composite positive electrode active material is relatively decreased. In some cases, the battery energy density may be reduced.

본 발명의 복합 정극 활물질에 있어서, 정극 활물질 표면에 있어서의 활물질 조제의 존재 상태에 관해서 설명한다.In the composite positive electrode active material of the present invention, the state of presence of the active material preparation on the surface of the positive electrode active material will be described.

상기한 바와 같이, 활물질 조제는, 정극 활물질 표면에 존재하여, 리튬 이온 2차 전지의 충전시에 전해액과 정극 활물질이 직접 접촉하는 것을 억제하고, 전해액의 분해를 억제하는 기능을 달성하고, 이 기능은, 특히 고전위에 있어서의 충전시에서 매우 유효하다.As described above, the active material preparation is present on the surface of the positive electrode active material to suppress the direct contact between the electrolyte solution and the positive electrode active material at the time of charging the lithium ion secondary battery, to achieve a function of suppressing decomposition of the electrolyte solution. Silver is particularly effective at the time of charging at high potential.

이러한 관점에서는, 활물질 조제가 정극 활물질의 내부보다는 표면측에 편재하고 있는 것이 바람직하고, 전형적으로는, 활물질 조제가 정극 활물질의 표면 전체를 일정한 두께로써 피복하고 있는 것이 바람직하다.From such a viewpoint, it is preferable that the active material preparation is unevenly distributed on the surface side rather than inside of the positive electrode active material, and typically, it is preferable that the active material preparation covers the entire surface of the positive electrode active material with a constant thickness.

본 발명의 복합 정극 활물질이, 화학식 1로 표시되는 정극 활물질을 화학식 2로 표시되는 활물질 조제로 피복되어 구성되어 있으며, 당해 정극 활물질이 대략 진구 형상을 이루고, 당해 복합 정극 활물질이 대략 진구 형상을 이루는 경우, 활물질 조제의 피복 두께(t)와, 정극 활물질의 입자 직경(r) 사이에서, 다음 식The composite positive electrode active material of this invention is comprised by covering the positive electrode active material represented by General formula (1) with the active material preparation represented by General formula (2), Comprising: The said positive electrode active material forms a substantially spherical shape, and the said composite positive electrode active material forms a substantially spherical shape. In the case, between the coating thickness t of the active material preparation and the particle diameter r of the positive electrode active material,

r/(r+t)×100=0.16 내지 3.05(%)r / (r + t) × 100 = 0.16 to 3.05 (%)

로 표시되는 관계가 성립하는 것이 바람직하다.It is preferable that the relationship represented by is established.

이 관계식에 있어서, 3.05%를 초과하면, 정극 활물질로서의 기능이 저하되어 초기 용량이 낮아지는 경우가 있다.In this relation, when it exceeds 3.05%, the function as a positive electrode active material may fall and initial stage capacity may become low.

한편, 0.16% 미만에서는, 상기한 활물질 조제를 배치하는 것에 의한 효과가 얻어지지 않는 경우가 있다.On the other hand, when it is less than 0.16%, the effect by arrange | positioning said active material preparation may not be acquired.

또한, 본 발명의 복합 정극 활물질에 있어서는, 활물질 조제가 정극 활물질의 표면 전체를 피복하고 있는 것이 바람직하지만, 이것에 한정되는 것이 아니라, 소기의 효과가 얻어지면(바람직하게는, 상기의 관계식을 만족하는 한), 활물질 조제가 정극 활물질의 표면을 부분적으로 피복해 있어도 된다.Moreover, in the composite positive electrode active material of this invention, although it is preferable that an active material preparation has coat | covered the whole surface of a positive electrode active material, it is not limited to this, If a desired effect is acquired (preferably, said relationship is satisfied The active material preparation may partially cover the surface of the positive electrode active material.

다음에, 본 발명의 리튬 이온 2차 전지에 관해서 설명한다.Next, the lithium ion secondary battery of this invention is demonstrated.

상기한 바와 같이, 본 발명의 리튬 이온 2차 전지는, 이상으로 설명한 복합 정극 활물질을 포함하는 정극을 갖는 것이다.As mentioned above, the lithium ion secondary battery of this invention has a positive electrode containing the composite positive electrode active material demonstrated above.

따라서, 본 발명의 리튬 이온 2차 전지는, 높은 방전 용량을 갖고, 또한 사이클 특성이 우수하다.Therefore, the lithium ion secondary battery of this invention has high discharge capacity and is excellent in cycling characteristics.

이하, 본 발명의 리튬 이온 2차 전지에 사용하는 부재나 구조 등에 관해서 설명한다.Hereinafter, the member, structure, etc. which are used for the lithium ion secondary battery of this invention are demonstrated.

<정극 활물질><Positive electrode active material>

정극 활물질로서는, 상기한 바와 같이, 본 발명의 복합 정극 활물질을 필수 성분으로 하지만, 이 이외의 다른 정극 활물질을 병용하는 것도 가능하다.As a positive electrode active material, as mentioned above, although the composite positive electrode active material of this invention is an essential component, it is also possible to use other positive electrode active materials other than this together.

이러한 정극 활물질로서는, 예를 들어, 리튬-천이 금속 복합 산화물, 리튬- 천이 금속 인산 화합물, 리튬-천이 금속 황산 화합물, 3원계, NiMn계, NiCo계 및 스피넬 Mn계 등을 들 수 있다.As such a positive electrode active material, a lithium transition metal complex oxide, a lithium transition metal phosphate compound, a lithium transition metal sulfate compound, a ternary system, NiMn system, NiCo system, a spinel Mn system, etc. are mentioned, for example.

리튬-천이 금속 복합 산화물로서는, 예를 들어, LiMn2O4, LiCoO2, LiNiO2, Li(Ni, Mn, Co)O2, Li(Li, Ni, Mn, Co)O2, LiFePO4 및 이들의 천이 금속의 일부가 다른 원소에 의해 치환된 것 등을 들 수 있다.Examples of the lithium-transition metal composite oxide include LiMn 2 O 4 , LiCoO 2 , LiNiO 2 , Li (Ni, Mn, Co) O 2 , Li (Li, Ni, Mn, Co) O 2 , LiFePO 4 , And some of these transition metals are substituted by other elements.

3원계로서는, 니켈·코발트·망간계(복합) 정극재 등을 들 수 있다. 스피넬 Mn계로서는 LiMn2O4 등을 들 수 있다. NiMn계로서는, LiNi0 .5Mn1 .5O4 등을 들 수 있다. NiCo계로서는, Li(NiCo)O2 등을 들 수 있다.Examples of the ternary system include nickel cobalt manganese (composite) positive electrode materials. Examples of the spinel Mn system include LiMn 2 O 4 and the like. As NiMn-based, LiNi 0 .5 and the like Mn 1 .5 O 4. Examples of the NiCo system include Li (NiCo) O 2 and the like.

이들의 정극 활물질도 복수종이 병용될 수 있다.Plural types of these positive electrode active materials can also be used together.

또한, 이들의 정극 활물질이 각각 고유한 효과를 발현하는 데 더하여 최적인 입경이 다른 경우에는, 각각의 고유한 효과를 발현하는 데 더하여 최적인 입경끼리를 브랜드화해서 사용하면 되고, 모든 활물질의 입경을 반드시 균일화시킬 필요는 없다.In addition, when these positive electrode active materials each express an inherent effect, and the optimum particle size differs, in addition to expressing each unique effect, what is necessary is just to brand the optimum particle sizes, and to use the particle diameter of all active materials. It is not necessary to homogenize.

<부극 활물질>&Lt; Negative electrode active material &

부극 활물질은 리튬을 가역적으로 흡장 및 방출할 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않고, 종래 공지의 부극 활물질을 모두 사용할 수 있다.The negative electrode active material is not particularly limited as long as the negative electrode active material can reversibly occlude and release lithium, and any conventionally known negative electrode active material can be used.

예를 들어, 고 결정성 카본인 그라파이트(천연 그라파이트, 인조 그라파이트 등), 저 결정성 카본(소프트 카본, 하드 카본), 카본 블랙(케첸 블랙, 아세틸렌 블랙, 채널 브랙, 램프 블랙, 오일 퍼니스 블랙, 서멀 블랙 등), 풀러렌, 카본 나노 튜브, 카본 나노 파이버, 카본 나노 혼, 카본 피브릴 등의 탄소 재료;Si, Ge, Sn, Pb, Al, In, Zn, H, Ca, Sr, Ba, Ru, Rh, Ir, Pd, Pt, Ag, Au, Cd, Hg, Ga, Tl, C, N, Sb, Bi, O, S, Se, Te, Cl 등의 리튬과 합금화하는 원소의 단체, 및 이들의 원소를 포함하는 산화물[일산화 규소(SiO, SiOx(0<x<2), 이산화 주석(SnO2), SnOx(0<x<2), SnSiO3 등] 및 탄화물[탄화 규소(SiC) 등] 등; 리튬 금속 등의 금속 재료; 리튬-티탄 복합 산화물(티탄산 리튬:Li4Ti5O12) 등의 리튬-천이 금속 복합 산화물; 및 그 밖의 종래 공지의 부극 활물질이 사용 가능하다.For example, high crystalline carbon graphite (natural graphite, artificial graphite, etc.), low crystalline carbon (soft carbon, hard carbon), carbon black (Ketjen black, acetylene black, channel black, lamp black, oil furnace black, Thermal materials such as thermal black), fullerenes, carbon nanotubes, carbon nanofibers, carbon nanohorns, carbon fibrils; Si, Ge, Sn, Pb, Al, In, Zn, H, Ca, Sr, Ba, Ru , A group of elements alloyed with lithium such as Rh, Ir, Pd, Pt, Ag, Au, Cd, Hg, Ga, Tl, C, N, Sb, Bi, O, S, Se, Te, Cl, and these Oxides containing elements of silicon [SiO, SiO x (0 <x <2), tin dioxide (SnO 2 ), SnO x (0 <x <2), SnSiO 3 Etc.] and carbides [silicon carbide (SiC) etc.] etc .; Metal materials such as lithium metal; Lithium-transition metal composite oxides such as lithium-titanium composite oxide (lithium titanate: Li 4 Ti 5 O 12 ); And other conventionally known negative electrode active materials can be used.

상기 부극 활물질은, 단독으로 사용하거나, 또는 2종 이상의 혼합물의 형태로 사용해도 좋다.The said negative electrode active material may be used independently or may be used in the form of 2 or more types of mixtures.

<전해질층><Electrolyte Layer>

전해질층은, 비수전해질을 포함하는 층이다. 전해질층에 포함되는 비수전해질(구체적으로는, 리튬염)은, 충방전시에 정부 극간을 이동하는 리튬 이온의 캐리어로서의 기능을 갖는다. 비수전해질로서는, 이러한 기능을 발휘할 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않지만, 액체 전해질 또는 폴리머 전해질을 사용할 수 있다.The electrolyte layer is a layer containing a nonaqueous electrolyte. The nonaqueous electrolyte (specifically, a lithium salt) contained in the electrolyte layer has a function as a carrier of lithium ions that move between the governmental poles during charging and discharging. The nonaqueous electrolyte is not particularly limited as long as it can exhibit such a function, but a liquid electrolyte or a polymer electrolyte can be used.

액체 전해질은, 유기 용매에 리튬염이 용해된 형태를 갖는다. 유기 용매로서는, 예를 들어, 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC) 등의 카보네이트류를 예시할 수 있다.The liquid electrolyte has a form in which lithium salt is dissolved in an organic solvent. As an organic solvent, carbonates, such as ethylene carbonate (EC), a propylene carbonate (PC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), can be illustrated, for example.

또한, 리튬염으로서는, Li(CF3SO2)2N, Li(C2F5SO2)2N, LiPF6, LiBF4, LiAsF6, LiTaF6, LiClO4, LiCF3SO3 등 전극의 활물질층에 첨가될 수 있는 화합물을 마찬가지로 채용할 수 있다.Examples of lithium salts include Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N, LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiTaF 6 , LiClO 4 , LiCF 3 SO 3, and the like. Compounds that can be added to the active material layer can likewise be employed.

한편, 폴리머 전해질은, 전해액을 포함하는 겔 폴리머 전해질(겔 전해질)과, 전해액을 포함하지 않는 진성 폴리머 전해질로 분류된다.On the other hand, the polymer electrolyte is classified into a gel polymer electrolyte (gel electrolyte) containing an electrolyte solution and an intrinsic polymer electrolyte containing no electrolyte solution.

겔 폴리머 전해질은, 바람직하게는 이온 전도성 폴리머로 이루어지는 매트릭스 폴리머(호스트 폴리머)에, 상기의 액체 전해질이 주입되어 이루어지는 구성을 갖는다. 전해질로서 겔 폴리머 전해질을 사용함으로써 전해질의 유동성이 없어지고, 각 층간의 이온 전도성을 차단하는 것이 용이해지는 점에서 우수하다.The gel polymer electrolyte preferably has a constitution in which the above liquid electrolyte is injected into a matrix polymer (host polymer) composed of an ion conductive polymer. By using the gel polymer electrolyte as the electrolyte, it is excellent in that the fluidity of the electrolyte is lost and it is easy to block the ion conductivity between the layers.

매트릭스 폴리머(호스트 폴리머)로서 사용되는 이온 전도성 폴리머로서는, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 폴리에틸렌옥시드(PEO), 폴리프로필렌옥시드(PPO), 폴리불화비닐리덴(PVDF), 폴리불화비닐리덴과 헥사플루오로프로필렌의 공중합체(PVDF-HFP), 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 및 이들의 공중합체 등을 들 수 있다.It does not specifically limit as an ion conductive polymer used as a matrix polymer (host polymer). (PVDF-HFP), polyethylene glycol (PEG), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinylidene fluoride and hexafluoropropylene copolymer, , Polyacrylonitrile (PAN), polymethylmethacrylate (PMMA), and copolymers thereof.

여기서, 상기의 이온 전도성 폴리머는, 활물질층에 있어서 전해질로서 사용되는 이온 전도성 폴리머와 동일해도 되고, 상이해도 되지만, 동일한 것이 바람직하다. 전해액(리튬염 및 유기 용매)의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 상기에서 예시한 리튬염 등의 전해질염 및 카보네이트류 등의 유기 용매를 사용할 수 있다.Here, although said ion conductive polymer may be the same as or different from the ion conductive polymer used as electrolyte in an active material layer, the same thing is preferable. The kind of the electrolytic solution (lithium salt and organic solvent) is not particularly limited, and organic solvents such as electrolyte salts such as lithium salts and the carbonates exemplified above can be used.

진성 폴리머 전해질은, 상기의 매트릭스 폴리머에 리튬염이 용해해서 이루어지는 구성을 가지며, 유기 용매를 포함하지 않는다. 따라서, 전해질로서 진성 폴리머 전해질을 사용함으로써 전지로부터의 액 누설의 염려가 없으며, 전지의 신뢰성이 향상될 수 있다.The intrinsic polymer electrolyte has a structure in which lithium salt is dissolved in the matrix polymer and does not contain an organic solvent. Therefore, there is no fear of liquid leakage from the battery by using the intrinsic polymer electrolyte as the electrolyte, and the reliability of the battery can be improved.

겔 폴리머 전해질이나 진성 폴리머 전해질의 매트릭스 폴리머는, 가교 구조를 형성함으로써, 우수한 기계적 강도를 발현할 수 있다. 가교 구조를 형성시키기 위해서는, 적당한 중합 개시제를 사용하여, 고분자 전해질 형성용의 중합성 폴리머(예를 들어, PEO나 PPO)에 대하여 열 중합, 자외선 중합, 방사선 중합, 전자선 중합 등의 중합 처리를 실시하면 된다.The matrix polymer of the gel polymer electrolyte or the intrinsic polymer electrolyte can express excellent mechanical strength by forming a crosslinked structure. In order to form a crosslinked structure, a polymerization initiator such as thermal polymerization, ultraviolet polymerization, radiation polymerization, electron beam polymerization and the like is applied to a polymeric polymer (for example, PEO or PPO) for forming a polymer electrolyte by using a proper polymerization initiator .

이들의 전해질층에 포함되는 비수전해질은, 1종 단독이어도 되고, 2종 이상이어도 된다.The nonaqueous electrolyte contained in these electrolyte layers may be single 1 type, or 2 or more types may be sufficient as it.

또한, 전해질층이 액체 전해질이나 겔 폴리머 전해질로 구성되는 경우에는, 전해질층에 세퍼레이터를 사용한다.In addition, when an electrolyte layer consists of a liquid electrolyte or a gel polymer electrolyte, a separator is used for an electrolyte layer.

세퍼레이터의 구체적인 형태로서는, 예를 들어, 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀으로 이루어지는 미다공막을 들 수 있다.As a specific form of a separator, the microporous film which consists of polyolefins, such as polyethylene and a polypropylene, is mentioned, for example.

전해질층의 두께는, 내부 저항을 저감시키기 위해서는 얇으면 얇을수록 좋다고 할 수 있다. 전해질층의 두께는, 통상 1 내지 100㎛, 바람직하게는 5 내지 50㎛로 하는 것이 좋다.In order to reduce the internal resistance, the thickness of the electrolyte layer is preferably as thin as possible. The thickness of the electrolyte layer is usually 1 to 100 占 퐉, preferably 5 to 50 占 퐉.

<바인더><Binder>

바인더는, 활물질끼리 또는 활물질과 집전체를 결착시켜서 전극 구조를 유지할 목적으로 첨가된다.The binder is added for the purpose of binding the active materials or the active material and the current collector to maintain the electrode structure.

이러한 바인더로서는, 폴리불화비닐리덴(PVDF), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리초산비닐, 폴리이미드(PI), 폴리아미드(PA), 폴리염화비닐(PVC), 폴리메틸아크릴레이트(PMA), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리에테르니트릴(PEN), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 및 폴리아크릴로니트릴(PAN) 등의 열가소성 수지, 에폭시 수지, 폴리우레탄 수지, 및 유리어 수지 등의 열경화성 수지, 및 스티렌 부타디엔 고무(SBR) 등의 고무계 재료를 들 수 있다.As such a binder, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinyl acetate, polyimide (PI), polyamide (PA), polyvinyl chloride (PVC), polymethyl acrylate (PMA) ), Polymethyl methacrylate (PMMA), polyethernitrile (PEN), polyethylene (PE), polypropylene (PP) and polyacrylonitrile (PAN), such as thermoplastic resins, epoxy resins, polyurethane resins, and glass Thermosetting resins, such as fish resin, and rubber type materials, such as styrene butadiene rubber (SBR), are mentioned.

<도전조제><Challenge Preparation>

도전조제(도전제라고도 함)란, 도전성을 향상시키기 위해서 배합되는 도전성의 첨가물을 말한다.A conductive aid (also called a conductive agent) refers to an electrically conductive additive blended in order to improve conductivity.

본 발명에서 사용할 수 있는 도전조제는 특별히 제한되지 않으며, 종래 공지의 것을 이용할 수 있다. 예를 들어, 아세틸렌 블랙 등의 카본 블랙, 그라파이트, 탄소 섬유 등의 탄소 재료를 들 수 있다.The conductive aid that can be used in the present invention is not particularly limited, and conventionally known ones can be used. For example, carbon materials such as carbon black such as acetylene black, graphite, and carbon fiber can be cited.

도전조제를 함유시키면, 활물질층의 내부에 있어서의 전자 네트워크가 효과적으로 형성되고, 전지의 출력 특성의 향상, 전해액의 보액성의 향상에 의한 신뢰성 향상에 기여할 수 있다.When the conductive aid is contained, the electronic network in the inside of the active material layer is effectively formed, which can contribute to the improvement of the output characteristics of the battery and the reliability improvement by the improvement of the liquid retention property of the electrolyte solution.

<정극><Positive electrode>

상기한 바와 같은 리튬 이온 2차 전지에 있어서, 정극은, 알루미늄박, 동박, 니켈박 및 스테인리스박 등의 도전성 재료로 이루어지는 집전체(정극 집전체)의 한쪽 면 또는 양쪽 면에, 정극 활물질층, 즉 정극 활물질과 함께, 필요에 따라 도전조제나 바인더를 포함하는 정극 활물질층을 형성한 구조를 갖는 것이다.In the lithium ion secondary battery as described above, the positive electrode includes a positive electrode active material layer on one or both surfaces of a current collector (positive electrode current collector) made of a conductive material such as aluminum foil, copper foil, nickel foil, and stainless steel foil. That is, it has a structure which provided the positive electrode active material layer containing a conductive support agent and a binder as needed with a positive electrode active material.

<부극><Negative electrode>

부극도, 정극과 마찬가지로, 상기와 같은 도전성 재료로 이루어지는 집전체(부극 집전체)의 한쪽 면 또는 양쪽 면에, 부극 활물질층, 즉 부극 활물질과 함께, 필요에 따라 도전조제나 바인더를 포함하는 부극 활물질층을 형성한 구조를 갖는 것이다.Similar to the positive electrode, the negative electrode also includes a negative electrode active material layer, ie, a negative electrode active material, on one or both surfaces of the current collector (negative electrode current collector) made of the above conductive material, as necessary, including a conductive aid or a binder as necessary. It has a structure in which an active material layer is formed.

또한, 상기한 바와 같은 정극 및 부극(전극)에 있어서, 정극 활물질층 및 부극 활물질층을 1매의 집전체의 한쪽 면과 다른 쪽 면에 각각 형성하는 것도 가능하고, 이러한 전극은, 쌍극형 전지에 적용된다.In addition, in the above-described positive electrode and negative electrode (electrode), it is also possible to form the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer on one side and the other side of one current collector, respectively, and such an electrode is a bipolar battery. Applies to

<전지의 구조 등><Structure of battery>

리튬 이온 2차 전지는, 상기한 바와 같은 정극과 부극이 전해질층을 통해서 접속된 전지 소자(전극 구조체)를 갖고 있으며, 이러한 전지 소자를 캔 부재나 라미네이트 용기(포장체) 등의 전지 케이스에 수용한 구조를 갖고 있다.The lithium ion secondary battery has a battery element (electrode structure) in which the positive electrode and the negative electrode as described above are connected through an electrolyte layer, and the battery element is housed in a battery case such as a can member or a laminate container (package). It has a structure.

또한, 전지 소자가 정극, 전해질층 및 부극을 권회한 구조를 갖는 권회형의 전지와, 정극, 전해질층 및 부극을 적층형의 전지로 크게 구별되고, 상기한 쌍극형 전지는 적층형의 구조를 갖는다.In addition, a wound battery having a structure in which a battery element is wound around a positive electrode, an electrolyte layer, and a negative electrode, and a positive electrode, an electrolyte layer, and a negative electrode are largely classified into a laminated battery, and the bipolar battery has a stacked structure.

또한, 전지 케이스의 형상이나 구조에 따라, 소위 코인 셀, 버튼 전지, 라미네이트 전지 등으로 칭해지기도 한다.Moreover, depending on the shape and structure of a battery case, it may be called a coin cell, a button battery, a laminated battery, etc.

[실시예][Example]

이하, 본 발명을 실시예 및 비교예에 의해 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, although an Example and a comparative example demonstrate this invention further in detail, this invention is not limited to these Examples.

<정극 활물질의 합성>&Lt; Synthesis of positive electrode active material &

시료의 합성은, 복합탄산염법을 사용해 이하와 같이 행하였다. The synthesis | combination of the sample was performed as follows using the composite carbonate method.

황산 니켈, 황산 코발트, 황산 망간을 소정량 칭량하여, 이들의 혼합 용액을 조제하고, 이것에 암모니아수를 pH7이 될 때까지 적하하고, 다시 Na2CO3 용액을 적하해서 Ni-Co-Mn의 복합탄산염을 침전시켰다(Na2CO3 용액을 적하하고 있는 동안에, 암모니아수로 pH7을 유지하였음).A predetermined amount of nickel sulfate, cobalt sulfate, and manganese sulfate was weighed to prepare a mixed solution of these, and ammonia water was added dropwise to pH7, and Na 2 CO 3 solution was further added dropwise to mix Ni-Co-Mn. The carbonate was precipitated (while the Na 2 CO 3 solution was added dropwise, pH 7 was maintained in ammonia water).

그 후, 흡인 여과해서 수세하여, 120℃에서 5시간 건조하였다. 이것을 500℃에서 5시간 가소성하였다. 이것에 소과잉의 LiOH·H2O를 가하고, 자동 유발로 30분간 혼합하였다.Thereafter, the mixture was suction filtered, washed with water, and dried at 120 ° C for 5 hours. This was calcined at 500 DEG C for 5 hours. Excessive LiOH.H 2 O was added to this and mixed for 30 minutes by automatic induction.

그러한 후, 900℃에서 12시간 본 소성하고 나서, 액체 질소를 사용해 급속 냉각하고, Li1.850[Ni0 .175Co0 .100Mn0 .86]O3(이하,「고용체 정극 활물질 1」이라고 함), Li1 .77[Ni0 .32Co0 .05Mn0 .86]O3(이하, 「고용체 정극 활물질 2」)의 조성을 갖는 2종의 정극 활물질(고용체 정극 활물질)을 얻었다.Then, the then at 900 ℃ 12 sigan firing, cooling rapidly with liquid nitrogen, and Li 1. 850 [Ni 0 .175 Co 0 .100 Mn 0 .86] O 3 ( hereinafter referred to as "solid solution in the positive electrode active material 1"), 1 .77 Li [Ni Co 0 .32 0 .05 0 .86 Mn] O 3 (Hereinafter, two types of positive electrode active materials (solid solution positive electrode active materials) having the composition of "Soluble Positive Electrode Active Material 2") were obtained.

<복합 정극 활물질의 합성(피복 방법)><Synthesis of Composite Cathode Active Material (Coating Method)>

(제2 비교예 내지 제4 비교예)(2nd comparative example-4th comparative example)

피복물의 전구체인 알콕시드 또는 유기염(여기서는, 테트라에톡시실란, 테트라이소프로폭시드티탄, 아세트산란탄)을 소정량, 이온 교환수 또는 저급 알코올에 용해시켜서 전구체 용액을 조제하고, 이 중에 상기의 고용체 정극 활물질 1을 침지시켰다.An alkoxide or organic salt (here, tetraethoxysilane, tetraisopropoxide titanium, lanthanum acetate), which is a precursor of the coating, is dissolved in a predetermined amount, ion-exchanged water or lower alcohol to prepare a precursor solution, wherein The solid solution positive electrode active material 1 was immersed.

이 혼합 용액을 실온에서 5시간 교반한 후, 80℃에서 농축 건조시켰다. 얻어진 고체를 대기 하 800℃에서 8시간 소성하여, 표 1에 나타내는 바와 같은 제2 비교예 내지 제4 비교예의 복합 정극 활물질을 얻었다.The mixed solution was stirred at room temperature for 5 hours, and then concentrated to dryness at 80 ° C. The obtained solid was baked at 800 degreeC under air | atmosphere for 8 hours, and the composite positive electrode active material of the 2nd comparative example-the 4th comparative example as shown in Table 1 was obtained.

또한, 피복을 행하지 않았던 고용체 정극 활물질 1(자체)을 제1 비교예로서 표 1에 기재하였다.In addition, the solid solution positive electrode active material 1 (self) which was not coat | covered is shown in Table 1 as a 1st comparative example.

(제1 실시예 내지 제6 실시예)(Examples 1 to 6)

소정량의 티탄 이소프로폭시드와 아세트산을 이소프로판올에, 아세트산 리튬과 아세트산 란탄을 이온 교환수에 용해시켜, 이들 2종의 용액을 다시 혼합한 후, 실온에서 12시간 교반하였다.Predetermined amounts of titanium isopropoxide and acetic acid were dissolved in isopropanol, lithium acetate and lanthanum acetate were dissolved in ion-exchanged water, and these two solutions were mixed again, followed by stirring at room temperature for 12 hours.

이렇게 해서 얻어진 2종류의 Li3yLa2 /3-y1/3-2 yTiO3(표 1 참조)의 전구체 용액에, 고용체 정극 활물질 1을 침지시켜, 실온에서 5시간 교반한 후, 80℃에서 농축 건조시켰다. 얻어진 고체를 대기 하 800℃에서 8시간 소성하여, 표 1에 나타내는 제1 실시예 내지 제6 실시예의 복합 정극 활물질을 얻었다.The solid solution positive electrode active material 1 was immersed in the precursor solution of two kinds of Li 3y La 2 / 3-y1 / 3-2 y TiO 3 (see Table 1) thus obtained, and stirred at room temperature for 5 hours. It was concentrated to dryness at ℃. The obtained solid was baked at 800 degreeC under air | atmosphere for 8 hours, and the composite positive electrode active material of Example 1-Example 6 shown in Table 1 was obtained.

(제7 실시예 및 제8 실시예, 제5 비교예)(7th Example, 8th Example, 5th Comparative Example)

고용체 정극 활물질 1 대신에 고용체 정극 활물질 2를 사용한 이외에는, 제1 실시예와 동일한 조작을 반복하여, 제7 실시예 및 제8 실시예의 복합 정극 활물질을 얻었다.Except for using the solid solution positive electrode active material 2 in place of the solid solution positive electrode active material 1, the same operation as in the first embodiment was repeated to obtain the composite positive electrode active material of the seventh and eighth embodiments.

또한, 피복을 행하지 않았던 고용체 정극 활물질 2 (자체)를 제6 비교예로서 표 2에 기재하였다.In addition, the solid solution positive electrode active material 2 (self) which did not coat | cover was described in Table 2 as a 6th comparative example.

[성능 평가][Performance evaluation]

<전극의 작성><Creation of electrode>

상기한 바와 같이 해서 얻어진 각 비교예 및 각 실시예의 복합 정극 활물질과, 도전조제로서의 아세틸렌블랙과, 바인더로서의 폴리불화비닐리덴을 80:10:10의 질량비가 되도록 배합하고, 이것에 N-메틸피롤리돈을 용매로서 첨가하고 혼합하여, 정극 슬러리를 작성하였다.The composite positive electrode active material of each Comparative Example and each Example obtained as mentioned above, acetylene black as a conductive support agent, and polyvinylidene fluoride as a binder are mix | blended so that it may become a mass ratio of 80:10:10, and it is N-methylpi Rollidone was added as a solvent and mixed to prepare a positive electrode slurry.

또한, 집전체로서는 알루미늄박을 사용하고, 상기에서 얻은 정극 슬러리를 각각 70㎛의 두께가 되도록 도포하고, 충분히 건조시킴으로써 각 예의 복합 정극 활물질을 사용한 정극을 제작하였다. 얻어진 정극은, 각각 80℃에서 진공 건조시겼다.Moreover, the positive electrode using the composite positive electrode active material of each case was produced by using aluminum foil as an electrical power collector, apply | coating so that the said positive electrode slurry so that it might become thickness of 70 micrometers, respectively, and fully drying. The obtained positive electrode was vacuum-dried at 80 degreeC, respectively.

<전극의 충방전 시험><Charge / Discharge Test of Electrode>

(정극 하프 셀의 제작)(Production of positive electrode half cell)

상기에서 제작한 각각의 정극과, 스테인리스디스크에 금속 리튬을 부착한 부극을 대향시키고, 이 사이에, 폴리올레핀제로 두께 20㎛의 세퍼레이터를 배치하였다.The positive electrode produced above and the negative electrode which adhered the metal lithium to the stainless steel disk were made to oppose, and the separator of 20 micrometers in thickness was arrange | positioned between them.

이 부극·세퍼레이터·정극의 적층체를 스테인리스강(SUS316)제의 코인 셀(CR2032)에 배치하고, 1M LiPF6 EC:DEC(1:1v/v%)를 전해액으로서 사용해서 코인 셀내에 주입한 후, 밀폐하여, 각 예의 리튬 이온 2차 전지(하프 셀)를 얻었다.The laminated body of the negative electrode, the separator, and the positive electrode was placed in a coin cell (CR2032) made of stainless steel (SUS316), and injected into the coin cell using 1M LiPF 6 EC: DEC (1: 1 v / v%) as an electrolyte. Then, it sealed and obtained the lithium ion secondary battery (half cell) of each case.

(정극 하프 셀의 사이클 특성 평가)(Evaluation of cycle characteristics of positive electrode half cell)

상기에 의해 제작한 각 예의 리튬 이온 2차 전지에 대해서, 충방전 사이클 시험을 행하고, 방전 용량 보유 지지율에 대해서 조사하였다. 즉, 30℃의 분위기 하, 정전압 방식(CC, 전류:0.1C)으로 4.8V까지 충전하고, 10분간 중지시킨 후, 정전류(CC, 전류:0.1C)로 2V까지 방전하고, 방전 후 10분간 중지시키는 충방전 과정을 1 사이클로 하여 이것을 30회 반복하였다.The charge / discharge cycle test was done about the lithium ion secondary battery of each case produced by the above, and it investigated about discharge capacity retention rate. That is, under a 30 ° C atmosphere, the battery was charged to 4.8V with a constant voltage method (CC, current: 0.1C), stopped for 10 minutes, discharged to 2V with a constant current (CC, current: 0.1C), and 10 minutes after discharge. This was repeated 30 times with one cycle of stopping and discharging.

얻어진 결과를 표 1 및 2에 병기한다.The obtained results are written together in Tables 1 and 2.

또한, 표중, 30thcycle시 유지율로서 나타낸 값은, 1st cycle시의 방전 용량을 100%로 한 경우의 값이다.In addition, the value shown as the retention rate at 30 th cycle in a table | surface is a value when the discharge capacity in 1st cycle is made into 100%.

Figure 112012008991420-pat00005
Figure 112012008991420-pat00005

Figure 112012008991420-pat00006
Figure 112012008991420-pat00006

표 1에는, 정극 활물질로서 Li1 .850[Ni0 .175Co0 .100Mn0 .875]O3을 사용한 경우의 피복의 유무나 피복물(활물질 조제)의 종류, 피복량이, 사이클 특성에 미치는 영향이 나타나 있다. 이 표로부터 이하를 이해할 수 있다.Table 1, as the amount of positive electrode active material Li 1 .850 kinds of [Ni Co 0 .175 0 .100 0 .875 Mn] presence or coating (active material preparation) of the coating in the case of using the O 3, coating, on the cycle characteristics The impact is shown. The following can be understood from this table.

(1) La2O3, TiO2, SiO2라고 한 이온 전도성이 없다고 생각되는 산화물을 피복한 예(제2 비교예 내지 제4 비교예)에 있어서는, 1 사이클째의 방전 용량이 피복전(제1 비교예)과 비교해서 저하하고 있다. 이것은, 피복종에 이온 전도성이 없는 것에 의해, 충방전 과정에서의 Li 이온 이동이 저해되었기 때문이라고 생각된다. (1) La 2 O 3, TiO 2, before in the example coated with oxides thought that the ion conductivity as SiO 2 (the second comparative example to the fourth comparative example), the discharge capacity at 1 cycle is coated ( It is falling compared with the 1st comparative example). This is considered to be because Li ion movement in the charge / discharge process was inhibited because the coated species had no ion conductivity.

30 사이클 후의 유지율은, 피복전과 비교해서 개선되어 있지만, 이것에 대해서는, 초기 용량이 저하된 것과, 피복에 의해 전해액의 분해가 억제된 것 등이 추측된다. (2) 각 비교예에 대하여, 각 실시예에서는, 이온 전도성을 갖는 LLT를 사용함으로써, 1 사이클째의 방전 용량이 피복 전과 동일한 정도의 값을 유지하면서, 30 사이클 후의 방전 용량 유지율이 개선되어 있다.The retention after 30 cycles is improved as compared with before coating, but it is estimated that the initial capacity is lowered and that decomposition of the electrolyte is suppressed by coating. (2) About each comparative example In each Example, by using LLT which has ion conductivity, the discharge capacity retention rate after 30 cycles is improving, while the discharge capacity of 1st cycle maintains the value of the same level as before coating | coating. .

한편, 표 2에는, 정극 활물질로서 Li1 .77[Ni0 .32Co0 .05Mn0 .86]O3을 사용한 경우의 LLT 피복 효과가 나타나 있다. 이 표로 이하의 것을 이해할 수 있다.On the other hand, Table 2, as a positive electrode active material, there is shown a LLT coating effect in the case of using the Li 1 .77 [Ni 0 .32 Co 0 .05 Mn 0 .86] O 3. The following can be understood from this table.

즉 피복되는 정극 활물질의 조성이 변화되어도, 정극 특성에 대한 LLT 피복의 효과가 바뀌지 않는 것을 이해할 수 있다.That is, even if the composition of the positive electrode active material to be coated changes, it can be understood that the effect of the LLT coating on the positive electrode characteristics does not change.

이상, 본 발명을 약간의 실시 형태 및 실시예에 의해 설명했지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지의 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다.As mentioned above, although this invention was demonstrated by some embodiment and an Example, this invention is not limited to these, A various deformation | transformation is possible within the scope of the summary of this invention.

예를 들어, 상기의 실시 형태에서는, 피복 방법으로서 피복물 전구체 용액에 정극 활물질을 투입하고, 건조, 소성함으로써 피복을 행하고 있지만, 이것에 한정되는 것이 아니라, 소성 전의 피복물 전구체와 정극 활물질을 기계적으로 혼합하는 밀링 처리를 한 후에 소성하는 등의 방법으로도 피복하는 것이 가능하다.
For example, in said embodiment, although coating is performed by putting a positive electrode active material into a coating precursor solution, drying, and baking as a coating method, it is not limited to this, The coating precursor before baking and a positive electrode active material are mechanically mixed. It is also possible to coat by a method such as firing after milling.

Claims (4)

[화학식 1]
Figure 112012008991420-pat00007

[식 중의 x는 0.1≤x≤0.5를 만족하고, M은 NiαCoβMnγ(여기서 α, β, γ는 각각 0 <α≤0.5, 0≤β≤0.33, 0<γ≤0.5를 만족함)를 나타냄]으로 표시되는 정극 활물질과,
이 정극 활물질의 표면에 존재하고,
[화학식 2]
Figure 112012008991420-pat00008

(식 중의 y는 0.1<y<0.17을 만족함)으로 표시되는 활물질 조제를 포함하는 것을 특징으로 하는, 리튬 이온 2차 전지용 복합 정극 활물질.
[Chemical Formula 1]
Figure 112012008991420-pat00007

[Wherein x satisfies 0.1 ≦ x ≦ 0.5, and M satisfies Ni α Co β Mn γ (where α, β, and γ satisfy 0 <α ≦ 0.5, 0 ≦ β ≦ 0.33, and 0 <γ ≦ 0.5, respectively). ) Represents a positive electrode active material,
Exists on the surface of this positive electrode active material,
(2)
Figure 112012008991420-pat00008

The composite positive electrode active material for lithium ion secondary batteries characterized by including the active material preparation represented by (y in formula satisfies 0.1 <y <0.17).
제1항에 있어서, 상기 활물질 조제가 1 내지 20 질량%의 비율로 포함되는 것을 특징으로 하는, 리튬 이온 2차 전지용 복합 정극 활물질.The composite positive electrode active material for lithium ion secondary batteries according to claim 1, wherein the active material preparation is contained at a ratio of 1 to 20 mass%. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 복합 정극 활물질이, 상기 정극 활물질을 상기 활물질 조제로 피복한 대략 진구 형상을 이룬다고 가정한 경우, 상기 활물질 조제의 피복 두께(t)가, 상기 정극 활물질의 입자 직경(r)의 사이에서, 다음 식
r/(r+t)×100=0.16 내지 3.05(%)
로 표시되는 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는, 리튬 이온 2차 전지용 복합 정극 활물질.
The coating thickness (t) of the active material preparation is the positive electrode active material according to claim 1 or 2, wherein the composite positive electrode active material has a roughly spherical shape in which the positive electrode active material is coated with the active material preparation. Among the particle diameters (r) of
r / (r + t) × 100 = 0.16 to 3.05 (%)
The composite positive electrode active material for lithium ion secondary batteries characterized by satisfy | filling the relationship shown by.
제1항 또는 제2항에 기재된 리튬 2차 전지용 복합 정극 활물질을 포함하는 정극을 구비하는, 리튬 이온 2차 전지. The lithium ion secondary battery provided with the positive electrode containing the composite positive electrode active material for lithium secondary batteries of Claim 1 or 2.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101488296B1 (en) * 2012-12-27 2015-01-30 현대자동차주식회사 The Structure of Lithium secondary Battery Cell
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JP6394193B2 (en) * 2014-08-29 2018-09-26 Tdk株式会社 Positive electrode active material, positive electrode and lithium ion secondary battery
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Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001243954A (en) * 2000-03-01 2001-09-07 Mitsubishi Chemicals Corp Positive electrode material for lithium secondary battery
KR101278752B1 (en) * 2008-06-26 2013-06-25 에이지씨 세이미 케미칼 가부시키가이샤 Surface modified lithium containing composite oxide for positive electrode active material of lithium ion secondary batteries and method of producing thereof
JP2011034943A (en) * 2009-03-16 2011-02-17 Sanyo Electric Co Ltd Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP5625273B2 (en) * 2009-07-24 2014-11-19 日産自動車株式会社 Method for producing positive electrode material for lithium ion battery
EP2595221A4 (en) * 2010-07-16 2014-03-26 Mitsubishi Chem Corp Positive electrode for lithium secondary batteries and lithium secondary battery using same

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Electrochemical Society Meeting 2010 Abstract#471 *
Journal of Solid State Chemistry 178 (2005) 2575-2585 *

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