KR101904895B1 - Positive active material for rechargeable lithium battery, and positive electrode for rechargeable lithium battery and rechargeable lithium battery including the same - Google Patents

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Abstract

비표면적이 3 내지 12 m2/g 이고 결정자 직경이 40 내지 120 nm 인 리튬망간산화물계 고용체를 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질, 그리고 이를 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 및 리튬 이차 전지가 제공된다.A lithium manganese oxide-based solid solution having a specific surface area of 3 to 12 m 2 / g and a crystallite diameter of 40 to 120 nm, and a positive electrode and a lithium secondary battery for the lithium secondary battery comprising the same.

Description

리튬 이차 전지용 양극 활물질, 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 및 리튬 이차 전지{POSITIVE ACTIVE MATERIAL FOR RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY, AND POSITIVE ELECTRODE FOR RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY AND RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY INCLUDING THE SAME}FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a positive electrode active material for a lithium secondary battery, and a positive electrode and a lithium secondary battery for the same, and a positive electrode and a lithium secondary battery for the same. BACKGROUND ART < RTI ID =

리튬 이차 전지용 양극 활물질, 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 및 리튬 이차 전지에 관한 것이다.
A positive electrode active material for a lithium secondary battery, and a positive electrode and a lithium secondary battery for a lithium secondary battery comprising the same.

리튬망간산화물계 고용체는 고전압에서 충전시 고용량을 나타냄에 따라 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 재료로 연구가 활발히 진행 중이다.Lithium manganese oxide solid solution exhibits a high capacity when charged at a high voltage, and accordingly, research is being actively conducted as a material for a cathode active material for a lithium secondary battery.

그러나 고전압에서 충방전 사이클을 반복할 경우 전지의 수명 특성에 한계가 있다.
However, when the charging / discharging cycle is repeated at a high voltage, there is a limit to the lifetime characteristics of the battery.

일 구현예는 충방전 사이클의 반복에 의한 방전 용량의 저하를 억제하고 사이클 수명 특성을 향상시킨 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 제공하기 위한 것이다.One embodiment is to provide a positive electrode active material for a lithium secondary battery that suppresses a decrease in discharge capacity due to repetition of a charge-discharge cycle and improves cycle life characteristics.

다른 일 구현예는 상기 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극을 제공하기 위한 것이다.Another embodiment is to provide a positive electrode for a lithium secondary battery comprising the positive electrode active material.

또 다른 일 구현예는 상기 양극을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공하기 위한 것이다.
Another embodiment is to provide a lithium secondary battery comprising the positive electrode.

일 구현예는 비표면적이 3 내지 12 m2/g 이고 결정자 직경이 40 내지 120 nm 인 리튬망간산화물계 고용체를 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 제공한다.One embodiment provides a cathode active material for a lithium secondary battery comprising a lithium manganese oxide-based solid solution having a specific surface area of 3 to 12 m 2 / g and a crystallite diameter of 40 to 120 nm.

상기 리튬망간산화물계 고용체의 비표면적이 6 내지 12 m2/g 일 수 있다.The specific surface area of the lithium manganese oxide solid solution may be 6 to 12 m 2 / g.

상기 리튬망간산화물계 고용체의 결정자 직경이 40 내지 70 nm 일 수 있다.The crystallite diameter of the lithium manganese oxide solid solution may be 40 to 70 nm.

상기 리튬망간산화물계 고용체는 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.The lithium manganese oxide solid solution may be represented by the following general formula (1).

[화학식 1][Chemical Formula 1]

xLi2MnO3ㆍ(1-x)LiMO2 xLi 2 MnO 3 (1-x) LiMO 2

(상기 화학식 1에서, (In the formula 1,

M은 하기 화학식 2로 표시되고, 0.2≤x≤0.5 이다.)M is represented by the following formula (2) and 0.2? X? 0.5.)

[화학식 2](2)

MnaCobNicM'd Mn a Co b Ni c M ' d

(상기 화학식 2에서, (In the formula (2)

M'은 Mn, Co 및 Ni을 제외한 전이금속이고, M 'is a transition metal except for Mn, Co and Ni,

0.2≤a≤0.5, 0.1≤b≤0.4, 0.2≤c≤0.5, 0≤d≤0.5 및 a+b+c+d=1 이다.)D? 0.5 and a + b + c + d = 1).

다른 일 구현예는 상기 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극을 제공한다.Another embodiment provides a positive electrode for a lithium secondary battery comprising the positive electrode active material.

또 다른 일 구현예는 상기 양극; 음극; 및 전해액을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다.Yet another embodiment includes the anode; cathode; And a lithium secondary battery comprising the electrolyte.

기타 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.
The details of other embodiments are included in the detailed description below.

충방전 사이클의 반복에 따른 리튬망간산화물계 고용체의 크랙 발생과 방전 용량의 저하를 억제하고 사이클 수명 특성을 향상시킨 리튬 이차 전지를 구현할 수 있다.
It is possible to realize a lithium secondary battery in which cracking of the lithium manganese oxide solid solution due to repetition of the charge-discharge cycle and reduction of the discharge capacity are suppressed and cycle life characteristics are improved.

도 1은 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지의 개략적인 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2는 리튬망간산화물계 고용체의 비표면적과 전압강하량의 대응 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3은 리튬망간산화물계 고용체의 결정자 직경과 전압강하량의 대응 관계를 나타내는 그래프이다.
1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a lithium secondary battery according to one embodiment.
2 is a graph showing the correspondence between the specific surface area and the voltage drop amount of the lithium manganese oxide solid solution.
3 is a graph showing the correspondence between the crystallite diameter and the voltage drop amount of the lithium manganese oxide solid solution.

이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다.  다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, it should be understood that the present invention is not limited thereto, and the present invention is only defined by the scope of the following claims.

일 구현예에 따른 리튬 이차 전지를 도 1을 참고하여 설명한다.A lithium secondary battery according to one embodiment will be described with reference to FIG.

도 1은 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지의 개략적인 구성을 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a lithium secondary battery according to one embodiment.

도 1을 참고하면, 리튬 이차 전지(10)는 양극(20), 음극(30), 그리고 상기 양극(20)과 상기 음극(30) 사이에 배치되는 세퍼레이터(40)를 포함한다.1, the lithium secondary battery 10 includes a positive electrode 20, a negative electrode 30, and a separator 40 disposed between the positive electrode 20 and the negative electrode 30.

상기 리튬 이차 전지의 충전 도달 전압, 즉, 산화 환원 전위는 예를 들면 4.5V 내지 5.0V (vs.Li/Li+)가 될 수 있다.The charge reached voltage of the lithium secondary battery, that is, the redox potential may be, for example, 4.5V to 5.0V (vs. Li / Li +).

상기 리튬 이차 전지의 형태는 특별히 한정되지 않는다. 다시 말해, 리튬 이차 전지는 원통형, 각형, 라미네이트형, 버튼형 등의 어떠한 형태도 가능하다.The shape of the lithium secondary battery is not particularly limited. In other words, the lithium secondary battery can have any shape such as a cylindrical shape, a square shape, a laminate shape, and a button shape.

상기 양극(20)은 집전체(21) 및 상기 집전체(21) 위에 형성되는 양극 활물질층(22)을 포함한다.The anode 20 includes a current collector 21 and a cathode active material layer 22 formed on the current collector 21.

상기 집전체는 예를 들면 알루미늄 등일 수 있다.The collector may be, for example, aluminum.

상기 양극 활물질층은 양극 활물질 및 도전재를 포함할 수 있고, 결착제를 추가로 포함할 수 있다.The cathode active material layer may include a cathode active material and a conductive material, and may further include a binder.

상기 양극 활물질은 리튬망간산화물계 고용체를 포함할 수 있다.The cathode active material may include a lithium manganese oxide solid solution.

상기 리튬망간산화물계 고용체는 Li2MnO3을 포함하는 고용체일 수 있고, 구체적으로는 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.The lithium manganese oxide-based solid solution may be a solid solution containing Li 2 MnO 3 , and specifically may be represented by the following general formula (1).

[화학식 1][Chemical Formula 1]

xLi2MnO3ㆍ(1-x)LiMO2 xLi 2 MnO 3 (1-x) LiMO 2

(상기 화학식 1에서, (In the formula 1,

M은 하기 화학식 2로 표시되고, 0.2≤x≤0.5 이다.)M is represented by the following formula (2) and 0.2? X? 0.5.)

[화학식 2](2)

MnaCobNicM'd Mn a Co b Ni c M ' d

(상기 화학식 2에서, (In the formula (2)

M'은 Mn, Co 및 Ni을 제외한 전이금속이고, M 'is a transition metal except for Mn, Co and Ni,

0.2≤a≤0.5, 0.1≤b≤0.4, 0.2≤c≤0.5, 0≤d≤0.5 및 a+b+c+d=1 이다.)D? 0.5 and a + b + c + d = 1).

상기 리튬망간산화물계 고용체를 양극 활물질로 사용한 리튬 이차 전지는 4.5V이상의 고전압으로 충전했을 경우 200 mAh/g이상의 고용량을 나타낸다. 상기 리튬망간산화물계 고용체는 충방전시 상 변화를 일으키므로, 다시 말하면, 리튬망간산화물계 고용체의 결정 구조는 충전시 층형 결정 구조에서 스피넬형 결정 구조로 변화되고, 방전시 스피넬형 결정 구조에서 층형 결정 구조로 변화되므로, 이러한 상 변화가 방전 용량의 향상에 기여할 수 있다.A lithium secondary battery using the lithium manganese oxide-based solid solution as a cathode active material exhibits a high capacity of 200 mAh / g or more when charged at a high voltage of 4.5 V or higher. The crystalline structure of the lithium manganese oxide solid solution is changed from a layered crystal structure to a spinel crystal structure during charging and a layered structure in a spinel crystal structure at the time of discharging because the lithium manganese oxide based solid solution causes a phase change during charging and discharging, The crystal structure is changed, so that such a phase change can contribute to the improvement of the discharge capacity.

그러나 고전압으로 충전시 충방전 사이클이 반복됨에 따라 상 변화가 가역적으로 일어나지 않을 수 있다. 다시 말하면, 방전시 일부 결정자가 스피넬형 결정 구조에서 층형 결정 구조로 되돌아오지 않게 되며, 충방전 사이클이 반복됨에 따라 스피넬형 결정 구조를 가지는 결정자가 증가하게 된다. 이로 인하여 충방전에 기여하는 결정자의 수가 감소함에 따라, 사이클 수명 특성이 저하될 수 있다. 또한 스피넬형 결정 구조를 가지는 결정자의 수가 증가됨에 따라 고용체 내부의 응력이 증가하게 되고, 이러한 응력에 의해 고용체 표면에 크랙이 발생할 수 있다.However, the phase change may not be reversible as the charge / discharge cycle is repeated at high voltage charging. In other words, during the discharge, some crystallizers do not return to the layered crystal structure in the spinel crystal structure, and crystallites having a spinel crystal structure increase as the charge and discharge cycles are repeated. As a result, the number of crystallites contributing to charge and discharge decreases, and cycle life characteristics may be degraded. Also, as the number of crystallites having a spinel crystal structure increases, the stress in the solid solution increases, and cracks may be generated on the solid solution surface due to such stress.

일 구현예에 따르면, 리튬망간산화물계 고용체의 비표면적 및 결정자 직경을 조절하여, 고전압으로 충전시 충방전 사이클이 반복되더라도 크랙의 발생이 억제되고 고용량 특성이 유지되는, 즉, 우수한 사이클 수명 특성을 가질 수 있다.According to one embodiment, by controlling the specific surface area and the crystallite diameter of the lithium manganese oxide solid solution, it is possible to suppress the generation of cracks even when the charge / discharge cycle is repeated at high voltage and to maintain the high capacity characteristics, Lt; / RTI >

구체적으로, 상기 리튬망간산화물계 고용체의 비표면적은 3 내지 12 m2/g 일 수 있고, 더욱 구체적으로는 6 내지 12 m2/g 일 수 있다. 상기 리튬망간산화물계 고용체의 비표면적이 상기 범위 내일 경우 고용체 내에서 각 결정자의 유동성이 우수하고 결정자가 깨지기 어려우므로 충방전시 상 변화를 가역적으로 일으킬 수 있다. 이에 따라 고전압으로 충방전시 상기 리튬망간산화물계 고용체의 표면에 크랙의 발생을 억제하고 사이클 수명 특성을 향상시킬 수 있다.Specifically, the specific surface area of the lithium manganese oxide solid solution may be 3 to 12 m 2 / g, and more specifically, 6 to 12 m 2 / g. When the specific surface area of the lithium manganese oxide solid solution is within the above range, the crystallinity of each crystallite is excellent in the solid solution and the crystallite is hardly broken, so that the phase change can be reversibly caused during charging and discharging. As a result, it is possible to suppress the generation of cracks on the surface of the lithium manganese oxide solid solution during charge and discharge at a high voltage and to improve cycle life characteristics.

상기 비표면적은 예를 들면 질소 흡착법에 의해 측정될 수 있다.The specific surface area can be measured by, for example, a nitrogen adsorption method.

또한 상기 리튬망간산화물계 고용체의 결정자 직경은 40 내지 120 nm 일 수 있고, 구체적으로는 40 내지 70 nm 일 수 있다. 상기 리튬망간산화물계 고용체의 결정자 직경이 상기 범위 내일 경우 고용체 내에서 각 결정자의 유동성이 우수하고 결정자가 깨지기 어려우므로 충방전시 상 변화를 가역적으로 일으킬 수 있다. 이에 따라 고전압으로 충방전시 상기 리튬망간산화물계 고용체의 표면에 크랙의 발생을 억제하고 사이클 수명 특성을 향상시킬 수 있다.The crystallite diameter of the lithium manganese oxide solid solution may be 40 to 120 nm, specifically 40 to 70 nm. When the crystallite diameter of the lithium manganese oxide solid solution is within the above range, the crystallinity of each crystallite is excellent in the solid solution and the crystallite is hard to break, so that the phase change can be reversibly caused during charging and discharging. As a result, it is possible to suppress the generation of cracks on the surface of the lithium manganese oxide solid solution during charge and discharge at a high voltage and to improve cycle life characteristics.

상기 결정자(crystallite)는 미세 크기를 가지는 단결정(single crystal)을 나타내며, 상기 리튬망간산화물계 고용체는 이러한 결정자들로 이루어진 다결정체일 수 있다. The crystallite may be a single crystal having a fine size, and the lithium manganese oxide solid solution may be a polycrystalline material composed of such crystallizers.

구체적으로, 상기 결정자 직경은 하기 수학식 1에 의해 정의될 수 있다.Specifically, the crystallite diameter can be defined by the following equation (1).

[수학식 1] [Equation 1]

D = (K * λ) / (β * cosθ)D = (K *?) / (? * Cos?)

(상기 수학식 1에서, (In the above formula (1)

D는 결정자 직경이고,D is the crystallite diameter,

K는 셰러(Scherrer) 상수이고, 예를 들면, 0.9 일 수 있고, K is a Scherrer constant and can be, for example, 0.9,

β는 X선 회절(XRD)에 의해 회절각 근방에서 관찰되는 피크의 반가폭(rad)이고, 이때 상기 피크는 결정자의 (003)면의 회절 피크이며,β is a half-value width (rad) of a peak observed near the diffraction angle by X-ray diffraction (XRD), wherein the peak is the diffraction peak of the (003)

θ는 회절각(rad)이다.) θ is the diffraction angle (rad).)

상기 β 및 θ의 단위는 모두 라디안이다.The units of? And? Are all radians.

상기 비표면적과 결정자 직경은 상기 리튬망간산화물계 고용체의 제조시 교반 속도, 교반 시간, 소성 온도, 소성 시간 등을 제어함으로써 조절될 수 있다.The specific surface area and crystallite diameter can be controlled by controlling the stirring speed, stirring time, baking temperature, baking time and the like in the production of the lithium manganese oxide solid solution.

상기 리튬망간산화물계 고용체의 제조 방법은 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면 공침법 등으로 제조될 수 있다.The method for producing the lithium manganese oxide solid solution is not particularly limited, and for example, it can be produced by coprecipitation.

구체적으로, 황산 니켈 6수화물, 황산 망간 7수화물 및 황산 코발트 5수화물을 이온 교환 물에 용해하여 혼합 수용액을 제조한다. Specifically, nickel sulfate hexahydrate, manganese sulfate heptahydrate, and cobalt sulfate heptahydrate are dissolved in ion exchanged water to prepare a mixed aqueous solution.

상기 황산 니켈 6수화물, 상기 황산 망간 7수화물 및 상기 황산 코발트 5수화물의 총량은 상기 혼합 수용액의 총량에 대하여 20 중량%로 사용될 수 있다. 또한 상기 황산 니켈 6수화물, 상기 황산 망간 7수화물 및 상기 황산 코발트 5수화물은 각각 Ni, Co 및 Mn의 각 원소의 몰비가 원하는 값이 되도록 혼합한다. 각 원소의 몰비는 리튬망간산화물계 고용체의 조성에 따라 결정된다. 예를 들면, 0.4Li2MnO3-0.6Li(Mn0.33Co0.33Ni0.33)O2를 제조할 경우 각 원소의 몰비는 Mn:Co:Ni이 60:20:20 이 된다. The total amount of the nickel sulfate hexahydrate, the manganese sulfate heptahydrate and the cobalt sulfate heptahydrate may be 20 wt% based on the total amount of the mixed aqueous solution. The nickel sulfate hexahydrate, the manganese sulfate heptahydrate and the cobalt sulfate heptahydrate are mixed so that the molar ratio of each element of Ni, Co and Mn is a desired value. The molar ratio of each element is determined according to the composition of the lithium manganese oxide solid solution. For example, when 0.4Li 2 MnO 3 -0.6 Li (Mn 0.33 Co 0.33 Ni 0.33 ) O 2 is produced, the molar ratio of each element is Mn: Co: Ni of 60:20:20.

한편, 반응 용기에 소정 양의 이온 교환 물을 투입하고, 상기 이온 교환 물의 온도를 50℃로 유지할 수 있다.On the other hand, a predetermined amount of ion exchange material can be put into the reaction vessel, and the temperature of the ion exchange material can be maintained at 50 캜.

이어서, 상기 이온 교환 물에 NaOH 수용액(NaOH 40 중량% 함유됨)을 적하하여 반응 용기 수용액의 pH를 11.5로 조정한다. 이어서, 질소 등의 불활성 가스에 의해 상기 이온 교환 물을 버블링(bubbling) 함으로써 용존 산소를 제거한다. Subsequently, an aqueous solution of NaOH (containing 40% by weight of NaOH) is dropped into the ion-exchanged material to adjust the pH of the reaction vessel aqueous solution to 11.5. Subsequently, the ion exchanged material is bubbled with an inert gas such as nitrogen to remove dissolved oxygen.

상기 반응 용기 수용액을 교반하고, 반응 용기 수용액의 온도를 50℃로 유지하고, 상기 혼합 수용액을 상기 반응층 수용액에 적하한다. 적하 속도는 특별히 제한되지 않으나, 예를 들면, 3 ml/min 정도 일 수 있다.The reaction vessel aqueous solution is stirred, the temperature of the reaction vessel aqueous solution is maintained at 50 占 폚, and the mixed aqueous solution is dropped into the reaction solution aqueous solution. The dropping rate is not particularly limited, but may be, for example, about 3 ml / min.

상기 반응 용기 수용액에 NaOH 수용액(NaOH 40 중량% 함유됨) 및 NH3 수용액(NH3 10 중량% 함유됨)을 추가로 적하하여 교반하고, 반응 용기 수용액의 pH를 11.5으로 유지하여, 각 금속 원소의 수산화물이 공침한다. An aqueous solution of NaOH (containing 40 wt% of NaOH) and an aqueous NH 3 solution (containing 10 wt% of NH 3 ) were further added dropwise to the reaction vessel aqueous solution and stirred. The pH of the reaction vessel aqueous solution was maintained at 11.5, Is co-precipitated.

이때 교반은 소정의 속도 및 시간으로 수행될 수 있다. 예를 들면, 교반 속도는 1 내지 10 m/s로, 교반 시간은 5시간 이상 동안 수행될 수 있다. 상기 범위 내의 교반 속도 및 교반 시간으로 수행할 경우 일 구현예에 따른 범위 내의 비표면적과 결정자 직경을 얻을 수 있다. At this time, stirring can be performed at a predetermined speed and time. For example, the stirring speed may be 1 to 10 m / s, and the stirring time may be performed for 5 hours or more. When the stirring speed and agitation time are within the above ranges, the specific surface area and the crystallite diameter within the range according to one embodiment can be obtained.

이어서, 고체 액체 분리, 예를 들면, 흡인 여과에 의해 상기 공침 수산화물을 반응 용기 수용액으로부터 꺼내어 이온 교환 물로 세정한다. The coprecipitate hydroxide is then removed from the reaction vessel aqueous solution by solid liquid separation, for example, suction filtration, and washed with ion exchanged water.

이어서 상기 공침 수산화물을 진공 건조한다. 건조 온도는 예를 들면 100℃ 일 수 있고, 건조 시간은 예를 들면 10 시간 일 수 있다. 건조 후의 공침 수산화물을 막자 사발로 몇 분간 분쇄하고 건조 분말을 얻는다. 상기 건조 분말과 탄산 리튬을 혼합하여 혼합 분체를 생성한다. 이때 Li과 M(Ni+Mn+Co)와의 몰비는 고용체의 조성에 따라 결정된다. 예를 들면, 0.4Li2MnO3-0.6Li(Mn0 .33Co0 .33Ni0 .33)O2을 제조할 경우 Li과 M의 몰비 Li:M은 1.4:1이 된다. The coprecipitate hydroxide is then vacuum dried. The drying temperature may be, for example, 100 占 폚, and the drying time may be, for example, 10 hours. After drying, the coprecipitate hydroxide is pulverized with a mortar for several minutes to obtain a dry powder. The dry powder and lithium carbonate are mixed to produce a mixed powder. The molar ratio of Li to M (Ni + Mn + Co) is determined depending on the composition of the solid solution. For example, 0.4Li 2 MnO 3 -0.6Li when manufacturing the (Mn 0 .33 Co 0 .33 Ni 0 .33) O 2 molar ratio of Li and M Li: M is 1.4: 1.

이어서 상기 혼합 분체를 소정의 시간 및 온도로 소성한다. 이에 따라 리튬망간산화물계 고용체가 제조될 수 있다. 이때 소성 시간은 4 내지 24 시간으로 소성 온도는 710 내지 980 ℃의 온도로 수행될 수 있고, 구체적으로는 720 내지 930 ℃의 온도로 수행될 수 있다.Subsequently, the mixed powder is fired at a predetermined time and temperature. Whereby a lithium manganese oxide solid solution can be produced. At this time, the firing time may be 4 to 24 hours, the firing temperature may be 710 to 980 ° C, and more specifically, 720 to 930 ° C.

상기 리튬망간산화물계 고용체의 함유량은 특별히 제한되지 않고, 리튬 이차 전지의 양극 활물질층에 적용되는 함유량이라면 된다.The content of the lithium manganese oxide solid solution is not particularly limited and may be a content that is applied to the positive electrode active material layer of the lithium secondary battery.

상기 도전재는 예를 들면 케첸 블랙(KETJEN BLACK), 아세틸렌 블랙 등의 카본블랙; 천연흑연, 인조흑연 등의 흑연을 들 수 있으나, 양극의 도전성을 높이기 위한 것이라면 특별히 제한되지 않는다. The conductive material may include, for example, carbon black such as KETJEN BLACK, acetylene black or the like; Graphite such as natural graphite and artificial graphite. However, it is not particularly limited as long as it is for increasing the conductivity of the anode.

상기 도전재의 함유량은 특별히 제한되지 않고, 리튬 이차 전지의 양극 활물질층에 적용되는 함유량이라면 된다.The content of the conductive material is not particularly limited and may be any content as long as it is applied to the positive electrode active material layer of the lithium secondary battery.

상기 결착제는 예를 들면 폴리불화비닐리덴, 에틸렌 프로필렌 디엔 삼원 공중합체, 스티렌 부타디엔 고무, 아크릴로니트릴 부타디엔 고무, 플루오르 고무, 폴리아세트산비닐, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌, 니트로셀룰로오스 등을 들 수 있으나, 양극 활물질 및 도전재를 집전체 위에 결착시킬 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. Examples of the binder include polyvinylidene fluoride, ethylene propylene diene terpolymer, styrene butadiene rubber, acrylonitrile butadiene rubber, fluor rubber, polyvinyl acetate, polymethyl methacrylate, polyethylene, nitrocellulose and the like However, it is not particularly limited as long as it can bind the positive electrode active material and the conductive material on the current collector.

상기 결착제의 함유량은 특별히 제한되지 않고, 리튬 이차 전지의 양극 활물질층에 적용되는 함유량이라면 된다. The content of the binder is not particularly limited and may be a content that is applied to the positive electrode active material layer of the lithium secondary battery.

상기 양극 활물질층은 예를 들면, 상기 양극 활물질, 상기 도전재 및 상기 결착제를 N-메틸-2-피롤리돈 등과 같은 유기 용매에 분산시켜 슬러리를 형성하고, 상기 슬러리를 상기 집전체 위에 도포 및 건조하여 형성할 수 있다.The cathode active material layer may be formed by, for example, dispersing the cathode active material, the conductive material, and the binder in an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone to form a slurry, And drying it.

상기 도포의 방법은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 나이프 코팅법, 그라비아 코팅법 등을 들 수 있다.The coating method is not particularly limited, and examples thereof include a knife coating method and a gravure coating method.

이어서, 프레스기에 의해 상기 양극 활물질층을 원하는 두께가 되도록 압연하여 양극을 제조할 수 있다. 이때 상기 양극 활물질층의 두께는 특별히 제한되지 않는다.Subsequently, the positive electrode active material layer is rolled to a desired thickness by a press machine to produce a positive electrode. At this time, the thickness of the positive electrode active material layer is not particularly limited.

상기 음극(30)은 집전체(31) 및 상기 집전체(31) 위에 형성되는 음극 활물질층(32)을 포함한다.
The cathode 30 includes a current collector 31 and a negative electrode active material layer 32 formed on the current collector 31.

*상기 집전체(31)는 예를 들면 구리, 니켈 등일 수 있다.The current collector 31 may be, for example, copper, nickel, or the like.

상기 음극 활물질층은 리튬 이차 전지의 음극 활물질층으로서 사용되는 것이라면, 어떠한 것이든 사용 가능하다. 예를 들면, 음극 활물질층은 음극 활물질을 포함하고, 결착제를 추가로 포함할 수 있다.The negative electrode active material layer may be any negative electrode active material layer as long as it is used as a negative electrode active material layer of a lithium secondary battery. For example, the negative electrode active material layer includes a negative electrode active material, and may further include a binder.

상기 음극 활물질은 예를 들면, 인조흑연, 천연흑연, 인조흑연과 천연흑연과의 혼합물, 인조흑연을 피복한 천연흑연 등의 흑연; 규소, 주석 또는 이들의 산화물의 미립자와 상기 흑연과의 혼합물; 규소 또는 주석의 미립자; 규소 또는 주석을 함유한 합금; Li4Ti5O12 등의 산화 티탄계 화합물 등을 들 수 있다. 상기 규소의 산화물은 SiOx(0≤x≤2)로 표시될 수 있다. 또한 금속 리튬 등을 사용할 수도 있다.Examples of the negative electrode active material include graphite such as artificial graphite, natural graphite, a mixture of artificial graphite and natural graphite, and natural graphite coated with artificial graphite; A mixture of fine particles of silicon, tin or an oxide thereof, and graphite; Fine particles of silicon or tin; An alloy containing silicon or tin; Li 4 Ti 5 O 12 , And the like. The oxide of silicon may be represented by SiOx (0? X? 2). Metal lithium or the like may also be used.

상기 결착제는 상기 양극 활물질층을 구성하는 결착제와 동일한 것일 수 있다.The binder may be the same as the binder constituting the positive electrode active material layer.

상기 음극 활물질과 상기 결착제의 혼합 중량비는 특별히 제한되지 않는다.The mixing weight ratio of the negative electrode active material and the binder is not particularly limited.

상기 음극은 상기 양극과 동일한 방법으로 제조될 수 있다.The negative electrode may be manufactured in the same manner as the positive electrode.

구체적으로, 음극 활물질 및 결착제를 소정의 비율로 혼합한 것을 N-메틸-2-피롤리돈 등과 같은 유기 용매에 분산시켜 슬러리를 형성한다. 이어서, 상기 슬러리를 집전체 위에 도포 및 건조하여 음극 활물질층을 형성한다. 이어서, 프레스기에 의해 음극 활물질층을 원하는 두께가 되도록 압연하여 음극을 제조할 수 있다. 이때 상기 음극 활물질층의 두께는 특별히 제한되지 않는다.Specifically, the negative electrode active material and the binder are mixed in a predetermined ratio and dispersed in an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone to form a slurry. Subsequently, the slurry is coated on a current collector and dried to form a negative electrode active material layer. Subsequently, the negative electrode active material layer is rolled to a desired thickness by a press machine to produce a negative electrode. At this time, the thickness of the negative electrode active material layer is not particularly limited.

상기 음극 활물질층으로 금속 리튬을 이용할 경우, 집전체에 금속 리튬 박을 형성할 수 있다. When metal lithium is used for the negative electrode active material layer, a metal lithium foil can be formed on the current collector.

상기 세퍼레이터(40)는 특별히 제한되지 않고, 리튬 이차 전지의 세퍼레이터로 사용되는 것이라면 어떤 것이든 사용 가능하다. 구체적으로는 우수한 고율 방전 성능을 나타내는 다공막이나 부직포 등을 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다.The separator 40 is not particularly limited, and any separator may be used as long as it is used as a separator of a lithium secondary battery. Concretely, a porous film or nonwoven fabric exhibiting excellent high rate discharge performance can be used alone or in combination.

상기 세퍼레이터의 재료로는, 예를 들면, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀계 수지; 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 등의 폴리에스테르계 수지; 폴리불화비닐리덴, 불화비닐리덴-헥사플루오로프로필렌 공중합체, 불화비닐리덴-퍼플루오로비닐에테르 공중합체, 불화비닐리덴-테트라플루오로에틸렌 공중합체, 불화비닐리덴-트리플루오로에틸렌 공중합체, 불화비닐리덴-플루오로에틸렌 공중합체, 불화비닐리덴-헥사플루오로아세톤 공중합체, 불화비닐리덴-에틸렌 공중합체, 불화비닐리덴-프로필렌 공중합체, 불화비닐리덴-트리플루오로프로필렌 공중합체, 불화비닐리덴-테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체, 불화비닐리덴-에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체 등의 불소계 수지를 들 수 있다. As the material of the separator, for example, a polyolefin resin such as polyethylene and polypropylene; Polyester resins such as polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate; Vinylidene fluoride-vinylidene fluoride copolymer, vinylidene fluoride-vinylidene fluoride-vinylidene fluoride copolymer, vinylidene fluoride-perfluorovinyl ether copolymer, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride- Vinylidene fluoride-fluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-hexafluoroacetone copolymer, vinylidene fluoride-ethylene copolymer, vinylidene fluoride-propylene copolymer, vinylidene fluoride-trifluoropropylene copolymer, vinyl fluoride Fluorene resins such as vinylidene fluoride-ethylene-tetrafluoroethylene copolymer, diene-tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, and vinylidene fluoride-ethylene-tetrafluoroethylene copolymer.

상기 세퍼레이터의 공극율은 특별히 제한되지 않는다.The porosity of the separator is not particularly limited.

상기 세퍼레이터는 전해액으로 함침될 수 있다.The separator may be impregnated with an electrolytic solution.

상기 전해액은 리튬 이차 전지에 사용될 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 구체적으로, 상기 전해액은 비수 용매 및 전해질 염을 포함할 수 있다.The electrolytic solution is not particularly limited as long as it can be used in a lithium secondary battery. Specifically, the electrolytic solution may include a non-aqueous solvent and an electrolyte salt.

상기 비수 용매로는, 예를 들면, 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 클로로에틸렌 카보네이트, 비닐렌 카보네이트 등의 환형 탄산 에스테르류; γ-부티로락톤, γ-발레로락톤 등의 환형 에스테르류; 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트 등의 쇄상 카보네이트류; 포름산 메틸, 아세트산 메틸, 부티르산 메틸 등의 쇄상 에스테르류; 테트라하이드로푸란 또는 그 유도체; 1,3-디옥산, 1,4-디옥산, 1,2-디메톡시에탄, 1,4-디부톡시에탄, 메틸디글라임 등의 에테르류; 아세토니트릴, 벤조니트릴 등의 니트릴류; 디옥솔란 또는 그 유도체; 에틸렌 술파이드, 술포란, 술톤 또는 이들의 유도체 등을 들 수 있으며, 이들을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.Examples of the non-aqueous solvent include cyclic carbonate esters such as propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, chloroethylene carbonate and vinylene carbonate; cyclic esters such as? -butyrolactone and? -valerolactone; Chain carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate; Chain esters such as methyl formate, methyl acetate and methyl butyrate; Tetrahydrofuran or a derivative thereof; Ethers such as 1,3-dioxane, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxyethane, 1,4-dibutoxyethane and methyl diglyme; Nitriles such as acetonitrile and benzonitrile; Dioxolane or derivatives thereof; Ethylene sulfide, sulfolane, sultone or derivatives thereof, and these may be used alone or in combination of two or more.

상기 전해질 염으로는, 예를 들면, LiClO4, LiBF4, LiAsF6, LiPF6, LiSCN, LiBr, LiI, Li2SO4, Li2B10Cl10, NaClO4, NaI, NaSCN, NaBr, KClO4, KSCN 등의 무기 이온염; LiCF3SO3, LiN(CF3SO2)2, LiN(C2F5SO2)2, LiN(CF3SO2)(C4F9SO2), LiC(CF3SO2)3, LiC(C2F5SO2)3, (CH3)4NBF4, (CH3)4NBr, (C2H5)4NClO4, (C2H5)4NI, (C3H7)4NBr, (n-C4H9)4NClO4, (n-C4H9)4Ni, (C2H5)4N-말리에이트, (C2H5)4N-벤조에이트, (C2H5)4N-프탈레이트, 스테아릴 술폰산 리튬, 옥틸술폰산 리튬, 도데킬벤젠술폰산 리튬 등의 유기 이온 염을 들 수 있고, 이들을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수도 있다.As the electrolyte salt, for example, LiClO 4, LiBF 4, LiAsF 6, LiPF 6, LiSCN, LiBr, LiI, Li 2 SO 4, Li 2 B 10 C l1 0, NaClO 4, NaI, NaSCN, NaBr, Inorganic ion salts such as KClO 4 and KSCN; LiCF 3 SO 3, LiN (CF 3 SO 2) 2, LiN (C 2 F 5 SO 2) 2, LiN (CF 3 SO 2) (C 4 F 9 SO 2), LiC (CF 3 SO 2) 3, LiC (C 2 F 5 SO 2 ) 3, (CH 3) 4 NBF 4, (CH 3) 4 NBr, (C 2 H 5) 4 NClO 4, (C 2 H 5) 4 NI, (C 3 H 7 ) 4 NBr, (nC 4 H 9) 4 NClO 4, (nC 4 H 9) 4 Ni, (C 2 H 5) 4 N- maleate, (C 2 H 5) 4 N- benzoate, (C 2 H 5 ) 4 N-phthalate, lithium stearylsulfonate, lithium octylsulfonate, lithium dodecylbenzenesulfonate, and the like, and they may be used singly or in combination of two or more.

상기 전해질 염의 농도는 특별히 한정되지 않으나, 구체적으로 0.5 내지 2.0 mol/L의 농도로 사용될 수 있다.The concentration of the electrolyte salt is not particularly limited, but may be specifically used in a concentration of 0.5 to 2.0 mol / L.

리튬 이차 전지는 다음과 같은 방법으로 제작될 수 있다.The lithium secondary battery can be manufactured by the following method.

상기 세퍼레이터(40)를 상기 양극(20) 및 상기 음극(30) 사이에 배치하여 전극 구조체를 제조한다. 이어서, 상기 전극 구조체를 원하는 형태, 예를 들면, 원통형, 각형, 라미네이트형, 버튼형 등으로 가공하고, 상기 형태의 용기에 삽입한다. 이어서, 해당 용기 내에 상기 전해액을 주입하여 상기 세퍼레이터 내의 각 기공에 전해액을 함침시켜, 리튬 이차 전지를 제작할 수 있다.
The separator (40) is disposed between the anode (20) and the cathode (30) to produce an electrode structure. Next, the electrode structure is processed into a desired shape, for example, a cylindrical shape, a square shape, a laminate shape, a button shape, or the like, and inserted into the container of the above-described shape. Subsequently, the electrolyte solution is injected into the container, and each of the pores in the separator is impregnated with an electrolytic solution to prepare a lithium secondary battery.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다.  다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 아니된다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described. However, the embodiments described below are only intended to illustrate or explain the present invention, and thus the present invention should not be limited thereto.

또한, 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략한다.In addition, contents not described here can be inferred sufficiently technically if they are skilled in the art, and a description thereof will be omitted.

실시예Example 1 내지 5와  1 to 5 and 비교예Comparative Example 1 및 2 1 and 2

(리튬망간산화물계 고용체 제조)(Lithium manganese oxide solid solution product)

황산 니켈 6수화물, 황산 망간 7수화물 및 황산 코발트 5수화물을 이온 교환 물에 용해하여 혼합 수용액을 제조하였다. 이때 상기 황산 니켈 6수화물, 상기 황산 망간 7수화물 및 상기 황산 코발트 5수화물의 총량은 상기 혼합 수용액의 총량에 대하여 20 중량%로 함유되었다. 또한 상기 황산 니켈 6수화물, 상기 황산 망간 7수화물 및 상기 황산 코발트 5수화물은 Mn, Co 및 Ni의 각 원소의 몰비 Mn:Co:Ni이 60:20:20이 되도록 혼합하였다.Nickel sulfate hexahydrate, manganese sulfate heptahydrate and cobalt sulfate heptahydrate were dissolved in ion exchanged water to prepare a mixed aqueous solution. The total amount of the nickel sulfate hexahydrate, the manganese sulfate heptahydrate and the cobalt sulfate heptahydrate was 20 wt% based on the total amount of the mixed aqueous solution. The nickel sulfate hexahydrate, the manganese sulfate heptahydrate and the cobalt sulfate heptahydrate were mixed so that the molar ratio of Mn, Co and Ni was Mn: Co: Ni of 60:20:20.

한편, 반응 용기에 500ml의 이온 교환 물을 투입하고, 상기 이온 교환 물의 온도를 50℃로 유지하였다. 상기 이온 교환 물에 NaOH 수용액(NaOH 40 중량% 함유됨)을 적하하여 반응 용기 내의 수용액의 pH를 11.5로 조정하였다. 이어서, 질소 가스에 의해 상기 이온 교환 물을 버블링(bubbling)하여 용존 산소를 제거하였다.On the other hand, 500 ml of ion exchanged product was put into the reaction vessel, and the temperature of the ion exchanged product was maintained at 50 캜. An aqueous solution of NaOH (containing 40% by weight of NaOH) was dropped into the ion exchange material to adjust the pH of the aqueous solution in the reaction vessel to 11.5. The ion exchanger was then bubbled with nitrogen gas to remove dissolved oxygen.

상기 반응 용기 수용액을 교반하고 온도를 50℃로 유지한 후, 상기 혼합 수용액을 3ml/min의 속도로 상기 반응 용기 수용액에 적하하였다.After the reaction vessel aqueous solution was stirred and the temperature was maintained at 50 ° C, the mixed aqueous solution was added dropwise to the reaction vessel aqueous solution at a rate of 3 ml / min.

또한 상기 반응 용기 수용액에 NaOH 수용액(NaOH 40 중량% 함유됨) 및 NH3 수용액(NH3 10 중량% 함유됨)을 추가로 적하하여, 반응 용기 수용액의 pH를 11.5로 유지하였다. 이때 교반 속도는 5 m/s이고, 시간은 10 시간이었다. 이에 따라 각 금속 원소의 수산화물을 공침하였다. Further, an aqueous NaOH solution (containing 40 wt% of NaOH) and an NH 3 aqueous solution (containing 10 wt% of NH 3 ) were further added dropwise to the reaction vessel aqueous solution to maintain the pH of the reaction vessel aqueous solution at 11.5. The stirring speed was 5 m / s and the time was 10 hours. Thus, hydroxides of the respective metal elements were coprecipitated.

이어서, 흡인 여과에 의해 상기 공침 수산화물을 반응층 수용액으로부터 꺼내어 이온 교환 물로 세정하였다. 그리고, 공침 수산화물을 진공 건조시켰다. 진공 건조의 온도는 100℃ 이고 건조 시간은 10 시간이었다. Then, the coprecipitated hydroxide was taken out from the reaction layer aqueous solution by suction filtration and washed with ion exchanged water. The coprecipitate hydroxide was then vacuum dried. The vacuum drying temperature was 100 占 폚 and the drying time was 10 hours.

이어서, 건조 후의 공침 수산화물을 막자 사발로 몇 분간 분쇄하고, 건조 분말을 얻었다. 그리고, 건조 분말과 탄산 리튬을 혼합하여 혼합 분체를 생성하였다. 이때 Li과 M(Ni+Mn+Co)의 몰비는 1.4:1로 하였다.Subsequently, the coprecipitated hydroxide after drying was pulverized with a mortar for several minutes to obtain a dry powder. Then, the dry powder and lithium carbonate were mixed to produce a mixed powder. At this time, the molar ratio of Li to M (Ni + Mn + Co) was set to 1.4: 1.

이어서, 상기 혼합 분체를 7개의 샘플로 나누고 각각의 샘플을 소성하였다. 이때 소성 시간은 모든 샘플에서 6 시간이었고 소성 온도는 샘플마다 700 내지 1000℃의 범위에서 변경하였다. 즉, 하기 표 1에서와 같이 샘플마다 다른 온도에서 소성하여, 실시예 1 내지 5와 비교예 1 및 2에 따른 리튬망간산화물계 고용체를 제조하였다.Subsequently, the mixed powder was divided into seven samples and each sample was fired. At this time, the firing time was 6 hours in all the samples and the firing temperature was changed in the range of 700 to 1000 占 폚 per sample. That is, the lithium manganese oxide solid solution according to Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2 was prepared by firing samples at different temperatures as shown in Table 1 below.

실시예Example 비교예Comparative Example 1One 22 33 44 55 1One 22 소성 온도(℃)Firing temperature (캜) 725725 750750 800800 850850 900900 700700 10001000

(리튬 이차 전지 제작)(Production of lithium secondary battery)

위에서 제조된 각각의 리튬망간산화물계 고용체, 아세틸렌 블랙 및 폴리불화비닐리덴을 80:13:7의 중량비로 혼합하였다. 이 혼합물을 N-메틸-2-피롤리돈에 분산하여 슬러리를 형성하였다. 상기 슬러리를 집전체인 알루미늄박 위에 도포하고 건조하여 양극 활물질층을 형성하였고, 상기 양극 활물질층의 두께가 50㎛ 가 되도록 압연하여 양극을 제조하였다.
The respective lithium manganese oxide solid solutions prepared above, acetylene black and polyvinylidene fluoride were mixed at a weight ratio of 80: 13: 7. This mixture was dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone to form a slurry. The slurry was coated on an aluminum foil as a current collector and dried to form a cathode active material layer. The anode active material layer was rolled to a thickness of 50 탆 to prepare a cathode.

*음극은 집전체인 구리박 위에 금속 리튬박을 얹어서 제조하였다.* The negative electrode was prepared by placing a metal lithium foil on a copper foil as a current collector.

세퍼레이터로서 두께 12㎛인 다공질 폴리에틸렌 필름을 준비하고, 상기 세퍼레이터를 상기 양극과 상기 음극 사이에 배치하여 전극 구조체를 제조하였다.A porous polyethylene film having a thickness of 12 占 퐉 was prepared as a separator, and the separator was disposed between the positive electrode and the negative electrode to prepare an electrode structure.

이어서, 상기 전극 구조체를 CR2032 코인 하프셀의 크기로 가공하고, CR2032 코인 하프셀의 용기에 수납하였다.Then, the electrode structure was processed into CR2032 coin half cell size and stored in a container of CR2032 coin half cell.

에틸렌 카보네이트와 디메틸 카보네이트를 3:7의 부피비로 혼합한 비수 용매에, 헥사플루오로인산리튬을 1.00 mol/L의 농도로 용해하여 전해액을 제조하였다.Lithium hexafluorophosphate was dissolved at a concentration of 1.00 mol / L in a nonaqueous solvent in which ethylene carbonate and dimethyl carbonate were mixed in a volume ratio of 3: 7 to prepare an electrolytic solution.

상기 전해액을 상기 코인 하프셀에 주입하여 전해액을 세퍼레이터에 함침하도록 하여, 리튬 이차 전지를 제작하였다.
The electrolyte solution was injected into the coin half cell to impregnate the electrolyte with the separator to produce a lithium secondary battery.

평가 1: Rating 1: 리튬망간산화물계Lithium manganese oxide system 고용체의  Solid-state 비표면적Specific surface area 및 결정자  And crystallizer 직경diameter 측정 Measure

실시예 1 내지 5와 비교예 1 및 2에서 제조된 리튬망간산화물계 고용체의 비표면적을 질소 흡착법으로 측정하여, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.The specific surface area of the lithium manganese oxide solid solution prepared in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2 was measured by a nitrogen adsorption method, and the results are shown in Table 2 below.

또한 실시예 1 내지 5와 비교예 1 및 2에서 제조된 리튬망간산화물계 고용체의 결정자 직경을 다음과 같은 방법으로 측정하여, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.The crystallite diameters of the lithium manganese oxide solid solutions prepared in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2 were measured by the following method, and the results are shown in Table 2 below.

상기 리튬망간산화물계 고용체의 X선 회절 시험을 실시한 결과, 회절각 18℃ 근방에 피크가 검출되었다. 그리고, 회절각 및 피크의 반가폭과 하기 수학식 1을 이용하여 결정자 직경을 산출하였다. As a result of the X-ray diffraction test of the lithium manganese oxide solid solution, a peak was detected in the vicinity of the diffraction angle of 18 캜. Then, the crystallite diameter was calculated using the diffraction angle and the half width of the peak and the following equation (1).

[수학식 1] [Equation 1]

D = (K * λ) / (β * cosθ)D = (K *?) / (? * Cos?)

(상기 수학식 1에서, D는 결정자 직경이고, K는 0.9 이고, β는 X선 회절(XRD)에 의해 회절각 18℃ 근방에서 관찰되는 결정자의 (003)면의 회절 피크의 반가폭(rad)이고, θ는 18/360*2π(rad) 이다.)(Where D is the crystallite diameter, K is 0.9, and beta is the half-width of the (003) plane of the crystallite, which is observed near the diffraction angle of 18 DEG C by X-ray diffraction (XRD) ) And? Is 18/360 * 2? (Rad).

결정자 직경(nm)Crystallite diameter (nm) 비표면적(m2/g)Specific surface area (m 2 / g) 실시예 1Example 1 4040 1212 실시예 2Example 2 5050 88 실시예 3Example 3 7070 66 실시예 4Example 4 9090 55 실시예 5Example 5 120120 33 비교예 1Comparative Example 1 3030 1515 비교예 2Comparative Example 2 150150 22

평가 2: 리튬 이차 전지의 Evaluation 2: Lithium secondary battery 충방전Charging and discharging 특성 characteristic

실시예 1 내지 5와 비교예 1 및 2에서 제작된 리튬 이차 전지의 충방전 평가를 하기 표 3에서와 같이 수행하여, 평가 결과를 하기 표 4와 도 2 및 3에 나타내었다.Charging and discharging evaluations of the lithium secondary batteries fabricated in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2 were carried out as shown in Table 3, and the evaluation results are shown in Table 4 and Figs. 2 and 3.

사이클 횟수Number of cycles 충전 레이트(rate)Charge rate 방전 레이트(rate)Discharge rate 컷오프 전압(V)Cutoff voltage (V) 1One 0.1C CC-CV0.1C CC-CV 0.1C CC0.1C CC 4.8-2.04.8-2.0 22 0.2C CC-CV0.2C CC-CV 0.2C CC0.2C CC 4.7-2.54.7-2.5 3-493-49 1C CC-CV1C CC-CV 1C CC1C CC 4.7-2.54.7-2.5 5050 0.2C CC-CV0.2C CC-CV 0.2C CC0.2C CC 4.7-2.54.7-2.5

상기 표 3에서, CC-CV는 정전류 정전압 충전을 나타내고, CC는 정전류 방전을 나타낸다. 컷오프 전압은 충전 종료시의 전압 및 방전 종료시의 전압을 나타낸다. 예를 들면, 1 사이클째의 충전은 리튬 이차 전지의 전압이 4.8V가 될 때까지 수행되고 방전은 리튬 이차 전지의 전압이 2.0V가 될 때까지 수행되었다. In Table 3, CC-CV denotes a constant current constant voltage charge, and CC denotes a constant current discharge. The cutoff voltage represents the voltage at the end of charging and the voltage at the end of discharge. For example, the charging of the first cycle was performed until the voltage of the lithium secondary battery reached 4.8 V, and the discharge was performed until the voltage of the lithium secondary battery reached 2.0 V.

하기 표 4에서 용량 유지율(%)은 2 사이클시의 방전 용량 대비 50 사이클시의 방전 용량의 백분율로 얻어진다. 또한 평균 방전 전압(V)은 방전시의 전압을 복수 개의 시점으로 측정하고, 측정값을 산술 평균한 값이다. 또한 전압강하는 2 사이클시의 평균 방전 전압과 50 사이클시의 평균 방전 전압과의 차이이다. 이 차이가 작을수록 방전 곡선의 변화가 작은 것을 의미한다.In Table 4, the capacity retention rate (%) is obtained as a percentage of the discharge capacity at 50 cycles to the discharge capacity at 2 cycles. The average discharge voltage V is a value obtained by measuring the voltage at the time of discharge at a plurality of points of time and arithmetically averaging the measured values. The voltage drop is the difference between the average discharge voltage in two cycles and the average discharge voltage in fifty cycles. The smaller the difference, the smaller the variation of the discharge curve.

용량 유지율(%)Capacity retention rate (%) 평균 방전 전압(V)Average discharge voltage (V) 전압강하(mV)Voltage drop (mV) 2 사이클시2 cycle time 50 사이클시At 50 cycles 실시예1Example 1 9595 3.603.60 3.573.57 3030 실시예2Example 2 9595 3.603.60 3.563.56 4040 실시예3Example 3 9595 3.603.60 3.573.57 3030 실시예4Example 4 9595 3.623.62 3.563.56 6060 실시예5Example 5 9595 3.623.62 3.563.56 6060 비교예1Comparative Example 1 8080 3.553.55 3.523.52 3030 비교예2Comparative Example 2 9292 3.653.65 3.533.53 120120

도 2는 리튬망간산화물계 고용체의 비표면적과 전압강하량의 대응 관계를 나타내는 그래프이다.2 is a graph showing the correspondence between the specific surface area and the voltage drop amount of the lithium manganese oxide solid solution.

도 2에서 5개의 점 P11은 실시예 1 내지 5의 측정값이고, 점 P12 및 점 P13은 각각 비교예 1 및 비교예 2의 측정값을 나타낸다. In FIG. 2, the five points P11 are the measured values of Examples 1 to 5, and the points P12 and P13 represent the measured values of Comparative Example 1 and Comparative Example 2, respectively.

도 3은 리튬망간산화물계 고용체의 결정자 직경과 전압강하량의 대응 관계를 나타내는 그래프이다.3 is a graph showing the correspondence between the crystallite diameter and the voltage drop amount of the lithium manganese oxide solid solution.

도 3에서 5개의 점 P21은 실시예 1 내지 5의 측정값을 나타내고, 점 P22 및 점 P23은 각각 비교예 1 및 비교예 2의 측정값을 나타낸다.In FIG. 3, five points P21 represent the measured values of Examples 1 to 5, and the points P22 and P23 represent the measured values of Comparative Example 1 and Comparative Example 2, respectively.

상기 표 4와 도 2 및 3을 참고하면, 실시예 1 내지 5에서는 모두 방전 곡선의 변화가 억제되는 동시에 사이클 수명 특성도 우수함을 알 수 있다. 반면, 비교예 1에서는 방전 곡선의 변화는 억제되어 있으나, 사이클 수명 특성이 저하된다. 또한 비교예 2에서는 방전 곡선의 변화가 큼을 알 수 있다. Referring to Table 4 and FIGS. 2 and 3, it can be seen that the variation of the discharge curve is suppressed in all of Examples 1 to 5, and the cycle life characteristics are also excellent. On the other hand, in Comparative Example 1, although the change of the discharge curve is suppressed, the cycle life characteristics are deteriorated. In Comparative Example 2, the change of the discharge curve is large.

또한 충방전 평가 후의 리튬망간산화물계 고용체를 전자현미경으로 관찰한 결과, 실시예 1 내지 5에서는 크랙이 발생되지 않았으나, 비교예 1 및 2에서는 크랙이 발생됨을 확인하였다.
The lithium manganese oxide solid solution after charge / discharge evaluation was observed with an electron microscope. As a result, it was confirmed that cracks were not generated in Examples 1 to 5, but cracks were generated in Comparative Examples 1 and 2.

*이에 따라 리튬망간산화물계 고용체의 비표면적 및 결정자 직경이 일 구현예에 따른 범위를 가질 경우 크랙의 발생 및 방전 곡선의 변화가 억제되는 동시에 사이클 수명 특성이 향상됨을 알 수 있다.Thus, it can be seen that when the specific surface area and crystallite diameter of the lithium manganese oxide solid solution have a range according to one embodiment, the occurrence of cracks and the change of the discharge curve are suppressed and the cycle life characteristics are improved.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 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 disclosed exemplary embodiments, And falls within the scope of the invention.

10: 리튬 이차 전지
20: 양극
21: 집전체
22: 양극 활물질층
30: 음극
31: 집전체
32: 음극 활물질층
40: 세퍼레이터
10: Lithium secondary battery
20: anode
21: The whole house
22: cathode active material layer
30: cathode
31: The whole house
32: anode active material layer
40: Separator

Claims (6)

비표면적이 6 내지 12 m2/g 이고 결정자 직경이 40 내지 120 nm 인 리튬망간산화물계 고용체를 포함하고,
상기 리튬망간산화물계 고용체는 하기 화학식 1로 표시되는 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
[화학식 1]
xLi2MnO3ㆍ(1-x)LiMO2
(상기 화학식 1에서,
M은 하기 화학식 2로 표시되고, 0.2≤x≤0.5 이다.)
[화학식 2]
MnaCobNicM'd
(상기 화학식 2에서,
M'은 Mn, Co 및 Ni을 제외한 전이금속이고,
0.2≤a≤0.5, 0.1≤b≤0.4, 0.2≤c≤0.5, 0≤d≤0.5 및 a+b+c+d=1 이다.)
A lithium manganese oxide solid solution having a specific surface area of 6 to 12 m 2 / g and a crystallite diameter of 40 to 120 nm,
The lithium manganese oxide-based solid solution is represented by the following formula (1).
[Chemical Formula 1]
xLi 2 MnO 3 (1-x) LiMO 2
(In the formula 1,
M is represented by the following formula (2) and 0.2? X? 0.5.)
(2)
Mn a Co b Ni c M ' d
(In the formula (2)
M 'is a transition metal except for Mn, Co and Ni,
D? 0.5 and a + b + c + d = 1).
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 리튬망간산화물계 고용체의 결정자 직경이 40 내지 70 nm 인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
The method according to claim 1,
Wherein the lithium manganese oxide solid solution has a crystallite diameter of 40 to 70 nm.
삭제delete 제1항 또는 제3항의 양극 활물질
을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극.
The positive electrode active material according to claim 1 or 3,
And a positive electrode for a lithium secondary battery.
제5항의 양극;
음극; 및
전해액
을 포함하는 리튬 이차 전지.
A cathode according to claim 5;
cathode; And
Electrolyte
≪ / RTI >
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