KR101572827B1 - Cathode Material with Improved Conductivity and Lithium Secondary Battery Containing the Same - Google Patents

Cathode Material with Improved Conductivity and Lithium Secondary Battery Containing the Same Download PDF

Info

Publication number
KR101572827B1
KR101572827B1 KR1020090000697A KR20090000697A KR101572827B1 KR 101572827 B1 KR101572827 B1 KR 101572827B1 KR 1020090000697 A KR1020090000697 A KR 1020090000697A KR 20090000697 A KR20090000697 A KR 20090000697A KR 101572827 B1 KR101572827 B1 KR 101572827B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
lithium
carbon
active material
transition metal
metal oxide
Prior art date
Application number
KR1020090000697A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20100081456A (en
Inventor
장성균
박홍규
박신영
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to KR1020090000697A priority Critical patent/KR101572827B1/en
Publication of KR20100081456A publication Critical patent/KR20100081456A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101572827B1 publication Critical patent/KR101572827B1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362Composites
    • H01M4/366Composites as layered products
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/52Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
    • H01M4/525Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron of mixed oxides or hydroxides containing iron, cobalt or nickel for inserting or intercalating light metals, e.g. LiNiO2, LiCoO2 or LiCoOxFy
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/621Binders
    • H01M4/622Binders being polymers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624Electric conductive fillers
    • H01M4/625Carbon or graphite
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/028Positive electrodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00Batteries for particular applications
    • H01M2220/20Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

본 발명은 리튬 전이금속 산화물로 이루어진 리튬 이차전지용 양극 활물질로서, 상기 리튬 전이금속 산화물의 표면에 산소(O) 또는 황(S) 화합물과 탄소계 입자의 복합체('화합물-탄소 복합체')가 도포되어 있으며, 상기 화합물-탄소 복합체는 리튬 전이금속 산화물의 표면과 화학적으로 결합되어 있는 양극 활물질을 제공한다. The present invention relates to a positive electrode active material for a lithium secondary battery comprising a lithium-transition metal oxide, wherein a composite (carbon-carbon composite) of oxygen (O) or sulfur (S) And the compound-carbon composite is chemically bonded to the surface of the lithium transition metal oxide.

본 발명에 따른 양극 활물질은 탄소계 입자가 산소 또는 황 화합물에 의해 리튬 전이금속 산화물과 화학적으로 결합되어 있는 바, 이온 전도도 및 전기 전도도를 크게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 양극 활물질의 표면과 전해액 사이에 계면을 형성함으로써 전해액과의 반응성을 최소화할 수 있으므로, 안정성 및 고온 안전성이 매우 우수하다는 장점이 있다. The cathode active material according to the present invention is characterized in that the carbon-based particles are chemically bonded to the lithium-transition metal oxide by an oxygen or a sulfur compound so that not only the ion conductivity and the electric conductivity can be greatly improved but also the surface of the cathode active material and the electrolyte The reactivity with the electrolytic solution can be minimized, and therefore, there is an advantage that the stability and the high-temperature safety are excellent.

Description

도전성이 향상된 양극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지 {Cathode Material with Improved Conductivity and Lithium Secondary Battery Containing the Same}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a positive electrode active material having improved conductivity and a lithium secondary battery including the same,

본 발명은 도전성이 향상된 양극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 리튬 전이금속 산화물로 이루어진 리튬 이차전지용 양극 활물질로서, 상기 리튬 전이금속 산화물의 표면에 산소 또는 황 화합물과 탄소계 입자의 복합체('화합물-탄소 복합체')가 도포되어 있으며, 상기 화합물-탄소 복합체는 리튬 전이금속 산화물의 표면과 화학적으로 결합되어 있는 양극 활물질에 관한 것이다.The present invention relates to a positive electrode active material having improved conductivity and a lithium secondary battery comprising the same, and more particularly, to a positive electrode active material for a lithium secondary battery comprising a lithium transition metal oxide, wherein the lithium transition metal oxide has an oxygen or sulfur compound Carbon composite is coated with a composite of carbon-based particles ('compound-carbon composite'), and the compound-carbon composite is chemically bonded to the surface of the lithium transition metal oxide.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. As technology development and demand for mobile devices increase, the demand for secondary batteries as energy sources is rapidly increasing.

특히, 환경 문제에 대한 관심이 커짐에 따라 대기오염의 주요 원인의 하나인 가솔린 차량, 디젤 차량 등 화석연료를 사용하는 차량을 대체할 수 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 이러한 전기자 동차, 하이브리드 전기자동차의 동력원으로는 주로 니켈 수소금속 이차전지가 사용되고 있으나, 높은 에너지 밀도와 방전 전압의 리튬 이차전지를 사용하는 연구가 활발히 진행되고 있으며, 일부 상용화 단계에 있다. In particular, as interest in environmental issues grows, research on electric vehicles and hybrid electric vehicles that can replace fossil fuel-based vehicles such as gasoline vehicles and diesel vehicles, which are one of the main causes of air pollution, . Nickel metal hydride secondary batteries are mainly used as power sources for such electric vehicles, but researches on the use of lithium secondary batteries having high energy density and discharge voltage are being actively carried out, and some of them are in the commercialization stage.

이러한 리튬 이차전지는 음극 활물질로는 탄소재료가 주로 사용되고 있고, 리튬 금속, 황 화합물 등의 사용도 고려되고 있다. 또한, 양극 활물질로는 주로 리튬 코발트 산화물(LiCoO2)이 사용되고 있고, 그 외에 층상 결정구조의 LiMnO2, 스피넬 결정구조의 LiMn2O4 등의 리튬 망간 산화물, 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 리튬 전이금속 산화물이 사용되고 있다.In such a lithium secondary battery, a carbon material is mainly used as a negative electrode active material, and the use of lithium metal, a sulfur compound, etc. is also considered. In addition, lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) is mainly used as the positive electrode active material, and lithium manganese oxide such as LiMnO 2 having a layered crystal structure and LiMn 2 O 4 having a spinel crystal structure, lithium nickel oxide (LiNiO 2 ) Lithium transition metal oxides have been used.

그러나, 양극 활물질로 사용되는 리튬 전이금속 산화물은 전기 전도성이 낮고, 비수계 전해질을 사용함으로써 나타나는 낮은 이온 전도 특성에 의해 충방전 레이트 특성이 충분히 높지 못하다는 문제점도 존재한다. However, the lithium transition metal oxide used as the cathode active material has a low electric conductivity, and there is also a problem that the charge / discharge rate characteristic is not sufficiently high due to the low ion conduction property which is exhibited by using the non-aqueous electrolyte.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 일부 선행기술들은 양극의 활물질 표면을 소정의 물질로 코팅하거나 표면처리하는 기술을 제시하고 있다. 예를 들어, 양극 활물질을 전도성 물질로 코팅하여 양극 활물질과 전해질 또는 고온에서 생성된 부산물과의 접촉 계면 저항을 낮추는 방법으로서, 도전성 고분자를 양극 활물질에 코팅하는 방법 등이 알려져 있다. 그러나, 충분한 전지 특성을 발휘하는 양극 활물질은 개발되지 못하고 있는 실정이다. In order to solve such problems, some prior arts have proposed a technique of coating or surface-treating an active material surface of a positive electrode with a predetermined material. For example, there is known a method of coating a conductive polymer on a cathode active material by coating a cathode active material with a conductive material to lower the contact interface resistance between the cathode active material and an electrolyte or a by-product produced at a high temperature. However, a cathode active material exhibiting sufficient battery characteristics has not been developed.

더욱이, 높은 에너지 밀도는 동시에 높은 위험성에 노출될 수 있음을 의미하므로, 에너지 밀도가 높을수록 발화, 폭발 등의 위험이 높아지는 문제점이 있다. Further, since the high energy density means that the high energy density can be exposed to the high risk at the same time, there is a problem that the higher the energy density, the higher the risk of ignition and explosion.

이에, 다양한 접근 방식에서 많은 연구들이 수행되고 있지만, 아직까지 만족할 만한 성과를 거두지는 못하고 있는 실정이다. 모바일 기기의 복합화, 다기능화에 따른 에너지 밀도의 향상 등에 의해 안전성은 더욱 큰 문제로 대두되고 있고, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 파워툴 등의 요구에 의해 리튬 이차전지의 레이트 특성은 더욱 향상될 필요가 있다. Therefore, although many studies have been carried out in various approaches, they have not yet achieved satisfactory results. Safety has become a bigger problem due to the increase of energy density due to the complexization and multi-functionalization of mobile devices, and the rate characteristics of lithium secondary batteries have to be further improved due to demands of electric vehicles, hybrid electric vehicles and power tools .

그러나, 안전성과 레이트 특성은 서로 상반되는 특성으로 이를 동시에 향상시키는 것은 매우 어려운 실정이며, 이에 대한 연구는 거의 이루어지지 않고 있는 상태이다. However, it is very difficult to improve both safety and rate characteristics at the same time, and research on this has not been done yet.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art and the technical problems required from the past.

본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 리튬 전이금속 산화물의 표면에 산소 또는 황 화합물과 탄소계 입자의 복합체를 도포하여 양극 활물질을 제조하는 경우, 전기 전도성 및 이온 전도도의 향상에 의해 우수한 레이트 특성을 발휘하면서도 안정성 및 고온 안전성을 높일 수 있다는 사실을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.The inventors of the present application have conducted intensive research and various experiments and have found that when a composite of an oxygen or sulfur compound and a carbon-based particle is applied to the surface of a lithium transition metal oxide to prepare a cathode active material, improvement in electrical conductivity and ionic conductivity The present invention has been accomplished on the basis of discovering that it is possible to improve stability and high-temperature safety while exhibiting excellent rate characteristics.

따라서 본 발명에 따른 리튬 전이금속 산화물로 이루어진 리튬 이차전지용 양극 활물질은, 상기 리튬 전이금속 산화물의 표면에 산소 또는 황 화합물과 탄소계 입자의 복합체('화합물-탄소 복합체')가 도포되어 있으며, 상기 화합물-탄소 복합체는 리튬 전이금속 산화물의 표면과 화학적으로 결합되어 있는 것으로 구성되어 있다. Therefore, the positive electrode active material for a lithium secondary battery comprising the lithium transition metal oxide according to the present invention is characterized in that a composite of the oxygen or sulfur compound and the carbon-based particle ('compound-carbon composite') is coated on the surface of the lithium transition metal oxide, The compound-carbon composite is chemically bonded to the surface of the lithium transition metal oxide.

종래 리튬 전이금속 산화물의 전기전도도 향상을 위해 전극 슬러리에 도전성 카본 첨가하는 기술 또는 도전성 카본을 리튬 전이금속 산화물의 표면에 단순히 기계적으로 혼합하여 접촉된 상태가 되도록 처리하는 기술이 공지되어 있다. 이는, 공정 상 산화물과 도전성 카본을 화학적으로 결합하는 것이 매우 어렵기 때문이다. 이에, 도전성 카본과 산화물의 화학적 결합을 위해 가스 분위기에서 카본을 증착하는 기술이 개시되어 있기는 하지만, 양산 공정에의 적용에 한계가 있어서 실제 적용이 불가능한 실정이다. There has been known a technique of adding conductive carbon to an electrode slurry for improving electrical conductivity of a lithium transition metal oxide or a technique of simply mixing mechanically a conductive carbon with a surface of a lithium transition metal oxide to make it into a contact state. This is because it is very difficult to chemically bond the oxide to the conductive carbon in the process. Thus, although a technique for depositing carbon in a gas atmosphere for chemical bonding between conductive carbon and oxide has been disclosed, the application to the mass production process is limited and the practical application is impossible.

반면, 본 발명의 양극 활물질은 탄소계 입자가 산소 또는 황 화합물에 의해 리튬 전이금속 산화물과 화학적으로 결합되어 있는 바, 이온 전도도 및 전기 전도도를 크게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 양극 활물질의 표면과 전해액 사이에 계면을 형성함으로써 전해액과의 반응성을 최소화할 수 있는 바, 안정성 및 고온 안전성이 매우 우수하다는 장점이 있다. 이하, 본 발명에 대하여 더욱 구체적으로 상술한다.On the other hand, since the cathode active material of the present invention is chemically bonded to the lithium transition metal oxide by the oxygen or sulfur compound, the ionic conductivity and the electric conductivity of the carbon-based particle can be greatly improved, and the surface of the cathode active material and the electrolyte The reactivity with the electrolyte can be minimized, and the stability and high-temperature safety are excellent. Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명에 따른 양극 활물질로서 리튬 전이금속 산화물의 표면에는 산소(O) 또는 황(S) 화합물과 탄소계 입자의 복합체('화합물-탄소 복합체')가 도포되어 있으며, 상기 화합물-탄소 복합체는 리튬 전이금속 산화물의 표면과 화학적으로 결합되어 있다. As the cathode active material according to the present invention, the surface of the lithium transition metal oxide is coated with a composite of oxygen (O) or a sulfur (S) compound and carbon-based particles ('compound-carbon composite'), And is chemically bonded to the surface of the transition metal oxide.

상기 화합물-탄소 복합체에서 산소(O) 또는 황(S) 화합물은 리튬 전이금속 산화물의 표면과 탄소계 입자를 서로 화학적으로 결합시킬 수 있다. 따라서, 탄소계 입자의 도전성 경로가 매우 안정적이고 신뢰성있게 유지될 수 있는 바, 도전성 및 레이트 특성을 크게 향상시킬 수 있다. The oxygen (O) or sulfur (S) compound in the compound-carbon composite can chemically bind the surface of the lithium-transition metal oxide with the carbon-based particle. Therefore, the conductive path of the carbon-based particles can be maintained very stably and reliably, so that the conductivity and the rate characteristic can be greatly improved.

본 발명에서 화학적으로 결합되어 있다는 것은 반데르 발스 인력과 같은 화학적 성질은 변하지 않는 가역적 결합을 통해 접촉되어 있는 것이 아니라, 이온 결합이나 공유 결합과 같은 화학적 결합에 의해 결합되어 있는 것을 의미한다. In the present invention, the term "chemically bonded" means that chemical properties such as van der Waals attraction are not in contact with each other through unchanging reversible bonds, but are bonded by chemical bonds such as ionic bonds or covalent bonds.

또한, 본 발명에서 상기 산소 또는 황 화합물은 산소(O) 또는 황(S) 원소 자체를 포함하는 개념이고, 바람직한 예에서, 상기 화합물-탄소 복합체에서 산소 또는 황은 탄소계 입자 자체에 존재하는 것일 수 있다. 예를 들어, 탄소계 입자의 제조 과정에서 불순물로서 산소 또는 황 성분을 첨가함으로써 산소 또는 황을 포함하는 탄소계 입자인 화합물-탄소 복합체를 획득할 수 있다. In the present invention, the oxygen or sulfur compound is a concept including oxygen (O) or sulfur (S) element itself. In a preferred example, oxygen or sulfur in the compound-carbon composite may be present in the carbon- have. For example, by adding oxygen or a sulfur component as an impurity in the course of producing the carbon-based particles, it is possible to obtain a compound-carbon composite which is carbon-based particles containing oxygen or sulfur.

또 다른 바람직한 예에서, 상기 산소 또는 황 화합물은 탄소계 입자 표면에 물리적 또는 화학적으로 결합되어 있는 것일 수 있다. 이 때, 상기 산소 또는 황 화합물은 탄소계 입자와의 결합을 위한 반응성기를 포함하고 있다.In another preferred embodiment, the oxygen or sulfur compound may be physically or chemically bonded to the surface of the carbon-based particle. At this time, the oxygen or sulfur compound contains a reactive group for bonding with the carbon-based particles.

상기 탄소계 입자는 양극 활물질 표면에 도포됨으로써 전기 전도성 및 이온 전도도를 높여 레이트 특성 등을 향상시키는 바, 이러한 탄소계 입자의 예로는, 천연 흑연, 인조 흑연 등의 흑연, 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본 블랙 또는 탄소 섬유 등을 들 수 있으며, 이들은 1종 또는 2종 이상 혼합되어 사용될 수 있다. Examples of the carbon-based particles include graphite such as natural graphite, graphite such as artificial graphite, carbon black, acetylene black, ketjen black, and the like. Examples of the carbon- Carbon black such as black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black, or carbon fiber, and these may be used alone or in combination.

상기 화합물-탄소 복합체가 리튬 전이금속 산화물의 표면과 안정적으로 접촉되기 위해서는, 상기 화합물-탄소 복합체의 평균 입경(D50)이 리튬 전이금속 산화물의 평균 입경(D50)의 50% 이하인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 10% 내지 50%이다. In order for the compound-carbon composite material to stably contact with the surface of the lithium-transition metal oxide, the average particle diameter (D50) of the compound-carbon composite material is preferably 50% or less of the average particle diameter (D50) of the lithium-transition metal oxide. And more preferably 10% to 50%.

상기 리튬 전이금속 산화물의 입경이 너무 작으면 바인더의 사용량이 증가하고, 입경이 너무 크면 탭 밀도가 줄어들게 되므로, 이러한 점을 고려하여 적절히 설정하는 것이 바림직하다. If the particle diameter of the lithium transition metal oxide is too small, the amount of the binder used increases. If the particle diameter is too large, the tap density is reduced.

또한, 상기 화합물-탄소 복합체는 리튬 전이금속 산화물의 평균 입경 보다 작은 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 앞서 설명한 바와 같이 리튬 전이금속 산화물의 평균 입경에 대하여 50% 이하의 크기일 수 있다. The compound-carbon composite material is preferably smaller than the average particle diameter of the lithium transition metal oxide, more preferably 50% or less of the average particle diameter of the lithium transition metal oxide, as described above.

즉, 상기 화합물-탄소 복합체의 크기가 지나치게 작으면 입자들간의 응집에 의해 분산성이 저하되어 균일한 도포가 어려울 수 있고, 반대로 크기가 지나치게 크면 리튬 전이금속 산화물의 표면에 높은 계면적으로 도포하기 어려워 충분한 도전성을 발휘하지 못할 수 있다.That is, when the size of the compound-carbon composite is too small, the dispersibility may be lowered due to aggregation between the particles, which may make uniform coating difficult. On the contrary, if the size is too large, It may be difficult to exhibit sufficient conductivity.

본 발명의 효과를 달성하기 위하여 리튬 전이금속 산화물이 반드시 화합물-탄소 복합체에 의하여 완전히 도포될 필요는 없다. 다만, 상기 화합물-탄소 복합 체의 도포 면적이 너무 크면 리튬 이온의 이동성이 저하될 수 있고, 도포 면적이 너무 적으면 소망하는 효과를 발휘하기 어려울 수 있다. 이에, 리튬 니켈 망간계 산화물이 리튬 니켈계 산화물 전체 표면의 20 내지 95%를 도포하는 것이 바람직하다. In order to achieve the effect of the present invention, the lithium transition metal oxide does not necessarily have to be completely coated with the compound-carbon composite. However, if the application area of the compound-carbon composite material is too large, the mobility of lithium ions may be lowered, and if the application area is too small, it may be difficult to exhibit a desired effect. Accordingly, it is preferable that the lithium nickel manganese-based oxide is applied to 20 to 95% of the entire surface of the lithium nickel-based oxide.

상기 리튬 전이금속 산화물은 리튬 이온의 흡장 및 방출이 가능한 것이라면 특별히 제한되지 않는 바, 예를 들어, 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+yMn2-yO4 (여기서, y 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-yMyO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, y = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-yMyO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, y = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다. The lithium transition metal oxide is not particularly limited as long as it is capable of intercalating and deintercalating lithium ions. For example, a layered compound such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) and lithium nickel oxide (LiNiO 2 ) A compound substituted with a metal; Lithium manganese oxides such as Li 1 + y Mn 2-y O 4 (where y is 0 to 0.33), LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 and LiMnO 2 ; Lithium copper oxide (Li 2 CuO 2 ); Vanadium oxides such as LiV 3 O 8 , LiFe 3 O 4 , V 2 O 5 and Cu 2 V 2 O 7 ; Formula LiNi 1-y M y O 2 ( where, the M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B or Ga, y = 0.01 ~ 0.3 Im) Ni site type lithium nickel oxide which is represented by; Formula LiMn 2-y M y O 2 ( where, M = Co, Ni, Fe , Cr, and Zn, or Ta, y = 0.01 ~ 0.1 Im) or Li 2 Mn 3 MO 8 (where, M = Fe, Co, Ni, Cu, or Zn); LiMn 2 O 4 in which a part of Li in the formula is substituted with an alkaline earth metal ion; Disulfide compounds; Fe 2 (MoO 4 ) 3 , and the like. However, the present invention is not limited to these.

하나의 바람직한 예에서, 상기 리튬 전이금속 산화물은 전체 전이금속 중 니켈의 함량이 40% 이상으로서 니켈 고함량인 리튬 니켈계 산화물일 수 있다. 이와 같이, 다른 전이금속에 비해 니켈의 함량이 상대적으로 과량인 경우 2가 니켈의 비율이 상대적으로 높아진다. 이 경우 리튬 이온을 이동시킬 수 있는 전하의 양이 늘어나게 되므로 고용량을 발휘할 수 있다는 장점이 있다.In one preferred example, the lithium transition metal oxide may be a lithium nickel-based oxide having a nickel content of 40% or more in the total transition metal. As described above, when the content of nickel is relatively large as compared with other transition metals, the proportion of the bivalent nickel becomes relatively high. In this case, since the amount of charge capable of moving lithium ions is increased, a high capacity can be exhibited.

다만, 이러한 리튬 니켈계 산화물은 Ni이 다량 함유될수록 소성 과정 중 Ni2 + 이온의 함량이 높아지면서 고온에서 산소의 탈리가 심해지기 때문에 결정구조의 안정성이 낮고, 비표면적이 넓고 불순물 함량이 높아 전해액과의 반응성이 높으며 고온 안전성이 낮다는 단점이 있다. However, as the content of Ni is increased, the content of Ni 2 + ions in the lithium nickel oxide increases, and the desorption of oxygen becomes high at high temperature. Therefore, the stability of the crystal structure is low and the specific surface area is high and the impurity content is high. And high temperature safety is low.

그러나, 본 발명에 따른 양극 활물질은 산화물의 표면에 화합물-탄소 복합체가 도포되어 있어서 산화물의 표면과 전해액과의 사이에서 일종의 보호막을 형성하는 바, 니켈 고함량 리튬 니켈계 산화물에 적용되는 경우 고온 안전성을 효과적으로 향상시키는 한편 고용량 특성을 충분히 발휘할 수 있다는 장점이 있다. However, in the cathode active material according to the present invention, a compound-carbon composite is coated on the surface of the oxide to form a kind of protective film between the surface of the oxide and the electrolytic solution. When applied to a high nickel content lithium nickel oxide, Can be effectively improved and high-capacity characteristics can be sufficiently exhibited.

구체적인 예에서, 상기 리튬 니켈계 산화물은 하기 화학식 1의 화합물일 수 있다. In a specific example, the lithium nickel based oxide may be a compound represented by the following formula (1).

Lix Niy M1-y O2 (1)Li x Ni y M 1-y O 2 (1)

상기 식에서, 0.95 ≤ x ≤ 1.05, 0.4 ≤ y ≤ 0.9이고, M은 Mn, Co, Mg, 및 Al로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이다.Wherein 0.95? X? 1.05, 0.4? Y? 0.9, and M is at least one selected from the group consisting of Mn, Co, Mg and Al.

상기 화학식 1에서, 상기 리튬의 함량(x)는 0.95 ~ 1.05인 바, 리튬의 양이 1.05 보다 큰 경우, 특히 T=60℃에서 고전압(U = 4.35 V)으로 사이클 동안에 안전성이 낮아질 수 있으므로 문제가 있다. 반면에, x < 0.95인 경우에는 낮은 레이트 특성을 나타내고, 가역 용량이 감소될 수 있다.In the above formula 1, the lithium content (x) is 0.95 to 1.05, and when the amount of lithium is greater than 1.05, the safety may be lowered during the cycle at a high voltage (U = 4.35 V) . On the other hand, when x < 0.95, a low rate characteristic is exhibited, and the reversible capacity can be reduced.

또한, 상기 니켈(Ni)의 함량(y)은 망간 및 코발트에 비해 상대적으로 니켈 과잉의 조성으로서 0.4 ~ 0.9 이다. 니켈의 함량이 0.4 미만인 경우에는 높은 용량을 기대하기 어렵고, 반대로 0.9를 초과하는 경우에는 안전성이 크게 저하되는 문제가 있다. Also, the content (y) of nickel (Ni) is 0.4 to 0.9 in terms of nickel excess composition relative to manganese and cobalt. When the content of nickel is less than 0.4, it is difficult to expect a high capacity. On the other hand, when the content exceeds 0.9, safety is greatly reduced.

상기 M은 Mn, Co, Mg, 및 Al로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 바람직하게는, Mn 및 Co일 수 있다. The M may be at least one selected from the group consisting of Mn, Co, Mg, and Al, and may preferably be Mn and Co.

하나의 바람직한 예에서, 상기 화학식 1로 표시되는 리튬 니켈계 산화물은 하기 화학식(1a)로 표시되는 리튬 니켈-망간-코발트 산화물일 수 있다. In one preferred example, the lithium nickel oxide represented by Formula 1 may be a lithium nickel-manganese-cobalt oxide represented by Formula 1a below.

Lix Niy Mnc Cod O2 (1a)Li x Ni y Mn c Co d O 2 (1a)

상기 식에서, c+d= 1-y로서, 0.05 ≤ c ≤ 0.4, 0.1 ≤ d ≤ 0.4이다.Wherein c + d = 1-y, wherein 0.05? C? 0.4 and 0.1? D? 0.4.

상기 망간의 함량(c)이 0.05 보다 작으면 안전성이 나빠지고, 0.4 보다 크면 이동시킬 수 있는 전하의 양이 줄어들어 용량이 감소하게 된다.When the content (c) of manganese is less than 0.05, safety is deteriorated. When the content of manganese is larger than 0.4, the amount of charge that can be moved is decreased, and the capacity is decreased.

또한, 상기 코발트의 함량(d)은 0.1 ~ 0.4인 바, b > 0.4로 코발트의 함량이 지나치게 높은 경우, 원료 물질의 비용이 전체적으로 증가하고 충전 상태에서 Co4 +는 불안정하여 안정성이 낮아지는 단점이 있으므로 바람직하지 않다. 반면에, 코발트의 함량이 지나치게 낮은 경우(b < 0.1)에는 충분한 레이트 특성과 높은 분말 밀도를 동시에 달성하기 어렵다.If the content (d) of the cobalt is in the range of 0.1 to 0.4, b> 0.4, if the content of cobalt is excessively high, the cost of raw materials as a whole increases and the stability of Co 4 + Which is undesirable. On the other hand, when the content of cobalt is excessively low (b < 0.1), it is difficult to achieve sufficient rate characteristics and high powder density at the same time.

하나의 바람직한 예에서, 상기 리튬 전이금속 산화물의 표면에 리튬 이차전 지용 전해액과 유기용매에 불활성인 물질로서 융점이 80℃ 이상인 고분자 수지가 추가적으로 도포될 수도 있다. In one preferred example, a polymer resin having a melting point of 80 ° C or higher may be further applied to the surface of the lithium transition metal oxide as an electrolyte for a lithium secondary battery and a material inert to the organic solvent.

이러한 고분자 수지는 전해액이나 유기용매에 불활성이므로 전극의 제조 과정에서 제거되거나 전지 내에 포함된 상태에서 전해액 중으로 용출되거나 분해되지 않으므로 전지의 성능 저하를 유발하지 않는다. 또한, 전지의 내부 온도가 80℃ 이상의 고온 상태가 되었을 때, 용융되어 활물질 표면에 늘러 붙거나 또는 양극 활물질들 사이의 틈으로 흘러 들어가 리튬 이온 및 전자의 이동성을 저하시키는 바, 전지의 내부 저항을 상승시킴으로써 전기 화학적 반응이 계속 진행되는 것을 방지하여 전지의 발화를 억제할 수 있다. Since such a polymer resin is inert to an electrolyte solution or an organic solvent, it is not removed during the manufacturing process of the electrode or contained in the battery, so that the polymer resin does not dissolve or decompose into the electrolyte solution. Further, when the internal temperature of the battery reaches a high temperature of 80 DEG C or higher, it melts and sticks to the surface of the active material or flows into the gap between the cathode active materials to lower the lithium ion and electron mobility. So that the electrochemical reaction can be prevented from continuing and the ignition of the battery can be suppressed.

이러한 고분자 수지의 예로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 및 폴리스티렌으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상이거나, 또는 이들의 둘 또는 그 이상의 공중합체 또는 블랜드를 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. Examples of such a polymer resin include at least one selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene, polybutylene, and polystyrene, or a copolymer or blend of two or more thereof, but are not limited thereto.

상기 고분자 수지의 융점은 80℃ 내지 300℃인 것이 바람직하다. 융점이 80℃ 미만이면 전지의 정상 작동 상태에서도 내부 저항을 상승시킬 수 있으므로 전지 특성을 저하시키는 문제가 있고, 300℃ 보다 높은 융점을 갖는 경우에는 소망하는 고온 안전성을 발휘하기 어렵기 때문이다. The melting point of the polymer resin is preferably 80 to 300 캜. If the melting point is less than 80 占 폚, the internal resistance can be increased even in the normal operation state of the battery, thereby deteriorating the battery characteristics. If the melting point is higher than 300 占 폚, it is difficult to exhibit the desired high-temperature safety.

상기 고분자 수지의 함량이 지나치게 많으면 내부 저항이 높아져 화합물-탄소 복합체의 도포에 따른 전기 전도성 및 이온 전도도의 향상 효과가 발휘되기 어려울 수 있으므로, 이러한 점을 고려하여 적절히 설정하는 것이 바람직하다.If the content of the polymer resin is excessively high, the internal resistance is increased, and the effect of improving the electrical conductivity and the ionic conductivity due to the application of the compound-carbon composite may not be exhibited.

또한, 상기 화합물-탄소 복합체와 고분자 수지는 상호 독립적인 상(phase)으 로 리튬 전이금속 산화물의 표면에 도포되어 있거나, 화합물-탄소 복합체 중의 화합물과 고분자 수지가 결합된 상태로 도포될 수도 있다. Also, the compound-carbon composite and the polymer resin may be coated on the surface of the lithium-transition metal oxide in mutually independent phases, or may be coated with the compound in the compound-carbon composite and the polymer resin combined.

본 발명은 또한, 상기 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다. 리튬 이차전지는, 예를 들어, 양극, 음극, 분리막, 리튬염 함유 비수 전해액 등으로 구성되어 있다. The present invention also provides a lithium secondary battery comprising the cathode active material. The lithium secondary battery is composed of, for example, a positive electrode, a negative electrode, a separator, a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt, and the like.

양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 충진제를 더 첨가하기도 한다. 음극은 또한 음극 집전체 상에 음극 재료를 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 더 포함될 수도 있다. The positive electrode is prepared, for example, by applying a mixture of a positive electrode active material, a conductive material and a binder on a positive electrode current collector, followed by drying, and if necessary, a filler is further added. The negative electrode is also manufactured by applying and drying the negative electrode material on the negative electrode collector, and if necessary, may further include the above-described components.

음극 활물질로는, 예를 들어, 천연 흑연, 인조 흑연, 팽창 흑연, 탄소섬유, 난흑연화성 탄소, 카본블랙, 카본나노튜브, 플러렌, 활성탄 등의 탄소 및 흑연재료; 리튬과 합금이 가능한 Al, Si, Sn, Ag, Bi, Mg, Zn, In, Ge, Pb, Pd, Pt, Ti 등의 금속 및 이러한 원소를 포함하는 화합물; 금속 및 그 화합물과 탄소 및 흑연재료의 복합물; 리튬 함유 질화물 등을 들 수 있다. 그 중에서도 탄소계 활물질, 규소계 활물질, 주석계 활물질, 또는 규소-탄소계 활물질이 더욱 바람직하며, 이들은 단독으로 또는 둘 이상의 조합으로 사용될 수도 있다. Examples of the negative electrode active material include carbon and graphite materials such as natural graphite, artificial graphite, expanded graphite, carbon fiber, non-graphitizable carbon, carbon black, carbon nanotube, fullerene and activated carbon; Metals such as Al, Si, Sn, Ag, Bi, Mg, Zn, In, Ge, Pb, Pd, Pt and Ti which can be alloyed with lithium and compounds containing these elements; Complexes of metals and their compounds and carbon and graphite materials; Lithium-containing nitrides, and the like. Among them, a carbon-based active material, a silicon-based active material, a tin-based active material, or a silicon-carbon based active material is more preferable, and these may be used singly or in combination of two or more.

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 또 는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.The separator is an insulating thin film interposed between the anode and the cathode and having high ion permeability and mechanical strength. The pore diameter of the separator is generally 0.01 to 10 mu m and the thickness is generally 5 to 300 mu m. As such a separation membrane, for example, a sheet or a nonwoven fabric made of olefin-based polymer such as polypropylene which is resistant to chemical and hydrophobic, glass fiber, polyethylene or the like is used. When a solid electrolyte such as a polymer is used as an electrolyte, the solid electrolyte may also serve as a separation membrane.

상기 바인더의 예로는 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐 알코올, 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, 고분자 고검화 폴리비닐 알코올 등을 들 수 있다.Examples of the binder include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, Polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butylene rubber, fluorine rubber, various copolymers, and high molecular weight polyvinyl alcohol.

상기 도전재는 전극 활물질의 도전성을 더욱 향상시키기 위한 성분으로서, 전극 합제 전체 중량을 기준으로 1 ~ 30 중량%로 첨가될 수 있다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 나노튜브나 플러렌 등의 탄소 유도체, 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 material is a component for further improving the conductivity of the electrode active material and may be added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the electrode mixture. Such a conductive material is not particularly limited as long as it has electrical conductivity without causing chemical changes in the battery, for example, graphite such as natural graphite or artificial graphite; Carbon black such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Carbon fibers such as carbon nanotubes and fullerene; conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; 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.

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

상기 충진제는 전극의 팽창을 억제하는 보조성분으로서, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올레핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.The filler is an auxiliary component for suppressing the expansion of the electrode. The 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 커플링제는 전극 활물질과 바인더 사이의 접착력을 증가시키기 위한 보조성분으로서, 두 개 이상의 관능기를 가지고 있는 것을 특징으로 하며, 바인더 중량을 기준으로 30 중량%까지 사용될 수 있다. 이러한 커플링제는, 예를 들어, 하나의 관능기가 실리콘, 주석, 또는 흑연계 활물질 표면의 히드록실기나 카르복실기와 반응하여 화학적인 결합을 형성하고, 다른 관능기가 고분자 바인더와의 반응을 통하여 화학결합을 형성하는 물질일 수 있다. 커플링제의 구체적인 예로는, 트리에톡시실일프로필 테트라셀파이드(triethoxysilylpropyl tetrasulfide), 멀캡토프로필 트리에톡시실란(mercaptopropyl triethoxysilane), 아미노프로필 트리에톡시실란(aminopropyl triethoxysilane), 클로로프로필 트리에톡시실란(chloropropyl triethoxysilane), 비닐 트리에톡시실란(vinyl triethoxysilane), 메타아크릴옥시프로필 트리에톡시실란(methacryloxypropyl triethoxysilane), 글리시독시프로필 트리에톡시실란(glycidoxypropyl triethoxysilane), 이소시안아토프로필(isocyanatopropyl triethoxysilane), 시안아토프로필 트리에톡시실란(cyanatopropyl triethoxysilane) 등의 실란계 커플링제를 들 수 있지만, 이들만 으로 한정되는 것은 아니다.The coupling agent is an auxiliary component for increasing the adhesive force between the electrode active material and the binder. The coupling agent has two or more functional groups and can be used up to 30% by weight based on the weight of the binder. Such a coupling agent can be obtained by, for example, a method in which one functional group reacts with a hydroxyl group or a carboxyl group on the surface of a silicon, a tin, or a graphite active material to form a chemical bond and the other functional group reacts with a polymeric binder to form a chemical bond Lt; / RTI &gt; Specific examples of the coupling agent include triethoxysilylpropyl tetrasulfide, mercaptopropyl triethoxysilane, aminopropyl triethoxysilane, and chloropropyltriethoxysilane ( chloropropyl triethoxysilane, vinyl triethoxysilane, methacryloxypropyl triethoxysilane, glycidoxypropyl triethoxysilane, isocyanatopropyl triethoxysilane, And silane-based coupling agents such as cyanatopropyl triethoxysilane, but are not limited thereto.

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

상기 분자량 조절제로는 t-도데실머캅탄, n-도데실머캅탄, n-옥틸머캅탄 등을 사용할 수 있으며, 가교제로는 1,3-부탄디올 디아크릴레이트, 1,3-부탄디올 디메타그릴레이트, 1,4-부탄디올 디아크릴레이트, 1,4-부탄디올 디메타크릴레이트, 아릴 아크릴레이트, 아릴 메타크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜 디아크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜 디메타크릴레이트 또는 디비닐벤젠 등을 사용할 수 있다.As the molecular weight modifier, t-dodecylmercaptan, n-dodecylmercaptan, n-octylmercaptan and the like can be used. As the crosslinking agent, 1,3-butanediol diacrylate, 1,3-butanediol dimethacrylate, 1,4-butanediol diacrylate, 1,4-butanediol dimethacrylate, aryl acrylate, aryl methacrylate, trimethylolpropane triacrylate, tetraethylene glycol diacrylate, tetraethylene glycol dimethacrylate, Divinylbenzene and the like can be used.

상기 전극에서 집전체는 활물질의 전기화학적 반응에서 전자의 이동이 일어나는 부위로서, 전극의 종류에 따라 음극 집전체와 양극 집전체가 존재한다. The current collector in the electrode is a portion where electrons move in the electrochemical reaction of the active material, and an anode current collector and a cathode current collector exist depending on the type of the electrode.

상기 음극 집전체는 일반적으로 3 ~ 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. The negative electrode current 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.

상기 양극 집전체는 일반적으로 3 ~ 500 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것 이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. The cathode current collector generally has a thickness of 3 to 500 mu m. Such a positive electrode collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical changes in the battery. For example, the positive electrode collector may be made of stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon or aluminum or stainless steel Surface-treated with carbon, nickel, titanium, silver, or the like may be used.

이들 집전체들은 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 전극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.These current collectors may be used in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, a non-woven fabric, or the like, by forming fine irregularities on the surface of the current collectors to enhance the binding force of the electrode active material.

상기 리튬 함유 비수계 전해액은 비수 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. The lithium-containing non-aqueous electrolyte is composed of a non-aqueous electrolyte and a lithium salt.

상기 비수 전해액으로는, 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 nonaqueous electrolytic solution include N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, But are not limited to, lactone, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydroxyfuran, 2-methyltetrahydrofuran, dimethylsulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, dimethylformamide, Nitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, phosphoric acid triester, trimethoxymethane, dioxolane derivatives, sulfolane, methyl sulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate derivatives , Tetrahydrofuran derivatives, ether, methyl pyrophosphate, ethyl propionate and the like can be used.

상기 리튬염은 상기 비수계 전해액에 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. 경우에 따라서는 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용될 수도 있다. The lithium salt is a material which is soluble in the non-aqueous liquid electrolyte and includes, 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. In some cases, organic solid electrolytes, inorganic solid electrolytes, etc. may 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 중합체 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, Polymers containing ionic dissociation groups, and the like can 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.The inorganic solid electrolyte is, for example, 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.

또한, 비수계 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 있다.For the purpose of improving the charge-discharge characteristics and the flame retardancy, the non-aqueous liquid electrolyte may contain, for example, pyridine, triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylenediamine, glyme, N, N-substituted imidazolidine, ethylene glycol dialkyl ether, ammonium salt, pyrrole, 2-methoxyethanol, aluminum trichloride, etc. are added It is possible. In some cases, a halogen-containing solvent such as carbon tetrachloride or ethylene trifluoride may be further added to impart nonflammability, or a carbon dioxide gas may be further added to improve high-temperature storage characteristics.

본 발명에 따른 리튬 이차전지는 당업계에 공지되어 있는 통상적인 방법에 의해 제조될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 리튬 이차전지에서 상기 양극, 음극 및 분리막의 구조는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 이들 각각의 시트를 권회식(winding type) 또는 적층식(stacking type)으로 원통형, 각형 또는 파우치형의 케이스에 삽입한 형태일 수 있다.The lithium secondary battery according to the present invention can be manufactured by a conventional method known in the art. In the lithium secondary battery according to the present invention, the structure of the positive electrode, the negative electrode and the separator is not particularly limited. For example, each of the sheets may be formed into a cylindrical shape by a winding type or a stacking type, Or inserted into a case of a pouch type.

본 발명에 따른 리튬 이차전지는 특히 높은 레이트 특성과 고온 안전성이 요구되는 하이브리드 자동차, 전기자동차, 파워툴 등의 전원으로 바람직하게 사용될 수 있다.The lithium secondary battery according to the present invention can be preferably used as a power source for a hybrid vehicle, an electric vehicle, and a power tool, which require high rate characteristics and high-temperature safety.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 양극 활물질은 이온 전도도 및 전기 전도도를 크게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 양극 활물질의 표면과 전해액 사이에 계면을 형성함으로써 전해액과의 반응성을 최소화할 수 있는 바, 안정성 및 고온 안전성이 매우 우수하다는 장점이 있다. As described above, the cathode active material according to the present invention not only greatly improves ionic conductivity and electrical conductivity, but also can minimize the reactivity with the electrolyte by forming an interface between the surface of the cathode active material and the electrolytic solution, And high temperature safety.

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 (12)

리튬 전이금속 산화물로 이루어진 리튬 이차전지용 양극 활물질로서, 상기 리튬 전이금속 산화물의 표면에 산소(O) 또는 황(S) 화합물과 탄소계 입자의 복합체('화합물-탄소 복합체')가 도포되어 있으며, 상기 화합물-탄소 복합체는 리튬 전이금속 산화물의 표면과 화학적으로 결합되어 있고, 상기 화합물-탄소 복합체에서 산소 또는 황은 탄소계 입자 자체에 존재하거나, 또는 탄소계 입자 표면에 물리적 또는 화학적으로 결합되어 있으며, 상기 리튬 전이금속 산화물의 표면에 리튬 이차전지용 전해액과 유기용매에 불활성인 물질로서 융점이 80℃ 이상인 고분자 수지가 추가적으로 도포되어 있는 양극 활물질.(O) or a composite of a sulfur (S) compound and a carbon-based particle (a 'compound-carbon composite') is coated on the surface of the lithium transition metal oxide, The compound-carbon composite is chemically bonded to the surface of the lithium-transition metal oxide. In the compound-carbon composite, oxygen or sulfur is present in the carbon-based particle itself or physically or chemically bonded to the surface of the carbon- Wherein an electrolyte solution for a lithium secondary battery and a polymeric resin having a melting point of 80 DEG C or higher are additionally coated on the surface of the lithium transition metal oxide as a material inert to the organic solvent. 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 탄소계 입자는 천연 흑연, 인조 흑연, 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 및 탄소 섬유로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상인 양극 활물질.The carbonaceous particle according to claim 1, wherein the carbon-based particle is at least one selected from the group consisting of natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, Active material. 제 1 항에 있어서, 상기 화합물-탄소 복합체는 평균 입경(D50)이 리튬 전이금속 산화물의 평균 입경(D50)의 50% 이하인 양극 활물질.The positive electrode active material according to claim 1, wherein the compound-carbon composite has an average particle size (D50) of 50% or less of an average particle size (D50) of the lithium transition metal oxide. 제 1 항에 있어서, 상기 탄소계 입자는 리튬 전이금속 산화물 전체 표면의 20% 내지 80%를 도포하는 양극 활물질. The positive electrode active material according to claim 1, wherein the carbon-based particles are coated with 20% to 80% of the entire surface of the lithium-transition metal oxide. 제 1 항에 있어서, 상기 리튬 전이금속 산화물은 하기 화학식 1로 표시되는 리튬 니켈계 산화물인 양극 활물질:The positive electrode active material according to claim 1, wherein the lithium transition metal oxide is a lithium nickel oxide represented by the following formula (1) Lix Niy M1-y O2 (1)Li x Ni y M 1-y O 2 (1) 상기 식에서, 0.95 ≤ x ≤ 1.05, 0.4 ≤ y ≤ 0.9이고, M은 Mn, Co, Mg, 및 Al로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이다.Wherein 0.95? X? 1.05, 0.4? Y? 0.9, and M is at least one selected from the group consisting of Mn, Co, Mg and Al. 제 6 항에 있어서, 상기 리튬 니켈계 산화물은 하기 화학식(1a)로 표시되는 화합물인 양극 활물질: 7. The positive electrode active material according to claim 6, wherein the lithium nickel oxide is a compound represented by the following formula (1a) Lix Niy Mnc Cod O2 (1a)Li x Ni y Mn c Co d O 2 (1a) 상기 식에서, c+d = 1-y로서, 0.05 ≤ c ≤ 0.4, 0.1 ≤ d ≤ 0.4이다.Wherein c + d = 1-y, wherein 0.05? C? 0.4 and 0.1? D? 0.4. 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 고분자 수지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 및 폴리스티렌으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상이거나, 또는 이들의 둘 또는 그 이상의 공중합체 또는 블랜드인 양극 활물질. The positive electrode active material according to claim 1, wherein the polymer resin is at least one selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene, polybutylene, and polystyrene, or a copolymer or blend of two or more thereof. 제 1 항에 있어서, 상기 화합물-탄소 복합체와 고분자 수지는 상호 독립적인 상(phase)로 리튬 전이금속 산화물의 표면에 도포되어 있는 양극 활물질. The positive electrode active material according to claim 1, wherein the compound-carbon composite and the polymer resin are coated on the surface of the lithium transition metal oxide in mutually independent phases. 제 1 항, 제 3 항 내지 제 7 항, 제 9 항, 제 10 항 중 어느 하나에 따른 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차전지.. A lithium secondary battery comprising the cathode active material according to any one of claims 1, 3, 7, 9, 10, 제 11 항에 있어서, 상기 이차전지는 하이브리드 자동차, 전기자동차 또는 파워툴의 전원으로 사용되는 리튬 이차전지. 12. The lithium secondary battery of claim 11, wherein the secondary battery is used as a power source for a hybrid vehicle, an electric vehicle or a power tool.
KR1020090000697A 2009-01-06 2009-01-06 Cathode Material with Improved Conductivity and Lithium Secondary Battery Containing the Same KR101572827B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090000697A KR101572827B1 (en) 2009-01-06 2009-01-06 Cathode Material with Improved Conductivity and Lithium Secondary Battery Containing the Same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090000697A KR101572827B1 (en) 2009-01-06 2009-01-06 Cathode Material with Improved Conductivity and Lithium Secondary Battery Containing the Same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100081456A KR20100081456A (en) 2010-07-15
KR101572827B1 true KR101572827B1 (en) 2015-11-30

Family

ID=42641872

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090000697A KR101572827B1 (en) 2009-01-06 2009-01-06 Cathode Material with Improved Conductivity and Lithium Secondary Battery Containing the Same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101572827B1 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102376939A (en) * 2011-11-14 2012-03-14 东莞新能源科技有限公司 Lithium-ion secondary battery and anode material thereof
KR101588362B1 (en) 2014-03-27 2016-01-25 한국과학기술연구원 Cathode active material having core-shell structure and manufacturing method therof
EP3291338B1 (en) * 2015-09-14 2020-08-12 LG Chem, Ltd. Cathode for lithium-sulfur battery, manufacturing method therefor, and lithium-sulfur battery containing same

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008226495A (en) 2007-03-08 2008-09-25 Agc Seimi Chemical Co Ltd Lithium-containing composite oxide particle for nonaqueous secondary battery, and its manufacturing method

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008226495A (en) 2007-03-08 2008-09-25 Agc Seimi Chemical Co Ltd Lithium-containing composite oxide particle for nonaqueous secondary battery, and its manufacturing method

Also Published As

Publication number Publication date
KR20100081456A (en) 2010-07-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101320381B1 (en) Lithium Secondary Battery Having an Anode containing Aqueous Binder
KR101304868B1 (en) Cathode Active Material for Lithium Secondary Battery
KR101138637B1 (en) Cathode Active Material for Lithium Secondary Battery
KR100881637B1 (en) Lithium Secondary Battery of Improved Low-Temperature Power Property
KR101056714B1 (en) Cathode active material with improved high voltage characteristics
KR101154876B1 (en) Cathode Active Material for Lithium Secondary Battery
KR101123057B1 (en) Cathode Active Material for Lithium Secondary Battery
KR100801637B1 (en) Cathode Active Material and Lithium Secondary Battery Containing Them
KR101108441B1 (en) Cathode Materials and Lithium Secondary Battery Containing the Same
KR101171734B1 (en) Cathode Active Material for Lithium Secondary Battery
KR101334609B1 (en) Anode Active Material and Secondary Battery Comprising the Same
KR101666402B1 (en) Electrode Material Improved Energy Density and Lithium Secondary Battery Comprising the Same
KR101658510B1 (en) The Cathode Electrodes For Secondary Battery and the Secondary Battery Comprising the Same
KR101623724B1 (en) Anode Mixture for Secondary Battery Having Improved Structural Safety and Secondary Battery Having the Same
KR101334615B1 (en) Anode Active Material and Secondary Battery Comprising the Same
KR101590678B1 (en) Anode Active Material for Lithium Secondary Battery and Lithium Secondary Battery Comprising the Same
KR101334612B1 (en) Anode Active Material and Secondary Battery Comprising the Same
KR101588624B1 (en) Electrode of Improved Electrode Conductivity and Method For Manufacturing The Same
KR101502658B1 (en) Cathode active material composition for lithium secondary battery, method of preparing the same, and lithium secondary battery comprising the same
KR101572827B1 (en) Cathode Material with Improved Conductivity and Lithium Secondary Battery Containing the Same
KR20140007744A (en) High voltage positive active material and method for preparing the same
KR20130050473A (en) Cathode having double coating structure for lithium secondary battery
KR101361115B1 (en) Ni-based Cathode Material with Improved Safety and Lithium Secondary Battery Containing the Same
KR20140009625A (en) Electrode for secondary battery and manufacturing method thereof
KR101514202B1 (en) Anode Active Material for Electrochemical Device

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
AMND Amendment
J201 Request for trial against refusal decision
B701 Decision to grant
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181016

Year of fee payment: 4