KR101517046B1 - Cathode for Lithium Secondary Battery - Google Patents

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Abstract

본 발명은 양극 활물질로서 리튬 니켈-망간-코발트 복합산화물 및 리튬 철 인산화물의 혼합물과, 첨가제로서 계면활성제를 포함하여, 향상된 사이클 특성을 갖는 이차전지용 양극에 관한 것입니다.The present invention relates to a cathode for a secondary battery having improved cycle characteristics, including a mixture of a lithium nickel-manganese-cobalt composite oxide and lithium iron phosphate as a cathode active material, and a surfactant as an additive.

Description

리튬 이차전지용 양극 {Cathode for Lithium Secondary Battery}[0001] The present invention relates to a cathode for a lithium secondary battery,

본 발명은 우수한 출력 특성을 갖는 이차전지용 양극에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 양극 활물질로서 리튬 니켈-망간-코발트 복합산화물 및 리튬 철 인산화물의 혼합물과, 첨가제로서 사이클 특성의 향상을 위한 계면활성제를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 이차전지용 양극에 관한 것이다.The present invention relates to a positive electrode for a secondary battery having excellent output characteristics, and more particularly, to a lithium-nickel-manganese-cobalt composite oxide and a lithium iron phosphate as a positive electrode active material and a surfactant And a positive electrode for a secondary battery.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 전압을 가지고, 사이클 수명이 길며, 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다.As technology development and demand for mobile devices are increasing, the demand for secondary batteries as energy sources is rapidly increasing. Among such secondary batteries, lithium secondary batteries having high energy density and voltage, long cycle life and low self- It has been commercialized and widely used.

리튬 이차전지의 양극 활물질로는 리튬 함유 코발트 산화물(LiCoO2)이 주로 사용되고 있고, 그 외에 층상 결정구조의 LiMnO2, 스피넬 결정 구조의 LiMn2O4 등의 리튬 함유 망간 산화물과, 리튬 함유 니켈 산화물(LiNiO2)의 사용도 고려되고 있다.Lithium-containing cobalt oxide (LiCoO 2 ) is mainly used as a positive electrode active material of a lithium secondary battery, and a lithium-containing manganese oxide such as LiMnO 2 having a layered crystal structure and LiMn 2 O 4 having a spinel crystal structure, (LiNiO 2 ) is also being considered.

상기 양극 활물질들 중 LiCoO2은 우수한 사이클 특성 등 제반 물성이 우수하여 현재 많이 사용되고 있지만, 안전성이 낮으며, 원료로서 코발트의 자원적 한계로 인해 고가이고, 전기자동차 등과 같은 분야의 동력원으로 대량 사용하기에는 한계가 있다.Of the above cathode active materials, LiCoO 2 has excellent properties such as excellent cycle characteristics and is widely used at present. However, LiCoO 2 has low safety, is expensive due to the resource limit of cobalt as a raw material, and is used as a power source for fields such as electric vehicles There is a limit.

LiMnO2, LiMn2O4 등의 리튬 망간 산화물은 원료로서 자원이 풍부하고 환경 친화적인 망간을 사용한다는 장점을 가지고 있으므로, LiCoO2를 대체할 수 있는 양극 활물질로서 많은 관심을 모으고 있다. 그러나, 이들 리튬 망간산화물은 용량이 작고, 사이클 특성 등이 나쁘다는 단점을 가지고 있다.Lithium manganese oxides such as LiMnO 2 and LiMn 2 O 4 have attracted much attention as a cathode active material capable of replacing LiCoO 2 because they have the advantage of using manganese rich in resources and environment friendly as a raw material. However, these lithium manganese oxides have disadvantages such as small capacity and poor cycle characteristics.

반면에, LiNiO2 등의 리튬 니켈계 산화물은 상기 코발트계 산화물보다 비용이 저렴하면서도 4.3V로 충전되었을 때, 높은 방전 용량을 나타내는 바, 도핑된 LiNiO2의 가역 용량은 LiCoO2의 용량(약 165 mAh/g)을 초과하는 약 200 mAh/g에 근접한다. 따라서, 약간 낮은 평균 방전 전압과 체적 밀도(volumetric density)에도 불구하고, LiNiO2 양극 활물질을 포함하는 상용화 전지는 개선된 에너지 밀도를 가지므로, 최근 고용량 전지를 개발하기 위하여 이러한 니켈계 양극 활물질에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.On the other hand, LiNiO 2, such as a lithium nickel based oxide is time, the reversible capacity of the bar, the doped LiNiO 2 having a high discharge capacity was filled with a cobalt-containing oxide while the costs are cheaper than 4.3V is the capacity of LiCoO 2 (about 165 lt; / RTI > (mAh / g). Therefore, in spite of a slightly low average discharge voltage and volumetric density, the compatibilized battery including LiNiO 2 cathode active material has an improved energy density. Therefore, in order to develop a high capacity battery, Research is actively under way.

그러나, LiNiO2계 양극 활물질은 충방전 사이클에 동반하는 체적 변화에 따라 결정 구조의 급격한 상전이가 나타나고, 전지의 스웰링(swelling) 현상을 발생시키며, 공기와 습기에 노출되었을 때 표면에서 내화학성이 급격히 저하되고, 높은 pH로 인해 NMP-PVDF 슬러리가 중합되기 시작하면서 슬러리의 겔화가 발생하는 등의 문제점이 있다.However, the LiNiO 2 cathode active material exhibits a rapid phase transition of the crystal structure in accordance with the volume change accompanied by the charge / discharge cycle, causing swelling of the battery, and when exposed to air and moisture, The NMP-PVDF slurry starts to polymerize due to the high pH, and gelation of the slurry occurs.

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 사용시에는 사이클 특성이 급격히 저하되고, 가스 발생에 의한 스웰링 현상, 낮은 화학적 안정성 등의 문제가 발생한다.Thus, a lithium transition metal oxide in which a part of nickel is substituted with another transition metal such as manganese or cobalt has been proposed. However, the metal-substituted nickel-based lithium-transition metal oxide is advantageous in that it has excellent cycle characteristics and capacity characteristics. In this case, however, the cycle characteristics are rapidly deteriorated during long-term use and the swelling phenomenon due to gas generation, There arises a problem such as stability.

이러한 각각의 문제점을 해결하기 위하여 혼합 양극 활물질로 전극을 제조하는 연구가 시도되고 있다. 예를 들어, 일본 특허출원공개 제2002-110253호 및 제2004-134245호에는, 회생출력 등을 높이기 위하여 리튬 망간 복합산화물과 리튬 니켈 코발트 망간 복합산화물 등을 혼합해 사용하는 기술이 개시되어 있다. 그러나, 상기의 양극 활물질은 리튬 망간 산화물의 열악한 사이클 수명의 문제점과 안전성 향상에 한계가 있다는 단점을 여전히 가지고 있다.In order to solve each of these problems, studies have been made to manufacture an electrode using a mixed cathode active material. For example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2002-110253 and 2004-134245 disclose a technique of mixing a lithium manganese composite oxide with a lithium nickel cobalt manganese composite oxide or the like in order to increase the regenerative output and the like. However, the cathode active material still has a disadvantage of poor cycle life of lithium manganese oxide and limitations in safety improvement.

따라서, 고용량화에 적합한 이차전지의 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.Therefore, there is a high need for a secondary battery technology suitable for high capacity.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems of the prior art and the technical problems required from the past.

본 출원의 발명자들은 리튬 니켈-망간-코발트 복합산화물과 리튬 철 인산화물을 혼합하여 양극 활물질로 사용하고, 첨가제로서 소정의 특성을 갖는 계면활성제를 첨가하여 양극을 구성하는 경우, 향상된 사이클 특성을 발휘하는 것을 확인하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.The inventors of the present application have found that when a lithium nickel-manganese-cobalt composite oxide is mixed with lithium iron phosphate and used as a cathode active material and a surfactant having a predetermined property as an additive is added to form a cathode, And completed the present invention.

본 발명에 따른 양극은, 양극 활물질로서 리튬 니켈-망간-코발트 복합산화물 및 리튬 철 인산화물의 혼합물과, 첨가제로서 사이클 특성의 향상을 위한 계면활성제를 포함하는 것으로 구성되어 있다.The positive electrode according to the present invention is composed of a mixture of a lithium nickel-manganese-cobalt composite oxide and lithium iron phosphate as a positive electrode active material and a surfactant for improving cycle characteristics as an additive.

우선, 본 발명에서 양극 활물질로는, 열적 안정성이 우수한 올리빈 결정구조의 리튬 철 인산화물과, 니켈의 일부를 망간 및 코발트로 치환하여 용량이 크고 사이클 특성이 향상된 리튬 니켈-망간-코발트 복합산화물의 혼합물을 사용하고 있다.Firstly, as the cathode active material in the present invention, a lithium iron phosphate having an olivine crystal structure excellent in thermal stability and a lithium nickel-manganese-cobalt composite oxide having a large capacity and improved cycle characteristics by replacing a part of nickel with manganese and cobalt Is used.

리튬 철 인산화물과 리튬 니켈-망간-코발트 복합산화물이 각각 공지되어 있지만, 이들의 혼합물을 양극 활물질로 실제 사용하는 기술은 거의 시도되지 않고 있다.Lithium iron phosphate and lithium nickel-manganese-cobalt composite oxides are respectively known. However, few attempts have been made to actually use such a mixture as a cathode active material.

혼합물 형태의 양극 활물질에서는 혼합물을 구성하는 활물질 성분들을 균일하게 혼합하는 것이 중요한 바, 이를 위해서는 각각의 활물질 성분들이 적절하게 분산되어야 한다.In the cathode active material in the form of a mixture, it is important to uniformly mix the active material components constituting the mixture. To accomplish this, each of the active material components must be appropriately dispersed.

본 발명에서는 이러한 혼합물 형태의 양극 활물질의 분산성을 높여 사이클 특성의 향상을 도모하기 위해 계면활성제를 양극에 첨가제로서 포함시키고 있다. 이러한 계면활성제는 리튬 철 인산화물의 분산을 촉진시켜, 리튬 철 인산화물이 리튬 니켈-망간-코발트 복합산화물 뿐만 아니라 바인더와도 균일하게 혼합될 수 있도록 해 준다.In the present invention, a surfactant is included as an additive in the positive electrode in order to enhance the dispersibility of the mixture of the cathode active material and improve the cycle characteristics. Such a surfactant promotes the dispersion of lithium iron phosphate, thereby allowing the lithium iron phosphate to be uniformly mixed with the lithium nickel-manganese-cobalt composite oxide as well as the binder.

하나의 바람직한 예에서, 상기 리튬 니켈-망간-코발트 복합산화물은 하기의 화학식 1로 표시되는 화합물일 수 있다.In one preferred example, the lithium nickel-manganese-cobalt composite oxide may be a compound represented by the following formula (1).

LixMyO2 (1)Li x M y O 2 (1)

(상기 식에서, M는 Ni1 -a- bMnaCob (0.05≤a≤0.8, 0.1≤b≤0.5, 0.3≤1-a-b≤0.9)이고, x+y

Figure 112012008668162-pat00001
2로서 0.95≤x≤1.15 이다).(Where M is Ni < 1 > -a b Mn a Co b (0.05? A? 0.8, 0.1? B? 0.5, 0.3? 1-ab? 0.9), x + y
Figure 112012008668162-pat00001
2, 0.95? X? 1.15).

상기 양극 활물질에서 리튬 니켈-망간-코발트 복합산화물의 함량은 바람직하게는 50 내지 99 중량%이고 리튬 철 인산화물의 함량은 1 내지 50 중량%일 수 있다. 즉, 리튬 니켈-망간-코발트 복합산화물을 주성분으로, 리튬 철 인산화물을 보조성분으로 하여 양극 활물질을 구성할 수 있다.The content of the lithium nickel-manganese-cobalt composite oxide in the cathode active material is preferably 50 to 99% by weight, and the content of lithium iron phosphate may be 1 to 50% by weight. That is, the cathode active material can be composed of a lithium nickel-manganese-cobalt composite oxide as a main component and lithium iron phosphate as an auxiliary component.

상기 계면활성제는 양극 전체 중량을 기준으로 바람직하게는 0.01 내지 1 중량%로 포함되고, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 0.1 중량%로 포함될 수 있다. 계면활성제가 0.01 중량% 미만이면, 리튬 철 인산화물이 효과적으로 분산되지 않아서 응집된 형태로 존재하여 리튬 니켈-망간-코발트 산화물과 균일하게 혼합되지 않을 뿐만 아니라 응집된 리튬 철 인산화물 주변으로 바인더가 편중되는 현상을 나타내고, 0.1 중량%를 초과하면 전기 전도성과 전기적 용량이 감소하므로 바람직하지 않다.The surfactant is preferably contained in an amount of 0.01 to 1% by weight, more preferably 0.01 to 0.1% by weight based on the total weight of the positive electrode. When the amount of the surfactant is less than 0.01% by weight, the lithium iron phosphate is not effectively dispersed and is present in a coagulated form, so that it is not uniformly mixed with the lithium nickel-manganese-cobalt oxide and the binder is concentrated around the coagulated lithium iron phosphate If it exceeds 0.1% by weight, the electric conductivity and electric capacity decrease, which is undesirable.

일반적으로 계면활성제는 음이온 계면활성제, 양이온 계면활성제, 비이온 계면활성제, 양성 계면활성제로 분류된다. 본 발명에 사용되는 계면활성제로는 비이온성 계면활성제이 바람직한 바, 이온성 계면활성제는 양극 집전체의 부식을 유발할 수 있어서 바람직하지 않다.In general, surfactants are classified as anionic surfactants, cationic surfactants, nonionic surfactants, and amphoteric surfactants. As the surfactant used in the present invention, a nonionic surfactant is preferable, and the ionic surfactant may cause corrosion of the positive electrode collector, which is not preferable.

하나의 바람직한 예에서, 상기 비이온성 계면활성제는 하기 화학식 2의 구조를 가진 화합물일 수 있다.In one preferred example, the nonionic surfactant may be a compound having a structure of the following formula (2).

Figure 112012008668162-pat00002
(2)
Figure 112012008668162-pat00002
(2)

상기 식에서, R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소 또는 치환 또는 비치환의 C1 내지 C5의 알킬이고, n은 1 내지 100의 정수이다.Wherein R 1 to R 5 are each independently hydrogen or a substituted or unsubstituted C 1 to C 5 alkyl, and n is an integer of 1 to 100.

알킬이 치환된 경우에 치환체는 아미노, 니트로, 시아노, 할로겐, 아릴 등일 수 있다.When alkyl is substituted, the substituent may be amino, nitro, cyano, halogen, aryl, and the like.

하나의 바람직한 예에서, R1 내지 R5는 각각 독립적으로 메틸 또는 에틸일 수 있다.In one preferred example, R 1 to R 5 each independently may be methyl or ethyl.

본 발명에 따른 양극 활물질을 포함하는 양극의 구체적인 제조방법을 예시적으로 살펴보면 다음과 같다.A specific method for producing the positive electrode including the positive electrode active material according to the present invention will be described below.

우선, 본 발명에 따른 혼합물로서의 양극 활물질과, 상기 양극 활물질에 대해 바인더 및 도전제를 1 내지 20 중량%의 함량으로 분산액에 첨가 및 교반하여 페이스트를 제조한 후, 이를 집전체용 금속판에 도포하고 압축한 뒤 건조하여 라미네이트 형상의 전극을 제조할 수 있다.First, a cathode active material as a mixture according to the present invention, a binder and a conductive agent are added to the dispersion in an amount of 1 to 20% by weight with respect to the cathode active material and stirred to prepare a paste, After compression, it is dried to produce a laminate-shaped electrode.

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

상기 바인더의 예로는, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF), 셀룰로오즈, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.Examples of the binder include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), cellulose, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butadiene rubber, fluorine rubber, various copolymers, and the like can be given as examples of the polypropylene resin .

상기 도전제는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머블랙 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.The conductive agent is not particularly limited as long as it has electrical conductivity without causing any chemical change in the battery, and examples thereof include graphite such as natural graphite and artificial graphite; Carbon black 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 whiskey 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.

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 selectively added as a component for suppressing the expansion of the anode. 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.

상기 분산액으로는 대표적으로 이소프로필 알코올, N-메틸피롤리돈(NMP), 아세톤 등이 사용될 수 있다.Typical examples of the dispersion include isopropyl alcohol, N-methyl pyrrolidone (NMP), and acetone.

전극 재료의 페이스트를 금속 재료에 고르게 도포하는 방법은 재료의 특성 등을 감안하여 공지 방법 중에서 선택하거나 새로운 적절한 방법으로 행할 수 있다. 예를 들어, 페이스트를 집전체 위에 분배시킨 후 닥터 블레이드(doctor blade) 등을 사용하여 균일하게 분산시키는 것이 바람직하다. 경우에 따라서는, 분배와 분산 과정을 하나의 공정으로 실행하는 방법을 사용할 수도 있다. 이밖에도, 다이캐스팅(die casting), 콤마코팅(comma coating), 스크린 프린팅(screen printing) 등의 방법을 택할 수도 있으며, 또는 별도의 기재(substrate) 위에 성형한 후 프레싱 또는 라미네이션 방법에 의해 집전체와 접합시킬 수도 있다. 금속판 위에 도포된 페이스트의 건조는 50 내지 200℃의 진공오븐에서 1 내지 3 일 동안 건조시키는 것이 바람직하다.The method of applying the paste of the electrode material to the metal material in a uniform manner can be selected from known methods in consideration of the characteristics of the material and the like or can be carried out by a new suitable method. For example, it is preferable that the paste is uniformly dispersed on a current collector by using a doctor blade or the like. In some cases, a method of performing the distribution and dispersion processes in a single process may be used. In addition, a die casting method, a comma coating method, a screen printing method, or the like may be used. Alternatively, the resin may be formed on a separate substrate, and then may be bonded to the current collector by a pressing or lamination method. . Drying of the paste applied on the metal plate is preferably performed in a vacuum oven at 50 to 200 DEG C for 1 to 3 days.

본 발명은 또한 상기와 같은 양극을 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.The present invention also relates to a lithium secondary battery including such a positive electrode.

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

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

상기 음극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The negative electrode collector is generally made to have a thickness of 3 to 500 mu m. 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 활물질은, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1 - xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, and Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.The negative electrode active material may include, for example, carbon such as non-graphitized carbon or graphite carbon; Li x Fe 2 O 3 (0≤x≤1 ), Li x WO 2 (0≤x≤1), Sn x Me 1 - x Me 'y O z (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me' : Metal complex oxides such as Al, B, P, Si, Group 1, Group 2, Group 3 elements of the periodic table, Halogen, 0 < x &lt; Lithium metal; Lithium alloy; Silicon-based alloys; Tin alloy; SnO, SnO 2, PbO, PbO 2, Pb 2 O 3, Pb 3 O 4, Sb 2 O 3, Sb 2 O 4, Sb 2 O 5, GeO, GeO 2, Bi 2 O 3, Bi 2 O 4, and Bi 2 O 5 ; Conductive polymers such as polyacetylene; Li-Co-Ni-based materials and the like can be used.

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.The negative electrode collector is generally made to have a thickness of 3 to 500 mu m. The negative electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical change in the battery. Examples of the negative electrode current collector include copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon, copper or stainless steel Surface-treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like, 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 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포; 크라프트지 등이 사용된다.The separation membrane is interposed between the anode and the cathode, and an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength is used. The pore diameter of the separator is generally 0.01 to 10 mu m and the thickness is generally 5 to 300 mu m. Such separation membranes include, for example, olefinic polymers such as polypropylene, which are chemically resistant and hydrophobic; A sheet or nonwoven fabric made of glass fiber, polyethylene or the like; Kraft paper and the like are used.

경우에 따라서는, 전지의 안정성을 높이기 위하여 상기 분리막에 겔 폴리머 전해질이 코팅될 수도 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, the separation membrane may be coated with a gel polymer electrolyte to improve the stability of the cell. Representative examples of such gel polymers include polyethylene oxide, polyvinylidene fluoride, and polyacrylonitrile. 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 전해액은 전해액과 리튬염으로 이루어져 있으며, 상기 전해액으로는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.The lithium salt-containing nonaqueous electrolyte solution is composed of an electrolyte solution and a lithium salt. As the electrolyte solution, a nonaqueous organic solvent, an organic solid electrolyte, and an inorganic solid electrolyte may be used.

상기 비수계 유기용매로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 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 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.Examples of the non-aqueous organic solvent include N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, gamma -Butyrolactone, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydroxyfuran, 2-methyltetrahydrofuran, dimethylsulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, dimethylformamide, dioxolane , Acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, triester phosphate, trimethoxymethane, dioxolane derivatives, sulfolane, methylsulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate Nonionic organic solvents such as tetrahydrofuran derivatives, ethers, methyl pyrophosphate, ethyl propionate and the like can be used.

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.Examples of the organic solid electrolyte include a polymer electrolyte such as a polyethylene derivative, a polyethylene oxide derivative, a polypropylene oxide derivative, a phosphate ester polymer, an agitation lysine, a polyester sulfide, a polyvinyl alcohol, a polyvinylidene fluoride, A polymer containing an ionic dissociation group and the like may be used.

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

상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.The lithium salt is a material that is readily soluble 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, (CF 3 SO 2) 2 NLi, chloroborane lithium, lower aliphatic carboxylic acid lithium, lithium tetraphenyl borate and imide have.

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), FPC(Fluoro-Propylene carbonate) 등을 더 포함시킬 수 있다.For the purpose of improving the charge / discharge characteristics and the flame retardancy, the electrolytic solution is preferably mixed with an organic solvent such as pyridine, triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylenediamine, glyme, Benzene derivatives, sulfur, quinone imine dyes, N-substituted oxazolidinones, N, N-substituted imidazolidines, ethylene glycol dialkyl ethers, ammonium salts, pyrrole, 2-methoxyethanol, . In some cases, halogen-containing solvents such as carbon tetrachloride and ethylene trifluoride may be further added to impart nonflammability. In order to improve the high-temperature storage characteristics, carbon dioxide gas may be further added. FEC (Fluoro-Ethylene carbonate, PRS (propene sultone), FPC (fluoro-propylene carbonate), and the like.

본 발명에 따른 리튬 이차전지를 단위전지로 포함할 뿐 아니라 전지모듈을 전원으로 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스일 수 있다.The lithium secondary battery according to the present invention may be a device including not only a unit battery but also a battery module as a power source.

상기 디바이스의 바람직한 예로는 전동 파워 툴(power tool), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 전기 이륜차, 전기 골프 카트(electric golf cart), 또는 전력저장장치 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Preferred examples of the device include electric power tools, electric vehicles, hybrid electric vehicles, plug-in hybrid electric vehicles, electric two-wheeled vehicles, electric golf carts, or electric power storage devices, But is not limited thereto.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 리튬 니켈-망간-코발트 복합산화물과 리튬 철 인산이 혼합되고 계면활성제를 포함하는 이차전지용 양극을 통하여 고용량, 낮은 비용특성을 모두 만족하는 이차전지를 제공할 수 있다.As described above, it is possible to provide a secondary battery which satisfies all of the high capacity and low cost characteristics through the anode for the secondary battery, which is obtained by mixing the lithium nickel-manganese-cobalt composite oxide according to the present invention with lithium iron phosphate and containing the surfactant have.

도 1은 실시예 1 및 비교예 1의 실험예 1에 따른 C-rate에 따른 사이클(cycle) 특성을 나타낸 그래프이다;
도 2는 실시예 1 및 비교예 1의 실험예 2에 따른 1C 에서의 사이클 특성을 나타낸 그래프이다.
1 is a graph showing cycle characteristics according to C-rate according to Experimental Example 1 of Example 1 and Comparative Example 1;
2 is a graph showing the cycle characteristics at 1C according to Experimental Example 2 of Example 1 and Comparative Example 1. Fig.

이하, 본 발명에 따른 일부 실시예들을 참조하여 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to some embodiments thereof, but the scope of the present invention is not limited thereto.

<실시예 1>&Lt; Example 1 >

활물질(LiNi0 .25Mn0 .6Co0 .15O2: LiFePO4 = 7: 3) : 도전재 : 바인더의 양이 80 : 10 : 10 (중량비)이 되도록 계량한 후 NMP에 넣고, NMP의 0.5 중량%의 계면활성제(화학식 2에서 R1 내지 R5가 각각 메틸이고 n이 1 내지 10의 정수인 화합물)를 추가한 후 믹싱하여 양극 합제를 제조하고, 20 ㎛ 두께의 알루미늄 호일에 상기 양극 합제를 200 ㎛ 두께로 코팅한 후 압연 및 건조하여 전극을 제조하였다.Active material (LiNi 0 .25 Mn 0 .6 Co 0 .15 O 2: LiFePO 4 = 7: 3): Conductive material: Measured so that the amount of the binder is 80: 10: 10 (weight ratio), put into NMP, 0.5% by weight of NMP surfactant (R 1 to R 5 in the formula And n is an integer of 1 to 10) were added and mixed to prepare a positive electrode mixture. The positive electrode mixture was coated on the aluminum foil having a thickness of 20 μm to a thickness of 200 μm, followed by rolling and drying.

상기 전극을 코인 모양으로 타발하고, 음극으로 Li금속, 전해질로 LiPF6가 1몰 녹아있는 카보네이트 전해액을 이용하여 코인 형태의 전지를 제작하였다.
Punching the electrode in a coin shape, and a Li metal, the electrolyte to the cathode using the carbonate electrolyte LiPF 6 dissolved in a 1 mol to prepare a battery of coin shape.

<비교예 1>&Lt; Comparative Example 1 &

첨가제로서 실시예 1의 계면활성제를 추가하지 않았다는 점을 제외하고는 실시예 과 동일한 방법으로 코인 형태의 전지를 제작하였다.
A coin-shaped cell was prepared in the same manner as in Example 1, except that the surfactant of Example 1 was not added as an additive.

<실험예 1><Experimental Example 1>

실시예 1 및 2와 비교예 1의 전지를 사용하여 3.0V 내지 4.2V 전압 영역에서 충방전을 진행하여 각각의 C-rate에 따른 용량을 비교하였다.
Charging and discharging were performed in the voltage range of 3.0 V to 4.2 V using the batteries of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1, and the capacities according to the respective C-rates were compared.

<실험예 2><Experimental Example 2>

실시예 1 및 2와 비교예 1의 전지를 사용하여 3.0V 내지 4.2V 전압 영역에서 1C 조건으로 충방전을 반복하여 사이클에 따른 용량의 변화를 각각 측정하였고, 그 결과를 도 2에 나타내었다.
Charging and discharging were repeated under the condition of 1 C in the voltage range of 3.0 V to 4.2 V using the batteries of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1, and the change of the capacity according to the cycle was measured. The results are shown in FIG.

상기 실험예 1 및 2의 결과를 도 1 및 도 2에 나타내었다.The results of Experimental Examples 1 and 2 are shown in Fig. 1 and Fig.

우선, 실시예 1 및 비교예 1의 C-rate에 따른 용량을 비교한 도 1을 참조하면, 각각의 C-rate에서 계면활성제를 첨가한 실시예 1의 용량이 계면활성제를 첨가하지 않은 비교예 1의 용량보다 더 큰 것을 확인할 수 있다.1, which compares the capacities according to the C-rate of Example 1 and Comparative Example 1, the capacity of Example 1 to which a surfactant was added at each C-rate was compared with that of Comparative Example 1 &lt; / RTI &gt; capacity.

또한, 실시예 1 및 비교예 1의 사이클에 따른 용량을 비교한 도 2를 참조하면, 실시예 1의 용량이 비교예 1의 용량보다 더 큰 것을 알 수 있다.
2, which shows the comparison of the capacities according to the cycle of Example 1 and Comparative Example 1, it can be seen that the capacity of Example 1 is larger than that of Comparative Example 1.

본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims.

Claims (11)

양극 활물질로서 리튬 니켈-망간-코발트 복합산화물 및 리튬 철 인산화물의 혼합물과, 첨가제로서 사이클 특성의 향상을 위한 계면활성제를 포함하고 있고,
상기 리튬 니켈-망간-코발트 복합산화물은 하기의 화학식 1로 표시되며, 상기 양극 활물질에서 리튬 니켈-망간-코발트 복합산화물의 함량은 50 내지 99 중량%이고 리튬 철 인산화물의 함량은 1 내지 50 중량%이며,
상기 계면활성제는 양극 전체 중량을 기준으로 0.01 내지 1 중량%로 포함되어 있고, 상기 계면활성제는 비이온성 계면활성제이며, 상기 비이온성 계면활성제는 하기 화학식 2의 구조를 가진 화합물이고,
상기 계면활성제가 리튬 철 인산화물의 분산을 촉진시켜, 상기 리튬 철 인산화물이 리튬 니켈-망간-코발트 복합산화물에 균일하게 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지용 양극:
LixMyO2 (1)
(상기 식에서, M는 Ni1-a-bMnaCob (0.05≤a≤0.8, 0.1≤b≤0.5, 0.3≤1-a-b≤0.9)이고, x+y
Figure 112014125189555-pat00007
2로서 0.95≤x≤1.15 이다)

Figure 112014125189555-pat00008
(2)
상기 식에서, R1 내지 R5는 각각 독립적으로 C1 내지 C5의 알킬이고, n은 1 내지 100의 정수이다.
A mixture of a lithium nickel-manganese-cobalt composite oxide and lithium iron phosphate as a positive electrode active material, and a surfactant for improving cycle characteristics as an additive,
The lithium nickel-manganese-cobalt composite oxide is represented by the following formula 1, wherein the content of the lithium nickel-manganese-cobalt composite oxide in the cathode active material is 50 to 99 wt%, and the content of lithium iron phosphate is 1 to 50 wt% %,
Wherein the surfactant is contained in an amount of 0.01 to 1% by weight based on the total weight of the positive electrode, the surfactant is a nonionic surfactant, the nonionic surfactant is a compound having a structure of the following formula 2,
Wherein the surfactant promotes dispersion of the lithium iron phosphate, and the lithium iron phosphate is uniformly mixed with the lithium nickel-manganese-cobalt composite oxide.
Li x M y O 2 (1)
(Wherein, M is Ni 1-ab Mn a Co b (0.05≤a≤0.8, 0.1≤b≤0.5, 0.3≤1-ab≤0.9) and, x + y
Figure 112014125189555-pat00007
2, 0.95? X? 1.15)

Figure 112014125189555-pat00008
(2)
Wherein R 1 to R 5 are each independently C 1 to C 5 alkyl, and n is an integer of 1 to 100.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 R1 내지 R5는 각각 독립적으로 메틸 또는 에틸인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 양극:The positive electrode for a lithium secondary battery according to claim 1, wherein R 1 to R 5 are each independently methyl or ethyl. 제 1 항 또는 제 7 항에 따른 양극을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.A lithium secondary battery comprising a positive electrode according to any one of claims 1 to 7. 제 8 항에 따른 리튬 이차전지를 단위전지로 포함하는 것을 특징으로 하는 전지모듈.A battery module comprising the lithium secondary battery according to claim 8 as a unit cell. 제 9 항에 따른 전지모듈을 전원으로 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.A device comprising the battery module according to claim 9 as a power source. 제 10 항에 있어서, 상기 디바이스는 전동 파워 툴(power tool), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 전기 이륜차, 전기 골프 카트(electric golf cart), 또는 전력저장장치인 것을 특징으로 하는 디바이스.11. The device of claim 10, wherein the device is an electric power tool, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle, an electric motorcycle, an electric golf cart, Lt; / RTI &gt;
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