KR101675110B1 - Composite positive active material, positive electrode including the same, and lithium battery including the positive electrode - Google Patents

Composite positive active material, positive electrode including the same, and lithium battery including the positive electrode Download PDF

Info

Publication number
KR101675110B1
KR101675110B1 KR1020150057359A KR20150057359A KR101675110B1 KR 101675110 B1 KR101675110 B1 KR 101675110B1 KR 1020150057359 A KR1020150057359 A KR 1020150057359A KR 20150057359 A KR20150057359 A KR 20150057359A KR 101675110 B1 KR101675110 B1 KR 101675110B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
active material
cathode active
formula
composite cathode
group
Prior art date
Application number
KR1020150057359A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20160010297A (en
Inventor
최병진
강윤석
박준호
박진환
안성진
연동희
윤재구
Original Assignee
삼성전자주식회사
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 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to US14/801,387 priority Critical patent/US10044030B2/en
Priority to EP15177322.3A priority patent/EP2975678B1/en
Priority to CN201510424753.XA priority patent/CN105280893B/en
Publication of KR20160010297A publication Critical patent/KR20160010297A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101675110B1 publication Critical patent/KR101675110B1/en

Links

Images

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
    • H01M4/364Composites as mixtures
    • 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
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/131Electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
    • 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
    • H01M4/485Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of mixed oxides or hydroxides for inserting or intercalating light metals, e.g. LiTi2O4 or LiTi2OxFy
    • 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
    • H01M4/50Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese
    • H01M4/505Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese of mixed oxides or hydroxides containing manganese for inserting or intercalating light metals, e.g. LiMn2O4 or LiMn2OxFy
    • 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
    • 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

Landscapes

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

Abstract

층상 구조를 갖는 제1금속 산화물; 및 스피넬상 구조를 갖는 제2금속 산화물을 포함하며, 상기 제1금속 산화물과 제2금속 산화물이 복합체를 형성하는 복합 양극 활물질, 이를 포함한 양극과 상기 양극을 채용한 리튬 전지가 제시된다.A first metal oxide having a layered structure; And a second metal oxide having a spinel phase structure, wherein the first metal oxide and the second metal oxide form a composite body, a positive electrode including the composite positive electrode active material, and a lithium battery employing the positive electrode.

Description

복합 양극 활물질, 이를 포함하는 양극 및 리튬 전지 {Composite positive active material, positive electrode including the same, and lithium battery including the positive electrode}[0001] The present invention relates to a composite positive electrode active material, a positive electrode including the same, and a lithium battery including the positive active material, a positive electrode including the same,

복합 양극 활물질, 이를 포함하는 양극 및 리튬 전지를 제시한다. A composite cathode active material, a positive electrode containing the same, and a lithium battery.

휴대전자기기는 물론 자동차의 구동전원으로서 리튬 전지가 사용되면서 이들 리튬 전지의 용량을 개선하려는 연구가 활발하게 진행되고 있다. 또한 각종 기기가 복합화 및 고기능화됨에 따라 기기의 에너지원으로 사용되는 리튬 전지는 소형화 및 경량화 외에 고전압화에 대한 필요성이 점차 높아지고 있다. Studies have been actively conducted to improve the capacity of these lithium batteries while using lithium batteries as driving power sources for automobiles as well as portable electronic devices. In addition, as various devices become more complex and highly functional, the lithium battery used as an energy source of a device is increasingly required to have a higher voltage in addition to downsizing and weight reduction.

이러한 필요성에 부합된 리튬 전지를 구현하기 위해서는 수명 특성 및 용량 특성이 우수함과 동시에 충방전이 반복됨에 따라 전압 특성 감소가 완화된 양극 활물질이 요구된다.In order to realize a lithium battery complying with such necessity, a cathode active material having excellent lifetime characteristics and capacity characteristics and at the same time reducing voltage characteristics is required as charging and discharging are repeated.

한 측면은 충방전시 구조적으로 안정한 양극 활물질을 제공하는 것이다.One aspect is to provide a structurally stable cathode active material upon charge and discharge.

다른 측면은 상기 복합 양극 활물질을 포함하는 양극을 제공하는 것이다.Another aspect is to provide a positive electrode comprising the complex cathode active material.

또 다른 측면은 상술한 양극을 포함하는 리튬 전지를 제공하는 것이다.Another aspect is to provide a lithium battery including the above-described anode.

한 측면에 따라 층상 구조를 갖는 제1금속 산화물; 및A first metal oxide having a layered structure along one side; And

스피넬상 구조를 가지며 하기 화학식 1로 표시되는 제2금속 산화물을 포함하며, 상기 제1금속 산화물과 제2금속 산화물이 복합체를 형성하는 복합 양극 활물질이 제공된다.There is provided a composite cathode active material having a spinel phase structure and containing a second metal oxide represented by the following general formula (1), wherein the first metal oxide and the second metal oxide form a complex.

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Li2M’(1+a)Mn(3-a)O8 Li 2 M ' (1 + a) Mn (3-a) O 8

상기 화학식 1 중, -1<a<1이고,1 < a < 1 in Formula 1,

M’은 4족 내지 10족, 13족 및 14족 원소 중에서 선택된 하나 이상이며, 단 망간(Mn)은 제외된다.M 'is at least one selected from Group 4 to Group 10 elements, Group 13 and Group 14 elements, and manganese (Mn) is excluded.

다른 측면은 상기 복합 양극 활물질을 포함하는 양극을 제공하는 것이다.Another aspect is to provide a positive electrode comprising the complex cathode active material.

또 다른 측면은 상술한 양극을 포함하는 리튬 전지를 제공하는 것이다.Another aspect is to provide a lithium battery including the above-described anode.

일구현예에 따른 복합 양극 활물질은 고전압 충전시 구조적 안정성이 개선된다. 이러한 복합 양극 활물질을 포함한 양극을 채용하면 수명특성이 우수하고 충방전이 반복적으로 실시될 때 전압 감소 현상이 완화된 리튬 전지를 제작할 수 있다.The composite cathode active material according to one embodiment improves structural stability at high voltage charging. When a positive electrode containing such a composite cathode active material is employed, it is possible to manufacture a lithium battery having excellent lifetime characteristics and reduced voltage reduction phenomenon when charge and discharge are repeatedly performed.

도 1은 일구현예에 따른 리튬 전지의 분해 사시도이다.
도 2 내지 도 4에는 제조예 1-2 및 제조예 7-8의 복합 양극 활물질 및 비교제조예 1의 복합 양극 활물질에 대한 X선 회절(X-ray diffraction: XRD) 분석 그래프이다.
도 5a는 제조예 3 및 제조예 7에 따른 복합 양극 활물질 및 비교제조예 1의 복합 양극 활물질에 대한 X선 회절 분석 그래프이다.
도 5b는 도 5a의 일부 영역을 확대하여 나타낸 것이다.
도 5c는 제조예 3 및 제조예 3의 복합 양극 활물질, 비교제조예 1의 복합 양극 활물질 및 Li2CoMn3O8에 있어서 Li2CiMn3O8의 함량에 따른 스피넬 도메인 사이즈(domain size) 및 층상 도메인 사이즈 변화를 나타낸 것이다.
도 6a 내지 도 6f는 실시예 1-3, 실시예 7 및 8에 따라 제조된 리튬 전지 및 비교예 1에 따라 제조된 리튬 전지의 충방전 프로파일을 나타낸 것이다.
도 7은 실시예 2, 3, 7 및 비교예 1에 따라 제조된 리튬 전지에서 사이클 수명 및 전압 강하 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
1 is an exploded perspective view of a lithium battery according to one embodiment.
FIGS. 2 to 4 are X-ray diffraction (XRD) analysis graphs of the composite cathode active materials of Production Examples 1-2 and 7-8 and the composite cathode active material of Comparative Production Example 1. FIG.
5A is an X-ray diffraction analysis graph of the composite cathode active material according to Production Example 3 and Production Example 7 and the composite cathode active material according to Comparative Preparation Example 1. FIG.
FIG. 5B is an enlarged view of a partial area of FIG. 5A.
Figure 5c spinel domain size (domain size) of the contents of Li 2 CiMn 3 O 8 in the composite anode active material and Li 2 CoMn 3 O 8 in Comparative Preparation Example 1, a composite positive electrode active material of Preparation Example 3 and Production Example 3, and Layer domain size change.
6A to 6F show charge / discharge profiles of the lithium battery manufactured according to Examples 1-3, Examples 7 and 8 and the lithium battery manufactured according to Comparative Example 1. FIG.
FIG. 7 is a graph showing the results of a cycle life and a voltage drop analysis in a lithium battery manufactured according to Examples 2, 3 and 7 and Comparative Example 1. FIG.

첨부된 도면들을 참조하면서 이하에서 예시적인 복합 양극 활물질, 그 제조방법, 상기 복합 양극 활물질을 포함하는 양극 및 이를 채용한 리튬 전지에 대하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a cross-sectional view of a composite cathode active material according to an embodiment of the present invention; FIG.

층상 구조를 갖는 제1금속 산화물; 및 스피넬상 구조를 가지며 하기 화학식 1로 표시되는 제2금속 산화물을 포함하며, 상기 제1금속 산화물과 제2금속 산화물이 복합체를 형성하는 복합 양극 활물질이 제공된다.A first metal oxide having a layered structure; And a second metal oxide having a spinel phase structure and represented by the following general formula (1), wherein the first metal oxide and the second metal oxide form a complex.

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Li2M’(1+a)Mn(3-a)O8 Li 2 M ' (1 + a) Mn (3-a) O 8

상기 화학식 1 중, -1<a<1이고,1 < a < 1 in Formula 1,

M’은 4족 내지 10족, 13족 및 14족 원소 중에서 선택된 하나 이상이며, 단 망간(Mn)은 제외된다.M 'is at least one selected from Group 4 to Group 10 elements, Group 13 and Group 14 elements, and manganese (Mn) is excluded.

상기 화학식 1에서 M’에서 Mn은 제외되며, 예를 들어 V, Cr, Fe, Co, Ni, Zr, Re, Al, B, Ge, Ru, Sn, Ti, Nb, Mo 및 Pt로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속이다. In the above formula (1), Mn is excluded from M ', for example, in the group consisting of V, Cr, Fe, Co, Ni, Zr, Re, Al, B, Ge, Ru, Sn, Ti, One or more metals selected.

상기 층상 구조를 갖는 제1금속 산화물은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물 및 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이다.The first metal oxide having the layered structure is at least one selected from the group consisting of a compound represented by the following formula (2) and a compound represented by the following formula (3).

[화학식 2](2)

xLi2MO3·yLiMeO2 xLi 2 MO 3 .yLiMeO 2

상기 화학식 2 중, x+y=1, 0<x<1, 0<y<1이고, M 및 Me는 서로 독립적으로 4족 내지 10족, 13족 및 14족 원소 중에서 선택된 하나 이상이고, Wherein M and Me are independently at least one selected from the group consisting of 4 to 10, 13, and 14 elements, x + y = 1, 0 <x <1, 0 <y <1,

[화학식 3](3)

LiaNixCoyMnzMcO2 - eM'e Li a Ni x Co y Mn z M c O 2 - e M 'e

상기 화학식 3 중, 1.1≤a≤1.5, 0<x<1, 0≤y<1, 0<z<1, 0<b<1, 0≤c<1, 0<x+y+z+c<1, 0≤e<1이고, M은 4 내지 14족 원소 중에서 선택된 하나 이상이고, M’은 F, S, Cl, Br 또는 이들의 조합의 음이온 원소이다.0 <x <1, 0 <b <1, 0 <c <1, 0 <x + y + z + c <1, 0? E <1, M is at least one selected from the elements of Groups 4 to 14, and M 'is an anion element of F, S, Cl, Br or a combination thereof.

상기 화학식 3에서 M은 갈륨(Ga), 실리콘(Si), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 철(Fe), 크롬(Cr), 구리(Cu), 아연(Zn), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al) 및 보론(B)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이다.In Formula 3, M is at least one element selected from the group consisting of Ga, Si, W, Mo, Cr, Cu, Zn, Ti, , Aluminum (Al) and boron (B).

상술한 층상 구조를 갖는 제1금속 산화물이 서로 다른 조성을 가지는 복수의 결정상을 포함할 수 있다. 상기 복수의 결정상이 복합체를 형성할 수 있다.The first metal oxide having the layered structure described above may include a plurality of crystal phases having different compositions. The plurality of crystalline phases can form a complex.

상기 제 1 금속산화물이 C2/m 공간군에 속하는 결정상 및 R-3m 공간군에 속하는 결정상을 포함할 수 있다. 여기에서 C2/m 공간군에 속하는 결정상은 Li2MO3이고, R-3m 공간군에 속하는 층상 결정상은 LiMeO2이다.The first metal oxide may include a crystal phase belonging to the C2 / m space group and a crystal phase belonging to the R-3m space group. Here, the crystal phase belonging to the C2 / m space group is Li 2 MO 3 , and the layered crystal phase belonging to the R-3 m space group is LiMeO 2 .

일구현예에 의하면, 상기 제 1 금속산화물의 층상 구조 내의 층상 결정상 내에 제 2 금속산화물이 혼입된(intermixed) 구조를 가질 수 있다.According to one embodiment, the second metal oxide may be intermixed in the layered crystal phase in the layered structure of the first metal oxide.

일구현예에 따른 복합체는 하기 화학식 4로 표시되는 복합 양극 활물질이 제공된다.The composite according to one embodiment is a composite cathode active material represented by the following formula (4).

[화학식 4][Chemical Formula 4]

xLi2MO3·yLiMeO2·z Li2M’(1+a)Mn(3-a)O8 xLi 2 MO 3 .yLiMeO 2 .z Li 2 M ' (1 + a) Mn (3-a) O 8

상기 화학식 4 중, x+y+z=1, 0<x<1, 0<y<1, 0<z<1, -1<a<1이고, M, Me 및 M’은 서로 독립적으로 4족 내지 10족, 13족 및 14족 원소 중에서 선택된 하나 이상이고, 단 M’ 및 M과 다르게 선택된다. 1, 0 <z <1, and 1 <a <1, and M, Me and M 'are independently selected from the group consisting of 4 Group to group 10, group 13, and group 14 elements, with the proviso that M &apos; and M are different.

상기 복합 양극 활물질은 층상구조의 Li2MO3과 LiMeO2의 복합체에 스피넬 구조의 Li2M’(1+a)Mn(3-a)O8를 도입한 구조를 갖는다. The composite cathode active material has a structure in which Li 2 M ' (1 + a) Mn (3-a) O 8 having a spinel structure is introduced into a composite of Li 2 MO 3 and LiMeO 2 having a layered structure.

층상 구조의 LiMeO2 리튬 전이금속 산화물은 이온 결합성 결정 구조를 형성함으로써 가장 조밀한 결정구조를 갖는다. 이온 반경이 가장 큰 산소 이온이 조밀한 층을 이루고, 이 산소 이온들 사이의 빈 공간에 리튬 이온과 전이금속 이온이 배열하여 리튬전이금속 산화물의 충진밀도를 높인다. 이 때 전이금속과 산소로 구성된 전이금속 산화물층과 리튬 이온을 둘러싸고 있는 산소 팔면체층이 서로 교대로 배열하고 있다. MeO2층 내부는 강한 이온 결합을 형성하며, MeO2 층과 MeO2 층 사이에는 쿠울롱 반발력이 작용하기 때문이 리튬 이온은 삽입/탈리(intercalation/deintercalation)가 가능하며, 리튬 이온이 2차원 평면을 따라 확산하므로 이온전도도가 높다. 2 LiMeO lithium transition metal oxide of a layered structure has a densest crystal structure by forming an ion-binding crystal structure. Oxygen ions having the largest ionic radius form a dense layer, and lithium ions and transition metal ions are arranged in the vacancies between the oxygen ions to increase the packing density of the lithium transition metal oxide. At this time, the transition metal oxide layer composed of the transition metal and oxygen and the oxygen octahedral layer surrounding the lithium ion are alternately arranged. The inside of the MeO 2 layer forms a strong ionic bond, and MeO 2 layer and MeO 2 Because of the repulsive force of the Coulomb between the layers, lithium ion can intercalate / deintercalate, and lithium ion diffuses along the two-dimensional plane, resulting in high ion conductivity.

그러나 충전과정에서 리튬이 빠져나가면서 MeO2 층의 산소원자들 간의 반발력에 의하여 c축 방향으로 결정이 팽창하거나 리튬이 완전히 빠져나가면 c축 방향으로 급격히 수축할 수 있고, 다양한 상의 변화가 초래될 수 있다. However, when lithium is released during the charging process, MeO 2 When the crystal expands in the c-axis direction due to the repulsive force between the oxygen atoms in the layer or when the lithium completely escapes, it shrinks rapidly in the c-axis direction, and various phase changes may be caused.

한편, Li2MO3·LiMeO2 복합체는 고용량 양극 활물질로서 주목받고 있는 물질이다. 그런데 이 물질은 초기 충전시 4.4 V까지는 LiMeO2로부터 리튬의 탈리(deintercalation)에 의해 uLi2MnO3·(1-u)MO2 (0<u<1)구조를 형성하고, 4.4V 이상에서는 Li2O와 함께 (u-δ)Li2MnO3·δMnO2·(1-u)MO2(0<u<1, 0<δ<1, u+δ=1)의 상이 형성된다. 즉, 4.4V이상에서는 Li2MnO3에서 리튬의 탈리와 동시에 산소의 발생에 의해 Li2O가 형성되고, 또한 MnO2 생성도 동반된다. 이들 과정을 반응식 1으로 아래와 같이 나타낼 수 있다. On the other hand, the Li 2 MO 3 .LiMeO 2 composite is a material attracting attention as a high capacity cathode active material. However, this material forms a uLi 2 MnO 3 (1-u) MO 2 (0 <u <1) structure by the deintercalation of lithium from LiMeO 2 up to 4.4 V at the initial charge, with 2 O (u-δ) Li 2 MnO 3 · δMnO 2 · (1-u) MO 2 (0 <u <1, 0 <δ <1, u + δ = 1) are formed of different. That is, at least 4.4V is formed at the same time as the desorption of lithium Li 2 O by the generation of oxygen in the Li 2 MnO 3, is also accompanied also generate MnO 2. These processes can be represented by the following equation (1).

[반응식 1][Reaction Scheme 1]

Li2MnO3 → vLi2O + vMnO2 + (1-v)Li2MnO3 Li 2 MnO 3 ? VLi 2 O + vMnO 2 + (1-v) Li 2 MnO 3

상기 반응식 1 중, 0<v<1이다.In the above reaction formula 1, 0 < v < 1.

상기 반응식 1에서 나타난 바와 같이, Li2MnO3는 일반적인 층상(layered) LiMO2와는 달리 초기 충전시 상전이 현상이 일어난다. 이 때 충전의 종지(cut-off) 전압에 따라 잔류 Li2MnO3 양이 결정되기 때문에 고용량 사용을 위하여 종지 전압을 높일 경우 Li2MnO3 잔류량이 감소한다. 즉, 종지 전압을 높이면 구조를 안정화시키는 Li2MnO3 의 잔류량이 감소하여 Li2MO3·LiMeO2 복합체가 구조적으로 불안정해진다. As shown in Reaction Scheme 1, Li 2 MnO 3 has a phase transition at the time of initial charging unlike general layered LiMO 2 . At this time, residual Li 2 MnO 3 amount is determined according to the cut-off voltage of the charge. Therefore, when the end voltage is increased for the high capacity use, the residual amount of Li 2 MnO 3 decreases. That is, when the cadence voltage is increased, the residual amount of Li 2 MnO 3 that stabilizes the structure decreases, and the Li 2 MO 3 .LiMeO 2 composite becomes structurally unstable.

상기 반응식 1에 나타난 반응의 역반응인 방전 반응은 하기 반응식 2로 표시될 수 있다.The discharge reaction, which is the reverse reaction of the reaction shown in Reaction Scheme 1, can be represented by the following Reaction Scheme 2.

[반응식 2][Reaction Scheme 2]

 Li + MnO2 → LiMnO2 Li + MnO 2 → LiMnO 2

상기 초기 충방전 반응을 살펴보면, 충전시 망간 1몰 당량에 대해 2몰 당량의 리튬이 탈리되었다가 방전시 1몰 당량의 리튬이 다시 돌아옴을 알 수 있다. 이러한 특성으로 인해 충방전 효율이 낮고 상전이로 인해 전지의 수명 특성이 나빠질 수 있다. 그러므로 고전압 하에서도 안정한 구조를 가질 수 있는 양극 활물질 복합체가 요구된다.As for the initial charge-discharge reaction, it can be seen that two molar equivalents of lithium are removed from the molar equivalent of manganese at the time of charging, and one molar equivalent of lithium is returned at the time of discharging. Due to such characteristics, the charging / discharging efficiency is low and the life characteristic of the battery may deteriorate due to the phase transition. Therefore, a cathode active material composite capable of having a stable structure even under a high voltage is required.

일구현예에 따른 복합 양극 활물질에서 화학식 4을 구성하는 Li2M’(1+a)Mn(3-a)O8(예: Li2CoMn3O8)는 입방정계(cubic system)의 스피넬 구조를 갖는다. 층상 및 스피넬 양극활물질의 전이금속 이온들은 모두 팔면체자리를 차지한다. 층상 구조에서는 하나의 MO6 주위로 6개의 MO6 들이 2차원적으로 배열된 반면, 스피넬 구조에서는 하나의 MO6 주위로 6개의 MO6 들이 3차원적으로 배열을 이루는데, 이는 전이금속 이온의 산화수의 차이에 기인한다. 스피넬 화합물 구조는 면을 공유하고 있는 팔면체들이 3차원적으로 연결되어 충방전 과정에서 리튬 이온의 이동 통로를 제공한다. Li2CoMn3O8는 망간의 매장량이 풍부하여 가격이 낮고, 독성이 낮고, 리튬이 모두 환원되어도(즉, 충전 상태에서) MnO2를 유지하여 발열이 거의 없으며, LiMO2 보다는 작지만 4V 영역에서 훌륭한 사이클 성능을 보여준다. 다만, 밀도가 낮고 온도에 따른 용량감소를 갖는다. Li 2 M ' (1 + a) Mn (3-a) O 8 (for example, Li 2 CoMn 3 O 8 ) constituting the formula 4 in the composite cathode active material according to one embodiment is a cubic system spinel Structure. Transition metal ions in the layered and spinel cathode materials all occupy the octahedral sites. Layered structure, to achieve a six MO 6 are six MO 6 are arranged in three dimensions around a single MO 6. In the other hand, the spinel structure arranged in a two-dimensional manner around a MO 6, which in the transition metal ion Due to the difference in oxidation number. The spinel compound structure is three-dimensionally connected with the octahedral planes sharing the surface to provide a path for lithium ion migration during the charging and discharging process. Li 2 CoMn 3 O 8 is rich in manganese deposits, low in cost, low in toxicity, retains MnO 2 even when lithium is all reduced (ie, in a charged state), has little heat generation and is smaller than LiMO 2 , Good cycle performance. However, the density is low and the capacity is decreased according to the temperature.

복합 양극 활물질은 고용시 Li2MO3와 LiMeO2의 두 성분이 갖는 구조와 같은 층상 구조를 나타내며, 전이금속층에 과량의 리튬이 치환된 형태로 존재하게 된다. 고용량 양극으로 적용하기 위해서는 리튬이 전이금속층에 약 20 % 이내로 존재하는 양극 활물질을 이용해야 한다. 그런데 이러한 양극 활물질은 최소 4.5 V The composite cathode active material exhibits a layered structure similar to that of two components Li 2 MO 3 and LiMeO 2 upon employment, and an excess lithium is substituted in the transition metal layer. In order to be applied as a high capacity anode, a cathode active material in which lithium is present in the transition metal layer within about 20% should be used. However, such a cathode active material has a minimum of 4.5 V

vs. Li/Li+ 이상으로 충전을 시켜야 고용량을 얻을 수 있는 시스템이기 때문에 고전압에서의 양극 활물질의 구조적 안정성이 중요하다. 예를 들어 약4.4 V 이상의 조건으로 충전하는 경우 Li2MnO3에서 리튬의 탈리와 동시에 산소의 발생반응과 MnO2 생성도 동반된다. 이 때 종지 전압에 따라 잔류 Li2MnO3 양이 결정되기 때문에 충전 전압이 높을수록 Li2MnO3의 양이 줄어들고 양극 활물질의 구조적 안정성은 감소한다. etc. The structural stability of the cathode active material at high voltage is important because it is a system capable of obtaining a high capacity by charging at least Li / Li +. For example, in the case of charging at about 4.4 V or more, Li 2 MnO 3 is accompanied by generation of oxygen and generation of MnO 2 at the same time as lithium is desorbed. At this time, the higher the charge voltage, since the remaining amount of Li 2 MnO 3 based on the terminal voltage reduces the amount of Li 2 MnO 3 is decreased structural stability of the positive electrode active material.

그러나 상기 화학식 4로 표시되는 복합 양극 활물질은 상술한 구조적 안정성이 감소되는 현상을 개선하기 위하여 스피넬상을 갖는 Li2CoMn3O8와 같은 Li2M’(1+a)Mn(3-a)O8을 Li2MnO3와 LiMO2의 층상 구조의 복합체에 도입함으로써 고전압 충전시 양극 구조의 안정성을 높여 수명 특성과 전압 특성을 개선할 수 있게 된다.However, the composite anode active material is Li 2 M '(1 + a ) Mn (3-a) , such as having a spinel Li 2 CoMn 3 O 8 in order to improve the phenomenon of reducing the structural integrity described above represented by the formula (4) O 8 is introduced into a composite of a layered structure of Li 2 MnO 3 and LiMO 2 , thereby improving the stability of the anode structure and improving the lifetime characteristics and voltage characteristics at high voltage charging.

상기 화학식 4에서 M 및 Me는 서로 독립적으로 망간(Mn), 바나듐(V), 크롬(Cr), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 지르코늄(Zr), 레늄(Re), 알루미늄(Al), 보론(B), 게르마늄(Ge), 루테늄(Ru), 주석(Sn), 티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo) 및 백금(Pt)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속이고, 상기 화학식 1 및 4에서 M’은 V, Cr, Fe, Co, Ni, Zr, Re, Al, B, Ge, Ru, Sn, Ti, Nb, Mo 및 Pt로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속이다. 단 M과 M’은 다르게 선택된다.In Formula 4, M and Me are independently selected from the group consisting of Mn, vanadium, Cr, Fe, Co, Ni, Zr, Selected from the group consisting of Al, Al, Boron, Ge, Ru, Sn, Ti, Nb, Mo and Pt. Wherein M 'is at least one metal selected from the group consisting of V, Cr, Fe, Co, Ni, Zr, Re, Al, B, Ge, Ru, Sn, Ti, Nb, It is one or more metals. However, M and M 'are differently selected.

상기 M’은 예를 들어 Co일 수 있다.The M 'may be Co, for example.

Li2M’(1+a)Mn(3-a)O8의 M’로서 Co가 도입되는 경우, 기존의 밴드갭 사이에 새로운 중간 밴드가 형성되어 밴드갭 에너지가 감소됨으로써 층상 구조를 갖는 제1금속 산화물의 전자 전도도를 개선할 수 있다. 또한 Co가 도입된 복합 양극 활물질은 제1금속 산화물의 망간이 전해질에 일부 용해되는 것과 얀 텔러 디스토션(Jahn Teller distortion)을 억제함으로써 방전용량 저하를 예방할 수 있을 뿐만 아니라 고전압 안정성이 우수하다.When Co is introduced as M 'of Li 2 M' (1 + a) Mn (3-a) O 8 , a new intermediate band is formed between the existing band gaps and the band gap energy is reduced, 1 &lt; / RTI &gt; metal oxide can be improved. In addition, the composite cathode active material into which Co is introduced has a high voltage stability as well as preventing a decrease in discharge capacity by suppressing the dissolution of manganese of the first metal oxide in the electrolyte and suppressing Jahn Teller distortion.

일구현예에 따른 복합 양극 활물질을 포함하는 양극, 리튬 금속을 상대금속으로 채용한 반전지에 대한 충방전 테스트를 실시한 경우, 50번째 사이클에서의 평균방전전압은 첫번째 사이클에서의 평균방전전압을 기준으로 하여 97.5 내지 99.95%이다. 이와 같이 화학식 4의 복합 양극 활물질은 평균방전전압 강하(voltage decay)가 감소됨을 확인할 수 있다.When a charge / discharge test is performed for a positive electrode containing a composite cathode active material according to one embodiment and a half-cell using a lithium metal as a counter metal, the average discharge voltage in the 50th cycle is calculated based on the average discharge voltage in the first cycle To 97.95%. Thus, it can be confirmed that the mean discharge voltage decay is decreased in the composite cathode active material of Formula 4.

일구현예에 의하면 상기 화학식 4 에서 0<x≤0.6, 0<y≤0.5, 0<z ≤0.05, According to one embodiment, 0 <x? 0.6, 0 <y? 0.5, 0 <z? 0.05,

-0.5≤a≤0.5이다. 이러한 조성을 갖는 복합 양극 활물질을 포함하는 양극, 리튬 금속을 상대금속으로 채용한 반전지에 대한 충방전 테스트를 실시한 경우, 50번째 사이클에서의 평균방전전압은 첫번째 사이클에서의 평균방전전압을 기준으로 하여 97.5 내지 99.95%이다. 이와 같이 상술한 조성을 갖는 복합 양극 활물질을 이용하면 리튬 전지의 평균방전전압 감소 효과가 더 크다.-0.5? A? 0.5. When a charge / discharge test was conducted for a cathode including a composite cathode active material having such a composition and a lithium metal as a counter metal, the average discharge voltage in the 50th cycle was 97.5 To 99.95%. When the composite cathode active material having the above composition is used, the effect of reducing the average discharge voltage of the lithium battery is greater.

일구현예에 의하면, 상기 화학식 4 중, M 은 망간(Mn)이고, M’은 철(Fe), According to one embodiment, M is manganese (Mn), M 'is iron (Fe), iron

코발트(Co), 니켈(Ni) 루테늄(Ru), 지르코늄(Zr) 및 티타늄(Ti)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속이다. Is at least one metal selected from the group consisting of Co, Ni, Ru, Zr and Ti.

상기 화학식 4에서 z은 0.005 내지 0.1이고, 예를 들어 0.005, 0.025, 0,01, 0.05, 0.075 또는 0.1이다. In the above formula (4), z is 0.005 to 0.1, for example 0.005, 0.025, 0.01, 0.05, 0.075 or 0.1.

상기 화학식 4에서 Me는 하기 화학식 5로 표시되는 복합 양극 활물질일 수 있다.In Formula 4, Me may be a composite cathode active material represented by Formula 5 below.

[화학식 5][Chemical Formula 5]

Ni1-b-cCobMnc Ni 1-bc Co b Mn c

상기 화학식 5 중, 0<b<0.5, 0.2<c<0.5, b+c=1이다.In the formula (5), 0 <b <0.5, 0.2 <c <0.5 and b + c = 1.

상기 화학식 5로 표시되는 복합 양극 활물질은 예를 들어 Ni0 .4Co0 .2Mn0 .4, Ni0.5Co0.2Mn0.3, Ni0 .6Co0 .2Mn0 .2 또는 Ni1 /3Co1 /3Mn1 /3이다. 그리고 Li2M’(1+a)Mn(3-a)O8은 예를 들어 Li2Co(1+a)Mn(3-a)O8, Li2Ni(1+a)Mn(3-a)O8, Li2Fe(1+a)Mn(3-a)O8, 또는 Li2Ti(1+a)Mn(3-a)O8이다.Composite positive electrode active material represented by the formula (5), for example, Ni 0 .4 Co 0 .2 Mn 0 .4, Ni 0.5 Co 0.2 Mn 0.3, Ni 0 .6 Co 0 .2 Mn 0 .2 or Ni 1/3 a Co 1/3 Mn 1/3 . And Li 2 M '(1 + a ) Mn (3-a) O 8 , for example, Li 2 Co (1 + a) Mn (3-a) O 8, Li 2 Ni (1 + a) Mn (3 -a) O 8 , Li 2 Fe (1 + a) Mn (3-a) O 8 , or Li 2 Ti (1 + a) Mn (3-a) O 8 .

상기 Li2M’(1+a)Mn(3-a)O8은 구체적으로 Li2Co1 .5Mn2 .5O8, Li2CoMn3O8, Li2Ni1 .5Mn2 .5O8, Li2NiMn3O8, Li2Fe1 .5Mn2 .5O8, Li2FeMn3O8, Li2TiMn3O8, 또는 Li2Ti1 .5 Mn2 .5O8이다.The Li 2 M '(1 + a ) Mn (3-a) O 8 is specifically Li 2 Co 1 .5 Mn 2 .5 O 8, Li 2 CoMn 3 O 8, Li 2 Ni 1 .5 Mn 2. 5 O 8, Li 2 NiMn 3 O 8, Li 2 Fe 1 .5 Mn 2 .5 O 8, Li 2 FeMn 3 O 8, Li 2 TiMn 3 O 8, or Li 2 Ti 1 .5 Mn 2 .5 O 8 .

상기 화학식 4로 표시되는 복합 양극 활물질은 예를 들어 하기 화학식 6으로 표시되는 화합물을 들 수 있다The complex cathode active material represented by Formula 4 may be, for example, a compound represented by Formula 6 below

[화학식 6][Chemical Formula 6]

xLi2MnO3·yLiNi1 -b- cCobMncO2·z Li2M’(1+a)Mn(3-a)O8 xLi 2 MnO 3 · yLiNi 1 -b- c Co b Mn c O 2 · z Li 2 M '(1 + a) Mn (3-a) O 8

상기 화학식 6 중, M’은 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni) 및 티타늄(Ti)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상이고, 0<b<0.5, 0.2<c<0.5, b+c=1이고, M 'in Formula 6 is at least one selected from the group consisting of Fe, Co, Ni and Ti, 0 <b <0.5, 0.2 <c <0.5, b + c = 1,

0<x≤0.6, 0<y≤0.5, 0<z ≤0.1, -0.5≤a≤0.5이다.0 <x? 0.6, 0 <y? 0.5, 0 <z? 0.1, and -0.5? A?

상기 화학식 6에서 LiNi1 -b- cCobMncO2는 예를 들어 LiNi0 .4Co0 .2Mn0 .4O2, LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2, 또는 LiNi1 /3Co1 /3Mn1 /3O2이다.In Formula 6 LiNi 1 -b- c Co b Mn c O 2 , for example, LiNi 0 .4 Co 0 .2 Mn 0 .4 O 2, LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2, or Is LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2.

일구현예에 의하면, 상기 화학식 4로 표시되는 복합체는 예를 들어 하기 화학식 7로 표시되는 화합물을 들 수 있다.According to one embodiment, the complex represented by the formula (4) includes, for example, a compound represented by the following formula (7).

[화학식 7](7)

xLi2MnO3·yLi NibCodMneO2·z Li2Co(1+a)Mn(3-a)O8 xLi 2 MnO 3 .yLi Ni b Co d Mn e O 2 .z Li 2 Co (1 + a) Mn (3-a) O 8

상기 화학식 7 중, 0<b<1, 0<d<1, 0<e<1, b+d+e=1이고, 0<x≤0.6, 0<y≤0.5, 0<z ≤0.1, 0≤a≤0.5이다.0 <b <1, 0 <e <1, b + d + e = 1 and 0 <x? 0.6, 0 <y? 0.5, 0 <z? 0? A? 0.5.

상기 화학식 4로 표시되는 복합체는 예를 들어 0.545Li2MnO3·0.45LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2·0.005Li2CoMn3O8; 0.525Li2MnO3 ·0.45LiNi0 .4Co0 .2Mn0 .4O2·0.025 Li2CoMn3O8; 0.50Li2MnO3·0.45LiNi0 .4Co0 .2Mn0 .4O2·0.05Li2CoMn3O8; 0.54Li2MnO3·0.45LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2·0.01Li2Co1 .5Mn2 .5O8; 0.525Li2MnO3·0.45LiNi0 .4Co0 .2Mn0 .4O2·0.025Li2Co1.5Mn2.5O8; 0.50Li2MnO3·0.45LiNi0 .4Co0 .2Mn0 .4O2·0.05Li2Co1 .5Mn2 .5O8; 0.45Li2MnO3·0.45LiNi0 .4Co0 .2Mn0 .4O2·0.1Li2CoMn3O8; 0.45Li2MnO3·0.45LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2·0.1Li2Co1 .5Mn2 .5O8; 0.475Li2MnO3·0.45LiNi0 .4Co0 .2Mn0 .4O2·0.075 Li2CoMn3O8; 또는 0.475Li2MnO3·0.45LiNi0 .4Co0 .2Mn0 .4O2·0.075Li2Co1 .5Mn2 .5O8가 있다.The complex represented by Formula 4 may be, for example, 0.545 Li 2 MnO 3 .045 LiNi 0.4 Co 0.2 Mn 0.4 O 2 0.005 Li 2 CoMn 3 O 8 ; 0.525Li 2 MnO 3 · 0.45LiNi 0 .4 Co 0 .2 Mn 0 .4 O 2 · 0.025 Li 2 CoMn 3 O 8; 0.50Li 2 MnO 3 · 0.45LiNi 0 .4 Co 0 .2 Mn 0 .4 O 2 · 0.05Li 2 CoMn 3 O 8; 0.54Li 2 MnO 3 · 0.45LiNi 0.4 Co 0.2 Mn 0.4 O 2 · 0.01Li 2 Co 1 .5 Mn 2 .5 O 8; 0.525Li 2 MnO 3 · 0.45LiNi 0 .4 Co 0 .2 Mn 0 .4 O 2 · 0.025Li 2 Co 1.5 Mn 2.5 O 8; 0.50Li 2 MnO 3 · 0.45LiNi 0 .4 Co 0 .2 Mn 0 .4 O 2 · 0.05Li 2 Co 1 .5 Mn 2 .5 O 8; 0.45Li 2 MnO 3 · 0.45LiNi 0 .4 Co 0 .2 Mn 0 .4 O 2 · 0.1Li 2 CoMn 3 O 8; 0.45Li 2 MnO 3 · 0.45LiNi 0.4 Co 0.2 Mn 0.4 O 2 · 0.1Li 2 Co 1 .5 Mn 2 .5 O 8; 0.475Li 2 MnO 3 · 0.45LiNi 0 .4 Co 0 .2 Mn 0 .4 O 2 · 0.075 Li 2 CoMn 3 O 8; Or 0.475Li a 2 MnO 3 · 0.45LiNi 0 .4 Co 0 .2 Mn 0 .4 O 2 · 0.075Li 2 Co 1 .5 Mn 2 .5 O 8.

일구현예에 따른 복합 양극 활물질은 X선 회절 분석을 통하여 그 조성을 확인할 수 있다. The composition of the composite cathode active material according to one embodiment can be confirmed by X-ray diffraction analysis.

일구현예에 따른 화학식 4의 복합 양극 활물질은 Cu-kα선을 이용한 X선 회절 측정에 있어서 2θ값이 36 내지 37°에서 회절피크가 나타난다. In the composite cathode active material of Formula 4 according to one embodiment, a diffraction peak appears at a 2θ value of 36 to 37 ° in an X-ray diffraction measurement using a Cu-kα line.

그 중에서도 2θ값이 36.85 내지 36.95°에서 나타나는 회절피크 A는 층상 구조를 구성하는 LiMeO2(예: LiNiCoMnO2)의 (101)면에 대한 것이고, 2θ값이 36.43 내지 36.50도에서 나타나는 회절 피크 B는 스피넬 구조를 갖는 Li2Co(1+a)Mn(3-a)O8의 (311)면에 대한 것이다. 상기 회절피크의 세기비를 통하여 복합 양극 활물질에서 층상 구조를 구성하는 LiMeO2(예: LiNiCoMnO2)와 스피넬 구조를 갖는 Li2Co(1+a)Mn(3-a)O8의 혼합비를 확인할 수 있다.Among LiMeO 2 to the diffraction peak A is the value that appears at 2θ 36.85 ° to 36.95 constitutes a layered structure (e.g. (311) plane of Li 2 Co (1 + a) Mn (3-a) O 8 having a spinel structure, and the diffraction peak B at 2θ values of 36.43 to 36.50 degrees for the (101) plane of LiNiCoMnO 2 Lt; / RTI &gt; The LiMeO 2 constituting the layered structure in the composite cathode active material through the intensity ratio of the diffraction peak (for example, LiNiCoMnO 2 ) and Li 2 Co (1 + a) Mn (3-a) O 8 having a spinel structure can be confirmed.

상기 회절 피크 B에서 반치폭은 0.070 내지 0.075°, 예를 들어 0.07026 내지 0.07344°이다. 그리고 상기 회절 피크 A에서 반치폭은 0.09 내지 0.13°, 예를 들어 0.09033 내지 0.1224°이다.The half width at the diffraction peak B is 0.070 to 0.075 degrees, for example 0.07026 to 0.07344 degrees. And the half width at the diffraction peak A is 0.09 to 0.13 deg., For example, 0.09033 to 0.1224 deg.

상술한 스피넬상 구조를 갖는 Li2M’(1+a)Mn(3-a)O8의 도메인 사이즈(domain size)(이하, 스피넬상 도메인 사이즈라고 함)는 층상 구조의 도메인 사이즈보다 크다. 예를 들어 상기 스피넬상 도메인 사이즈는 2.0 내지 2.4nm, 예를 들어 2.210 내지 2.310nm이다. 그리고 층상 구조를 갖는 LiMeO2의 도메인 사이즈(이하, 층상 도메인 사이즈라고 함)는 1.3 내지 1.8nm, 예를 들어 1.328 내지 1.799nm이다. The domain size (hereinafter referred to as a spinel phase domain size) of Li 2 M ' (1 + a) Mn (3-a) O 8 having the spinel phase structure described above is larger than the domain size of the layered structure. For example, the spinel phase domain size is 2.0 to 2.4 nm, for example, 2.210 to 2.310 nm. The domain size of LiMeO 2 having a layered structure (hereinafter referred to as layered domain size) is 1.3 to 1.8 nm, for example, 1.328 to 1.799 nm.

상기 층상 구조를 갖는 Li2MO3·LiMeO2 구조의 도메인 사이즈(domain size)는 2.0 nm 미만이다.The domain size of the Li 2 MO 3 .LiMeO 2 structure having the layered structure is less than 2.0 nm.

상술한 스피넬상 도메인 사이즈 및 층상 도메인 사이즈는 각각 스피넬상 구조를 갖는 Li2Co(1+a)Mn(3-a)O8의 (311)면에 대한 피크와 층상 구조를 구성하는 LiMeO2 (101)면에 대한 피크의 반치폭(FWHM)을 이용하여 계산할 수 있다. 이 방법을 구체적으로 설명하면 도메인 사이즈(La)는 하기식 1의 셰러 방정식(Scherrer equation)를 이용하여 회절피크의 반치폭 값으로부터 구할 수 있다.The spinel phase domain size and the stratified domain size described above have peaks for the (311) plane of Li 2 Co (1 + a) Mn (3-a) O 8 having a spinel phase structure and LiMeO 2 (FWHM) of the peak with respect to the (101) plane. This method will be described in more detail. The domain size La can be obtained from the half-width value of the diffraction peak using the Scherrer equation of the following equation (1).

[식 1][Formula 1]

La =(0.9 λ)/(βcosθ)La = (0.9?) / (? Cos?)

상기 식 1중, λ는 X-ray wavelength (1.54Å이고 β는 브래그각에서의 반치폭(full width at half maximum: FWHM)이다.In Equation (1),? Is the X-ray wavelength (1.54 Å, and? Is the full width at half maximum ( FWHM) at the Bragg angle.

상기 복합 양극 활물질은 평균 입경이 10nm 내지 500㎛, 또는 20nm 내지 100㎛, 또는 1㎛ 내지 30㎛일 수 있다. 상기 복합 양극 활물질의 평균입경이 상기 범위를 가질 때 향상된 물성을 가지는 리튬전지가 제공될 수 있다. The composite cathode active material may have an average particle diameter of 10 nm to 500 μm, or 20 nm to 100 μm, or 1 μm to 30 μm. A lithium battery having improved physical properties can be provided when the average particle diameter of the composite cathode active material is in the above range.

일구현예에 따른 복합 양극 활물질은 탭 밀도가 0.5 내지 3g/cm3이다. 이러한 탭밀도를 갖는 복합 양극 활물질을 이용하면 전압 및 수명 특성이 향상된 리튬 전지를 얻을 수 있다.Composite anode active material according to one embodiment is the tap density is from 0.5 to 3g / cm 3. By using the composite cathode active material having such a tap density, a lithium battery improved in voltage and lifetime characteristics can be obtained.

상기 복합 양극 활물질의 표면에는 코팅막이 형성될 수 있다. 이와 같이 코팅막을 더 형성하면 이러한 복합 양극 활물질을 함유한 양극을 채용하면 충방전 특성, 수명 특성 및 고전압 특성을 개선할 수 있다.A coating film may be formed on the surface of the composite cathode active material. If a coating film is further formed as described above, the use of a cathode containing such a composite cathode active material can improve charge / discharge characteristics, lifetime characteristics, and high-voltage characteristics.

상기 코팅막은 일구현예에 의하면 전도성 물질, 금속 산화물 및 무기 불화물 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the coating layer may include at least one selected from a conductive material, a metal oxide, and an inorganic fluoride.

상기 전도성 물질은 탄소계 물질, 전도성 고분자, ITO, RuO2, ZnO 중에서 선택된 하나 이상이다.The conductive material is at least one selected from a carbon-based material, a conductive polymer, ITO, RuO 2 , and ZnO.

상기 탄소계 물질은 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 상기 결정질 탄소는 무정형, 판상, 인편상(flake), 구형 또는 섬유형의 천연 흑연 또는 인조 흑연과 같은 흑연일 수 있으며, 상기 비정질 탄소는 소프트 카본(soft carbon: 저온 소성 탄소) 또는 하드 카본(hard carbon), 메조페이스 피치(mesophase pitch) 탄화물, 소성된 코크스, 그래핀, 카본블랙, 플러렌 수트(fullerene soot), 카본나노튜브, 및 탄소섬유로 등일 수 있으나 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다.The carbon-based material may be crystalline carbon, amorphous carbon, or a mixture thereof. The crystalline carbon may be graphite such as natural graphite or artificial graphite in the form of amorphous, plate-like, flake, spherical or fibrous type, and the amorphous carbon may be soft carbon or hard carbon carbon fiber, carbon fiber, mesophase pitch carbide, fired cokes, graphene, carbon black, fullerene soot, carbon nanotubes, and carbon fiber, and the like, Anything that can be used is possible.

상기 탄소계 물질의 예로는 카본나노튜브, 풀러렌, 그래핀, 탄소 섬유 등이 있다. 그리고 전도성 고분자로는 폴리아닐린, 폴리티오펜, 폴리피롤 또는 그 혼합물이 있다.Examples of the carbon-based material include carbon nanotubes, fullerene, graphene, and carbon fibers. Examples of the conductive polymer include polyaniline, polythiophene, polypyrrole, and mixtures thereof.

상기 금속 산화물은 예를 들어 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3), 지르코늄 산화물(ZrO2), 티타늄 산화물(TiO2) 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택된 하나 이상을 들 수 있다. Examples of the metal oxide include at least one selected from the group consisting of silica (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), titanium oxide (TiO 2 ), and mixtures thereof.

상기 무기 불화물은 AlF3, CsF, KF, LiF, NaF, RbF, TiF, AgF, AgF₂, BaF2, CaF2, CuF2, CdF2, FeF2, HgF2, Hg2F2, MnF2, MgF2, NiF2, PbF2, SnF2, SrF2, XeF2, ZnF2, AlF3, BF3, BiF3, CeF3, CrF3, DyF3, EuF3, GaF3, GdF3, FeF3, HoF3, InF3, LaF3, LuF3, MnF3, NdF3, VOF3, PrF3, SbF3, ScF3, SmF3, TbF3, TiF3, TmF3, YF3, YbF3, TIF3, CeF4, GeF4, HfF4, SiF4, SnF4, TiF4, VF4, ZrF4, NbF5, SbF5, TaF5, BiF5, MoF6, ReF6, SF6 및 WF6 중에서 선택된 하나 이상이다. The inorganic fluoride AlF 3, CsF, KF, LiF , NaF, RbF, TiF, AgF, AgF₂, BaF 2, CaF 2, CuF 2, CdF 2, FeF 2, HgF 2, Hg 2 F 2, MnF 2, MgF 2, NiF 2, PbF 2, SnF 2, SrF 2, XeF 2, ZnF 2, AlF 3, BF 3, BiF 3, CeF 3, CrF 3, DyF 3, EuF 3, GaF 3, GdF 3, Fe F3, HoF 3, InF 3, LaF 3 , LuF 3, MnF 3, NdF 3, VOF 3, PrF 3, SbF 3, ScF 3, SmF 3, TbF 3, TiF 3, TmF 3, YF 3, YbF 3, TIF 3 , CeF4, GeF 4, HfF 4 , SiF 4, SnF 4, TiF 4, VF 4, ZrF 4, NbF 5, SbF 5, TaF 5, BiF 5, MoF 6, ReF 6, SF 6 and WF 6 &Lt; / RTI &gt;

일구현예에 의하면, 상기 코팅막은 코팅 원소의 옥사이드, 하이드록사이드, 코팅 원소의 옥시하이드록사이드, 코팅 원소의 옥시카보네이트, 또는 코팅 원소의 하이드록시카보네이트의 코팅 원소 화합물을 포함할 수 있다. 이들 코팅층을 이루는 화합물은 비정질 또는 결정질일 수 있다. 상기 코팅층에 포함되는 코팅 원소로는 Sc, Y, Nb, Cr, Mo, W, Mn, Fe, B, In, C, Sb, La, Ce, Sm, Gd , Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, V, Sn, Ge, Ga, B, As, Zr 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 코팅막 형성 공정은 상기 화합물에 이러한 원소들을 사용하여 양극 활물질의 물성에 악영향을 주지 않는 방법(예를 들어 스프레이 코팅, 침지법 등)으로 코팅할 수 있으면 어떠한 코팅 방법을 사용하여도 무방하며, 이에 대하여는 당해 분야에 종사하는 사람들에게 잘 이해될 수 있는 내용이므로 생략하기로 한다.According to one embodiment, the coating film may comprise an oxide of a coating element, a hydroxide, an oxyhydroxide of a coating element, an oxycarbonate of a coating element, or a coating element compound of a hydroxycarbonate of a coating element. The compound constituting these coating layers may be amorphous or crystalline. As coating elements contained in the coating layer, at least one of Sc, Y, Nb, Cr, Mo, W, Mn, Fe, B, In, C, Sb, La, Ce, Sm, Gd, Mg, , Ca, Si, Ti, V, Sn, Ge, Ga, B, As, Zr or a mixture thereof. The coating film forming process may be any coating method as long as it can coat the above compound by a method that does not adversely affect physical properties of the cathode active material (for example, spray coating, dipping, etc.) by using these elements, It will be omitted because it is well understandable to those engaged in the field.

일구현예에 의하면 상기 코팅막은 연속적인 막 형태를 가지거나 또는 불연속적인 막 예를 들어 아일랜드(island) 형태를 가질 수도 있다.According to one embodiment, the coating film may have a continuous film form or may have a discontinuous film, for example an island form.

이하, 일구현예에 따른 복합 양극 활물질의 제조방법을 살펴 보기로 한다.Hereinafter, a method of manufacturing the composite cathode active material according to one embodiment will be described.

복합 양극 활물질을 제조하는 방법은 특별하게 제한되지는 않지만 예를 들어 공침법, 고상법 등을 이용할 수 있다.The method for producing the composite cathode active material is not particularly limited, but for example, a co-precipitation method, a solid phase method, and the like can be used.

먼저 공침법에 대하여 설명하기로 한다. 공침법에 따라 제조하면 균일한 조성을 갖는 복합 양극 활물질을 얻을 수 있다.First, the coprecipitation method will be described. A composite cathode active material having a uniform composition can be obtained.

하기 화학식 8a로 표시되는 금속 하이드록사이드, 화학식 8b로 표시되는 금속 카보네이트, 화학식 8c 또는 화학식 8d로 표시되는 금속 옥살레이트 중에서 선택된 하나를 리튬 화합물과 혼합하고 이를 공기 또는 산소 분위기에서 400 내지 1200°C에서 열처리하는 단계를 거쳐 하기 화학식 4로 표시되는 복합 양극 활물질을 얻을 수 있다.A metal hydroxide represented by the following general formula (8a), a metal carbonate represented by the general formula (8b), a metal oxalate represented by the general formula (8c) or (8d) is mixed with a lithium compound and the mixture is heated in an air or oxygen atmosphere at 400 to 1200 ° C To obtain a composite cathode active material represented by the following formula (4).

[화학식 8a][Chemical Formula 8a]

Me(OH)2 Me (OH) 2

상기 화학식 8a 중, Me는 4족 내지 10족 원소 중에서 선택된 하나 이상이다.In Formula (8a), Me is at least one selected from the group consisting of Group 4 to Group 10 elements.

[화학식 8b] [Formula 8b]

MeCO3 MeCO 3

상기 화학식 8b 중, Me는 4족 내지 10족 원소 중에서 선택된 하나 이상이다.In the above formula (8b), Me is at least one selected from the group 4 to group 10 elements.

[화학식 8c] [Chemical Formula 8c]

MeOC(=O)C(=O)O MeOC (= O) C (= O) O

[화학식 8d] [Chemical Formula 8d]

Me(C2O4)Me (C 2 O 4 )

상기 화학식 8c 및 8d 중, Me는 4족 내지 10족 원소 중에서 선택된 하나 이상이다.In the above formulas (8c) and (8d), Me is at least one selected from the group 4 to group 10 elements.

[화학식 4][Chemical Formula 4]

xLi2MO3·yLiMeO2·z Li2M’(1+a)Mn(3-a)O8 xLi 2 MO 3 .yLiMeO 2 .z Li 2 M ' (1 + a) Mn (3-a) O 8

상기 화학식 4 중, x+y+z=1, 0<x<1, 0<y<1, 0<z<1, -1<a<1이고,Z <1, 0 <x <1, 0 <y <1, 0 <z <

M, Me 및 M’은 서로 독립적으로 4족 내지 10족, 13족 및 14족 원소 중에서 선택된 하나 이상이고, M, Me and M 'are, independently from each other, at least one member selected from the group consisting of 4 to 10, 13 and 14 elements,

단 M’ 및 M과 다르게 선택된다.Except that M &apos; and M are selected differently.

상기 리튬 화합물은 예를 들어 탄산리튬(Li2CO3), 황산리튬(Li2SO4), 질산리튬(LiNO3), 수산화리튬(LiOH) 등을 사용한다. 여기에서 리튬 화합물은 화학식 4로 표시되는 복합 양극 활물질의 조성이 얻어지도록 상기 화학식 8a 내지 8d로 표시되는 금속 화합물에 화학양론적으로 혼합된다.Examples of the lithium compound include lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), lithium sulfate (Li 2 SO 4), lithium nitrate (LiNO 3 ), lithium hydroxide (LiOH) and the like. Here, the lithium compound is stoichiometrically mixed with the metal compound represented by the general formulas (8a) to (8d) so as to obtain the composition of the composite cathode active material represented by the general formula (4).

열처리는 공기 또는 산소 분위기하에서 400 내지 1200℃, 예를 들어 900도에서 실시한다. 열처리시간은 열처리온도에 따라 가변적이지만 예를 들어 5분 내지 20 시간 범위에서 실시한다.The heat treatment is carried out at 400 to 1200 DEG C, for example, 900 DEG C under air or oxygen atmosphere. The heat treatment time is variable depending on the heat treatment temperature, but is performed in the range of, for example, 5 minutes to 20 hours.

상기 화학식 8a 내지 8d로 표시되는 화합물은 M 전구체, M’전구체, Me 전구체, Mn 전구체 및 용매를 혼합하여 전구체 혼합물을 얻을 수 있다. 여기에서 용매로는 물, 알코올계 용매 등을 사용한다. 알코올계 용매로는 에탄올 등을 이용한다.The precursor mixture may be obtained by mixing the M precursor, the M precursor, the Me precursor, the Mn precursor, and the solvent in the compounds represented by Formulas 8a through 8d. Here, water, an alcohol-based solvent and the like are used as the solvent. As the alcoholic solvent, ethanol or the like is used.

용매의 함량은 M 전구체, M’전구체, Me 전구체 및 Mn 전구체의 총함량 100 중량부를 기준으로 하여 200 내지 3000 중량부이다. 용매의 함량이 상기 범위일 때 각 전구체가 골고루 혼합된 혼합물을 얻을 수 있다. 상기 혼합은 예를 들어 20 내지 80℃, 예를 들어 60℃에서 실시한다.The content of the solvent is 200 to 3000 parts by weight based on 100 parts by weight of the total amount of the M precursor, M 'precursor, Me precursor and Mn precursor. When the content of the solvent is within the above range, a mixture in which the precursors are uniformly mixed can be obtained. The mixing is carried out at, for example, 20 to 80 캜, for example, 60 캜.

M 전구체는 M 카보네이트, M 설페이트, M 나이크레이트, M 클로라이드 등을 사용한다. 그리고 M’ 전구체, Mn 전구체 및 Me 전구체는 각각 M 대신 M’, Mn 및 Me를 포함한 것을 제외하고는 M 전구체와 동일하다. M precursors include M carbonate, M sulfate, M age cateate, M chloride, and the like. And the M 'precursor, the Mn precursor and the Me precursor are the same as the M precursor except that M', Mn and Me are included instead of M, respectively.

상기 M 전구체는 예를 들어 망간 전구체를 들 수 있다. 구체적으로 망간 전구체는 황산망간, 질산망간, 염화망간 등을 사용한다. M’전구체는 코발트 전구체를 들 수 있다. 코발트 전구체는 예를 들어 황산코발트, 질산코발트, 염화코발트 등이 있다.The M precursor may be, for example, a manganese precursor. Specifically, the manganese precursor uses manganese sulfate, manganese nitrate, manganese chloride, and the like. The M 'precursor may be a cobalt precursor. Cobalt precursors include, for example, cobalt sulfate, cobalt nitrate, and cobalt chloride.

Me 전구체는 예를 들어 망간 전구체, 니켈 전구체 및 코발트 전구체를 포함한다. 망간 전구체 및 코발트 전구체는 상술한 바와 같고 니켈 전구체로는 황산니켈, 질산니켈, 염화니켈 등이 있다.Me precursors include, for example, manganese precursors, nickel precursors and cobalt precursors. The manganese precursor and the cobalt precursor are as described above, and the nickel precursor is nickel sulfate, nickel nitrate, nickel chloride, and the like.

상기 전구체 혼합물에 킬레이트제 및 pH 조절제를 부가하여 공침 반응을 실시하는 단계를 거쳐 침전물을 얻는다. 이렇게 얻어진 침전물을 여과 및 열처리한다. 열처리는 20 내지 110℃, 예를 들어 80℃에서 실시한다. 열처리온도가 상기 범위일 때 공침 반응의 반응성이 우수하다.Adding a chelating agent and a pH adjusting agent to the precursor mixture to perform a coprecipitation reaction to obtain a precipitate. The precipitate thus obtained is filtered and heat-treated. The heat treatment is carried out at 20 to 110 캜, for example, at 80 캜. When the heat treatment temperature is in the above range, the reactivity of the coprecipitation reaction is excellent.

킬레이트제는 공침반응에서 침전물의 형성 반응 속도를 조절해주는 역할을 하며, 암모늄 하이드록사이드 (NH4OH), 시트르산(citric acid) 등이 있다. 킬레이트제의 함량은 통상적인 수준으로 사용된다.The chelating agent controls the rate of formation of the precipitate in the coprecipitation reaction, and includes ammonium hydroxide (NH 4 OH), citric acid, and the like. The chelating agent content is used at a conventional level.

만약 pH 조절제(침전제)로서 수산화나트륨을 사용하는 경우에는 상기 화학식 8a로 표시되는 금속 하이드록사이드가 얻어진다. 그리고 pH 조절제로서 탄산나트륨을 사용하는 경우에는 상기 화학식 8b로 표시되는 금속 카보네이트가 수득된다. pH 조절제로서 옥살산나트륨을 사용하는 경우에는 화학식 8d로 표시되는 금속 옥살레이트가 얻어진다.If sodium hydroxide is used as the pH adjusting agent (precipitant), the metal hydroxide represented by the above formula (8a) is obtained. When sodium carbonate is used as the pH adjusting agent, the metal carbonate represented by the above formula (8b) is obtained. When sodium oxalate is used as the pH adjusting agent, the metal oxalate represented by the general formula (8d) is obtained.

pH 조절제는 반응 혼합물의 6 내지 12로 조절하는 역할을 하며, 예로는 암모늄 하이드록사이드, 수산화나트륨(NaOH), 탄산나트륨(Na2CO3), 옥살산나트륨(Na2C2O4) 등을 사용한다.The pH adjusting agent serves to adjust the pH of the reaction mixture to 6 to 12, and examples thereof include ammonium hydroxide, sodium hydroxide (NaOH), sodium carbonate (Na 2 CO 3 ), sodium oxalate (Na 2 C 2 O 4 ) do.

상기 금속 화합물은 예를 들어 하기 화학식 8e으로 표시될 수 있다.The metal compound may be represented by, for example, the following formula (8e).

[화학식 8e][Chemical Formula 8e]

Ni1 -b- dCobMnc XNi 1 -b- d Co b Mn c X

상기 화학식 8e 중, 0<b<0.5, 0.2<c<0.5, b+c=1이고, X는 -OH, -CO3, 또는 -C2O4이다.In the formula 8e, 0 <b <0.5, 0.2 <c <0.5, b + c = 1, and X is -OH, -CO 3 , or -C 2 O 4 .

상기 금속 화합물은 예를 들어 Ni0 .4Co0 .2Mn0 .4(OH)2 등을 들 수 있다.The metal compounds include, for example, and the like Ni 0 .4 Co 0 .2 Mn 0 .4 (OH) 2.

이하, 고상법에 따라 복합 양극 활물질을 제조하는 방법은 다음과 같다. Hereinafter, a method for producing the composite cathode active material according to the solid phase method is as follows.

M, M’및 Mn 전구체를 혼합하여 전구체 혼합물을 얻는다. M, M 'and Mn precursors are mixed to obtain a precursor mixture.

상기 혼합은 예를 들어 볼밀, 밤바리믹서, 호모게나이저 등을 이용하여 기계적 믹싱을 실시할 수 있다. 기계적 믹싱시에는 지르코니아 볼 등을 이용할 수 있다.The mixing can be carried out mechanically using, for example, a ball mill, a bamboo mixer, a homogenizer, or the like. Zirconia balls can be used for mechanical mixing.

상기 기계적 믹싱 처리 시간은 가변적이지만, 예를 들어 20분 내지 10시간, 예를 들어 30분 내지 3시간 동안 실시한다. The mechanical mixing treatment time is variable, but is carried out for, for example, 20 minutes to 10 hours, for example, 30 minutes to 3 hours.

상기 기계적 믹싱시 에탄올과 같은 알코올 용매 등을 부가하여 믹싱 효율을 높일 수 있다.In the mechanical mixing, an alcohol solvent such as ethanol may be added to increase the mixing efficiency.

용매의 함량은 M 전구체, M’전구체, Me 전구체 및 Mn 전구체의 총함량 100 중량부를 기준으로 하여 100 내지 3000 중량부이다. 용매의 함량이 상기 범위일 때 전구체가 골고루 용해된 혼합물을 얻을 수 있다. The content of the solvent is 100 to 3000 parts by weight based on 100 parts by weight of the total content of the M precursor, M 'precursor, Me precursor and Mn precursor. When the content of the solvent is in the above range, a mixture in which the precursor is dissolved evenly can be obtained.

상기 M 전구체는 예를 들어 M 하이드록사이드, M 옥사이드, 또는 M 카보네이트이다. M’전구체 및 Mn 전구체는 M 전구체에서 M 대신 M’및 Mn을 각각 사용한 것을 제외하고는 동일하다.The M precursors are, for example, M hydroxides, M oxides, or M carbonates. The M 'precursor and the Mn precursor are the same except that M' and Mn are used instead of M in the M precursor respectively.

이어서 상기 전구체 혼합물을 400 내지 1200℃에서 열처리한다. 이러한 열처리과정을 통하여 건조가 이루어진다. The precursor mixture is then heat treated at 400 to 1200 ° C. Drying is accomplished through this heat treatment process.

상기 과정에 따라 얻은 결과물을 리튬 화합물과 혼합한 다음 이를 열처리하여 화학식 4로 표시되는 복합 양극 활물질을 얻을 수 있다. 여기에서 리튬 화합물은 상술한 공침법에서 설명된 경우와 동일한 물질을 사용할 수 있다. 그리고 리튬 화합물의 함량은 화학식 4의 복합 양극 활물질을 얻을 수 있도록 그 조성이 제어된다.The resultant product is mixed with a lithium compound and then heat-treated to obtain a composite cathode active material represented by the general formula (4). Here, the lithium compound may be the same as the compound described in the coprecipitation method described above. And the composition of the lithium compound is controlled so as to obtain the composite cathode active material of Chemical Formula (4).

상기 열처리는 공기 또는 산소 분위기하에서 400 내지 1200℃, 예를 들어 650 내지 900 ℃에서 열처리한다.The heat treatment is performed at 400 to 1200 ° C, for example, at 650 to 900 ° C under air or oxygen atmosphere.

상기 열처리시간은 열처리온도에 따라 달라지지만 3 내지 20시간 동안 실시한다.The heat treatment time varies depending on the heat treatment temperature, but is performed for 3 to 20 hours.

일구현예에 따른 복합 양극 활물질은 상술한 공침법, 고상법 이외에 분무 열분해법 등의 일반적인 제조방법에 따라서도 제조 가능하다.The composite cathode active material according to one embodiment can be manufactured by a common manufacturing method such as spray pyrolysis in addition to the co-precipitation method and the solid phase method.

다른 측면에 따르면, 상술한 복합 양극 활물질을 포함하는 양극이 제공된다.According to another aspect, there is provided a positive electrode comprising the aforementioned composite positive electrode active material.

또 다른 측면에 따라 상기 양극을 포함하는 리튬 전지를 제공한다.According to another aspect, there is provided a lithium battery including the positive electrode.

하기 방법에 따라 양극이 준비된다.The anode is prepared according to the following method.

양극 활물질, 결합제 및 용매가 혼합된 양극 활물질 조성물이 준비된다. A cathode active material composition in which a cathode active material, a binder and a solvent are mixed is prepared.

양극 활물질 조성물에는 도전제가 더 부가될 수 있다. A conductive agent may further be added to the cathode active material composition.

상기 양극 활물질 조성물이 금속 집전체상에 직접 코팅 및 건조되어 양극판이 제조된다. 다르게는, 상기 양극활물질 조성물이 별도의 지지체상에 캐스팅된 다음, 상기 지지체로부터 박리된 필름이 금속 집전체상에 라미네이션되어 양극판이 제조될 수 있다.The positive electrode active material composition is directly coated on the metal current collector and dried to produce a positive electrode plate. Alternatively, the cathode active material composition may be cast on a separate support, and then the film peeled from the support may be laminated on the metal current collector to produce a cathode plate.

상기 양극 활물질로서 일구현예에 따른 전기화학적 활물질 복합체를 이용할 수 있다. The electrochemical active material composite according to one embodiment may be used as the positive electrode active material.

상기 전기화학적 활물질 복합체 이외에 리튬 전지에서 통상적으로 사용되는 양극 활물질인 제1양극 활물질을 더 포함할 수 있다.The electrochemical active material composite may further include a first cathode active material which is a cathode active material conventionally used in a lithium battery.

상기 제1양극 활물질로서 리튬코발트산화물, 리튬니켈코발트망간산화물, 리튬니켈코발트알루미늄산화물, 리튬철인산화물, 및 리튬망간산화물로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 더 포함할 수 있으나, 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 이용 가능한 모든 양극 활물질이 사용될 수 있다.The first cathode active material may further include at least one selected from the group consisting of lithium cobalt oxide, lithium nickel cobalt manganese oxide, lithium nickel cobalt aluminum oxide, lithium iron phosphate, and lithium manganese oxide, but is not limited thereto Any cathode active material available in the art may be used.

예를 들어, LiaA1 - bBbD2(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 및 0≤b≤0.5이다); LiaE1 -bBbO2-cDc(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05이다); LiE2 - bBbO4 - cDc(상기 식에서, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05이다); LiaNi1 -b- cCobBcDα(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05, 0<α≤2이다); LiaNi1 -b- cCobBcO2 Fα(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05, 0<α<2이다); LiaNi1 -b- cCobBcO2 Fα(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05, 0<α<2이다); LiaNi1 -b- cMnbBcDα(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05, 0<α≤2이다); LiaNi1 -b- cMnbBcO2 Fα(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05, 0<α<2이다); LiaNi1 -b- cMnbBcO2 Fα(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05, 0<α<2이다); LiaNibEcGdO2(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.9, 0≤c≤0.5, 0.001≤d≤ 0.1이다.); LiaNibCocMndGeO2(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.9, 0≤c≤0.5, 0≤d≤0.5, 0.001≤e≤0.1이다.); LiaNiGbO2(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0.001≤b≤0.1이다.); LiaCoGbO2(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0.001≤b≤0.1이다.); LiaMnGbO2(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0.001≤b≤0.1이다.); LiaMn2GbO4(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0.001≤b≤0.1이다.); QO2; QS2; LiQS2; V2O5; LiV2O5; LiIO2; LiNiVO4; Li(3-f)J2(PO4)3(0≤f≤2); Li(3-f)Fe2(PO4)3(0≤f≤2); LiFePO4의 화학식 중 어느 하나로 표현되는 화합물을 사용할 수 있다.For example, Li a A 1 - b B b D 2 , where 0.90? A? 1.8, and 0? B? 0.5; Li a E 1 -b B b O 2 -c D c wherein, in the formula, 0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5, 0 ? C? 0.05; LiE 2 - b B b O 4 - c D c where 0? B? 0.5, 0 ? C? 0.05; Li a Ni 1 -b- c Co b B c D ? Wherein, in the formula, 0.90 ? A? 1.8, 0 ? B ? 0.5, 0 ? C ? 0.05, 0? Li a Ni 1 -b- c Co b B c O 2 - ? F ? Wherein? 0.90? A? 1.8, 0 ? B ? 0.5, 0 ? C ? 0.05, 0 <? Li a Ni 1 -b- c Co b B c O 2 - ? F ? Wherein? 0.90? A? 1.8, 0 ? B ? 0.5, 0 ? C ? 0.05, 0 <? Li a Ni 1 -b- c Mn b B c D ? Wherein, in the formula, 0.90 ? A? 1.8, 0 ? B ? 0.5, 0 ? C ? 0.05, 0? Li a Ni 1 -b- c Mn b B c O 2 - ? F ? Wherein? 0.90? A? 1.8, 0 ? B ? 0.5, 0 ? C ? 0.05, 0 <? Li a Ni 1 -b- c Mn b B c O 2 - ? F ? Wherein? 0.90? A? 1.8, 0 ? B ? 0.5, 0 ? C ? 0.05, 0 <? Li a Ni b E c G d O 2 wherein 0.90? A? 1.8, 0? B? 0.9, 0? C? 0.5, and 0.001? D? 0.1; Li a Ni b Co c Mn d GeO 2 wherein 0.90? A? 1.8, 0? B? 0.9, 0? C? 0.5, 0? D? 0.5, and 0.001? E? 0.1. Li a NiG b O 2 (in the above formula, 0.90? A? 1.8, and 0.001? B? 0.1); Li a CoG b O 2 (in the above formula, 0.90? A? 1.8, 0.001? B? 0.1); Li a MnG b O 2 (in the above formula, 0.90? A? 1.8, and 0.001? B? 0.1); Li a Mn 2 G b O 4 (in the above formula, 0.90? A? 1.8, 0.001? B? 0.1); QO 2; QS 2 ; LiQS 2 ; V 2 O 5 ; LiV 2 O 5 ; LiIO 2 ; LiNiVO 4; Li (3-f) J 2 (PO 4 ) 3 (0 ? F? 2 ); (0≤f≤2) Li (3-f ) Fe 2 (PO 4) 3; A compound represented by any one of the formulas of LiFePO 4 can be used.

상기 화학식에 있어서, A는 Ni, Co, Mn, 또는 이들의 조합이고; B는 Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, 희토류 원소 또는 이들의 조합이고; D는 O, F, S, P, 또는 이들의 조합이고; E는 Co, Mn, 또는 이들의 조합이고; F는 F, S, P, 또는 이들의 조합이고; G는 Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V, 또는 이들의 조합이고; Q는 Ti, Mo, Mn, 또는 이들의 조합이고; I는 Cr, V, Fe, Sc, Y, 또는 이들의 조합이며; J는 V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, 또는 이들의 조합이다.In the above formula, A is Ni, Co, Mn, or a combination thereof; B is Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, a rare earth element or a combination thereof; D is O, F, S, P, or a combination thereof; E is Co, Mn, or a combination thereof; F is F, S, P, or a combination thereof; G is Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V, or combinations thereof; Q is Ti, Mo, Mn, or a combination thereof; I is Cr, V, Fe, Sc, Y, or a combination thereof; J is V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, or a combination thereof.

상기 양극 활물질은 예를 들어 하기 화학식 9로 표시되는 화합물, 하기 화학식 10으로 표시되는 화합물 또는 화학식 11로 표시되는 화합물이 이용될 수 있다. The cathode active material may be, for example, a compound represented by the following formula (9), a compound represented by the following formula (10) or a compound represented by the following formula (11).

[화학식 9][Chemical Formula 9]

LiaNibCocMndO2 Li a Ni b Co c Mn d O 2

상기 화학식 9 중, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.9, 0≤c≤0.5, 0≤d≤0.9이다.0.90? A? 1.8, 0? B? 0.9, 0? C? 0.5, and 0? D? 0.9.

[화학식 10][Chemical formula 10]

Li2MnO3 Li 2 MnO 3

[화학식 11](11)

LiMO2 LiMO 2

상기 화학식 11 중, M은 Mn, Fe, Co, 또는 Ni이다.In the above formula (11), M is Mn, Fe, Co, or Ni.

상기 도전제로는 카본 블랙, 흑연 미립자 천연 흑연, 인조 흑연, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 탄소섬유; 카본나노튜브, 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유 또는 금속 튜브; 폴리페닐렌 유도체와 같은 전도성 고분자 등이 사용될 수 있으나 이들로 한정되지 않으며 당해 기술 분야에서 도전제로 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다.Examples of the conductive agent include carbon black, graphite fine particle natural graphite, artificial graphite, acetylene black, Ketjen black, carbon fiber; Metal powders or metal fibers or metal tubes such as carbon nanotubes, copper, nickel, aluminum, and silver; Conductive polymers such as polyphenylene derivatives, and the like, but not limited thereto, and any conductive polymer may be used as long as it can be used as a conductive agent in the art.

상기 결합제로는 비닐리덴 플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리이미드, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 카르복시메틸 셀룰로오즈-스티렌Examples of the binder include vinylidene fluoride / hexafluoropropylene copolymer, polyvinylidene fluoride, polyimide, polyethylene, polyester, polyacrylonitrile, polymethylmethacrylate, polytetrafluoroethylene (PTFE) Carboxymethylcellulose-styrene

부타디엔 러버(carboxymethyl cellulose-styrene-butadiene rubber: SMC/SBR) 공중합체, 스티렌 부타디엔 고무계 폴리머 또는 그 혼합물이 사용될 수 있다.  Butadiene rubber (SMC / SBR) copolymer, styrene-butadiene rubber-based polymer, or a mixture thereof.

상기 용매로는 N-메틸피롤리돈, 아세톤 또는 물 등이 사용될 수 있으나, 이As the solvent, N-methylpyrrolidone, acetone or water may be used.

들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 사용될 수 있는 것이라면 모두 다 사용가능하다.But not limited to, all of those which can be used in the technical field.

상기 복합 양극 활물질, 도전제, 결합제 및 용매의 함량은 리튬 전지에서 통상적으로 사용하는 수준이다. 리튬 전지의 용도 및 구성에 따라 상기 도전제, 결합제 및 용매 중 하나 이상이 생략될 수 있다.The content of the composite cathode active material, the conductive agent, the binder, and the solvent is a level commonly used in a lithium battery. At least one of the conductive agent, the binder and the solvent may be omitted depending on the use and configuration of the lithium battery.

음극은 상술한 양극 제조과정에서 양극 활물질 대신 음극 활물질을 사용한 것을 제외하고는 거의 동일한 방법에 따라 실시하여 얻을 수 있다. The negative electrode can be obtained by carrying out almost the same method except that the negative electrode active material is used instead of the positive electrode active material in the positive electrode manufacturing process described above.

음극 활물질로는 탄소계 재료, 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘계 합금, 실리콘-탄소계 재료 복합체, 주석, 주석계 합금, 주석-탄소 복합체, 금속 산화물 또는 그 조합을 사용한다.As the negative electrode active material, a carbon-based material, silicon, a silicon oxide, a silicon-based alloy, a silicon-carbon-based material composite, a tin, a tin alloy, a tin-carbon composite or a metal oxide or a combination thereof is used.

상기 탄소계 재료는 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 상기 결정질 탄소는 무정형, 판상, 인편상(flake), 구형 또는 섬유형의 천연 흑연 또는 인조 흑연과 같은 흑연일 수 있으며, 상기 비정질 탄소는 소프트 카본(soft carbon: 저온 소성 탄소) 또는 하드 카본(hard carbon), 메조페이스 피치(mesophase pitch) 탄화물, 소성된 코크스, 그래핀, 카본블랙, 플러렌 수트(fullerene soot), 카본나노튜브, 및 탄소섬유로 등일 수 있으나 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다.The carbon-based material may be crystalline carbon, amorphous carbon or a mixture thereof. The crystalline carbon may be graphite such as natural graphite or artificial graphite in the form of amorphous, plate-like, flake, spherical or fibrous type, and the amorphous carbon may be soft carbon or hard carbon carbon fiber, carbon fiber, mesophase pitch carbide, fired cokes, graphene, carbon black, fullerene soot, carbon nanotubes, and carbon fiber, and the like, Anything that can be used is possible.

상기 음극 활물질은 Si, SiOx(0 <x <2, 예를 들어 0.5 내지 1.5), Sn, SnO2, 또는 실리콘 함유 금속 합금 및 이들이 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다. 상기 실리콘 합금을 형성할 수 있는 금속으로는 Al, Sn, Ag, Fe, Bi, Mg, Zn, in, Ge, Pb 및 Ti 중에서 하나 이상 선택하여 사용할 수 있다.The negative electrode active material may be selected from the group consisting of Si, SiOx (0 <x <2, for example, 0.5 to 1.5), Sn, SnO 2 or a silicon-containing metal alloy and mixtures thereof. At least one of Al, Sn, Ag, Fe, Bi, Mg, Zn, In, Ge, Pb and Ti may be used as the metal for forming the silicon alloy.

상기 음극 활물질은 리튬과 합금 가능한 금속/준금속, 이들의 합금 또는 이의 산화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 리튬과 합금 가능한 금속/준금속은 Si, Sn, Al, Ge, Pb, Bi, Sb, Si-Y 합금(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 전이금속, 희토류 원소 또는 이들의 조합 원소이며, Si는 아님), Sn-Y 합금(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 전이금속, 희토류 원소 또는 이들의 조합 원소이며, Sn은 아님), MnOx (0 < x ≤ 2) 등일 수 있다. 상기 원소 Y로는 Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ti, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Po, 또는 이들의 조합일 수 있다. 예를 들어, 상기 리튬과 합금가능한 금속/준금속의 산화물은 리튬 티탄 산화물, 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물, SnO2, SiOx(0<x<2) 등일 수 있다.The negative electrode active material may include a metal / metalloid alloy that is alloyable with lithium, an alloy thereof, or an oxide thereof. For example, the metal / metalloid capable of being alloyed with lithium may be at least one selected from the group consisting of Si, Sn, Al, Ge, Pb, Bi, Sb, Si-Y alloy (Y is an alkali metal, an alkali earth metal, (Y is an alkali metal, an alkaline earth metal, a Group 13 element, a Group 14 element, a transition metal, a rare earth element, or a combination element thereof, and is a transition metal, a rare earth element or a combination element thereof and not Si) , Sn), MnOx (0 < x? 2), and the like. The element Y may be at least one element selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ti, Ge, P, As, Sb, Se, Te, Po, or a combination thereof. For example, the oxide of the metal / metalloid capable of alloying with lithium may be lithium titanium oxide, vanadium oxide, lithium vanadium oxide, SnO 2 , SiO x (0 <x <2) and the like.

예를 들어, 상기 음극 활물질은 원소 주기율표의 13족 원소, 14족 원소 및 15족 원소로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 원소를 포함할 수 있다.For example, the negative electrode active material may include one or more elements selected from the group consisting of Group 13 elements, Group 14 elements, and Group 15 elements of the Periodic Table of the Elements.

예를 들어, 상기 음극 활물질은 Si, Ge 및 Sn으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 원소를 포함할 수 있다. For example, the negative electrode active material may include at least one element selected from the group consisting of Si, Ge, and Sn.

상기, 음극 활물질, 도전제, 결합제 및 용매의 함량은 리튬 전지에서 통상적으로 사용되는 수준이다. The content of the negative electrode active material, the conductive agent, the binder and the solvent is a level commonly used in a lithium battery.

세퍼레이타는 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. The separator is interposed between the anode and the cathode, and an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength is used.

세퍼레이타의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 20㎛이다. 이러한 세퍼레이타로는, 예를 들어, 폴리프로필렌 등의 올레핀계 고분자; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 고체 고분자 전해질이 사용되는 경우에는 고체 고분자 전해질이 세퍼레이타를 겸할 수도 있다.The pore diameter of the separator is generally 0.01 to 10 mu m, and the thickness is generally 5 to 20 mu m. Examples of the periferator include an olefin-based polymer such as polypropylene; A sheet or nonwoven fabric made of glass fiber, polyethylene or the like is used. When a solid polymer electrolyte is used as the electrolyte, the solid polymer electrolyte may also serve as a separator.

상기 세퍼레이타 중에서 올레핀계 고분자의 구체적인 예로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드 또는 이들의 2층 이상의 다층막이 사용될 수 있으며, 폴리에틸렌/폴리프로필렌 2층 세퍼레이타, 폴리에틸렌/폴리프로필렌/폴리에틸렌 3층 세퍼레이타, 폴리프로필렌/폴리에틸렌/폴리프로필렌 3층 세퍼레이타 등과 같은 혼합 다층막이 사용될 수 있다.Of the separators, polyethylene, polypropylene, polyvinylidene fluoride or a multilayer film of two or more thereof may be used. Specific examples of the olefin-based polymer include polyethylene / polypropylene two-layer separator, polyethylene / polypropylene / polyethylene A three-layer separator, a polypropylene / polyethylene / polypropylene three-layer separator, and the like can be used.

상기 리튬염 함유 비수 전해질은 비수 전해질과 리튬염으로 이루어져 있다. The lithium salt-containing nonaqueous electrolyte is composed of a nonaqueous electrolyte and a lithium salt.

비수 전해질로는 비수 전해액, 유기 고체 전해질, 또는 무기 고체 전해질 사용된다.As the non-aqueous electrolyte, a non-aqueous electrolyte, an organic solid electrolyte, or an inorganic solid electrolyte is used.

상기 비수 전해액은 유기유매를 포함한다. 이러한 유기용매는 당해 기술분야에서 유기 용매로 사용될 수 있는 것이라면 모두 사용될 수 있다. 예를 들어, 프로필렌카보네이트, 에틸렌카보네이트, 플루오로에틸렌카보네이트, 부틸렌카보네이트, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트, 메틸프로필카보네이트, 에틸프로필카보네이트, 메틸이소프로필카보네이트, 디프로필카보네이트, 디부틸카보네이트, 플루오로에틸렌카보네이트, 벤조니트릴, 아세토니트릴, 테트라히드로퓨란, 2-메틸테트라히드로퓨란, γ-부티로락톤, 디옥소란, 4-메틸디옥소란, N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드, N,N-디메틸설폭사이드, 디옥산, 1,2-디메톡시에탄, 설포란, 디클로로에탄, 클로로벤젠, 니트로벤젠, 디에틸렌글리콜, 디메틸에테르 또는 이들의 혼합물 등이다.The nonaqueous electrolytic solution includes an organic oil. These organic solvents may be used as long as they can be used as organic solvents in the art. Examples of the solvent include propylene carbonate, ethylene carbonate, fluoroethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, methyl propyl carbonate, ethyl propyl carbonate, methyl isopropyl carbonate, dipropyl carbonate, dibutyl carbonate N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylformamide, tetrahydrofuran, tetrahydrofuran, Dimethylacetamide, N, N-dimethylsulfoxide, dioxane, 1,2-dimethoxyethane, sulfolane, dichloroethane, chlorobenzene, nitrobenzene, diethylene glycol, dimethyl ether or mixtures thereof.

상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 고분자, 폴리 에지테이션 리신, 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.Examples of the organic solid electrolyte include a polyethylene derivative, a polyethylene oxide derivative, a polypropylene oxide derivative, a phosphate ester polymer, a polyelectrolytic lysine, a polyester sulfide, a polyvinyl alcohol, a polyvinylidene chloride, And the like can be used.

상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-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, Li 2 SiS 3 , Li 4 SiO 4 , Li 4 SiO 4 -LiI- 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2, and the like can be used.

상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, LiC4F9SO3, LiAlO2, LiAlCl4, LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)(단 x,y는 자연수), LiCl, LiI 또는 이들의 혼합물 등이 있다. 그리고 비수계 전해질에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사메틸포스포아미드(hexamethyl phosphoramide), 니트로벤젠유도체, 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 있다.The lithium salt is a material that is readily soluble in the non-aqueous electrolyte, for example, LiPF 6, LiBF 4, LiSbF 6, LiAsF 6, LiClO 4, LiCF 3 SO 3, Li (CF 3 SO 2) 2 N, LiC 4 F 9 SO 3 , LiAlO 2 , LiAlCl 4 , LiN (C x F 2x + 1 SO 2 ) (C y F 2y + 1 SO 2 ) (where x and y are natural numbers), LiCl, LiI, . For the purpose of improving the charge-discharge characteristics and the flame retardancy, non-aqueous electrolytes include, for example, pyridine, triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylenediamine, glyme, hexamethylphosphoamide hexamethyl phosphoramide, nitrobenzene derivatives, sulfur, quinone imine dyes, N-substituted oxazolidinones, N, N-substituted imidazolidines, ethylene glycol dialkyl ethers, ammonium salts, pyrroles, 2-methoxyethanol, Etc. may be added. In some cases, a halogen-containing solvent such as carbon tetrachloride or ethylene trifluoride may be further added to impart nonflammability.

도 1에서 보여지는 바와 같이, 상기 리튬 전지(11)는 양극(13), 음극(12) 및 세퍼레이터(34)를 포함한다. 상술한 양극(13), 음극(12) 및 세퍼레이터(14)가 와인딩되거나 접혀서 전지케이스(15)에 수용된다. 이어서, 상기 전지케이스(15)에 유기전해액이 주입되고 캡(cap) 어셈블리(16)로 밀봉되어 리튬전지(11)가 완성된다. 상기 전지케이스는 원통형, 각형, 박막형 등일 수 있다. 예를 들어, 상기 리튬 전지는 박막형 전지일 수 있다. 상기 리튬 전지는 리튬 이온 전지일 수 있다.As shown in FIG. 1, the lithium battery 11 includes an anode 13, a cathode 12, and a separator 34. The positive electrode 13, the negative electrode 12 and the separator 14 described above are wound or folded and accommodated in the battery case 15. Then, the organic electrolyte is injected into the battery case 15 and the cap assembly 16 is sealed to complete the lithium battery 11. The battery case may have a cylindrical shape, a rectangular shape, a thin film shape, or the like. For example, the lithium battery may be a thin film battery. The lithium battery may be a lithium ion battery.

상기 양극 및 음극 사이에 세퍼레이터가 배치되어 전지 구조체가 형성될 수 있다. 상기 전지구조체가 바이셀 구조로 적층된 다음, 유기 전해액에 함침되고, 얻어진 결과물이 파우치에 수용되어 밀봉되면 리튬 이온 폴리머 전지가 완성된다.A separator may be disposed between the anode and the cathode to form a battery structure. The cell structure is laminated in a bi-cell structure, then impregnated with an organic electrolyte solution, and the obtained result is received in a pouch and sealed to complete a lithium ion polymer battery.

또한, 상기 전지구조체는 복수개 적층되어 전지팩을 형성하고, 이러한 전지팩이 고용량 및 고출력이 요구되는 모든 기기에 사용될 수 있다. 예를 들어, 노트북, 스마트폰, 전기차량 등에 사용될 수 있다.In addition, a plurality of battery assemblies may be stacked to form a battery pack, and such battery pack may be used for all devices requiring high capacity and high output. For example, a notebook, a smart phone, an electric vehicle, and the like.

일구현예에 따른 복합 양극 활물질을 포함하는 양극 활물질을 함유한 양극, A positive electrode containing a positive electrode active material containing a composite positive electrode active material according to one embodiment,

리튬 금속을 상대금속으로 채용한 반전지의 충방전 실험 결과를 리튬 금속에 대한 전압(V, 가로축) 및 충방전 용량을 상기 전압으로 미분한 값(dQ/dV, 세로축)에 대해 도시할 경우, 상기 복합체가 충방전시에 리튬 금속에 대해 2.0 내지 3.0V 구간에서 스피넬 구조내에 존재하는 산화환원 피크를 나타낸다. When the voltage (V, abscissa) with respect to the lithium metal and the charge / discharge capacity are differentiated by the above voltage (dQ / dV, vertical axis) in the charge / discharge test result of the half cell using lithium metal as the counter metal, Shows a redox peak existing in the spinel structure in the 2.0 to 3.0 V interval with respect to the lithium metal at the time of charge / discharge of the complex.

일구현예에 따른 리튬 전지는 고율특성 및 수명특성이 우수하므로 전기차량(electric vehicle, EV)에 적합하다. 예를 들어, 플러그인하이브리드차량(plug-in hybrid electric vehicle)(PHEV) 등의 하이브리드 차량에 적합하다.The lithium battery according to one embodiment is suitable for an electric vehicle (EV) because it has a high rate characteristic and a good life characteristic. For example, a hybrid vehicle such as a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV).

이하의 실시예 및 비교예를 통하여 더욱 상세하게 설명된다. 단, 실시예는 예시하기 위한 것으로서 이들만으로 한정되는 것이 아니다.Will be explained in more detail through the following examples and comparative examples. However, the embodiments are for illustrative purposes only and are not intended to be limiting.

비교제조예Comparative Manufacturing Example 1: 복합 양극 활물질의 제조 1: Preparation of composite cathode active material

후술하는 공침법을 통해 합성하였다. Were synthesized by the coprecipitation method described below.

출발물질로서 황산니켈, 황산코발트 및 황산망간을 사용하여 복합 양극 활물질(0.55Li2MnO3 0.45LiNi0.4Co0 .2Mn0 .4O2)이 얻어지도록 상기 출발물질을 화학양론적으로 혼합하였다.Composite positive electrode using nickel sulfate, cobalt sulfate and manganese sulfate as the starting material in the active material (0.55Li 2 MnO 3 0.45LiNi 0. 4 Co 0 .2 Mn 0 .4 O 2) is so as to obtain the starting material with a stoichiometric .

황산니켈, 황산코발트 및 황산망간을 2M 농도로 증류수에 용해하여 전구체 혼합물을 얻었다. 이 전구체 혼합물에 킬레이트화제로 NH4OH, 침전제로 NaOH를 부가하여 60℃에서 4시간 동안 공침반응을 실시하여 침전물 (Ni,Co,Mn)(OH)2을 얻었다.Nickel sulfate, cobalt sulfate and manganese sulfate were dissolved in distilled water at a concentration of 2M to obtain a precursor mixture. NH 4 OH as a chelating agent and NaOH as a precipitant were added to this precursor mixture and a coprecipitation reaction was carried out at 60 ° C. for 4 hours to obtain a precipitate (Ni, Co, Mn) (OH) 2 .

상기 과정에 따라 얻은 침전물 (Ni,Co,Mn)(OH)2를 증류수로 세정 및 80℃, 24시간 건조 후 탄산리튬과 혼합하였다. 여기에서 탄산리튬은 복합 양극 활물질(0.55Li2MnO3·0.45LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2)이 얻어지도록 화학양론적으로 혼합하였다. The precipitate (Ni, Co, Mn) (OH) 2 obtained by the above procedure was washed with distilled water and dried at 80 ° C for 24 hours, and then mixed with lithium carbonate. Here, the lithium carbonate is a composite positive electrode active material (0.55Li 2 MnO 3 · 0.45LiNi 0 . 4 Co 0.2 Mn 0.4 O 2) so as to obtain a mixed stoichiometrically.

상기 혼합물을 공기 분위기하에서 900℃에서 10시간 열처리하여 목적물인 복합양극 활물질 0.55Li2MnO3·0.45LiNi0.4Co0 .2Mn0 .4O2을 얻었다. The mixture of the composite anode active material was heat-treated at 900 10 sigan target under an air atmosphere 0.55Li 2 MnO 3 · 0.45LiNi 0. 4 Co 0 .2 Mn 0 .4 O 2 was obtained.

비교제조예Comparative Manufacturing Example 2: 양극 활물질의 혼합물의 제조 2: Preparation of a mixture of cathode active material

상기 비교제조예 1에 따라 얻은 0.55Li2MnO3·0.45LiNi0 .4Co0 .2Mn0 .4O2과 Li2CoMn3O8을 97.5:2.5 몰비로 혼합하여 0.55Li2MnO3·0.45LiNi0 .4Co0 .2Mn0 .4O2과 Li2CoMn3O8의 혼합물을 얻었다.The comparison produced 0.55Li 2 MnO 3 obtained according to example 1 · 0.45LiNi 0 .4 Co 0 .2 Mn 0 .4 O 2 and Li 2 O 3 CoMn 8 to 97.5: 2.5 were mixed at a molar ratio of 0.55Li 2 MnO 3 · 0.45LiNi 0 .4 Co 0 .2 Mn 0 .4 O 2 and Li 2 to give a mixture of the CoMn 3 O 8.

비교제조예Comparative Manufacturing Example 3: 복합 양극 활물질의 제조 3: Preparation of composite cathode active material

황산니켈, 황산코발트, 황산망간을 화학양론적인 조성으로 선정되도록 변화된 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일하게 실시하여 복합 양극 활물질(0.55 Li2MnO3·0.40LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2-0.05LiMn2O4)을 얻었다. (0.55 Li 2 MnO 3 .0.40 LiNi 0.4 Co 0.2 Mn 0.4 O 2 - Ni) was performed in the same manner as in Comparative Example 1, except that nickel sulfate, cobalt sulfate, and manganese sulfate were selected to have a stoichiometric composition. 0.05 LiMn 2 O 4 ).

제조예Manufacturing example 1: 복합 양극 활물질의 제조 1: Preparation of composite cathode active material

 Li2CoMn3O8가 0.5mol% 되는 조성으로 황산니켈, 황산코발트, 황산망간을 선정한 것을 제외하고는, 비교제조예 1과 동일하게 실시하여 복합 양극 활물질(0.545Li2MnO3·0.45LiNi0 .4Co0 .2Mn0 .4O2·0.005Li2CoMn3O8)를 제조하였다.(0.545Li 2 MnO 3 .045 LiNi 0) was obtained in the same manner as in Comparative Preparation Example 1, except that nickel sulfate, cobalt sulfate and manganese sulfate were selected in a composition that Li 2 CoMn 3 O 8 was 0.5 mol% 0.4 was prepared Co 0 .2 Mn 0 .4 O 2 · 0.005Li 2 CoMn 3 O 8).

제조예Manufacturing example 2: 복합 양극 활물질의 제조 2: Preparation of composite cathode active material

Li2CoMn3O8가 2.5mol% 되는 조성으로 황산니켈, 황산코발트, 황산망간을 선정한 것을 제외하고는 제조예 1과 동일하게 실시하여 복합 양극 활물질(0.525Li2MnO3·0.45LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2·0.025Li2CoMn3O8)를 제조하였다.Except that nickel sulfate, cobalt sulfate, and manganese sulfate were selected as the composition in which Li 2 CoMn 3 O 8 was 2.5 mol%, and a composite cathode active material (0.525 Li 2 MnO 3 .0.45 Li 2 Ni 0.4 Co 0.2 Mn 0.4 O 2 0.025 Li 2 CoMn 3 O 8 ).

제조예Manufacturing example 3: 복합 양극 활물질의 제조  3: Preparation of composite cathode active material

Li2CoMn3O8가 5mol% 되는 조성으로 황산니켈, 황산코발트, 황산망간을 선정한 것을 제외하고는 제조예 1과 동일하게 실시하여 복합 양극 활물질 (0.50Li2MnO3·0.45LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2·0.05Li2CoMn3O8)를 제조하였다.(0.50Li 2 MnO 3 .0.45 Li 2 Ni 0.4 Co 0.2 Mn (Mn 2 O 3)) was prepared in the same manner as in Production Example 1, except that nickel sulfate, cobalt sulfate and manganese sulfate were selected in a composition that Li 2 CoMn 3 O 8 was 5 mol% 0.4 O 2 0.05 Li 2 CoMn 3 O 8 ).

제조예Manufacturing example 4: 복합 양극 활물질의 제조 4: Preparation of composite cathode active material

Li2Co1 .5Mn2 .5O8가 1mol% 되는 조성으로 황산니켈, 황산코발트, 황산망간을 Li 2 Co 1 .5 Mn 2 .5 O 8 is 1 mol%, nickel sulfate, cobalt sulfate, and manganese sulfate

선정한 것을 제외하고는 제조예 1과 동일하게 실시하여 복합 양극 활물질(0.54Li2MnO3 ·0.45LiNi0 .4Co0 .2Mn0 .4O2·0.01Li2Co1 .5Mn2 .5O8)를 제조하였다.Composite positive electrode active material and by the same manner as in Preparation Example 1 except that the low-priced (0.54Li 2 MnO 3 · 0.45LiNi 0 .4 Co 0 .2 Mn 0 .4 O 2 · 0.01Li 2 Co 1 .5 Mn 2 .5 O 8 ).

제조예Manufacturing example 5: 복합 양극 활물질의 제조 5: Preparation of composite cathode active material

Li2Co1 .5Mn2 .5O8가 2.5mol% 되는 조성으로 황산니켈, 황산코발트, 황산망간을 선정한 것을 제외하고는 제조예 1과 동일하게 실시하여 복합 양극 활물질(0.525Li2MnO3·0.45LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2·0.0025Li2Co1 .5Mn2 .5O8)를 제조하였다. Li 2 Co 1 .5 Mn 2 .5 O 8 is in and is carried out in the same manner as in Preparation Example 1, except that selection of nickel sulfate, cobalt sulfate, manganese sulfate in the composition is 2.5mol% composite positive electrode active material (0.525Li 2 MnO 3 · 0.45LiNi 0.4 Co 0.2 Mn 0.4 O 2 · 0.0025Li 2 Co 1 .5 was prepared Mn 2 .5 O 8).

제조예Manufacturing example 6: 복합 양극 활물질의 제조 6: Preparation of composite cathode active material

Li2Co1 .5Mn2 .5O8가 5mol% 되는 조성으로 황산니켈, 황산코발트, 황산망간을 선정한 것을 제외하고는 제조예 1과 동일하게 실시하여 복합 양극 활물질(0.50Li2MnO3 ·0.45LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2·0.05Li2Co1 .5Mn2 .5 O8)를 제조하였다. Li 2 Co 1 .5 Mn 2 .5 O 8 is in the proportion of sulfuric acid is 5mol% nickel, cobalt sulfate, and the composite positive electrode active material by the same manner as in Preparation Example 1, except that the selection of manganese sulfate (0.50Li 2 MnO 3 · 0.45LiNi 0.4 Co 0.2 Mn 0.4 O 2 · 0.05Li 2 Co 1 .5 was prepared Mn 2 .5 O 8).

제조예Manufacturing example 7: 복합 양극 활물질의 제조 7: Preparation of composite cathode active material

Li2CoMn3O8가 10mol% 되는 조성으로 황산니켈, 황산코발트, 황산망간을 선정한 것을 제외하고는, 제조예 1과 동일하게 실시하여 복합 양극 활물질(0.45Li2MnO3·0.45LiNi0.4Co0.2Mn 0.4O2·0.1Li2CoMn3O8)를 제조하였다.(0.45Li 2 MnO 3 .0.45LiNi 0.4 Co 0.2 (0.45 Li 2 MnO 3 .0) was prepared in the same manner as in Production Example 1, except that nickel sulfate, cobalt sulfate and manganese sulfate were selected in a composition that Li 2 CoMn 3 O 8 was 10 mol% Mn 0.4 O 2 0.1 Li 2 CoMn 3 O 8 ).

제조예Manufacturing example 8: 복합 양극 활물질의 제조 8: Preparation of composite cathode active material

Li2CoMn3O8가 7.5mol% 되는 조성으로 황산니켈, 황산코발트, 황산망간을 선정한 것을 제외하고는 제조예 1과 동일하게 실시하여 복합 양극 활물질(0.475Li2MnO3·0.45LiNi0.4Co0.2Mn 0.4O2·0.075Li2CoMn3O8)를 제조하였다.(0.475Li 2 MnO 3 .0.45 Li 2 Ni 0.4 Co 0.2 (0.5 mol%) was prepared in the same manner as in Production Example 1, except that nickel sulfate, cobalt sulfate and manganese sulfate were selected in a composition that Li 2 CoMn 3 O 8 was 7.5 mol% Mn 0.4 O 2 0.075 Li 2 CoMn 3 O 8 ).

제조예Manufacturing example 9: 복합 양극 활물질의 제조 9: Preparation of composite cathode active material

Li2Co1 .5Mn2 .5O8가 10mol% 되는 조성으로 황산니켈, 황산코발트, 황산망간을 선정한 것을 제외하고는, 제조예 4와 동일하게 실시하여 복합 양극 활물질(0.45Li2MnO3·0.45LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2·0.1Li2Co1 .5Mn2 .5O8)를 제조하였다. Li 2 Co 1 .5 Mn 2 .5 O 8 is in the proportion of sulfuric acid to be 10mol% nickel, cobalt sulfate, and is a composite positive electrode active material by the same procedure as in Preparation Example 4, except that the selection of manganese sulfate (0.45Li 2 MnO 3 · 0.45LiNi 0.4 Co 0.2 Mn 0.4 O 2 · 0.1Li 2 Co 1 .5 was prepared Mn 2 .5 O 8).

제조예Manufacturing example 10: 복합 양극 활물질의 제조 10: Preparation of composite cathode active material

Li2Co1 .5Mn2 .5O8가 7.5mol% 되는 조성으로 황산니켈, 황산코발트, 황산망간을 선정한 것을 제외하고는 제조예 4와 동일하게 실시하여 복합 양극 활물질(0.475Li2MnO3·0.45LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2·0.075Li2Co1 .5Mn2 .5O8)를 제조하였다. Li 2 Co 1 .5 Mn 2 .5 O 8 is 7.5mol, and the composite positive electrode active material by the same manner as in Preparation Example 4, except that selection of nickel sulfate, cobalt sulfate, manganese sulfate in the composition are% (0.475Li 2 MnO 3 · 0.45LiNi 0.4 Co 0.2 Mn 0.4 O 2 · 0.075Li 2 Co 1 .5 was prepared Mn 2 .5 O 8).

비교예Comparative Example 1 One

비교제조예 1에 따라 복합 양극 활물질, 탄소 도전제(Denka Black) 및 바인더인 PVDF를 NMP 용매를 사용해 90:5:5 중량비로 균일하게 혼합 한 슬러리를 제조하였다. A slurry was prepared by mixing a composite cathode active material, a carbon conductive agent (Denka Black) and a binder PVDF in an NMP solvent at a weight ratio of 90: 5: 5 according to Comparative Preparation Example 1.

제조된 슬러리를 Al 기판 (두께: 15㎛)에 닥터블래이드를 사용하여 코팅하고 이를 120℃에서 감압 건조한 후, 롤 프레스로 압연하여 시트 형태로 만들어 전기화학셀을 제조하였다.The prepared slurry was coated on an Al substrate (thickness: 15 탆) using a doctor blade, dried at 120 캜 under reduced pressure, and rolled by a roll press to form an electrochemical cell.

셀 제조시 대극(Counter electrode)로는 금속 리튬을 사용하였으며, 전해질로는 1.3M LiPF6을 혼합용매(EC:EMC:DEC=3:5:2 부피비)에 용해하여 얻은 전해액을 이용하였다. In the cell manufacturing process, metal lithium was used as a counter electrode and an electrolyte obtained by dissolving 1.3M LiPF 6 in a mixed solvent (EC: EMC: DEC = 3: 5: 2 by volume) was used as an electrolyte.

비교예Comparative Example 2 2

비교제조예 1에 따라 복합 양극 활물질 대신 비교제조예 2에 따라 얻어진 복합 양극 활물질을 사용한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 전기화학셀을 제조하였다.An electrochemical cell was fabricated in the same manner as in Comparative Example 1 except that the composite cathode active material obtained in Comparative Preparation Example 2 was used in place of the composite cathode active material according to Comparative Preparation Example 1.

비교예Comparative Example 3 3

비교제조예 1에 따라 복합 양극 활물질 대신 비교제조예 3에 따라 양극 활물질 혼합물을 사용한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 전기화학셀을 제조하였다.An electrochemical cell was fabricated in the same manner as in Comparative Example 1, except that the cathode active material mixture was used in place of the composite cathode active material according to Comparative Preparation Example 3, in place of the composite cathode active material.

실시예Example 1-10 1-10

비교제조예 1에 따라 복합 양극 활물질 대신 제조예 1-10에 따라 얻어진 복합 양극 활물질을 각각 사용한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 전기화학셀을 제조하였다.An electrochemical cell was fabricated in the same manner as in Comparative Example 1, except that the composite cathode active material obtained in Production Example 1-10 was used instead of the composite cathode active material in Comparative Production Example 1, respectively.

평가예Evaluation example 1: X선  1: X-ray 회절diffraction 분석 analysis

1)제조예 1-2, 7-8의 복합 양극 활물질 및 비교제조예 1의 복합 양극 활물질, 제조예 1-2 및 제조예 7-8의 복합 양극 활물질 및 비교제조예 1의 리튬복합산화물에 대하여 CuKα를 이용한 X-선 회절 분석을 실시하였다. 1) The composite cathode active material of Production Examples 1-2 and 7-8 and the composite cathode active material of Comparative Production Example 1, the composite cathode active material of Production Examples 1-2 and 7-8, and the lithium composite oxide of Comparative Production Example 1 Was subjected to X-ray diffraction analysis using CuKα.

상기 X선 회절 분석은 Cu Kαradiation(1.540598Å)을 이용한 Rigaku RINT2200HF+ 회절계(diffractometer)를 이용하여 실시하였다.The X-ray diffraction analysis was performed using a Rigaku RINT2200HF + diffractometer using Cu Kradiation (1.540598 Å).

상기 X선 분석 결과는 도 2 내지 도 4에 나타난 바와 같다. 도 2 내지 도 4에는 각각 제조예 2-3 및 제조예 7-8의 복합 양극 활물질 및 비교제조예 1의 복합 양극 활물질에 대한 것을 함께 나타냈고 도 3 및 도 4는 각각 도 2에서 Li2CoMn3O8의 (111)면에 대한 영역 및 Li2CoMn3O8의 (311) 및 (222) 영역을 확대하여 나타낸 것이다. The X-ray analysis results are shown in Figs. 2 to 4. FIGS. 2 to 4 show the composite cathode active material of Production Example 2-3 and Production Example 7-8 and the composite cathode active material of Comparative Production Example 1, respectively. FIG. 3 and FIG. 4 respectively show Li 2 CoMn 3 O 8 and (311) and (222) regions of Li 2 CoMn 3 O 8 .

도 2 내지 도 4에서 Li2CoMn3O8가 10.0몰%인 경우는 제조예 7, Li2CoMn3O8가 7.5몰%인 경우는 제조예 8, Li2CoMn3O8가 5.0몰%인 경우는 제조예 3, Li2CoMn3O8가 2.5몰%인 경우는 제조예 2, Li2CoMn3O8가 0몰%인 경우는 비교제조예 1에 대한 것이다.Case 2 to Li 2 CoM n3 O 8 10.0 mole% of 4 Preparation Example 7, Li 2 when CoM n3 O is 8 is 7.5 mol% of the preparation 8, Li 2 CoM n3 O 8, 5.0% mol in cases when the preparation 3, Li 2 O 8 CoM n3 of 2.5 mol%, if Production example 2, Li 2 O 8 CoM n3 is 0 mol% is for the Comparative Production example 1.

이를 참조하면, 제조예 2-3 및 제조예 7-8의 복합 양극 활물질은 비교제조예 1의 복합 양극 활물질과 달리 Li2CoMn3O8 상을 확인할 수 있고, 복합 양극 활물질이 Li2MnO3-LiNiCoMnO2-Li2CoMn3O8 상을 갖는다는 것을 확인할 수 있었다. 그리고 2θ값이 18.5 내지 19.5°에서 나타나는 회절피크와 2θ값이 21 내지 23°에서 나타나는 회절피크의 세기비를 통하여 Li2MnO3와 Li2CoMn3O8의 혼합비를 알 수 있었고, 2θ 값이 36 내지 37°에서 나타나는 회절 피크는 Li2CoMn3O8의 (311 )면에 해당하는 피크로서 기존의 스피넬상과 다른 위치에서 나타났다.The composite cathode active material of Production Example 2-3 and Production Example 7-8 is different from the composite cathode active material of Comparative Production Example 1 in Li 2 CoMn 3 O 8 Phase, and it was confirmed that the composite cathode active material had a Li 2 MnO 3 -LiNiCoMnO 2 -Li 2 CoMn 3 O 8 phase. The mixing ratio of Li 2 MnO 3 and Li 2 CoMn 3 O 8 was found through the intensity ratio of the diffraction peak appearing at 2θ values of 18.5 to 19.5 ° and the diffraction peak appearing at 21 to 23 ° of 2θ values, The diffraction peak appearing at 36 to 37 ° appeared as a peak corresponding to the (311) plane of Li 2 CoMn 3 O 8 at a position different from that of the conventional spinel phase.

2)제조예 3 및 제조예 7의 복합 양극 활물질과, 비교제조예 1의 복합 양극 활물질 및 Li2CoMn3O8 2) The composite cathode active material of Production Example 3 and Production Example 7, the composite cathode active material of Comparative Production Example 1 and Li 2 CoMn 3 O 8

제조예 3 및 제조예 7의 복합 양극 활물질 및 비교제조예 1의 복합 양극 활물질 및 Li2CoMn3O8에 대하여 CuKα를 이용한 X-선 회절 분석을 실시하였다. X-ray diffraction analysis of the composite cathode active material of Production Example 3 and Production Example 7 and the composite cathode active material of Comparative Production Example 1 and Li 2 CoMn 3 O 8 using CuKα was performed.

상기 X선 회절 분석은 Cu Kαradiation(1.540598Å)을 이용한 Rigaku RINT2200HF+ 회절계(diffractometer)를 이용하여 실시하였다.The X-ray diffraction analysis was performed using a Rigaku RINT2200HF + diffractometer using Cu Kradiation (1.540598 Å).

상기 X선 분석 결과는 도 5a 내지 도 5c에 나타난 바와 같다. 도 5b는 도 5a에서 2θ가 30 내지 40° 범위인 경우를 확대하여 나타낸 것이다. The X-ray analysis results are shown in Figs. 5A to 5C. 5B is an enlarged view of the case where 2? Is in a range of 30 to 40 DEG in FIG. 5A.

도 5a에서 스피넬 구조를 갖는 Li2CoMn3O8의 (311)면에 대한 회절 피크(이하, 회절피크 B)와 층상 구조를 갖는 LiNiCoMnO2의 (101)면에 대한 회절 피크(이하, 회절피크 A)에 대한 2θ 및 반치폭을 구하였고 이로부터 스피넬상 도메인 사이즈 및 층상 도메인 사이즈를 각각 계산하여 하기 표 1에 나타내었다. 그리고 상기 표 1에서 Li2CoMn3O8의 함량에 따른 스피넬상 도메인 사이즈 및 층상 도메인 사이즈의 변화를 도 5c에 나타냈다.(Hereinafter referred to as diffraction peak B) of Li 2 CoMn 3 O 8 having a spinel structure in FIG. 5A and a diffraction peak (hereinafter referred to as diffraction peak B) of LiNiCoMnO 2 having a layered structure with respect to the (101) A), and the spinel phase domain size and the stratified domain size were calculated, respectively, and the results are shown in Table 1 below. The change in the spinel phase domain size and the layered domain size according to the content of Li 2 CoMn 3 O 8 in the above Table 1 is shown in FIG.

구분division 구조
(회절피크)
rescue
(Diffraction peak)
2θ(°)2? (?) FWHM(°)FWHM (°) 도메인 사이즈(nm)Domain size (nm)
0mol% Li2CoMn3O8
(Li2MnO3-LiNiCoMnO2)
(비교제조예 1)
0 mol% Li 2 CoMn 3 O 8
(Li 2 MnO 3 -LiNiCoMnO 2 )
(Comparative Production Example 1)
층상
(회절피크A)
Stratified
(Diffraction peak A)
36.8712536.87125 0.090330.09033 1.7991.799
스피넬상
(회절피크B)
Spinel phase
(Diffraction peak B)
-- -- --
5mol% Li2CoMn3O8
(제조예 3)
5 mol% Li 2 CoMn 3 O 8
(Production Example 3)
층상
(회절피크A)
Stratified
(Diffraction peak A)
36.9092636.90926 0.090330.09033 1.7991.799
스피넬상
(회절피크B)
Spinel phase
(Diffraction peak B)
36.4517336.45173 0.070260.07026 2.3102.310
10mol% Li2CoMn3O8
(제조예 7)
10 mol% Li 2 CoMn 3 O 8
(Production Example 7)
층상
(회절피크A)
Stratified
(Diffraction peak A)
36.8943136.89431 0.12240.1224 1.3281.328
스피넬상
(회절피크B)
Spinel phase
(Diffraction peak B)
36.4366836.43668 0.073440.07344 2.2102.210
Li2CoMn3O8 Li 2 CoMn 3 O 8 층상
(회절피크A)
Stratified
(Diffraction peak A)
-- -- --
스피넬상
(회절피크B)
Spinel phase
(Diffraction peak B)
36.3444436.34444 0.085680.08568 1.8941.894

상기 표 1 및 도 5c로부터 스피넬상의 함량이 높아질수록 스피넬상 도메인 사이즈는 감소함을 알 수 있었다. From Table 1 and FIG. 5c, it can be seen that the spinel phase domain size decreases as the spinel phase content increases.

평가예Evaluation example 2:  2: 충방전Charging and discharging 특성 characteristic

실시예 1-8 및 비교예 1 및 3에 따라 제조된 리튬전지에 대하여 25℃에서 첫번째 및 두번째 충방전 및 사이클 충방전을 실시하였다.The lithium batteries produced in Example 1-8 and Comparative Examples 1 and 3 were subjected to first and second charge-discharge and cycle charge-discharge at 25 ° C.

실시예 1-8 및 비교예 1-3에 따라 제조된 전지를 각각 4.7V까지 0.1C로 CC 충전후 2.5V까지 0.1C의 정전류로 방전하였다. The batteries prepared according to Example 1-8 and Comparative Example 1-3 were each charged with 0.1 C to 4.7 V CC and then discharged at a constant current of 0.1 C up to 2.5 V.

두번째 충전부터는 4.6V CC/CV 0.5C 충전후 0.05C 전류까지 충전후 2.5V 0.2C/1C/2C 방전을 실시하였다. 사이클 평가는 4.6V CC 1C 충전후 2.5V 1C 50회 방전을 실시하였다.From the second charge, 2.5V 0.2C / 1C / 2C discharge was performed after charging to 0.05C current after charging 4.6V CC / CV 0.5C. The cycle was evaluated by charging 2.5 V 1C 50 times after charging 4.6V CC 1C.

상술한 사이클을 50회 실시하였다.The above-described cycle was repeated 50 times.

초기효율, 율속 성능, 방전 전압 강하(voltage decay), 용량유지율(capacity retention rate)은 하기 식 2 내지 5로 표시된다. 초기 방전용량은 첫번째 사이클에서의 방전용량이다.The initial efficiency, the rate performance, the discharge voltage drop, and the capacity retention rate are expressed by the following formulas 2 to 5. The initial discharge capacity is the discharge capacity in the first cycle.

[식 2][Formula 2]

초기효율={(1차 사이클 방전용량)/(1차 사이클 충전용량)}×100Initial efficiency = {(primary cycle discharge capacity) / (primary cycle charge capacity)} x 100

[식 3][Formula 3]

율속 성능(rate capability)={(2C 방전용량)/(0.2C 방전용량)}×100Rate capability = {(2C discharge capacity) / (0.2C discharge capacity)} x 100

[식 4][Formula 4]

방전 전압 강하[mV]=[50 th 사이클에서의 평균방전전압 - 1th 사이클에서의 평균방전전압]Discharge voltage drop [mV] = [average discharge voltage in 50 th cycle - average discharge voltage in 1st cycle]

상기 평균방전 전압은 각 사이클에서 방전용량의 중간값에 대응하는 방전전압이다.The average discharge voltage is a discharge voltage corresponding to an intermediate value of the discharge capacity in each cycle.

[식 5][Formula 5]

용량유지율[%]=[50th 사이클에서의 방전용량/1st 사이클에서의 방전용량]×100Capacity retention rate [%] = [Discharge capacity at 50th cycle / Discharge capacity at 1st cycle] × 100

상기 실시예 1-8에 따라 제조된 리튬전지에 대한 충방전 특성 평가 결과 얻은 초기 효율 및 율속 성능은 하기 표 2에 나타내었다. The initial efficiency and the rate-limiting performance obtained as a result of evaluating the charge-discharge characteristics of the lithium battery produced in Example 1-8 are shown in Table 2 below.

구 분
division
1차 사이클Primary cycle 율속 성능Rate performance
0.1C 충전용량
(mAh/g)
0.1C charge capacity
(mAh / g)
0.1C 방전용량
(mAh/g)
0.1C discharge capacity
(mAh / g)
초기효율(%)Initial efficiency (%) 2C/0.2C(%)2C / 0.2C (%)
실시예 1Example 1 352352 268268 76.276.2 70.570.5 실시예 2Example 2 332332 281281 84.584.5 71.471.4 실시예 3Example 3 307307 249249 81.081.0 74.574.5 실시예 4Example 4 341341 277277 81.181.1 68.368.3 실시예 5Example 5 337337 287287 85.185.1 61.861.8 실시예 6Example 6 317317 264264 83.183.1 76.076.0 실시예 7Example 7 237237 178178 75.075.0 -- 실시예 8Example 8 271271 206206 76.176.1 --

상기 표 2로부터 실시예 1-8에 따라 제조된 리튬 전지는 초기효율 및 율속 성능이 우수함을 확인할 수 있었다.From Table 2, it can be seen that the lithium battery produced according to Example 1-8 has excellent initial efficiency and rate-limiting performance.

또한 실시예 9 및 10에 따라 제조된 리튬 전지에 대한 충방전 특성을 평가한 결과 실시예 1-8의 경우와 거의 동등한 결과를 나타내었다. The charge / discharge characteristics of the lithium battery prepared in Examples 9 and 10 were evaluated, and the results were almost the same as those in Example 1-8.

상기 실시예 1-6 및 비교예 1 및 3에 따라 제조된 리튬전지에 대한 충방전 특성 평가 결과 중 용량유지율 및 방전전압 강하를 하기 표 3에 나타내었다. 여기에서 방전전압 강하는 50회 사이클시 방전전압과 1회 사이클시 방전전압의 차이를 말한다Table 3 shows the capacity retention rate and the discharge voltage drop among the charge / discharge characteristics evaluation results of the lithium battery manufactured according to Example 1-6 and Comparative Examples 1 and 3. Here, the discharge voltage drop refers to the difference between the discharge voltage in the 50th cycle and the discharge voltage in the one cycle

구 분division 평균전압 (V)Average voltage (V)
방전전압
강하
(△)(mV)

Discharge voltage
descent
(?) (MV)
50회 사이클
평균전압/1회 사이클 평균 전압(%)
50 cycles
Average voltage / cycle average voltage (%)
수명(50th)
(%)
Life (50th)
(%)
1회 사이클One cycle 50회 사이클50 cycles 실시예 1Example 1 3.4533.453 3.4173.417 -36-36 98.9598.95 83.883.8 실시예 2Example 2 3.4433.443 3.3863.386 -57-57 98.9698.96 85.885.8 실시예 3Example 3 3.4523.452 3.3973.397 -55-55 98.3498.34 83.483.4 실시예 4Example 4 3.4423.442 3.3833.383 -59-59 98.2998.29 83.983.9 실시예 5Example 5 3.4433.443 3.3803.380 -63-63 97.6797.67 83.683.6 실시예 6Example 6 3.4893.489 3.4243.424 -65-65 99.8599.85 84.884.8 비교예 1Comparative Example 1 3.4573.457 3.3883.388 -69-69 -- -- 비교예 3Comparative Example 3 -- -- -67-67 -- 83.383.3

상기 표 3을 참조하여, 실시예 1-6의 리튬 전지는 수명 특성이 우수할 뿐만 아니라, 비교예 1 및 3에 따라 얻어진 리튬 전지에 비교하여 스피넬상인 Li2CoMn3O8의 도입으로 전압 강하 현상이 개선되었다.With reference to Table 3 above, the lithium battery of Example 1-6 is superior in life characteristics, and has a voltage drop due to introduction of Li 2 CoMn 3 O 8 , which is a spinel phase, as compared with the lithium battery obtained according to Comparative Examples 1 and 3 The phenomenon was improved.

충방전Charging and discharging 프로파일 profile

상기 실시예 1-3, 7-8 및 비교예 1에 따라 제조된 리튬 전지에서 충방전 프로파일을 조사하여 도 6a 내지 도 6f에 나타내었다.The charging / discharging profile of the lithium battery manufactured according to Examples 1-3, 7-8, and Comparative Example 1 was examined and shown in FIGS. 6A to 6F.

충방전 조건은 충전시 약 4.7V까지 약 0.1C의 정전류 충전후, 방전은 약 2.5V까지 0.1C의 정전류로 방전하였다. Charging and discharging conditions were about 0.1C constant current charging to about 4.7V during charging, and discharge was discharged to about 2.5V at a constant current of 0.1C.

이를 참조하면, 실시예 1-3, 7-8에 따라 제조된 리튬 전지는 비교예 1의 경우와 비교할 때 초기 용량이 크고 사이클 증가에 따른 용량 감소 현상이 완화되었으며 2 내지 4,5V 영역에서 급격한 전압의 강하 없이 고른 프로파일이 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 그리고 약 4.5V plateau에서 Li2MnO3 활성화를 확인할 수 있었다. 그리고 충방전시 리튬 금속 대비 약 2.7V 부근에서 전압 평탄 구간이 나타나고 있어 스피넬상의 존재를 알 수 있다. The lithium battery produced according to Examples 1-3 and 7-8 exhibited a large initial capacity and reduced capacity reduction with increasing cycle as compared with Comparative Example 1, It was confirmed that a uniform profile appears without voltage drop. Activation of Li 2 MnO 3 was observed at about 4.5 V plateau. In the charge / discharge cycle, voltage flattening is observed at about 2.7 V compared to the lithium metal, so that the spinel phase can be seen.

상기 실시예 2, 3, 7 및 비교예 1에 따라 제조된 리튬 전지의 1번째 사이클에서의 미분 충방전 곡선을 도 7에 나타내었다.FIG. 7 shows the differential charge / discharge curve in the first cycle of the lithium battery produced according to Examples 2, 3 and 7 and Comparative Example 1. FIG.

도 7에 보여지는 바와 같이 실시예 2, 3 및 7에 따르면 비교예 1과 달리 2.5 내지 2.7V 구간에서 산환 환원 피크가 존재하였다. As shown in FIG. 7, according to Examples 2, 3 and 7, unlike Comparative Example 1, there was an oxidative reduction peak in the 2.5 to 2.7 V section.

이상에서는 도면 및 실시예를 참조하여 일구현예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 구현예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the exemplary embodiments or constructions. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations are possible in light of the above teachings will be. Accordingly, the scope of protection of the present invention should be determined by the appended claims.

11: 리튬전지 12: 음극
13: 양극 14: 세퍼레이터
15: 전지케이스 16: 캡 어셈블리
11: Lithium battery 12: cathode
13: anode 14: separator
15: battery case 16: cap assembly

Claims (30)

층상 구조를 갖는 제1금속 산화물; 및
스피넬상 구조를 가지며 하기 화학식 1로 표시되는 제2금속 산화물을 포함하며, 상기 제1금속 산화물과 제2금속 산화물이 복합체를 형성하며, 상기 복합체가 하기 화학식 4로 표시되는 화합물인 복합 양극 활물질:
[화학식 1]
Li2M’(1+a)Mn(3-a)O8
상기 화학식 1 중, -1<a<1이고,
M’은 4족 내지 10족, 13족 및 14족 원소 중에서 선택된 하나 이상이며, 단 망간(Mn)은 제외되고,
[화학식 4]
xLi2MO3·yLiMeO2·z Li2M’(1+a)Mn(3-a)O8
상기 화학식 4 중, x+y+z=1, 0<x<1, 0<y<1, 0.005≤z≤0.05, -1<a<1이고,
M 은 망간(Mn), 바나듐(V), 크롬(Cr), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 지르코늄(Zr), 레늄(Re), 알루미늄(Al), 보론(B), 게르마늄(Ge), 루테늄(Ru), 주석(Sn), 티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo) 및 백금(Pt)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속이고,
M’이 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni) 및 티타늄(Ti)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상이고,
Me는 망간(Mn), 바나듐(V), 크롬(Cr), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 지르코늄(Zr), 레늄(Re), 알루미늄(Al), 보론(B), 게르마늄(Ge), 루테늄(Ru), 주석(Sn), 티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo) 및 백금(Pt)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속이다.
A first metal oxide having a layered structure; And
1. A composite cathode active material having a spinel phase structure and comprising a second metal oxide represented by the following general formula (1), wherein the first metal oxide and the second metal oxide form a complex, and the complex is a compound represented by the following general formula (4)
[Chemical Formula 1]
Li 2 M ' (1 + a) Mn (3-a) O 8
1 < a < 1 in Formula 1,
M 'is at least one member selected from Group 4 to Group 10 elements, Group 13 and Group 14 elements, except for manganese (Mn)
[Chemical Formula 4]
xLi 2 MO 3 .yLiMeO 2 .z Li 2 M ' (1 + a) Mn (3-a) O 8
X + y + z = 1, 0 <x <1, 0 <y <1, 0.005 z <0.05, -1 <a <1,
M is at least one element selected from the group consisting of manganese (Mn), vanadium (V), chromium (Cr), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), zirconium (Zr), rhenium (Re) At least one metal selected from the group consisting of germanium (Ge), ruthenium (Ru), tin (Sn), titanium (Ti), niobium (Nb), molybdenum (Mo)
M 'is at least one selected from the group consisting of iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni) and titanium (Ti)
Me is at least one element selected from the group consisting of Mn, vanadium, chromium, iron, cobalt, nickel, zirconium, rhenium, aluminum, At least one metal selected from the group consisting of germanium (Ge), ruthenium (Ru), tin (Sn), titanium (Ti), niobium (Nb), molybdenum (Mo) and platinum (Pt)
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 층상 구조를 갖는 제1금속 산화물이 서로 다른 조성을 가지는 복수의 결정상을 포함하는 복합 양극 활물질.
The method according to claim 1,
Wherein the first metal oxide having the layered structure comprises a plurality of crystal phases having different compositions.
제1항에 있어서,
상기 제 1 금속산화물의 층상 구조 내에 제 2 금속산화물이
혼입된(intermixed) 복합 양극 활물질.
The method according to claim 1,
A second metal oxide in the layered structure of the first metal oxide
A composite cathode active material that is intermixed.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 화학식 4에서 xLi2MO3·yLiMeO2는 층상 구조를 갖고,
상기 화학식 4에서 zLi2M’(1+a)Mn(3-a)O8는 스피넬상 구조를 갖는 복합 양극 활물질.
The method according to claim 1,
In Formula 4 xLi 2 MO 3 · yLiMeO 2 has a layered structure,
In formula (4), zLi 2 M ' (1 + a) Mn (3-a) O 8 has a spinel phase structure.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 복합 양극 활물질을 포함하는 양극, 리튬 금속을 상대금속으로 채용한 반전지에 대한 충방전 테스트를 실시한 경우, 50번째 사이클에서의 평균방전전압이 첫번째 사이클에서의 평균방전전압을 기준으로 하여 97.5 내지 99.95%인 복합 양극 활물질.
The method according to claim 1,
When the charge / discharge test is performed on the positive electrode comprising the complex cathode active material and the lithium metal as the counter metal, the average discharge voltage in the 50th cycle is 97.5 to 99.95 based on the average discharge voltage in the first cycle. % Composite cathode active material.
제1항에 있어서,
상기 화학식 4 중, 0<x≤0.6, 0<y≤0.5, 0.005≤z≤0.05, -0.5≤a≤0.5인 복합 양극 활물질.
The method according to claim 1,
0? X? 0.6, 0? Y? 0.5, 0.005? Z? 0.05, and -0.5? A? 0.5 in the general formula (4).
제9항에 있어서,
상기 복합 양극 활물질을 포함하는 양극, 리튬 금속을 상대금속으로 채용한 반전지에 대한 충방전 테스트를 실시한 경우, 50번째 사이클에서의 평균방전전압이 첫번째 사이클에서의 평균방전전압을 기준으로 하여 97.5 내지 99.95%인 복합 양극 활물질.
10. The method of claim 9,
When the charge / discharge test is performed on the positive electrode comprising the complex cathode active material and the lithium metal as the counter metal, the average discharge voltage in the 50th cycle is 97.5 to 99.95 based on the average discharge voltage in the first cycle. % Composite cathode active material.
제1항에 있어서,
상기 화학식 4 중, M 은 망간(Mn)인 복합 양극 활물질.
The method according to claim 1,
In Formula 4, M is manganese (Mn).
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 화학식 4에서 Me는 하기 화학식 5로 표시되는 복합 양극 활물질:
[화학식 5]
Ni1-b-cCobMnc
상기 화학식 5 중, 0<b<0.5, 0.2<c<0.5, b+c=1이다.
The method according to claim 1,
In Formula 4, Me is a composite cathode active material represented by the following Formula 5:
[Chemical Formula 5]
Ni 1-bc Co b Mn c
In the formula (5), 0 <b <0.5, 0.2 <c <0.5 and b + c = 1.
제1항에 있어서,
상기 Li2M’(1+a)Mn(3-a)O8은 Li2Co(1+a)Mn(3-a)O8, Li2Ni(1+a)Mn(3-a)O8, Li2Fe(1+a)Mn(3-a)O8, 또는 Li2Ti(1+a)Mn(3-a)O8인 복합 양극 활물질.
The method according to claim 1,
The Li 2 M '(1 + a ) Mn (3-a) O 8 is Li 2 Co (1 + a) Mn (3-a) O 8, Li 2 Ni (1 + a) Mn (3-a) O 8 , Li 2 Fe (1 + a) Mn (3-a) O 8 , or Li 2 Ti (1 + a) Mn (3-a) O 8 .
제1항에 있어서,
상기 Li2M’(1+a)Mn(3-a)O8은 Li2Co1 .5Mn2 .5O8, Li2CoMn3O8, Li2Ni1 .5Mn2 .5O8, Li2NiMn3O8, Li2Fe1 .5 Mn2 .5O8, Li2FeMn3O8, Li2TiMn3O8, 또는 Li2Ti1 .5Mn2 .5O8인 복합 양극 활물질.
The method according to claim 1,
The Li 2 M '(1 + a ) Mn (3-a) O 8 is Li 2 Co 1 .5 Mn 2 .5 O 8, Li 2 CoMn 3 O 8, Li 2 Ni 1 .5 Mn 2 .5 O 8, Li 2 NiMn 3 O 8 , Li 2 Fe 1 .5 Mn 2 .5 O 8, Li 2 FeMn 3 O 8, Li 2 TiMn 3 O 8, or Li 2 Ti 1 .5 Mn 2 .5 O 8 in Composite cathode active material.
제1항에 있어서,
상기 복합 양극 활물질이 하기 화학식 6로 표시되는 화합물인 복합 양극 활물질:
[화학식 6]
xLi2MnO3·yLi Ni1-b-cCobMncO2·z Li2M’(1+a)Mn(3-a)O8
상기 화학식 6 중, M’은 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni) 및 티타늄(Ti)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상이고,
0<b<0.5, 0.2<c<0.5, b+c=1, 0<x≤0.6, 0<y≤0.5, 0.005≤z≤0.05, -0.5≤a≤0.5이다.
The method according to claim 1,
Wherein the composite cathode active material is a compound represented by Formula 6:
[Chemical Formula 6]
xLi 2 MnO 3 .yLi Ni 1-bc Co b Mn c O 2 .z Li 2 M ' (1 + a) Mn (3-a) O 8
In Formula 6, M 'is at least one selected from the group consisting of Fe, Co, Ni, and Ti,
0 <b <0.5, 0.2 <c <0.5, b + c = 1, 0 <x? 0.6, 0 <y? 0.5, 0.005? Z? 0.05, and -0.5? A?
제1항에 있어서,
상기 화학식 4로 표시되는 복합 양극 활물질이 하기 화학식 7로 표시되는 화합물인 복합 양극 활물질:
[화학식 7]
xLi2MnO3·yLi NibCodMneO2·z Li2Co(1+a)Mn(3-a)O8
상기 화학식 7중, 0<b<1, 0<d<1, 0<e<1, b+d+e=1이고, 0<x≤0.6, 0<y≤0.5, 0.005≤z≤0.05, 0≤a≤0.5이다.
The method according to claim 1,
Wherein the composite cathode active material represented by Formula 4 is a compound represented by Formula 7:
(7)
xLi 2 MnO 3 .yLi Ni b Co d Mn e O 2 .z Li 2 Co (1 + a) Mn (3-a) O 8
0 <b <1, 0 <d <1, 0 <e <1, b + d + e = 1, 0 <x? 0.6, 0? Y? 0.5, 0.005? Z? 0.05, 0? A? 0.5.
제1항에 있어서,
상기 복합 양극 활물질이 0.545Li2MnO3·0.45LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2·0.005Li2CoMn3O8; 0.525Li2MnO3 ·0.45LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2·0.025Li2CoMn3O8; 0.50Li2MnO3·0.45LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2·0.05 Li2CoMn3O8; 0.54 Li2MnO3·0.45LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2·0.01 Li2Co1.5Mn2.5O8; 0.525Li2MnO3·0.45LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2·0.025Li2Co1.5Mn2.5O8; 또는 0.50Li2MnO3·0.45LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2·0.05Li2Co1.5Mn2.5O8;인 복합 양극 활물질.
The method according to claim 1,
Wherein the composite cathode active material is 0.545 Li 2 MnO 3 0.45 LiNi 0.4 Co 0.2 Mn 0.4 O 2 0.005 Li 2 CoMn 3 O 8 ; 0.525 Li 2 MnO 3 0.45 LiNi 0.4 Co 0.2 Mn 0.4 O 2 0.025 Li 2 CoMn 3 O 8 ; 0.50Li 2 MnO 3 · 0.45LiNi 0.4 Co 0.2 Mn 0.4 O 2 · 0.05 Li 2 CoMn 3 O 8; 0.54 Li 2 MnO 3 0.45 LiNi 0.4 Co 0.2 Mn 0.4 O 2 0.01 Li 2 Co 1.5 Mn 2.5 O 8 ; 0.525Li 2 MnO 3 · 0.45LiNi 0.4 Co 0.2 Mn 0.4 O 2 · 0.025Li 2 Co 1.5 Mn 2.5 O 8; Or 0.50 Li 2 MnO 3 0.45 LiNi 0.4 Co 0.2 Mn 0.4 O 2 0.05 Li 2 Co 1.5 Mn 2.5 O 8 ;
제1항에 있어서,
스피넬상 구조의 도메인 사이즈가 층상 구조의 도메인 사이즈보다 큰 복합 양극 활물질.
The method according to claim 1,
Wherein the domain size of the spinel phase structure is larger than the domain size of the layered structure.
제1항에 있어서,
스피넬상 구조를 갖는 Li2M’(1+a)Mn(3-a)O8의 도메인 사이즈(domain size)는 2.0 내지 2.4nm인 복합 양극 활물질.
The method according to claim 1,
A composite cathode active material having a domain size of Li 2 M ' (1 + a) Mn (3-a) O 8 having a spinel phase structure of 2.0 to 2.4 nm.
제6항에 있어서,
상기 층상 구조를 갖는 Li2MO3·LiMeO2 구조의 도메인 사이즈(domain size)는 2.0 nm 미만인 복합 양극 활물질
The method according to claim 6,
The domain size of the Li 2 MO 3 .LiMeO 2 structure having the layered structure is less than 2.0 nm. The composite cathode active material
제1항에 있어서,
Cu-kα선을 이용한 X선 회절 측정에 있어서 2θ값이 36.43 내지 36.50°에서 나타나는 회절 피크의 반치폭이 0.070 내지 0.075°인 복합 양극 활물질.
The method according to claim 1,
Ray diffractometry using a Cu-k? Ray has a half width of a diffraction peak at a 2θ value of 36.43 to 36.50 ° of 0.070 to 0.075 °.
제1항에 있어서,
상기 복합 양극 활물질의 표면에 전도성 물질, 금속 산화물 및 무기 불화물 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 코팅막이 형성된 복합 양극 활물질.
The method according to claim 1,
A composite cathode active material on which a coating film containing at least one selected from the group consisting of a conductive material, a metal oxide, and an inorganic fluoride is formed on the surface of the composite cathode active material.
제24항에 있어서,
상기 전도성 물질은 탄소계 물질, 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide: ITO, RuO2 및 ZnO 에서 선택된 하나 이상인 복합 양극 활물질.
25. The method of claim 24,
The conductive material may be a carbon-based material, indium tin oxide (ITO, RuO 2 And ZnO.
제24항에 있어서,
상기 금속 산화물은 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3), 지르코늄 산화물(ZrO2), 티타늄 산화물(TiO2) 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택된 하나 이상인 복합 양극 활물질.
25. The method of claim 24,
The metal oxide is silica (SiO 2), alumina (Al 2 O 3), zirconium oxide (ZrO 2), titanium oxide (TiO 2) and a composite positive electrode active material is at least one selected from the group consisting of a mixture thereof.
제24항에 있어서,
상기 무기 불화물은 AlF3, CsF, KF, LiF, NaF, RbF, TiF, AgF, AgF₂, BaF2, CaF2, CuF2, CdF2, FeF2, HgF2, Hg2F2, MnF2, MgF2, NiF2, PbF2, SnF2, SrF2, XeF2, ZnF2, AlF3, BF3, BiF3, CeF3, CrF3, DyF3, EuF3, GaF3, GdF3, FeF3, HoF3, InF3, LaF3, LuF3, MnF3, NdF3, VOF3, PrF3, SbF3, ScF3, SmF3, TbF3, TiF3, TmF3, YF3, YbF3, TIF3, CeF4, GeF4, HfF4, SiF4, SnF4, TiF4, VF4, ZrF4, NbF5, SbF5, TaF5, BiF5, MoF6, ReF6, SF6 및 WF6 중에서 선택된 하나 이상인 복합 양극 활물질.
25. The method of claim 24,
The inorganic fluoride AlF 3, CsF, KF, LiF , NaF, RbF, TiF, AgF, AgF₂, BaF 2, CaF 2, CuF 2, CdF 2, FeF 2, HgF 2, Hg 2 F 2, MnF 2, MgF 2, NiF 2, PbF 2, SnF 2, SrF 2, XeF 2, ZnF 2, AlF 3, BF 3, BiF 3, CeF 3, CrF 3, DyF 3, EuF 3, GaF 3, GdF 3, Fe F3, HoF 3, InF 3, LaF 3 , LuF 3, MnF 3, NdF 3, VOF 3, PrF 3, SbF 3, ScF 3, SmF 3, TbF 3, TiF 3, TmF 3, YF 3, YbF 3, TIF 3 , CeF4, GeF 4, HfF 4 , SiF 4, SnF 4, TiF 4, VF 4, ZrF 4, NbF 5, SbF 5, TaF 5, BiF 5, MoF 6, ReF 6, SF 6 and WF 6 And the composite cathode active material is at least one selected from the group consisting of:
제1항에 있어서,
상술한 복합 양극 활물질을 포함하는 양극, 리튬 금속을 상대금속으로 채용한 반전지의 충방전 실험 결과를 리튬 금속에 대한 전압(V, 가로축) 및 충방전 용량을 상기 전압으로 미분한 값(dQ/dV, 세로축)에 대해 도시할 경우, 상기 복합 양극 활물질이 충방전시에 리튬 금속에 대해 2.0 내지 3.0V 구간에서 스피넬 구조내에 존재하는 산화환원 피크를 나타내는 복합 양극 활물질.
The method according to claim 1,
The results of charging / discharging tests of a cathode including a composite cathode active material and a lithium metal as a counter metal are shown as a voltage (V, abscissa) and a charge / discharge capacity (dQ / dV , Vertical axis), the complex cathode active material exhibits a redox peak existing in the spinel structure in a 2.0 to 3.0 V interval with respect to the lithium metal at the time of charging and discharging.
제1항, 제3항, 제4항, 제6항, 제8항 내지 제11항, 제14항 내지 제28항 중 어느 한 항에 따른 복합 양극 활물질을 포함하는 양극. An anode comprising the composite cathode active material according to any one of claims 1, 3, 4, 6, 8 to 11, 14 to 28. 제29항에 따른 양극을 채용한 리튬 전지.29. A lithium battery employing the positive electrode according to claim 29.
KR1020150057359A 2014-07-18 2015-04-23 Composite positive active material, positive electrode including the same, and lithium battery including the positive electrode KR101675110B1 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/801,387 US10044030B2 (en) 2014-07-18 2015-07-16 Composite positive electrode active material positive electrode including the same, and lithium battery including the positive electrode
EP15177322.3A EP2975678B1 (en) 2014-07-18 2015-07-17 Composite positive electrode active material, positive electrode including the same, and lithium battery including the positive electrode
CN201510424753.XA CN105280893B (en) 2014-07-18 2015-07-17 Composite cathode active material, including its anode and including the lithium battery of the anode

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140091311 2014-07-18
KR20140091311 2014-07-18

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160010297A KR20160010297A (en) 2016-01-27
KR101675110B1 true KR101675110B1 (en) 2016-11-11

Family

ID=55309558

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150057359A KR101675110B1 (en) 2014-07-18 2015-04-23 Composite positive active material, positive electrode including the same, and lithium battery including the positive electrode

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101675110B1 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102448300B1 (en) * 2016-08-03 2022-09-29 삼성전자주식회사 Composite positive active material, positive electrode including the same, and lithium battery including the positive electrode
US11728510B2 (en) * 2019-05-24 2023-08-15 Samsung Electronics Co., Ltd. Solid conductor, preparation method thereof, solid electrolyte including the solid conductor, and electrochemical device including the solid conductor
EP4001213A1 (en) 2020-11-13 2022-05-25 Samsung Electronics Co., Ltd. Oxide, method of preparing the same, solid electrolyte including the oxide, and electrochemical device including the oxide

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102484249A (en) * 2009-08-27 2012-05-30 安维亚系统公司 Layer-layer lithium rich complex metal oxides with high specific capacity and excellent cycling

Also Published As

Publication number Publication date
KR20160010297A (en) 2016-01-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102656479B1 (en) Composite positive active material, preparing method thereof, positive electrode including the same, and lithium battery including the positive electrode
EP2975678B1 (en) Composite positive electrode active material, positive electrode including the same, and lithium battery including the positive electrode
US10249873B2 (en) Composite positive active material, positive electrode including the same, and lithium battery including the positive electrode
CN106953070B (en) Composite positive electrode active material, positive electrode including the same, and lithium battery including the positive electrode
CN106654191B (en) Composite positive electrode active material, method of preparing the same, and lithium secondary battery
KR100999563B1 (en) Cathode active material for lithium secondary battery, method for preparing the same, and lithium secondary battery comprising the same
KR102572648B1 (en) Composite cathode active material for lithium battery, cathode for lithium battery including the same, and lithium battery including the cathode
KR102285150B1 (en) Composite Cathode active material, cathode and lithium battery containing material
US11764352B2 (en) Composite positive electrode active material, positive electrode including the same, and lithium battery including the positive electrode
KR102402389B1 (en) Composite positive active material, positive electrode including the same, and lithium battery including the positive electrode
KR102358438B1 (en) Composite positive active material, preparing method thereof, positive electrode including the same, and lithium secondary battery including the positive electrode
KR20160002200A (en) Composite cathode active material, cathode and lithium battery containing the material, and preparation method thereof
KR20170080104A (en) Positive active material, and positive electrode and lithium battery containing the material
KR102192085B1 (en) Cathode active material, cathode and lithium battery containing the material and preparation method thereof
KR101675110B1 (en) Composite positive active material, positive electrode including the same, and lithium battery including the positive electrode
KR101708362B1 (en) Composite, mamufacturing method, anode active material, anode including the anode active material, and lithium secondary battery including the anode
KR102391115B1 (en) Positive electrode active material and lithium secondary battery including positive electrode comprising the same
KR102448300B1 (en) Composite positive active material, positive electrode including the same, and lithium battery including the positive electrode
KR102307912B1 (en) Composite cathode active material, cathode and lithium battery containing the material, and preparation method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant