KR101494154B1 - 고온 저장 특성이 우수한 리튬 이차전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 양극, 음극, 및 리튬염 함유 비수계 전해질을 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것으로, 상기 양극은 양극 활물질로서 하기 화학식 1의 화합물을 포함하고 있고, 상기 전해질에는 화학식 1의 화합물과의 상호 작용할 수 있는 첨가제가 포함되어 있어, 전지의 고온 보존에 의한 회복용량 감소를 줄여 고온 성능이 향상된 리튬 이차전지를 제공한다.
LiaNixMnyCozO2 (1)
상기 식에서, 0.8≤a<1.2, 0.7≤x<1, 0<y<0.3, 0<z<0.3이다.

Description

고온 저장 특성이 우수한 리튬 이차전지 {Lithium Secondary Battery of Excellent High-Temperature Storage Properties}
본 발명은 양극, 음극, 및 리튬염 함유 비수계 전해질을 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이후 설명하는 바와 같은 화학식 1로 표시되는 양극 활물질로서, 상기 전해질에 화학식 1의 화합물과의 상호작용에 의해 고온 보관 조건에서 용량 저하를 억제하는 특성을 발휘하는 첨가제가 포함되어 있어 전지의 고온 저장 특성을 향상시킬 수 있는 리튬 이차전지에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압의 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해졌고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.
리튬 이차전지는 양극 활물질로 LiCoO2 등의 금속 산화물과 음극 활물질로 탄소 재료를 사용하며, 음극과 양극 사이에 다공성 고분자 분리막을 위치시키고, LiPF6 등의 리튬염을 함유한 비수성 전해액을 넣어서 제조하게 되며 기본적으로 전지의 작동 전압 범위에서 안정해야 하고, 충분히 빠른 속도로 이온을 전달할 수 있는 능력을 가져야 한다.
리튬 이차전지의 양극 활물질로는 리튬 함유 코발트 산화물(LiCoO2)이 주로 사용되고 있고, 그 외에 층상 결정구조의 LiMnO2, 스피넬 결정구조의 LiMn2O4 등의 리튬 함유 망간 산화물과, 리튬 함유 니켈 산화물(LiNiO2)의 사용도 고려되고 있다.
상기 양극 활물질들 중 LiCoO2은 수명 특성 및 충방전 효율이 우수하지만, 고온 안전성이 떨어지고, 원료로서 사용되는 코발트가 자원적 한계로 인해 고가의 물질이므로 가격 경쟁력에 한계가 있다는 단점이 있고, LiMnO2, LiMn2O4 등의 리튬 망간 산화물은 열적 안전성이 우수하고 가격이 저렴하며 합성이 용이하지만, 용량이 작고 고온 특성이 열악하며 전도성이 낮다는 문제점이 있다.
반면에, LiNiO2 등의 리튬 니켈계 산화물은 상기 코발트계 산화물보다 비용이 저렴하면서도 4.3V로 충전되었을 때, 높은 방전 용량을 나타내므로 약간 낮은 평균 방전 전압과 체적 밀도(volumetric density)에도 불구하고, LiNiO2계 양극 활물질을 포함하는 상용화 전지는 개선된 에너지 밀도를 가지므로, 최근 고용량 전지를 개발하기 위하여 이러한 니켈계 양극 활물질에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
그러나, LiNiO2계 양극 활물질은 충방전 사이클에 동반하는 체적 변화에 따라 결정 구조의 급격한 상전이가 나타나고, 이에 따라 입자의 균열이나 결정입계에 공극이 발생될 수 있다. 따라서, 리튬 이온의 흡장 및 방출이 방해를 받아 분극저항을 증가시키므로 충방전 성능이 저하되는 문제가 있다. 이를 방지하기 위해, 종래에는 제조과정에서 Li 소스를 과잉으로 넣고 산소 분위기에서 반응시켜 LiNiO2계 산화물을 제조하였는 바, 이러한 방식으로 제조된 양극 활물질은 충전된 상태에서 산소 원자간의 반발력에 의해 구조가 팽창하면서 불안정해지고, 충방전의 반복에 의해 사이클 특성이 심각하게 저하되는 문제가 있다.
따라서, 많은 종래 기술들은 LiNiO2계 양극 활물질의 특성과 LiNiO2의 제조공정을 개선하는데 초점을 맞추고 있다.
이에, 니켈의 일부를 망간, 코발트 등의 다른 전이금속으로 치환한 형태의 리튬 전이금속 산화물이 제안되었다. 그러나, 이러한 금속 치환된 니켈계 리튬 전이금속 산화물은 상대적으로 사이클 특성 및 용량 특성이 우수하다는 장점이 있지만, 이 경우에도 장기간 사용 시에는 사이클 특성이 저하되는 등의 문제는 충분히 해결되지 못하고 있다. 특히, 고온 보존 하에서의 특성 저하의 문제점을 해결하고 있지 못하다.
따라서, 고용량화에 적합한 리튬 니켈계 양극 활물질을 이용하면서도 장기 보존, 특히, 고온 보존에 따른 용량 저하 문제를 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 양극, 음극 및 리튬염 함유 비수계 전해질을 포함하는 리튬 이차전지에서, 상기 양극이 고용량을 발휘할 수 있는 특정한 3성분계 양극 활물질을 포함하면서도, 상기 양극 활물질과 특정한 전해액 첨가제의 상호 작용에 의해 전지의 고온 보존 후 회복 용량이 증가되어 고온 성능이 향상된 리튬 이차전지를 제조할 수 있음을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
따라서, 본 발명은, 양극, 음극, 및 리튬염 함유 비수계 전해질을 포함하는 리튬 이차전지로서, 상기 양극은 양극 활물질로서 하기 화학식 1의 화합물을 포함하고 있고, 상기 전해질에는 화학식 1의 화합물과의 상호 작용에 의해 고온 보관 조건에서 용량 저하를 억제하는 특성을 발휘하는 첨가제가 포함되는 리튬 이차전지를 제공한다.
LiaNixMnyCozO2 (1)
상기 식에서, 0.8≤a<1.2, 0.7≤x<1, 0<y<0.3, 0<z<0.3이다.
상기 고온 보관 조건은 만충전 상태의 이차전지를 50℃ 이상에서 2일 이상 보관하는 조건일 수 있고, 구체적으로는, 만충전 상태의 이차전지를 60℃ ~ 90℃에서 10일 ~ 150일 동안 보관하는 조건일 수 있다.
상기 리튬 이차전지는 만충전 상태의 이차전지를 60℃ ~ 70℃에서 80일 ~ 100일 동안 보관 조건에서 저항 증가율이 7% 이하이고 회복 용량이 90% 이상인 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 화학식 1의 화합물에서 리튬의 함량(a)은 1<a<1.2일 수 있고, Ni의 함량(x)은 0.7<x<0.95일 수 있다.
하나의 예에서, 상기 화학식 1의 화합물의 결정 구조에서 Ni의 일부가 리튬층에 삽입되어 구조적 안정성을 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 리튬층에 삽입된 Ni의 양은 Li 사이트의 총량을 기준으로 1% ~ 8%의 범위일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 첨가제는 Ethylene Sulfite (ES) 및 Ethylene Propionate (EP)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있으며, Ethylene Sulfite (ES)일 수 있다.
상기 첨가제의 함량은 전해질 전체 중량 대비 0.01 중량% ~ 7 중량%의 범위일 수 있다.
본 발명은 상기 리튬 이차전지를 단위셀로 포함하는 전지모듈 및 상기 전지모듈을 포함하는 전지팩을 제공한다.
상기 전지팩은 중대형 디바이스의 전원으로 사용될 수 있고, 상기 중대형 디바이스는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 또는 전력 저장용 시스템일 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 특정 조성을 가지는 양극 활물질과 특정 첨가제가 포함된 전해질을 기반으로 한 리튬 이차전지는, 상기 양극 활물질과 첨가제의 상호 작용에 의해 고용량이면서 고온 성능이 향상된 이차전지를 제공할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 내용을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 리튬 이차전지는 양극, 음극, 및 리튬염 함유 비수계 전해질을 포함하는 리튬 이차전지로서, 상기 양극은 양극 활물질로서 하기 화학식 1의 화합물을 포함하고 있고, 상기 전해질에는 화학식 1의 화합물과의 상호 작용에 의해 고온 보관 조건에서 용량 저하를 억제하는 특성을 발휘하는 첨가제가 포함되어 있는 것을 특징으로 한다.
LiaNixMnyCozO2 (1)
상기 식에서, 0.8≤a<1.2, 0.7≤x<1, 0<y<0.3, 0<z<0.3이다.
구체적으로, 본 발명에 따른 양극 활물질은 화학식 1의 조성에 의해 Ni 고함량에 의해 높은 전지 용량을 제공하면서도, 상기 화합물과 특정한 전해액 첨가제가 상호작용에 의해, 리튬 이온의 이동 방해를 초래하는 계면 저항의 증가를 방지하는 바, 결과적으로 리튬 이차전지의 용량, 고온 안전성 및 사이클 특성을 향상시킬 수 있다.
더욱이, 화학식 1의 화합물과 소정의 첨가제를 함께 사용할 경우 이들의 상호 작용에 의해 상승 효과를 발휘하는 바, 본 발명자들은 화학식 1의 화합물 또는 첨가제를 단독으로 포함하는 경우에 비해 전지 성능이 현저히 상승된다는 것을 확인하였다.
상기 고온 보관 조건은, 예를 들어, 만충전 상태의 이차전지를 50℃ 이상에서 2일 이상 보관하는 조건일 수 있다. 이러한 고온 보관 조건은 본 발명에 따른 리튬 이차전지가 종래의 리튬 이차전지보다 고온 보관 상태에서 용량 저하가 현저히 작음을 입증하는 조건이기도 하다. 더욱 바람직한 고온 보관 조건은 60℃ ~ 90℃에서 10일 ~ 150일이고, 특히 바람직한 고온 보관 조건은 60℃ ~ 70℃에서 80일 ~ 100일일 수 있다.
하나의 바람직한 예에서, 본 발명의 리튬 이차전지는 60℃ ~ 70℃에서 80일 ~ 100일 동안 보관하는 조건에서 저항 증가율이 7% 이하이고 회복 용량이 90% 이상일 수 있다.
상기 화학식 1의 화합물에서 니켈의 함량(x)는 망간 및 코발트에 비해 상대적으로 니켈 과잉의 조성인 0.7≤x<1의 범위이다. 니켈의 함량이 0.7보다 낮을 경우 높은 용량을 기대하기 어렵다. Ni 함량의 증가에 따른 안전성 저하의 억제 측면에서, Ni의 더욱 바람직한 함량(x)은 0.7<x<0.95일 수 있다.
또한, 망간의 함량(y)이 지나치게 작으면 안전성이 나빠지고, 0.3보다 높을 경우, 이동시킬 수 있는 전하의 양이 줄어들어 용량이 감소하게 되며, 코발트의 함량(z)이 0.3보다 높을 경우, 원료 물질의 비용이 전체적으로 증가하고 가역 용량이 다소 감소하며, 지나치게 낮은 경우 충분한 레이트 특성과 높은 분말 밀도를 동시에 달성하기 어렵다.
따라서, 상기 화학식 1에서 정의한 바와 같은 함량이 바람직하다.
화학식 1의 화합물에서 리튬의 함량(a)은 앞서 정의한 바와 같이 0.8≤a<1.2이며, 리튬의 양이 1.2보다 높을 경우 고전압에서 안정성이 낮아질 수 있고, 0.8보다 낮을 경우 낮은 레이트 특성을 나타내며, 가역 용량이 감소될 수 있다.
상기 화학식 1의 화합물의 결정구조에서 Ni의 일부가 리튬층에 삽입되어 구조적 안정성을 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 리튬층에는 Li+와 크기가 비슷한 Ni2+이 삽입될 수 있으며, 그러한 삽입 Ni의 양은 Li 사이트의 총량을 기준으로 1% ~ 8%의 범위일 수 있다.
화학식 1에서 리튬의 함량(a)이 1보다 큰 경우, 상기 화합물에서의 전이금속들의 산화수가 커지면서 Ni3+의 함량이 증가하고, 그에 따라 상대적으로 Ni2+의 양이 감소하므로, 본 발명에서와 같이, Ni의 함량(x)이 0.7 이상인 니켈 고함량의 양극 활물질을 사용하더라도, 리튬층에 삽입된 Ni의 양은 상기와 같은 소정의 범위로 유지될 수 있다.
따라서, 더욱 바람직한 리튬의 함량(a)은 1<a<1.2일 수 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 첨가제는 Ethylene Sulfite(ES) 및 Ethylene Propionate(EP)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 ES일 수 있다.
상기 첨가제의 함량이 너무 높은 경우에는 상대적으로 비가역 용량이 증가하므로 바람직하지 않고, 반대로 함량이 너무 적을 경우에는 소망하는 효과를 발휘하기 어려우므로, 이를 고려하여, 첨가제의 바람직한 함량은 전해질 전체 중량 대비 0.01 중량% ~ 7 중량%의 범위일 수 있다.
본 발명은 또한 상기 양극 활물질을 포함하는 양극 합제를 제공한다. 본 발명에 따른 양극 합제는 상기 양극 활물질 이외에, 선택적으로 도전제, 바인더, 충진제 등이 포함될 수 있다.
상기 도전제는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전제는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 바인더는 활물질과 도전제 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합제 등을 들 수 있다.
상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합제; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.
본 발명은 상기 양극 합제가 집전체 상에 도포되어 있는 이차전지용 양극을 제공한다. 본 발명에 따른 양극은 상기와 같은 양극 활물질을 포함하는 양극 합제를 NMP 등의 용매에 혼합하여 만들어진 슬러리를 양극 집전체 상에 도포한 후 건조 및 압연하여 제조될 수 있다.
상기 양극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.
본 발명은 또한 상기 양극과, 음극, 분리막, 및 리튬염 함유 비수 전해액으로 구성된 리튬 이차전지를 제공한다.
상기 음극은, 예를 들어, 음극 집전체 상에 음극 활물질을 포함하고 있는 음극 합제를 도포한 후 건조하여 제조되며, 상기 음극 합제에는, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 포함될 수 있다.
상기 음극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 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.
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. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.
상기 리튬염 함유 비수계 전해액은 전해액과 리튬염으로 이루어져 있으며, 상기 전해액으로는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.
상기 비수계 유기용매로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.
상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합제 등이 사용될 수 있다.
상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.
상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.
또한, 전해액에는 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 있으며, FEC(Fluoro-Ethylene carbonate), PRS(Propene sultone), FEC(Fluoro-Ethlene carbonate) 등을 더 포함시킬 수 있다.
본 발명은 또한 상기 리튬 이차전지를 단위셀로 포함하는 것을 구성된 전지모듈과, 이러한 전지모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩을 제공한다.
본 발명에 따른 이차전지는 소형 디바이스의 전원으로 사용되는 전지셀에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 상기 전지팩은 중대형 디바이스의 전원으로 사용되는 다수의 전위셀들을 포함하는 중대형 전지모듈에 단위전지로도 바람직하게 사용될 수 있다.
상기 중대형 디바이스의 바람직한 예로는 전지적 모터에 의해 동력을 받아 움직이는 파워 툴(power tool); 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 등을 포함하는 전기차; 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter)를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(electric golf cart); 전력 저장용 시스템 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (15)

  1. 양극, 음극, 및 리튬염 함유 비수계 전해질을 포함하는 리튬 이차전지로서,
    상기 양극은 양극 활물질로서 하기 화학식 1의 화합물을 포함하고 있고, 상기 전해질에는 화학식 1의 화합물과의 상호 작용에 의해 고온 보관 조건에서 용량 저하를 억제하는 특성을 발휘하는 첨가제가 포함되어 있고, 상기 화학식 1의 화합물의 결정 구조에서 Ni의 일부가 리튬층에 삽입되어 구조적 안정성을 향상시키며, 상기 리튬층에 삽입된 Ni의 양은 Li 사이트의 총량을 기준으로 1% ~ 8%의 범위인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지:
    LiaNixMnyCozO2 (1)
    상기 식에서, 1<a<1.2, 0.7≤x<1, 0<y<0.3, 0<z<0.3이다.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 고온 보관 조건은 만충전 상태의 이차전지를 50℃ 이상에서 2일 이상 보관하는 조건인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 고온 보관 조건은 만충전 상태의 이차전지를 60℃ ~ 90℃에서 10일 ~ 150일 동안 보관하는 조건인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  4. 제 1 항에 있어서, 만충전 상태의 이차전지를 60℃ ~ 70℃에서 80일 ~ 100일 동안 보관 조건에서 저항 증가율이 7% 이하이고 회복 용량이 90% 이상인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 화학식 1의 화합물에서 Ni의 함량(x)은 0.7<x<0.95인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 첨가제는 Ethylene Sulfite (ES) 및 Ethylene Propionate (EP)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 첨가제는 Ethylene Sulfite (ES)인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 첨가제의 함량은 전해질 전체 중량 대비 0.01 중량% ~ 7 중량%의 범위인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  12. 제 1 항에 따른 리튬 이차전지를 단위셀로 포함하는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  13. 제 12 항에 따른 전지모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 전지팩은 중대형 디바이스의 전원으로 사용되는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 중대형 디바이스는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 또는 전력 저장용 시스템인 것을 특징으로 하는 전지팩.
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