KR102331305B1 - Electrode assembly and lithium secondary battery comprising the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하고, 상기 양극은 니켈(Ni), 코발트(Co)를 포함하고, 망간(Mn) 및 알루미늄(Al)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는 리튬 복합 전이금속 산화물의 양극 활물질을 포함하고, 상기 리튬 복합 전이금속 산화물은 전체 금속 원소 중 니켈(Ni)의 함량이 80몰% 이상이며, 상기 양극 활물질은 단봉분포(unimodal distribution)의 입도 분포를 가지며, 상기 세퍼레이터는 다공성 고분자 막의 적어도 일면에 형성된 아라미드(aramid) 코팅층을 포함하는 전극 조립체 및 이를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.The present invention includes a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, wherein the positive electrode contains nickel (Ni) and cobalt (Co), and is selected from the group consisting of manganese (Mn) and aluminum (Al) A positive electrode active material of a lithium composite transition metal oxide comprising at least one, wherein the lithium composite transition metal oxide has a nickel (Ni) content of 80 mol% or more among all metal elements, and the positive electrode active material is unimodal distribution), wherein the separator is an electrode assembly including an aramid coating layer formed on at least one surface of a porous polymer membrane, and a lithium secondary battery including the same.

Description

전극 조립체 및 이를 포함하는 리튬 이차전지{ELECTRODE ASSEMBLY AND LITHIUM SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}Electrode assembly and lithium secondary battery including the same

본 발명은 전극 조립체 및 이를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to an electrode assembly and a lithium secondary battery including the same.

최근 휴대전화, 노트북 컴퓨터, 전기 자동차 등 전지를 사용하는 전자기구의 급속한 보급에 수반하여 소형 경량이면서도 상대적으로 고용량인 이차전지의 수요가 급속히 증대되고 있다. 특히, 리튬 이차전지는 경량이고 고에너지 밀도를 가지고 있어 휴대 기기의 구동 전원으로서 각광을 받고 있다. 이에 따라, 리튬 이차전지의 성능 향상을 위한 연구개발 노력이 활발하게 진행되고 있다. Recently, with the rapid spread of electronic devices using batteries, such as mobile phones, notebook computers, and electric vehicles, the demand for small, lightweight and relatively high-capacity secondary batteries is rapidly increasing. In particular, a lithium secondary battery has been in the spotlight as a driving power source for a portable device because it is lightweight and has a high energy density. Accordingly, research and development efforts for improving the performance of lithium secondary batteries are being actively conducted.

리튬 이차전지는 리튬 이온의 삽입(intercalations) 및 탈리(deintercalation)가 가능한 활물질로 이루어진 양극과 음극 사이에 유기 전해액 또는 폴리머 전해액을 충전시킨 상태에서 리튬 이온이 양극 및 음극에서 삽입/탈리 될 때의 산화와 환원 반응에 의해 전기 에너지가 생산된다.In a lithium secondary battery, an organic electrolyte or a polymer electrolyte is charged between a positive electrode and a negative electrode made of an active material capable of intercalation and deintercalation of lithium ions, and lithium ions are intercalated/deintercalated from the positive electrode and the negative electrode. Electric energy is produced by a reduction reaction with

리튬 이차전지의 양극 활물질로는 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2), 리튬 망간 산화물(LiMnO2 또는 LiMn2O4 등), 리튬 인산철 화합물(LiFePO4) 등이 사용되었다. 또한, LiNiO2의 우수한 가역 용량은 유지하면서도 낮은 열 안정성을 개선하기 위한 방법으로서, 니켈(Ni)의 일부를 코발트(Co)나 망간(Mn)/알루미늄(Al)으로 치환한 리튬 복합금속 산화물(이하 간단히 'NCM계 리튬 복합 전이금속 산화물' 또는 'NCA계 리튬 복합 전이금속 산화물'이라 함)이 개발되었다. 음극 활물질로는 탄소재 혹은 평균 전위가 낮은 금속 혹은 비금속 산화물이 사용되며, 분리막으로는 폴리올레핀계 고분자(PE, PP 등)를 이용하여 제조된 다공성 막이 주로 사용되고 있다.As a cathode active material of a lithium secondary battery, lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), lithium manganese oxide (LiMnO 2 or LiMn 2 O 4 , etc.), lithium iron phosphate compound (LiFePO 4 ), etc. were used. . In addition, as a method for improving low thermal stability while maintaining the excellent reversible capacity of LiNiO 2 , a lithium composite metal oxide in which a part of nickel (Ni) is substituted with cobalt (Co) or manganese (Mn)/aluminum (Al) ( Hereinafter, simply referred to as 'NCM-based lithium composite transition metal oxide' or 'NCA-based lithium composite transition metal oxide') has been developed. A carbon material or a metal or non-metal oxide having a low average potential is used as the anode active material, and a porous membrane manufactured using a polyolefin-based polymer (PE, PP, etc.) is mainly used as the separator.

그러나, 종래에 양극 활물질로서 개발된 NCM계/NCA계 리튬 복합 전이금속 산화물은 용량 특성이 충분하지 않아 고용량 및 고전압 전지의 적용에 한계가 있었다. 이와 같은 문제점을 개선하기 위해, 최근에는 NCM계/NCA계 리튬 복합 전이금속 산화물에서 Ni의 함량을 증가시키려는 연구가 이루어지고 있다. 그러나, 니켈 함량이 높은 고농도 니켈 양극 활물질을 사용하는 경우, 양극 활물질의 구조적 안정성과 화학적 안정성이 떨어지고, 전해액과의 부반응이 증가하며, 열적 안정성이 급격히 저하된다는 문제점이 있다. 이에, 고용량, 고출력이면서도 우수한 안정성을 동시에 만족하는 리튬 이차전지의 개발이 여전히 필요한 실정이다.However, the conventionally developed NCM-based/NCA-based lithium composite transition metal oxide as a positive electrode active material does not have sufficient capacity characteristics, so there is a limit to the application of high-capacity and high-voltage batteries. In order to improve this problem, recently, research to increase the content of Ni in the NCM-based/NCA-based lithium composite transition metal oxide has been conducted. However, when a high-concentration nickel positive active material having a high nickel content is used, structural stability and chemical stability of the positive active material are deteriorated, a side reaction with an electrolyte is increased, and thermal stability is rapidly reduced. Accordingly, there is still a need to develop a lithium secondary battery that satisfies both high capacity and high output and excellent stability at the same time.

한국공개특허 제2016-0032311호Korean Patent Publication No. 2016-0032311

본 발명은 고용량 및 고출력을 만족하면서도 우수한 안정성을 나타내며, 특히, 4.5V 이상의 고전압 영역에서도 우수한 열적 안정성을 나타내고, 전해액 부반응을 억제할 수 있는 전극 조립체 및 이를 포함하는 리튬 이차전지를 제공하고자 하는 것이다.An object of the present invention is to provide an electrode assembly capable of satisfying high capacity and high output and exhibiting excellent stability, in particular, excellent thermal stability even in a high voltage region of 4.5V or higher, and suppressing electrolyte side reactions, and a lithium secondary battery including the same.

본 발명은 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하고, 상기 양극은 니켈(Ni), 코발트(Co)를 포함하고, 망간(Mn) 및 알루미늄(Al)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는 리튬 복합 전이금속 산화물의 양극 활물질을 포함하고, 상기 리튬 복합 전이금속 산화물은 전체 전이금속 원소 중 니켈(Ni)의 함량이 80몰% 이상이며, 상기 양극 활물질은 단봉분포(unimodal distribution)의 입도 분포를 가지며, 상기 세퍼레이터는 다공성 고분자 막의 적어도 일면에 형성된 아라미드(aramid) 코팅층을 포함하는 전극 조립체를 제공한다.The present invention includes a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, wherein the positive electrode contains nickel (Ni) and cobalt (Co), and is selected from the group consisting of manganese (Mn) and aluminum (Al) A positive electrode active material of a lithium composite transition metal oxide including at least one, wherein the lithium composite transition metal oxide has a nickel (Ni) content of 80 mol% or more among all transition metal elements, and the positive electrode active material has a unimodal distribution ( It has a particle size distribution of unimodal distribution, and the separator provides an electrode assembly including an aramid coating layer formed on at least one surface of the porous polymer membrane.

또한, 본 발명은 상기 전극 조립체를 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다.In addition, the present invention provides a lithium secondary battery including the electrode assembly.

본 발명에 따르면, 니켈(Ni)의 함량이 80몰% 이상인 고함량 니켈(High-Ni)의 리튬 복합 전이금속 산화물이며, 입도 분포 곡선이 단봉분포(unimodal distribution)를 나타내는 양극 활물질을 사용하고, 아라미드(aramid) 코팅층이 형성된 세퍼레이터를 사용함으로써, 고용량 및 고출력을 만족하면서도 우수한 안정성을 나타낼 수 있다. According to the present invention, a lithium composite transition metal oxide with a high content of nickel (Ni) having a nickel (Ni) content of 80 mol% or more, and a positive electrode active material having a particle size distribution curve showing a unimodal distribution is used, By using the separator having an aramid coating layer, it can exhibit excellent stability while satisfying high capacity and high output.

특히, 4.5V 이상의 고전압 영역에서도 우수한 열적 안정성을 나타내고, 전해액 부반응을 억제할 수 있으며, 수명 특성이 개선되고, 과충전 시 안전성을 확보할 수 있다.In particular, it exhibits excellent thermal stability even in a high voltage region of 4.5V or more, can suppress side reactions of the electrolyte, improve lifespan characteristics, and secure safety during overcharge.

도 1은 실시예 1의 양극 활물질의 입도 분포 곡선을 나타낸 것이다.
도 2는 실시예 2의 양극 활물질의 입도 분포 곡선을 나타낸 것이다.
도 3은 비교예 3의 양극 활물질의 입도 분포 곡선을 나타낸 것이다.
도 4는 비교예 4의 양극 활물질의 입도 분포 곡선을 나타낸 것이다.
도 5는 실시예 1 및 비교예 1의 리튬 이차전지를 과충전 실험한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6A 및 도 6B는 비교예 1(도 6A) 및 실시예 2(도 6B)의 고전압에서의 가스 발생량 및 누설 전류(leak current)를 측정한 그래프이다.
1 shows a particle size distribution curve of the positive active material of Example 1. FIG.
2 shows a particle size distribution curve of the positive active material of Example 2.
3 shows a particle size distribution curve of the positive active material of Comparative Example 3.
4 shows a particle size distribution curve of the positive active material of Comparative Example 4.
5 is a graph showing the results of overcharging the lithium secondary batteries of Example 1 and Comparative Example 1;
6A and 6B are graphs measuring the amount of gas generated and leakage current at high voltage in Comparative Example 1 (FIG. 6A) and Example 2 (FIG. 6B).

이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 이때, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail to help the understanding of the present invention. At this time, the terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to conventional or dictionary meanings, and the inventor appropriately defines the concept of the term in order to best describe his invention. Based on the principle that it can be done, it should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

본 발명의 전극 조립체는 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하고, 상기 양극은 니켈(Ni), 코발트(Co)를 포함하고, 망간(Mn) 및 알루미늄(Al)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는 리튬 복합 전이금속 산화물의 양극 활물질을 포함하고, 상기 리튬 복합 전이금속 산화물은 전체 전이금속 원소 중 니켈(Ni)의 함량이 80몰% 이상이며, 상기 양극 활물질은 단봉분포(unimodal distribution)의 입도 분포를 가지며, 상기 세퍼레이터는 다공성 고분자 막의 적어도 일면에 형성된 아라미드(aramid) 코팅층을 포함한다.The electrode assembly of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, wherein the positive electrode contains nickel (Ni), cobalt (Co), and manganese (Mn) and aluminum (Al) A positive electrode active material of a lithium composite transition metal oxide comprising at least one selected from the group, wherein the lithium composite transition metal oxide has a nickel (Ni) content of 80 mol% or more among all transition metal elements, and the positive electrode active material includes It has a particle size distribution of unimodal distribution, and the separator includes an aramid coating layer formed on at least one surface of the porous polymer membrane.

본 발명은 고용량 확보를 위해, 양극 활물질로서 전체 전이금속 원소 중 니켈(Ni)의 함량이 80몰% 이상인 고함량 니켈(High-Ni)계 리튬 복합 전이금속 산화물을 포함한다. 그러나, 니켈(Ni)의 함량이 80몰% 이상인 고함량 니켈(High-Ni)계 리튬 복합 전이금속 산화물의 경우 구조적 안정성 및 화학적 안정성이 떨어지고, 전해액과의 부반응이 증가하며, 열적 안정성이 급격히 저하되는 문제점이 있다. 이와 같은 문제를 극복하게 위해, 니켈(Ni)의 함량이 80몰% 이상인 고함량 니켈(High-Ni)계 리튬 복합 전이금속 산화물을 사용함과 동시에, 다공성 고분자 막의 적어도 일면에 아라미드(aramid) 코팅층을 형성한 세퍼레이터를 사용함으로써 안정성을 향상시켰다. In order to secure a high capacity, the present invention includes a high-content nickel (High-Ni)-based lithium composite transition metal oxide having a nickel (Ni) content of 80 mol% or more among all transition metal elements as a positive electrode active material. However, in the case of a high nickel (Ni)-based lithium composite transition metal oxide having a nickel (Ni) content of 80 mol% or more, structural stability and chemical stability are deteriorated, side reactions with the electrolyte are increased, and thermal stability is rapidly reduced. There is a problem being In order to overcome this problem, a high-Ni-based lithium composite transition metal oxide having a nickel (Ni) content of 80 mol% or more is used, and an aramid coating layer is formed on at least one surface of the porous polymer membrane. Stability was improved by using the formed separator.

그러나, 다공성 고분자 막의 적어도 일면에 아라미드(aramid) 코팅층을 형성한 세퍼레이터를 사용하게 되면, 아라미드(aramid) 코팅층에 의해 셀 저항이 증가하여 용량 및 출력 특성이 저하되는 문제가 발생하였다. 이에 본 발명에서는 아라미드(aramid) 코팅층을 형성한 세퍼레이터를 사용시, 입도 분포 곡선이 1개의 피크를 갖는 단봉분포(unimodal distribution)의 고함량 니켈(High-Ni)계 양극 활물질을 사용함으로써, 셀 저항 증가를 억제하고 고용량 및 고출력을 구현할 수 있도록 하였다. 일반적으로는 대립자인 양극 활물질과 소립자인 양극 활물질을 혼합하여 사용하는 경우에 양극의 충진 밀도가 향상되어 용량이 향상되지만, 니켈(Ni)의 함량이 80몰% 이상인 고함량 니켈(High-Ni)계 리튬 복합 전이금속 산화물을 사용하면서 동시에 아라미드(aramid) 코팅층을 형성한 세퍼레이터를 사용하는 경우에는, 입도 분포 곡선이 1개의 피크를 갖는 단봉분포(unimodal distribution)의 양극 활물질을 사용할 때 셀 저항이 감소되어 오히려 향상된 고용량 및 고출력을 확보할 수 있었다. 나아가, 본 발명은 아라미드(aramid) 코팅층을 형성한 세퍼레이터를 사용하면서 동시에 입도 분포 곡선이 1개의 피크를 갖는 단봉분포(unimodal distribution)의 양극 활물질을 사용함으로써 양극 활물질의 BET 비표면적을 감소시키고, 전해액과의 부반응을 감소시켜 우수한 안정성을 확보할 수 있었으며, 4.5V 이상의 고전압 영역에서의 안정성 문제도 해결하였다. However, when a separator having an aramid coating layer formed on at least one surface of the porous polymer membrane is used, cell resistance is increased due to the aramid coating layer, thereby causing a problem in that capacity and output characteristics are lowered. Accordingly, in the present invention, when a separator having an aramid coating layer is used, a high content nickel (High-Ni)-based positive electrode active material having a unimodal distribution having a particle size distribution curve having one peak is used, thereby increasing cell resistance was suppressed and high capacity and high output could be realized. In general, when a positive electrode active material, which is the opposite side, and a positive electrode active material, which are small particles, are mixed and used, the filling density of the positive electrode is improved and the capacity is improved. When a separator with an aramid coating layer is used while using a lithium-based composite transition metal oxide, the cell resistance is reduced when using a unimodal distribution cathode active material with a single peak in the particle size distribution curve. Rather, it was possible to secure improved high capacity and high output. Furthermore, the present invention reduces the BET specific surface area of a positive electrode active material by using a separator having an aramid coating layer and at the same time using a positive electrode active material having a unimodal distribution having a particle size distribution curve having one peak, and electrolyte solution It was possible to secure excellent stability by reducing the side reaction with the reaction, and also solved the stability problem in the high voltage region of 4.5V or more.

본 발명의 전극 조립체를 구성하는 양극, 음극 및 세퍼레이터에 대해 구성 별로 구체적으로 설명한다.The positive electrode, the negative electrode, and the separator constituting the electrode assembly of the present invention will be described in detail for each configuration.

<양극><Anode>

상기 양극은 양극 집전체, 및 상기 양극 집전체 위에 형성되며 양극 활물질을 포함하는 양극 활물질 층을 포함한다.The positive electrode includes a positive electrode current collector, and a positive electrode active material layer formed on the positive electrode current collector and including a positive electrode active material.

상기 양극 집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소 또는 알루미늄이나 스테인레스 스틸 표면에 탄소, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. 또, 상기 양극 집전체는 통상적으로 3 내지 500㎛의 두께를 가질 수 있으며, 상기 양극 집전체 표면 상에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있다. 예를 들어 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change in the battery, and for example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, fired carbon, or carbon, nickel, titanium on the surface of aluminum or stainless steel. , silver or the like surface-treated may be used. In addition, the positive electrode current collector may typically have a thickness of 3 to 500 μm, and may increase the adhesion of the positive electrode active material by forming fine irregularities on the surface of the positive electrode current collector. For example, it may be used in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, a non-woven body, and the like.

상기 양극 활물질 층에 양극 활물질을 포함할 수 있다. 상기 양극 활물질은 통상적으로 양극 활물질 층 총 중량에 대하여 70 내지 98중량%로 포함될 수 있다.The cathode active material layer may include a cathode active material. The positive active material may be included in an amount of 70 to 98% by weight based on the total weight of the positive active material layer.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 양극 활물질은 니켈(Ni), 코발트(Co)를 포함하고, 망간(Mn) 및 알루미늄(Al)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는 리튬 복합 전이금속 산화물이다. 예를 들어, 상기 양극 활물질은 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn)을 포함하는 NCM계 리튬 복합 전이금속 산화물일 수 있고, 또는 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 알루미늄(Al)을 포함하는 NCA계 리튬 복합 전이금속 산화물일 수 있다. 또한, 상기 양극 활물질은 니켈(Ni), 코발트(Co), 망간(Mn) 및 알루미늄(Al)의 4성분을 필수로 포함하는 4성분계 리튬 복합 전이금속 산화물일 수 있다. 상기 양극 활물질이 니켈(Ni) 및 코발트(Co)와 함께 망간(Mn) 및 알루미늄(Al)의 4성분을 포함함으로써 구조적 안정성을 매우 향상시키고, 4.5V 이상의 고전압 영역에서도 안정성을 충분히 확보할 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 니켈(Ni), 코발트(Co), 망간(Mn) 및 알루미늄(Al)의 4성분을 포함하는 양극 활물질을 사용하고, 아라미드(aramid) 코팅층을 형성한 세퍼레이터를 사용함으로써, 고전압 하에서도 안정성을 충분히 확보할 수 있고, 과충전 시 안정성도 현저히 향상시킬 수 있다.The positive active material according to an embodiment of the present invention includes nickel (Ni) and cobalt (Co), and lithium composite transition metal oxide including at least one selected from the group consisting of manganese (Mn) and aluminum (Al). am. For example, the positive active material may be an NCM-based lithium composite transition metal oxide including nickel (Ni), cobalt (Co) and manganese (Mn), or nickel (Ni), cobalt (Co) and aluminum (Al) ) may be an NCA-based lithium composite transition metal oxide containing. In addition, the positive active material may be a quaternary lithium composite transition metal oxide essentially including four components of nickel (Ni), cobalt (Co), manganese (Mn) and aluminum (Al). Since the positive active material includes four components of manganese (Mn) and aluminum (Al) along with nickel (Ni) and cobalt (Co), structural stability is greatly improved, and stability can be sufficiently secured even in a high voltage region of 4.5V or higher. . In particular, according to an embodiment of the present invention, a cathode active material including four components of nickel (Ni), cobalt (Co), manganese (Mn) and aluminum (Al) is used, and an aramid coating layer is formed. By using the separator, stability can be sufficiently secured even under a high voltage, and stability can also be remarkably improved during overcharge.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 양극 활물질은 리튬 복합 전이금속 산화물에 함유된 전체 전이금속 원소 중 니켈(Ni)의 함량이 80몰% 이상이다. 보다 더 바람직하게는 상기 양극 활물질은 리튬 복합 전이금속 산화물에 함유된 전체 전이금속 원소 중 니켈(Ni)의 함량이 88몰% 이상일 수 있다. 이와 같이 니켈(Ni)의 함량이 80몰% 이상인 고함량 니켈(High-Ni)계 리튬 복합 전이금속 산화물을 사용함으로써 고용량 확보가 가능할 수 있다.In the positive active material according to an embodiment of the present invention, the content of nickel (Ni) among the total transition metal elements contained in the lithium composite transition metal oxide is 80 mol% or more. Even more preferably, in the cathode active material, the content of nickel (Ni) among the total transition metal elements contained in the lithium composite transition metal oxide may be 88 mol% or more. As described above, high capacity may be secured by using a high-content nickel (High-Ni)-based lithium composite transition metal oxide having a nickel (Ni) content of 80 mol% or more.

구체적으로, 상기 양극 활물질은 하기 화학식 1로 표시되는 리튬 복합 전이금속 산화물일 수 있다.Specifically, the positive electrode active material may be a lithium composite transition metal oxide represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

LipNi1 -(x1+y1+z1)Cox1Ma y1Mb z1Mc q1O2 Li p Ni 1 -(x1+y1+z1) Co x1 M a y1 M b z1 M c q1 O 2

상기 식에서, Ma은 Mn 및 Al로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소이고, Mb는 Zr, W, Mg, Al, Ce, Hf, Ta, La, Ti, Sr, Ba, Nb, Mo, 및 Cr로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소이며, Mc는 Al, Zr, Ti, Mg, Ta, Nb, Mo 및 Cr로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상의 원소이며, 0.9≤p≤1.5, 0<x1≤0.2, 0<y1≤0.2, 0≤z1≤0.1, 0≤q1≤0.1 이고, 0<x1+y1+z1≤0.2이다.In the above formula, M a is at least one element selected from the group consisting of Mn and Al, and M b is Zr, W, Mg, Al, Ce, Hf, Ta, La, Ti, Sr, Ba, Nb, Mo, and At least one element selected from the group consisting of Cr, M c is at least one element selected from the group consisting of Al, Zr, Ti, Mg, Ta, Nb, Mo and Cr, 0.9≤p≤1.5, 0< x1≤0.2, 0<y1≤0.2, 0≤z1≤0.1, 0≤q1≤0.1, and 0<x1+y1+z1≤0.2.

상기 화학식 1의 리튬 복합 전이금속 산화물에 있어서, Li은 p에 해당하는 함량, 즉 0.9≤p≤1.5로 포함될 수 있다. p가 0.9 미만이면 용량이 저하될 우려가 있고, 1.5를 초과하면 소성 공정에서 입자가 소결되어 버려, 양극 활물질 제조가 어려울 수 있다. Li 함량 제어에 따른 양극 활물질의 용량 특성 개선 효과의 현저함 및 활물질 제조시의 소결성이 발란스를 고려할 때, 상기 Li는 보다 바람직하게는 1.0≤p≤1.15의 함량으로 포함될 수 있다.In the lithium composite transition metal oxide of Formula 1, Li may be included in an amount corresponding to p, that is, 0.9≤p≤1.5. If p is less than 0.9, there is a fear that the capacity may decrease, and if it exceeds 1.5, the particles are sintered in the sintering process, so it may be difficult to manufacture the positive electrode active material. Considering the remarkable effect of improving the capacity characteristics of the positive electrode active material according to the control of the Li content and the balance of sinterability during the preparation of the active material, Li may be more preferably included in an amount of 1.0≤p≤1.15.

상기 화학식 1의 리튬 복합 전이금속 산화물에 있어서, Ni은 1-(x1+y1+z1)에 해당하는 함량, 예를 들어, 0.8≤1-(x1+y1+z1)<1로 포함될 수 있다. 상기 화학식 1의 리튬 복합 전이금속 산화물 내 Ni의 함량이 0.8 이상의 조성이 되면 충방전에 기여하기에 충분한 Ni량이 확보되어 고용량화를 도모할 수 있다. 보다 바람직하게는 Ni은 0.88≤1-(x1+y1+z1)≤0.99로 포함될 수 있다. In the lithium composite transition metal oxide of Formula 1, Ni may be included in a content corresponding to 1-(x1+y1+z1), for example, 0.8≤1-(x1+y1+z1)<1. When the content of Ni in the lithium composite transition metal oxide of Formula 1 is 0.8 or more, an amount of Ni sufficient to contribute to charging and discharging is secured, thereby increasing the capacity. More preferably, Ni may be included as 0.88≤1-(x1+y1+z1)≤0.99.

상기 화학식 1의 리튬 복합 전이금속 산화물에 있어서, Co는 x1에 해당하는 함량, 즉 0<x1≤0.2으로 포함될 수 있다. 상기 화학식 1의 리튬 복합 전이금속 산화물 내 Co의 함량이 0.2를 초과할 경우 비용 증가의 우려가 있다. Co 포함에 따른 용량 특성 개선 효과의 현저함을 고려할 때, 상기 Co는 보다 구체적으로 0.05≤x1≤0.2의 함량으로 포함될 수 있다.In the lithium composite transition metal oxide of Formula 1, Co may be included in an amount corresponding to x1, that is, 0<x1≤0.2. When the content of Co in the lithium composite transition metal oxide of Formula 1 exceeds 0.2, there is a risk of cost increase. Considering the significant effect of improving capacity characteristics according to the inclusion of Co, Co may be included in a content of 0.05≤x1≤0.2 more specifically.

상기 화학식 1의 리튬 복합 전이금속 산화물에 있어서, Ma은 Mn 또는 Al이거나, Mn 및 Al일 수 있고, 이러한 금속 원소는 활물질의 안정성을 향상시키고, 결과로서 전지의 안정성을 개선시킬 수 있다. 수명 특성 개선 효과를 고려할 때, 상기 Ma은 y1에 해당하는 함량, 즉 0<y1≤0.2의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 화학식 1의 리튬 복합 전이금속 산화물 내 y1가 0.2를 초과하면 오히려 전지의 출력 특성 및 용량 특성이 저하될 우려가 있으며, 상기 Ma은 보다 구체적으로 0.05≤y1≤0.2의 함량으로 포함될 수 있다.In the lithium composite transition metal oxide of Formula 1, M a may be Mn or Al, or Mn and Al, and these metal elements may improve the stability of the active material and, as a result, may improve the stability of the battery. Considering the life property improving effect, the M a may be included in an amount corresponding to y1, i.e., 0 <y1≤0.2 content. If the lithium in the composite transition metal oxide of the formula (1) y1 exceeds 0.2 and is more fear that the output characteristics and capacity characteristics of the battery decreases, the M a may be included in an amount of 0.05≤y1≤0.2 in detail.

상기 화학식 1의 리튬 복합 전이금속 산화물에 있어서, Mb는 리튬 복합 전이금속 산화물의 결정 구조 내 포함된 도핑원소일 수 있으며, Mb는 z1에 해당하는 함량, 즉 0≤z1≤0.1로 포함될 수 있다.In the lithium composite transition metal oxide of Formula 1, M b may be a doping element included in the crystal structure of the lithium composite transition metal oxide, and M b may be included in a content corresponding to z1, that is, 0≤z1≤0.1. have.

상기 화학식 1의 리튬 복합 전이금속 산화물에 있어서, Mc의 금속 원소는 리튬 복합 전이금속 산화물 구조 내에 포함되지 않을 수 있고, 전구체와 리튬 소스를 혼합하고 소성할 때 Mc 소스를 함께 혼합하여 소성하거나, 리튬 복합 전이금속 산화물을 형성한 후 별도로 Mc 소스를 투입하고 소성하는 방법을 통해 상기 Mc가 리튬 복합 전이금속 산화물의 표면에 도핑된 리튬 복합 전이금속 산화물을 제조할 수 있다. 상기 Mc는 q1에 해당하는 함량, 즉 0≤q1≤0.1의 범위 내에서 양극 활물질의 특성을 저하하지 않는 함량으로 포함될 수 있다.In the lithium composite transition metal oxide of Formula 1, the metal element of M c may not be included in the structure of the lithium composite transition metal oxide, and when the precursor and the lithium source are mixed and fired, the M c source is mixed and fired or , it is possible to prepare a lithium composite transition metal oxide in which M c is doped on the surface of the lithium composite transition metal oxide through a method of separately adding a source of M c and sintering after forming the lithium composite transition metal oxide. The M c may be included in an amount corresponding to q1, that is, a content that does not deteriorate the characteristics of the positive electrode active material within the range of 0≤q1≤0.1.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 양극 활물질은 입도 분포 곡선이 1개의 피크를 갖는 단봉분포(unimodal distribution)의 입도 분포를 가진다.The positive active material according to an embodiment of the present invention has a particle size distribution of a unimodal distribution in which the particle size distribution curve has one peak.

일반적으로는 대립자인 양극 활물질과 소립자인 양극 활물질을 혼합하여 사용하는 경우에 양극의 충진 밀도가 향상되어 용량이 향상되지만, 본 발명과 같이 니켈(Ni)의 함량이 80몰% 이상인 고함량 니켈(High-Ni)계 리튬 복합 전이금속 산화물을 사용하면서 동시에 아라미드(aramid) 코팅층을 형성한 세퍼레이터를 사용하는 경우에는, 단봉분포(unimodal distribution)의 입도 분포를 가진 양극 활물질을 사용함으로써 셀 저항이 감소되어 오히려 용량 및 출력 특성을 향상시킬 수 있다.In general, when a positive electrode active material, which is the opposite side, and a positive electrode active material, which are small particles, are mixed and used, the filling density of the positive electrode is improved and the capacity is improved. In the case of using a high-Ni-based lithium composite transition metal oxide and a separator having an aramid coating layer at the same time, the cell resistance is reduced by using a positive electrode active material having a unimodal distribution of particle size distribution. Rather, capacity and output characteristics can be improved.

상기 양극 활물질은 평균 입경(D50)이 9 내지 15㎛인 단봉분포(unimodal distribution)의 입도 분포를 가질 수 있다. 보다 더 바람직하게는 상기 양극 활물질은 평균 입경(D50)이 9 내지 13㎛일 수 있고, 더욱 바람직하게는 평균 입경(D50)이 10 내지 12㎛일 수 있다. 상기 범위 내의 평균 입경(D50)을 갖는 양극 활물질을 사용함으로써 셀 저항을 감소시키고, 고용량 및 고출력을 확보할 수 있으며, 전해액과의 부반응을 감소시켜 안정성을 확보할 수 있다.The positive active material may have a particle size distribution of a unimodal distribution having an average particle diameter (D 50 ) of 9 to 15 μm. Even more preferably, the positive electrode active material may have an average particle diameter (D 50 ) of 9 to 13 μm, and more preferably, an average particle diameter (D 50 ) of 10 to 12 μm. By using the positive electrode active material having an average particle diameter (D 50 ) within the above range, cell resistance can be reduced, high capacity and high output can be secured, and stability can be secured by reducing side reactions with the electrolyte.

또한, 보다 구체적으로 상기 양극 활물질은 D10/D90의 입경 비가 0.3 이상인 단봉분포(unimodal distribution)의 입도 분포를 가질 수 있다. 보다 더 바람직하게는 상기 양극 활물질은 D10/D90의 입경 비가 0.3 내지 0.6일 수 있고, 더욱 바람직하게는 D10/D90의 입경 비가 0.3 내지 0.4일 수 있다. 상기 범위 내의 D10/D90 입경 비를 갖는 양극 활물질을 사용함으로써 셀 저항을 감소시키고, 단봉분포(unimodal distribution)의 입도 분포임에도 고용량 및 고출력을 확보할 수 있으며, 양극 활물질의 BET 비표면적을 감소시켜 전해액과의 부반응을 줄이고 우수한 안정성을 확보할 수 있다.In addition, more specifically, the positive active material may have a particle size distribution of a unimodal distribution with a particle diameter ratio of D 10 /D 90 of 0.3 or more. Even more preferably, the positive active material may have a particle diameter ratio of D 10 /D 90 of 0.3 to 0.6, and more preferably, a particle diameter ratio of D 10 /D 90 of 0.3 to 0.4. By using a positive active material having a particle size ratio of D 10 /D 90 within the above range, cell resistance is reduced, high capacity and high output can be secured despite the particle size distribution of unimodal distribution, and the BET specific surface area of the positive electrode active material is reduced It is possible to reduce side reactions with the electrolyte and secure excellent stability.

상기 양극 활물질은 BET 비표면적이 1.0m2/g 이하일 수 있고, 보다 더 바람직하게는 BET 비표면적이 0.3 내지 0.9m2/g, 더욱 바람직하게는 BET 비표면적이 0.7 내지 0.9m2/g일 수 있다. 상기 범위 내의 BET 비표면적을 갖는 양극 활물질을 사용함으로써 전해액과의 부반응을 줄이고 안정성을 향상시킬 수 있으며, 특히, 4.5V 이상의 고전압 영역에서도 우수한 안정성을 확보할 수 있다. The positive active material may have a BET specific surface area of 1.0 m 2 /g or less, more preferably a BET specific surface area of 0.3 to 0.9 m 2 /g, and still more preferably a BET specific surface area of 0.7 to 0.9 m 2 /g. can By using a positive electrode active material having a BET specific surface area within the above range, side reactions with the electrolyte can be reduced and stability can be improved, and in particular, excellent stability can be secured even in a high voltage region of 4.5V or more.

본 발명에 있어서 평균 입경(D50), D10, D90은 입경 분포 곡선에서 체적 누적량의 각각 50%, 10%, 90%에 해당하는 입경으로 정의할 수 있다. 상기 평균 입경(D50), D10, D90은 예를 들어, 레이저 회절법(laser diffraction method)을 이용하여 측정할 수 있다. 예를 들어, 상기 양극 활물질의 평균 입경(D50)의 측정 방법은, 양극 활물질의 입자를 분산매 중에 분산시킨 후, 시판되는 레이저 회절 입도 측정 장치(예를 들어 Microtrac MT 3000)에 도입하여 약 28kHz의 초음파를 출력 60W로 조사한 후, 측정 장치에 있어서의 체적 누적량의 50%에 해당하는 평균 입경(D50)을 산출할 수 있다.In the present invention, the average particle diameter (D 50 ), D 10 , and D 90 may be defined as particle diameters corresponding to 50%, 10%, and 90% of the volume accumulation in the particle size distribution curve, respectively. The average particle diameter (D 50 ), D 10 , and D 90 may be measured using, for example, a laser diffraction method. For example, in the method for measuring the average particle diameter (D 50 ) of the positive active material, the particles of the positive active material are dispersed in a dispersion medium, and then introduced into a commercially available laser diffraction particle size measuring device (eg, Microtrac MT 3000) to about 28 kHz After irradiating the ultrasonic waves with an output of 60 W, the average particle diameter D 50 corresponding to 50% of the volume accumulation amount in the measuring device can be calculated.

상기 양극 활물질 층은 양극 활물질과 함께, 선택적으로 도전재 및 바인더를 포함할 수 있다.The positive active material layer may optionally include a conductive material and a binder together with the positive active material.

상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학 변화를 야기하지 않고 전자 전도성을 갖는 것이면 특별한 제한 없이 사용 가능하다. 구체적인 예로는 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본 블랙, 아세틸렌블랙, 케첸블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙, 탄소섬유 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 또는 폴리페닐렌 유도체 등의 전도성 고분자 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질 층 총 중량에 대하여 1 내지 30중량%로 포함될 수 있다.The conductive material is used to impart conductivity to the electrode, and in the configured battery, it can be used without any particular limitation as long as it does not cause chemical change and has electronic conductivity. Specific examples include graphite such as natural graphite and artificial graphite; carbon-based materials such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, summer black, and carbon fiber; metal powders or metal fibers such as copper, nickel, aluminum, and silver; conductive whiskeys such as zinc oxide and potassium titanate; conductive metal oxides such as titanium oxide; or conductive polymers such as polyphenylene derivatives, and the like, and one type alone or a mixture of two or more types thereof may be used. The conductive material may be included in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the positive active material layer.

또, 상기 바인더는 양극 활물질 입자들 간의 부착 및 양극 활물질과 양극 집전체와의 접착력을 향상시키는 역할을 한다. 구체적인 예로는 폴리비닐리덴플로라이드(PVDF), 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HFP), 폴리비닐알코올, 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 폴리머(EPDM), 술폰화-EPDM, 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 불소 고무, 또는 이들의 다양한 공중합체 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 바인더는 양극 활물질 층 총 중량에 대하여 1 내지 30중량%로 포함될 수 있다.In addition, the binder serves to improve adhesion between the positive electrode active material particles and the adhesion between the positive electrode active material and the positive electrode current collector. Specific examples include polyvinylidene fluoride (PVDF), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HFP), polyvinyl alcohol, polyacrylonitrile, carboxymethyl cellulose (CMC) ), starch, hydroxypropyl cellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene polymer (EPDM), sulfonated-EPDM, styrene butadiene rubber (SBR), fluororubber, or various copolymers thereof, and any one of them or a mixture of two or more thereof may be used. The binder may be included in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the positive active material layer.

상기 양극은 상기한 양극 활물질을 이용하는 것을 제외하고는 통상의 양극 제조방법에 따라 제조될 수 있다. 구체적으로, 상기한 양극 활물질 및 선택적으로, 바인더 및 도전재를 용매에 혼합하여 형성한 양극 활물질 층 형성용 조성물을 양극 집전체 상에 도포한 후, 건조 및 압연함으로써 제조될 수 있다. 이때 상기 양극 활물질, 바인더, 도전재의 종류 및 함량은 앞서 설명한 바와 같다.The positive electrode may be manufactured according to a conventional positive electrode manufacturing method except for using the above positive electrode active material. Specifically, the cathode active material and, optionally, a composition for forming a cathode active material layer formed by mixing a binder and a conductive material in a solvent may be coated on a cathode current collector, and then dried and rolled. In this case, the type and content of the positive electrode active material, the binder, and the conductive material are as described above.

상기 용매로는 당해 기술분야에서 일반적으로 사용되는 용매일 수 있으며, 디메틸셀폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO), 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol), N-메틸피롤리돈(NMP), 아세톤(acetone) 또는 물 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 용매의 사용량은 슬러리의 도포 두께, 제조 수율을 고려하여 상기 양극 활물질, 도전재 및 바인더를 용해 또는 분산시키고, 이후 양극 제조를 위한 도포시 우수한 두께 균일도를 나타낼 수 있는 점도를 갖도록 하는 정도면 충분하다.The solvent may be a solvent commonly used in the art, dimethyl sulfoxide (DMSO), isopropyl alcohol (isopropyl alcohol), N-methylpyrrolidone (NMP), acetone (acetone) or water and the like, and any one of them or a mixture of two or more thereof may be used. The amount of the solvent used is enough to dissolve or disperse the positive electrode active material, the conductive material, and the binder in consideration of the application thickness of the slurry and the production yield, and to have a viscosity that can exhibit excellent thickness uniformity during application for the production of the positive electrode thereafter. do.

또, 다른 방법으로, 상기 양극은 상기 양극 활물질 층 형성용 조성물을 별도의 지지체 상에 캐스팅한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 양극 집전체 상에 라미네이션함으로써 제조될 수도 있다.Alternatively, the positive electrode may be prepared by casting the composition for forming the positive electrode active material layer on a separate support, and then laminating a film obtained by peeling it from the support on the positive electrode current collector.

<< 세퍼레이터separator >>

상기 세퍼레이터는 다공성 고분자 막의 적어도 일면에 형성된 아라미드(aramid) 코팅층을 포함한다.The separator includes an aramid coating layer formed on at least one surface of the porous polymer membrane.

본 발명은 니켈(Ni)의 함량이 80몰% 이상인 고함량 니켈(High-Ni)계 리튬 복합 전이금속 산화물을 사용함과 동시에, 다공성 고분자 막의 적어도 일면에 아라미드(aramid) 코팅층을 형성한 세퍼레이터를 사용함으로써 안정성을 향상시켰다. 그러나, 아라미드(aramid) 코팅층을 형성한 세퍼레이터를 사용하게 되면, 아라미드(aramid) 코팅층에 의해 셀 저항이 증가하여 용량 및 출력 특성이 저하되는 문제가 발생한다. 이에, 본 발명에서는 아라미드(aramid) 코팅층을 형성한 세퍼레이터를 사용함과 동시에 상기한 양극 활물질을 사용함으로써, 아라미드(aramid) 코팅층을 형성한 세퍼레이터 사용으로 인한 셀 저항 증가를 억제하고, 고용량 및 고출력을 구현할 수 있도록 하였다. The present invention uses a high-Ni-based lithium composite transition metal oxide having a nickel (Ni) content of 80 mol% or more, and a separator in which an aramid coating layer is formed on at least one surface of a porous polymer membrane. This improved the stability. However, when a separator having an aramid coating layer is used, cell resistance increases due to the aramid coating layer, thereby causing a problem in that capacity and output characteristics are deteriorated. Therefore, in the present invention, by using the above-described positive active material at the same time as using the separator having the aramid coating layer, the increase in cell resistance caused by the use of the separator having the aramid coating layer is used, and high capacity and high output are realized. made it possible

상기 세퍼레이터는 음극과 양극을 분리하고 리튬 이온의 이동 통로를 제공하는 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 세퍼레이터의 다공성 고분자 막은 전해질의 이온 이동에 대하여 저저항이면서 전해액 함습 능력이 우수한 것이라면 특별히 제한 없이 사용 가능하며, 바람직하게는 폴리올레핀계 고분자, 폴리비닐리덴플루오라이드계 고분자, 폴리염화비닐계 고분자, 폴리아크릴로나이트릴, 셀룰로오스 및 나일론으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 다공성 고분자 막의 두께는 9 내지 22㎛일 수 있다.The separator separates the negative electrode and the positive electrode and provides a passage for lithium ions to move. The porous polymer membrane of the separator according to an embodiment of the present invention has low resistance to ion movement of the electrolyte and is excellent in electrolyte moisture content, without particular limitation. It may be used, and preferably may include at least one selected from the group consisting of polyolefin-based polymers, polyvinylidene fluoride-based polymers, polyvinyl chloride-based polymers, polyacrylonitrile, cellulose and nylon. The thickness of the porous polymer film may be 9 to 22㎛.

상기 다공성 고분자 막의 적어도 일면에 아라미드(aramid) 코팅층이 형성된다. 상기 아라미드(aramid) 코팅층은 파라-아라미드(예를 들면, poly(para-phenylene terephthalamide)) 및 메타-아라미드(예를 들면, poly(meta-phenylene isophtalamide))로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함할 수 있으나, 특별히 이에 제한되지는 않는다. 상기 아라미드(aramid) 코팅층의 두께는 1.0 내지 3.0㎛, 보다 더 바람직하게는 1.5 내지 2.0㎛일 수 있다. 아라미드(aramid) 코팅층의 두께가 1.0㎛ 미만이면 코팅의 균일성을 확보하기 어려우며, 세퍼레이터의 열 변형을 억제하는데 어려움이 있어 안정성을 확보하기 어려울 수 있고, 3.0㎛를 초과하면 전체 분리막의 두께가 증가하게 되므로 셀의 두께 증가로 인한 에너지 밀도 저하를 초래할 수 있다.An aramid coating layer is formed on at least one surface of the porous polymer membrane. The aramid coating layer includes at least one selected from the group consisting of para-aramid (eg, poly(para-phenylene terephthalamide)) and meta-aramid (eg, poly(meta-phenylene isophtalamide)). However, it is not particularly limited thereto. The thickness of the aramid coating layer may be 1.0 to 3.0 μm, more preferably 1.5 to 2.0 μm. If the thickness of the aramid coating layer is less than 1.0 μm, it is difficult to ensure uniformity of the coating, and it is difficult to suppress thermal deformation of the separator, so it may be difficult to secure stability, and if it exceeds 3.0 μm, the thickness of the entire separator increases This may lead to a decrease in energy density due to an increase in the thickness of the cell.

상기 다공성 고분자 막의 적어도 일면에 아라미드(aramid) 코팅층이 형성된 세퍼레이터의 전체 두께는 12 내지 25㎛일 수 있으며, 보다 더 바람직하게는 13 내지 22㎛일 수 있다.The overall thickness of the separator having an aramid coating layer formed on at least one surface of the porous polymer membrane may be 12 to 25 μm, and more preferably 13 to 22 μm.

상기 아라미드(aramid) 코팅층이 형성된 세퍼레이터는 아라미드(aramid) 코팅층이 형성되지 않은 다공성 고분자 막으로만 이루어진 세퍼레이터에 비하여 통기도가 감소하기는 하지만, 일정 수준 이상으로 감소하지 않는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 아라미드(aramid) 코팅층이 형성된 본 발명의 일 실시예에 따른 세퍼레이터는 통기도가 150 내지 350sec/100ml를 만족할 수 있으며, 보다 더 바람직하게는 160 내지 300sec/100ml일 수 있다. 상기 범위 내의 통기도를 갖는 아라미드(aramid) 코팅층이 형성된 세퍼레이터를 사용함으로써, 안정성을 개선하면서도 전지 성능을 저하시키지 않고 고출력을 구현할 수 있다.The separator having an aramid coating layer has a reduced air permeability compared to a separator made of only a porous polymer film without an aramid coating layer, but preferably does not decrease above a certain level. Therefore, the separator according to an embodiment of the present invention in which the aramid coating layer is formed may have air permeability of 150 to 350 sec/100ml, and more preferably 160 to 300sec/100ml. By using the separator having an aramid coating layer having air permeability within the above range, it is possible to realize high output without degrading battery performance while improving stability.

한편, 상기 아라미드(aramid) 코팅층이 형성된 본 발명의 일 실시예에 따른 세퍼레이터는 150℃, 1시간 보관 후의 종축 수축률이 15% 이하이고, 횡축 수축률이 15% 이하를 만족할 수 있다, 이에 따라, 고온에서의 안전성을 확보할 수 있고, 과충전 시 안전성도 확보할 수 있다.On the other hand, the separator according to an embodiment of the present invention in which the aramid coating layer is formed has a vertical shrinkage ratio of 15% or less and a horizontal shrinkage ratio of 15% or less after storage at 150° C. for 1 hour. Accordingly, high temperature It is possible to secure safety in the battery, and safety in case of overcharging.

<음극><Cathode>

상기 음극은 음극 집전체, 및 상기 음극 집전체 위에 형성되며 음극 활물질을 포함하는 음극 활물질 층을 포함한다.The negative electrode includes a negative electrode current collector, and a negative electrode active material layer formed on the negative electrode current collector and including a negative electrode active material.

상기 음극 집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 탄소, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또, 상기 음극 집전체는 통상적으로 3 내지 500㎛의 두께를 가질 수 있으며, 양극 집전체와 마찬가지로, 상기 집전체 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있다. 예를 들어, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The negative electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical change in the battery, and for example, copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon, copper or stainless steel surface. Carbon, nickel, titanium, one surface-treated with silver, an aluminum-cadmium alloy, etc. may be used. In addition, the negative electrode current collector may have a thickness of typically 3 to 500 μm, and similarly to the positive electrode current collector, fine irregularities may be formed on the surface of the current collector to strengthen the bonding force of the negative electrode active material. For example, it may be used in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam body, a nonwoven body, and the like.

상기 음극 활물질 층은 음극 활물질과 함께 선택적으로 바인더 및 도전재를 포함할 수 있다. 상기 음극 활물질 층은 일례로서 음극 집전체 상에 음극 활물질, 및 선택적으로 바인더 및 도전재를 포함하는 음극 형성용 조성물을 도포하고 건조하거나, 또는 상기 음극 형성용 조성물을 별도의 지지체 상에 캐스팅한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 음극 집전체 상에 라미네이션함으로써 제조될 수도 있다.The anode active material layer may optionally include a binder and a conductive material together with the anode active material. The anode active material layer may be formed by applying a composition for forming an anode including an anode active material, and optionally a binder and a conductive material on an anode current collector and drying, or casting the composition for forming a cathode on a separate support, and then , may also be produced by laminating a film obtained by peeling from this support onto a negative electrode current collector.

상기 음극 활물질로는 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물이 사용될 수 있다. 구체적인 예로는 인조흑연, 천연흑연, 흑연화 탄소섬유, 비정질탄소 등의 탄소질 재료; Si, Al, Sn, Pb, Zn, Bi, In, Mg, Ga, Cd, Si합금, Sn합금 또는 Al합금 등 리튬과 합금화가 가능한 금속질 화합물; SiOβ(0 < β < 2), SnO2, 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물과 같이 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 금속산화물; 또는 Si-C 복합체 또는 Sn-C 복합체과 같이 상기 금속질 화합물과 탄소질 재료를 포함하는 복합물 등을 들 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 또한, 상기 음극 활물질로서 금속 리튬 박막이 사용될 수도 있다. 또, 탄소재료는 저결정 탄소 및 고결정성 탄소 등이 모두 사용될 수 있다. 저결정성 탄소로는 연화탄소 (soft carbon) 및 경화탄소 (hard carbon)가 대표적이며, 고결정성 탄소로는 무정형, 판상, 인편상, 구형 또는 섬유형의 천연 흑연 또는 인조 흑연, 키시흑연 (Kish graphite), 열분해 탄소 (pyrolytic carbon), 액정피치계 탄소섬유 (mesophase pitch based carbon fiber), 탄소 미소구체 (meso-carbon microbeads), 액정피치 (Mesophase pitches) 및 석유와 석탄계 코크스 (petroleum or coal tar pitch derived cokes) 등의 고온 소성탄소가 대표적이다.As the negative active material, a compound capable of reversible intercalation and deintercalation of lithium may be used. Specific examples include carbonaceous materials such as artificial graphite, natural graphite, graphitized carbon fiber, and amorphous carbon; metal compounds capable of alloying with lithium, such as Si, Al, Sn, Pb, Zn, Bi, In, Mg, Ga, Cd, Si alloy, Sn alloy, or Al alloy; metal oxides capable of doping and dedoping lithium, such as SiO β (0 < β < 2), SnO 2 , vanadium oxide, and lithium vanadium oxide; Alternatively, a composite including the above-mentioned metallic compound and a carbonaceous material such as a Si-C composite or a Sn-C composite may be used, and any one or a mixture of two or more thereof may be used. In addition, a metal lithium thin film may be used as the negative electrode active material. In addition, as the carbon material, both low crystalline carbon and high crystalline carbon may be used. As low crystalline carbon, soft carbon and hard carbon are representative, and as high crystalline carbon, natural or artificial graphite of amorphous, plate-like, flaky, spherical or fibrous shape, and Kish graphite (Kish) graphite), pyrolytic carbon, mesophase pitch based carbon fiber, meso-carbon microbeads, liquid crystal pitches (Mesophase pitches), and petroleum and coal tar pitch (petroleum or coal tar pitch) High-temperature calcined carbon such as derived cokes) is a representative example.

또, 상기 바인더 및 도전재는 앞서 양극에서 설명한 바와 동일한 것일 수 있다.In addition, the binder and the conductive material may be the same as described above for the positive electrode.

<리튬 이차전지><Lithium secondary battery>

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 전극 조립체를 포함하는 전기화학소자가 제공된다. 상기 전기화학소자는 구체적으로 리튬 이차전지일 수 있다.According to another embodiment of the present invention, an electrochemical device including the electrode assembly is provided. The electrochemical device may specifically be a lithium secondary battery.

상기 리튬 이차전지는 구체적으로 상기 양극, 음극, 세퍼레이터의 전극 조립체를 수납하는 전지용기, 및 상기 전지용기를 밀봉하는 밀봉 부재를 선택적으로 더 포함할 수 있다. Specifically, the lithium secondary battery may optionally further include a battery container for accommodating the electrode assembly of the positive electrode, the negative electrode, and the separator, and a sealing member for sealing the battery container.

본 발명에서 사용되는 전해질로는 리튬 이차전지 제조시 사용 가능한 유기계 액체 전해질, 무기계 액체 전해질, 고체 고분자 전해질, 겔형 고분자 전해질, 고체 무기 전해질, 용융형 무기 전해질 등을 들 수 있으며, 이들로 한정되는 것은 아니다. Examples of the electrolyte used in the present invention include organic liquid electrolytes, inorganic liquid electrolytes, solid polymer electrolytes, gel polymer electrolytes, solid inorganic electrolytes, molten inorganic electrolytes, etc., which can be used in the manufacture of lithium secondary batteries. no.

구체적으로, 상기 전해질은 유기 용매 및 리튬염을 포함할 수 있다. Specifically, the electrolyte may include an organic solvent and a lithium salt.

상기 유기 용매로는 전지의 전기 화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 할 수 있는 것이라면 특별한 제한없이 사용될 수 있다. 구체적으로 상기 유기 용매로는, 메틸 아세테이트(methyl acetate), 에틸 아세테이트(ethyl acetate), γ-부티로락톤(γ-butyrolactone), ε-카프로락톤(ε-caprolactone) 등의 에스테르계 용매; 디부틸 에테르(dibutyl ether) 또는 테트라히드로퓨란(tetrahydrofuran) 등의 에테르계 용매; 시클로헥사논(cyclohexanone) 등의 케톤계 용매; 벤젠(benzene), 플루오로벤젠(fluorobenzene) 등의 방향족 탄화수소계 용매; 디메틸카보네이트(dimethylcarbonate, DMC), 디에틸카보네이트(diethylcarbonate, DEC), 메틸에틸카보네이트(methylethylcarbonate, MEC), 에틸메틸카보네이트(ethylmethylcarbonate, EMC), 에틸렌카보네이트(ethylene carbonate, EC), 프로필렌카보네이트(propylene carbonate, PC) 등의 카보네이트계 용매; 에틸알코올, 이소프로필 알코올 등의 알코올계 용매; R-CN(R은 C2 내지 C20의 직쇄상, 분지상 또는 환 구조의 탄화수소기이며, 이중결합 방향 환 또는 에테르 결합을 포함할 수 있다) 등의 니트릴류; 디메틸포름아미드 등의 아미드류; 1,3-디옥솔란 등의 디옥솔란류; 또는 설포란(sulfolane)류 등이 사용될 수 있다. 이중에서도 카보네이트계 용매가 바람직하고, 전지의 충방전 성능을 높일 수 있는 높은 이온전도도 및 고유전율을 갖는 환형 카보네이트(예를 들면, 에틸렌카보네이트 또는 프로필렌카보네이트 등)와, 저점도의 선형 카보네이트계 화합물(예를 들면, 에틸메틸카보네이트, 디메틸카보네이트 또는 디에틸카보네이트 등)의 혼합물이 보다 바람직하다. 이 경우 환형 카보네이트와 사슬형 카보네이트는 약 1:1 내지 약 1:9의 부피비로 혼합하여 사용하는 것이 전해액의 성능이 우수하게 나타날 수 있다. The organic solvent may be used without any particular limitation as long as it can serve as a medium through which ions involved in the electrochemical reaction of the battery can move. Specifically, as the organic solvent, ester solvents such as methyl acetate, ethyl acetate, γ-butyrolactone, ε-caprolactone; ether-based solvents such as dibutyl ether or tetrahydrofuran; ketone solvents such as cyclohexanone; aromatic hydrocarbon-based solvents such as benzene and fluorobenzene; dimethylcarbonate (DMC), diethylcarbonate (DEC), methylethylcarbonate (MEC), ethylmethylcarbonate (EMC), ethylene carbonate (EC), propylene carbonate, carbonate-based solvents such as PC); alcohol solvents such as ethyl alcohol and isopropyl alcohol; nitriles such as R-CN (R is a C2 to C20 linear, branched or cyclic hydrocarbon group, which may include a double bond aromatic ring or an ether bond); amides such as dimethylformamide; dioxolanes such as 1,3-dioxolane; Or sulfolanes and the like may be used. Among these, a carbonate-based solvent is preferable, and a cyclic carbonate (eg, ethylene carbonate or propylene carbonate, etc.) having high ionic conductivity and high dielectric constant capable of increasing the charge/discharge performance of the battery, and a low-viscosity linear carbonate-based compound ( For example, a mixture of ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate or diethyl carbonate) is more preferable. In this case, when the cyclic carbonate and the chain carbonate are mixed in a volume ratio of about 1:1 to about 1:9, the electrolyte may exhibit excellent performance.

상기 리튬염은 리튬 이차전지에서 사용되는 리튬 이온을 제공할 수 있는 화합물이라면 특별한 제한 없이 사용될 수 있다. 구체적으로 상기 리튬염은, LiPF6, LiClO4, LiAsF6, LiBF4, LiSbF6, LiAl04, LiAlCl4, LiCF3SO3, LiC4F9SO3, LiN(C2F5SO3)2, LiN(C2F5SO2)2, LiN(CF3SO2)2. LiCl, LiI, 또는 LiB(C2O4)2 등이 사용될 수 있다. 상기 리튬염의 농도는 0.1 내지 2.0M 범위 내에서 사용하는 것이 좋다. 리튬염의 농도가 상기 범위에 포함되면, 전해질이 적절한 전도도 및 점도를 가지므로 우수한 전해질 성능을 나타낼 수 있고, 리튬 이온이 효과적으로 이동할 수 있다.The lithium salt may be used without particular limitation as long as it is a compound capable of providing lithium ions used in a lithium secondary battery. Specifically, the lithium salt is LiPF6, LiClO4, LiAsF6, LiBF4, LiSbF6, LiAl04, LiAlCl4, LiCF3SO3, LiC4F9SO3, LiN(C2F5SO3)2, LiN(C2F5SO2)2, LiN(CF3SO2)2. LiCl, LiI, or LiB(C2O4)2 or the like may be used. The concentration of the lithium salt is preferably used within the range of 0.1 to 2.0M. When the concentration of the lithium salt is included in the above range, the electrolyte may exhibit excellent electrolyte performance because it has appropriate conductivity and viscosity, and lithium ions may move effectively.

상기 전해질에는 상기 전해질 구성 성분들 외에도 전지의 수명특성 향상, 전지 용량 감소 억제, 전지의 방전 용량 향상 등을 목적으로 예를 들어, 디플루오로 에틸렌카보네이트 등과 같은 할로알킬렌카보네이트계 화합물, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사인산 트리아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올 또는 삼염화 알루미늄 등의 첨가제가 1종 이상 더 포함될 수도 있다. 이때 상기 첨가제는 전해질 총 중량에 대하여 0.1 내지 5 중량%로 포함될 수 있다. In addition to the electrolyte components, the electrolyte includes, for example, haloalkylene carbonate-based compounds such as difluoroethylene carbonate, pyridine, tri Ethyl phosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylene diamine, n-glyme, hexaphosphoric acid triamide, nitrobenzene derivative, sulfur, quinone imine dye, N-substituted oxazolidinone, N,N-substituted imida One or more additives such as jolidine, ethylene glycol dialkyl ether, ammonium salt, pyrrole, 2-methoxy ethanol or aluminum trichloride may be further included. In this case, the additive may be included in an amount of 0.1 to 5% by weight based on the total weight of the electrolyte.

상기와 같이 본 발명에 따른 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차전지는 우수한 방전 용량, 출력 특성 및 용량 유지율을 안정적으로 나타내기 때문에, 휴대전화, 노트북 컴퓨터, 디지털 카메라 등의 휴대용 기기, 및 하이브리드 전기자동차(hybrid electric vehicle, HEV) 등의 전기 자동차 분야 등에 유용하다. As described above, since the lithium secondary battery including the positive electrode active material according to the present invention stably exhibits excellent discharge capacity, output characteristics and capacity retention rate, portable devices such as mobile phones, notebook computers, digital cameras, and hybrid electric vehicles ( It is useful in the field of electric vehicles such as hybrid electric vehicle, HEV).

이에 따라, 본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 상기 리튬 이차전지를 단위 셀로 포함하는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩이 제공된다. Accordingly, according to another embodiment of the present invention, a battery module including the lithium secondary battery as a unit cell and a battery pack including the same are provided.

상기 전지모듈 또는 전지팩은 파워 툴(Power Tool); 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차, 및 플러그인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV)를 포함하는 전기차; 또는 전력 저장용 시스템 중 어느 하나 이상의 중대형 디바이스 전원으로 이용될 수 있다.The battery module or battery pack is a power tool (Power Tool); electric vehicles, including electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles, and plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs); Alternatively, it may be used as a power source for any one or more medium and large-sized devices in a system for power storage.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art can easily carry out the present invention. However, the present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

실시예Example 1 One

양극 활물질로서 LiNi0 . 83Co0 . 11Mn0 . 06O2의 입자(D50= 11.23㎛, D10/D90=0.325, BET 비표면적=0.8m2/g)을 사용하였다. 상기 양극 활물질, 카본 블랙 도전재 및 PVdF 바인더를 N-메틸피롤리돈 용매 중에서 중량비로 95:2.5:2.5의 비율로 혼합하여 양극 활물질 층 형성용 조성물을 제조하고, 이를 알루미늄 집전체의 일면에 도포하고, 130℃에서 건조 후, 압연하여 양극을 제조하였다. LiNi 0 as a positive electrode active material . 83 Co 0 . 11 Mn 0 . 06 O 2 particles (D 50 = 11.23 μm, D 10 /D 90 =0.325, BET specific surface area = 0.8 m 2 /g) were used. The positive active material, the carbon black conductive material, and the PVdF binder are mixed in an N-methylpyrrolidone solvent in a weight ratio of 95:2.5:2.5 to prepare a composition for forming a positive electrode active material layer, which is applied to one surface of an aluminum current collector and dried at 130° C., and then rolled to prepare a positive electrode.

음극 활물질로서 천연 흑연, 카본블랙 도전재 및 PVdF 바인더를 N-메틸피롤리돈 용매 중에서 중량비로 85:10:5의 비율로 혼합하여 음극 활물질 층 형성용 조성물을 제조하고, 이를 구리 집전체의 일면에 도포하여 음극을 제조하였다.A composition for forming an anode active material layer was prepared by mixing natural graphite, a carbon black conductive material, and a PVdF binder as an anode active material in an N-methylpyrrolidone solvent in a weight ratio of 85:10:5, and this was used on one side of a copper current collector. was applied to prepare a negative electrode.

메타-아라미드(Meta-aramid)를 포함하는 아라미드(aramid) 코팅층 형성용 조성물을 제조하고, 이를 폴리에틸렌 다공성 고분자 막(두께 9㎛)의 양면에 2㎛ 두께로 코팅하여 전체 두께가 13㎛인 세퍼레이터를 제조하였다. Prepare a composition for forming an aramid coating layer containing meta-aramid, and coat it on both sides of a polyethylene porous polymer membrane (thickness 9㎛) to a thickness of 2㎛ to prepare a separator with a total thickness of 13㎛ prepared.

상기와 같이 제조된 양극과 음극 사이에 아라미드(aramid) 코팅층이 형성된 세퍼레이터를 개재하여 전극 조립체를 제조하고, 상기 전극 조립체를 케이스 내부에 위치시킨 후, 케이스 내부로 전해액을 주입하여 리튬 이차 전지를 제조하였다. 이때 전해액은 에틸렌카보네이트/디메틸카보네이트/에틸메틸카보네이트(EC/DMC/EMC의 혼합 부피비=3/4/3)로 이루어진 유기 용매에 1.0M 농도의 리튬헥사플루오로포스페이트(LiPF6)를 용해시켜 제조하였다.An electrode assembly is prepared by interposing a separator having an aramid coating layer formed between the positive electrode and the negative electrode prepared as described above, the electrode assembly is placed inside the case, and the electrolyte is injected into the case to manufacture a lithium secondary battery did. At this time, the electrolyte is prepared by dissolving lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) at a concentration of 1.0 M in an organic solvent consisting of ethylene carbonate / dimethyl carbonate / ethyl methyl carbonate (mixed volume ratio of EC / DMC / EMC = 3 / 4 / 3) did.

실시예Example 2 2

양극 활물질로서 LiNi0 . 86Co0 . 1Mn0 . 02Al0 . 02O2의 입자(D50= 10.58㎛, D10/D90=0.38, BET 비표면적=0.85m2/g)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 리튬 이차전지를 제조하였다. LiNi 0 as a positive electrode active material . 86 Co 0 . 1 Mn 0 . 02 Al 0 . 02 O 2 A lithium secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that particles (D 50 = 10.58 μm, D 10 /D 90 = 0.38, BET specific surface area = 0.85 m 2 /g) were used. .

비교예comparative example 1 One

세퍼레이터로서 아라미드(aramid) 코팅층을 형성하지 않은 폴리에틸렌 다공성 고분자 막(두께 9㎛)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 리튬 이차전지를 제조하였다.A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1 except that a polyethylene porous polymer membrane (thickness 9 μm) without an aramid coating layer was used as a separator.

비교예comparative example 2 2

양극 활물질로서 LiNi0 . 5Co0 . 2Mn0 . 3O2의 입자(D50= 6.94㎛)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 리튬 이차전지를 제조하였다. LiNi 0 as a positive electrode active material . 5 Co 0 . 2 Mn 0 . 3 O 2 A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that particles (D 50 = 6.94 μm) were used.

비교예comparative example 3 3

양극 활물질로서 대립자의 LiNi0 . 83Co0 . 11Mn0 . 06O2의 입자(D50= 18㎛) 및 소립자의 LiNi0 . 83Co0 . 11Mn0 . 06O2의 입자(D50= 5㎛)을 8:2의 중량비로 혼합하여 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 리튬 이차전지를 제조하였다. LiNi 0 of the opposite side as the positive electrode active material . 83 Co 0 . 11 Mn 0 . 06 O 2 particles (D 50 = 18 μm) and small LiNi 0 . 83 Co 0 . 11 Mn 0 . 06 O 2 A lithium secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1, except that the particles (D 50 = 5 μm) were mixed in a weight ratio of 8:2 and used.

비교예comparative example 4 4

양극 활물질로서 대립자의 LiNi0 . 83Co0 . 11Mn0 . 06O2의 입자(D50= 20㎛) 및 소립자의 LiNi0 . 8Co0 . 1Mn0 . 1O2의 입자(D50= 5㎛)을 8:2의 중량비로 혼합하여 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 리튬 이차전지를 제조하였다. LiNi 0 of the opposite side as the positive electrode active material . 83 Co 0 . 11 Mn 0 . 06 O 2 particles (D 50 = 20 μm) and small LiNi 0 . 8 Co 0 . 1 Mn 0 . A lithium secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1, except that 1 O 2 particles (D 50 = 5 μm) were mixed in a weight ratio of 8:2.

[[ 실험예Experimental example 1: 양극 활물질의 입도 분포 및 BET 1: Particle size distribution and BET of positive active material 비표면적specific surface area 측정] measurement]

상기 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1 내지 비교예 4에서의 양극 활물질을 레이저 회절 입도 측정 장치(Microtrac MT 3000)를 이용하여 약 28kHz의 초음파를 출력 60W로 조사하여 입도 분포를 측정하였으며, 그 결과를 표 1 및 도 1 내지 도 4에 나타내었다.The positive active material in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 4 was irradiated with an ultrasonic wave of about 28 kHz with an output of 60 W using a laser diffraction particle size measuring device (Microtrac MT 3000) to measure the particle size distribution, The results are shown in Table 1 and FIGS. 1 to 4 .

또한, BELSORP-mini를 이용하여 BET 표면적을 측정하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.In addition, the BET surface area was measured using BELSORP-mini, and the results are shown in Table 1.

평균입경(D50)(㎛)Average particle diameter (D 50 ) (㎛) D10(㎛)D 10 (μm) D90(㎛)D 90 (μm) D10/D90 D 10 /D 90 BET 비표면적(m2/g)BET specific surface area (m 2 /g) 실시예1Example 1 11.2311.23 7.157.15 2222 0.3250.325 0.80.8 실시예2 Example 2 10.5810.58 6.576.57 16.9916.99 0.380.38 0.850.85 비교예1Comparative Example 1 11.2311.23 7.157.15 2222 0.3250.325 0.80.8 비교예2Comparative Example 2 6.946.94 3.523.52 12.6412.64 0.2780.278 0.510.51 비교예3Comparative Example 3 대립자 18/
소립자 5
Opposition 18/
elementary particle 5
4.534.53 21.721.7 0.2090.209 1.121.12
비교예4Comparative Example 4 대립자 20/
소립자 5
Opposition 20/
elementary particle 5
3.63.6 29.129.1 0.1240.124 1.1361.136

상기 표 1 및 도 1 내지 도 4를 참조하면, 실시예 1(도1) 및 실시예 2(도2)는 양극 활물질의 입도 분포가 1개의 피크를 갖는 단봉분포(unimodal distribution)를 나타냈으며, D10/D90의 입경 비가 0.3 이상이었으며, BET 비표면적이 1.0m2/g 이하로 감소되었다.Referring to Table 1 and FIGS. 1 to 4, in Example 1 (FIG. 1) and Example 2 (FIG. 2), the particle size distribution of the positive active material showed a unimodal distribution having one peak, The particle size ratio of D 10 /D 90 was 0.3 or more, and the BET specific surface area was reduced to 1.0 m 2 /g or less.

반면에, 비교예 3(도3) 및 비교예 4(도4)는 양극 활물질의 입도 분포가 2개의 피크를 갖는 이봉분포(Bimodal distribution)를 나타냈고, D10/D90의 입경 비가 0.3 미만이었으며, BET 비표면적이 약 1.0m2/g 이상으로 증가되었다.On the other hand, Comparative Example 3 (FIG. 3) and Comparative Example 4 (FIG. 4) showed a bimodal distribution in which the particle size distribution of the positive active material had two peaks, and the particle size ratio of D 10 /D 90 was less than 0.3. , and the BET specific surface area was increased to about 1.0 m 2 /g or more.

[[ 실험예Experimental example 2: 2: 세퍼레이터의of separator Heat 수축율shrinkage 및 통기도 평가] and air permeability evaluation]

상기 실시예 1 및 비교예 1에서의 세퍼레이터를 각각 120℃, 1시간 보관, 150℃, 1시간 보관한 후 열 수축율을 평가하였으며, 그 결과를 표 2에 나타내었다.After the separators in Example 1 and Comparative Example 1 were stored at 120° C. for 1 hour, stored at 150° C. for 1 hour, respectively, heat shrinkage was evaluated, and the results are shown in Table 2.

또한, 실시예 1 및 비교예 1에서의 세퍼레이터의 통기도를 측정하였으며, 그 결과를 표 2에 나타내었다.In addition, the air permeability of the separators in Example 1 and Comparative Example 1 was measured, and the results are shown in Table 2.

실시예 1Example 1 비교예 1Comparative Example 1 120℃, 1Hr
120℃, 1Hr
종축 수축율(%)Vertical axis shrinkage (%) 44 99
횡축 수축율(%)Transverse shrinkage (%) 00 44 150℃, 1Hr
150℃, 1Hr
종축 수축율(%)Vertical axis shrinkage (%) 1212 7373
횡축 수축율(%)Transverse shrinkage (%) 1010 7373 통기도 (sec/100ml)Air permeability (sec/100ml) 281281 165165

상기 표 2를 참조하면, 아라미드(aramid) 코팅층을 형성한 실시예 1의 세퍼레이터는 아라미드(aramid) 코팅층을 형성하지 않은 비교예 1의 세퍼레이터에 비하여 120℃ 및 150℃에서 보관 후의 열 수축율이 크게 감소하였다. 특히, 150℃에서의 경우 비교예 1과의 열 수축율 차이가 현저히 크게 나타났다.Referring to Table 2, the separator of Example 1 having an aramid coating layer had a significantly reduced thermal shrinkage after storage at 120° C. and 150° C. compared to the separator of Comparative Example 1 without forming an aramid coating layer. did. In particular, in the case of 150 ° C., the difference in heat shrinkage from Comparative Example 1 was significantly larger.

또한, 아라미드(aramid) 코팅층을 형성한 실시예 1의 세퍼레이터는 통기도가 281sec/ml로 아라미드(aramid) 코팅층을 형성하지 않은 비교예 1의 세퍼레이터에 비하여 통기도가 다소 증가하였지만, 실시예 1의 통기도도 350sec/ml 이하를 만족하였다.In addition, the air permeability of the separator of Example 1 in which an aramid coating layer was formed was 281 sec/ml, and the air permeability was slightly increased compared to the separator of Comparative Example 1 in which an aramid coating layer was not formed, but the air permeability of Example 1 350 sec/ml or less was satisfied.

[[ 실험예Experimental example 3: 리튬 이차전지 성능 평가] 3: Lithium secondary battery performance evaluation]

실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1 내지 비교예 4에서 제조된 리튬 이차전지에 대해 충전 종지 전압 4.55V, 방전 종지 전압 2.5V, 0.3C/0.3C 조건으로 충방전 실험을 진행하여 초기 용량, 출력 및 셀 저항을 측정하였으며, 그 결과를 표 3에 나타내었다.The lithium secondary batteries prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 4 were charged and discharged under the conditions of a final charge voltage of 4.55V, a final discharge voltage of 2.5V, and 0.3C/0.3C, and the initial capacity , output and cell resistance were measured, and the results are shown in Table 3.

셀 저항(ohm)Cell resistance (ohm) 충전용량(mAh/g)Charging capacity (mAh/g) 방전용량(mAh/g)Discharge capacity (mAh/g) 실시예1Example 1 21.321.3 225.5225.5 207.7207.7 실시예2Example 2 23.223.2 229.1229.1 208.2208.2 비교예1Comparative Example 1 20.820.8 225.4225.4 207.9207.9 비교예2Comparative Example 2 22.522.5 201.1201.1 171.4171.4 비교예3Comparative Example 3 2828 224224 204204 비교예4Comparative Example 4 3232 224224 203203

상기 표 3을 참조하면, 실시예 1 및 실시예 2는 셀 저항이 낮게 나타났으며, 우수한 용량 및 출력 특성을 보였다. 구체적으로, 니켈(Ni) 함량이 80몰% 미만인 양극 활물질을 사용한 비교예 2에 비하여 실시예 1 및 실시예 2의 용량이 현저히 증가하였다. 또한, 대립자 및 소립자를 혼합한 양극 활물질을 사용한 비교예 3 및 비교예 4에 비하여 실시예 1 및 실시예 2는 셀 저항이 현저히 감소되었으며, 용량 및 출력 특성이 향상되었음을 확인할 수 있다.Referring to Table 3, Examples 1 and 2 showed low cell resistance, and excellent capacity and output characteristics. Specifically, the capacity of Examples 1 and 2 was significantly increased compared to Comparative Example 2 using a cathode active material having a nickel (Ni) content of less than 80 mol%. In addition, compared to Comparative Examples 3 and 4 using the positive active material in which the large and small particles were mixed, the cell resistance of Examples 1 and 2 was significantly reduced, and it could be confirmed that the capacity and output characteristics were improved.

[[ 실험예Experimental example 4: 안정성 평가] 4: Stability evaluation]

실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 리튬 이차전지의 과충전 시 안정성 평가를 위해 25℃에서 1.0C의 전류를 인가하여 최대 10V까지 충전 실험을 진행하였고, 시간에 따른 전압(실선) 및 온도(점선) 변화를 측정하였으며, 그 결과를 도 5에 나타내었다.In order to evaluate the stability of the lithium secondary batteries prepared in Example 1 and Comparative Example 1 during overcharging, a current of 1.0 C was applied at 25° C. to carry out a charging experiment up to 10 V, and the voltage (solid line) and temperature (dotted line) over time (dotted line) ) was measured, and the results are shown in FIG. 5 .

또한, 실시예 2 및 비교예 1에서와 같이 제조하되, 음극으로서 리튬 메탈을 사용하여 제조된 리튬 이차전지 코인 하프 셀(Coin Half Cell)에 대해 CC 모드로 0.1C, 5.0V까지 충전하면서 충전 과정에서 발생하는 가스 발생량을 측정하였으며, 그 결과를 도 6A(비교예 1) 및 도 6B(실시예 2)에 나타내었다.In addition, as in Example 2 and Comparative Example 1, except that the lithium secondary battery prepared using lithium metal as the negative electrode was charged to 0.1C and 5.0V in CC mode while charging in CC mode. The amount of gas generated was measured, and the results are shown in FIGS. 6A (Comparative Example 1) and 6B (Example 2).

또한, 실시예 2 및 비교예 1에서와 같이 제조하되, 음극으로서 리튬 메탈을 사용하여 제조된 리튬 이차전지 코인 하프 셀(Coin Half Cell)에 대해 양극 활물질 질량에 비례하는 0.2C의 전류로 4.25V까지 충전 후, 2.5V까지 동일한 0.2C의 전류로 방전시켜 formation을 진행하였다. 그 후, 0.1C의 일정 전류로 4.7V까지 충전한 후 4.7V에서 120시간 동안 전압을 유지하였을 때 일정 전류를 유지하지 못하고 발생하는 전류의 양을 측정하는 방법으로, 누설 전류(leak current)를 측정하였으며, 그 결과를 도 6A(비교예 1) 및 도 6B(실시예 2)에 나타내었다.In addition, as in Example 2 and Comparative Example 1, except for the lithium secondary battery coin half cell prepared using lithium metal as the negative electrode, 4.25V at a current of 0.2C proportional to the mass of the positive electrode active material After charging to 2.5V, the formation was carried out by discharging at the same current of 0.2C. After that, after charging to 4.7V with a constant current of 0.1C, when the voltage is maintained at 4.7V for 120 hours, it is a method of measuring the amount of current generated without maintaining a constant current. was measured, and the results are shown in FIGS. 6A (Comparative Example 1) and 6B (Example 2).

도 5를 참조하면, 비교예 1의 경우 900초 이후에 전압이 일시적으로 하락되는 것이 관찰되는데, 이는 vent로 이한 전압 하락인 것으로 생각된다. 그 이후 셀의 온도가 급격히 상승하며 최종적으로 폭발이 일어난다. 반면에, 실시예 1은 전압이 일시적으로 하락하는 vent 시점이 비교예 1에 비하여 빨라졌으며, 뒤이어 셀 온도의 증가가 지속적으로 있지만 상한 전압(10V)에 도달한 이후, 즉, 1,400초 이후에 서서히 온도가 떨어지는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 5 , in the case of Comparative Example 1, it is observed that the voltage temporarily drops after 900 seconds, which is considered to be a voltage drop due to the vent. After that, the temperature of the cell rises rapidly and finally an explosion occurs. On the other hand, in Example 1, the vent point at which the voltage temporarily drops is faster than in Comparative Example 1, followed by a continuous increase in the cell temperature, but gradually after reaching the upper limit voltage (10V), that is, after 1,400 seconds You can see the temperature drop.

도 6A(비교예 1) 및 도 6B(실시예 2)을 참조하면, 비교예 1의 경우 고전압에서의 가스 발생량이 약 0.108bar인데 반해, 실시예 2의 경우 고전압에서의 가스 발생량이 0.0262bar로 현저히 감소한 것을 확인할 수 있다. 또한, 비교예 1의 경우 고전압에서의 누설 전류(leak current)가 많이 발생하는 것을 통해 고전압에서의 side reaction을 확인할 수 있으나, 실시예 2의 경우 누설 전류(leak current)가 현저히 감소한 것을 확인할 수 있다. 이를 통해, 니켈(Ni), 코발트(Co), 망간(Mn) 및 알루미늄(Al)의 4성분계 양극 활물질을 사용한 실시예 2의 경우 고전압 하에서의 안정성이 더욱 향상된 것을 알 수 있다.6A (Comparative Example 1) and 6B (Example 2), in the case of Comparative Example 1, the gas generation amount at high voltage is about 0.108 bar, whereas in the case of Example 2, the gas generation amount at the high voltage is 0.0262 bar. It can be seen that there is a significant decrease. In addition, in the case of Comparative Example 1, the side reaction at high voltage can be confirmed through the occurrence of a large amount of leakage current at high voltage, but in the case of Example 2, it can be confirmed that the leakage current is significantly reduced. . Through this, it can be seen that in the case of Example 2 using a quaternary positive electrode active material of nickel (Ni), cobalt (Co), manganese (Mn) and aluminum (Al), stability under high voltage was further improved.

Claims (12)

양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하고,
상기 양극은 니켈(Ni), 코발트(Co)를 포함하고, 망간(Mn) 및 알루미늄(Al)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는 리튬 복합 전이금속 산화물의 양극 활물질을 포함하고, 상기 리튬 복합 전이금속 산화물은 전체 전이금속 원소 중 니켈(Ni)의 함량이 80몰% 이상이며,
상기 양극 활물질은 단봉분포(unimodal distribution)의 입도 분포를 가지며,
상기 세퍼레이터는 다공성 고분자 막의 적어도 일면에 형성된 아라미드(aramid) 코팅층을 포함하는 전극 조립체.
A positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode,
The positive electrode includes a positive active material of a lithium composite transition metal oxide containing nickel (Ni), cobalt (Co), and at least one selected from the group consisting of manganese (Mn) and aluminum (Al), the lithium In the composite transition metal oxide, the content of nickel (Ni) in the total transition metal element is 80 mol% or more,
The positive active material has a particle size distribution of unimodal distribution,
The separator is an electrode assembly including an aramid (aramid) coating layer formed on at least one surface of the porous polymer membrane.
제1항에 있어서,
상기 양극 활물질은 니켈(Ni), 코발트(Co), 망간(Mn) 및 알루미늄(Al)을 포함하는 4성분계 리튬 복합 전이금속 산화물인 전극 조립체.
According to claim 1,
The cathode active material is an electrode assembly of a quaternary lithium composite transition metal oxide including nickel (Ni), cobalt (Co), manganese (Mn) and aluminum (Al).
제1항에 있어서,
상기 양극 활물질은 하기 화학식 1로 표시되는 리튬 복합 전이금속 산화물인 전극 조립체.
[화학식 1]
LipNi1 -(x1+y1+z1)Cox1Ma y1Mb z1Mc q1O2
상기 식에서, Ma은 Mn 및 Al로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소이고, Mb는 Zr, W, Mg, Al, Ce, Hf, Ta, La, Ti, Sr, Ba, Nb, Mo, 및 Cr로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소이며, Mc는 Al, Zr, Ti, Mg, Ta, Nb, Mo 및 Cr로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상의 원소이며, 0.9≤p≤1.5, 0<x1≤0.2, 0<y1≤0.2, 0≤z1≤0.1, 0≤q1≤0.1 이고, 0<x1+y1+z1≤0.2이다.
According to claim 1,
The cathode active material is an electrode assembly of a lithium composite transition metal oxide represented by the following formula (1).
[Formula 1]
Li p Ni 1 -(x1+y1+z1) Co x1 M a y1 M b z1 M c q1 O 2
In the above formula, M a is at least one element selected from the group consisting of Mn and Al, and M b is Zr, W, Mg, Al, Ce, Hf, Ta, La, Ti, Sr, Ba, Nb, Mo, and At least one element selected from the group consisting of Cr, M c is at least one element selected from the group consisting of Al, Zr, Ti, Mg, Ta, Nb, Mo and Cr, 0.9≤p≤1.5, 0< x1≤0.2, 0<y1≤0.2, 0≤z1≤0.1, 0≤q1≤0.1, and 0<x1+y1+z1≤0.2.
제1항에 있어서,
상기 양극 활물질은 평균 입경(D50)이 9 내지 15㎛인 전극 조립체.
According to claim 1,
The positive active material has an average particle diameter (D 50 ) of 9 to 15 μm in an electrode assembly.
제1항에 있어서,
상기 양극 활물질은 D10/D90의 입경 비가 0.3 이상인 전극 조립체.
According to claim 1,
The positive active material is an electrode assembly having a particle size ratio of D 10 /D 90 of 0.3 or more.
제1항에 있어서,
상기 양극 활물질은 BET 비표면적이 1.0m2/g 이하인 전극 조립체.
According to claim 1,
The positive active material is an electrode assembly having a BET specific surface area of 1.0 m 2 /g or less.
제1항에 있어서,
상기 세퍼레이터는 폴리올레핀계 고분자, 폴리비닐리덴플루오라이드계 고분자, 폴리염화비닐계 고분자, 폴리아크릴로나이트릴, 셀룰로오스 및 나일론으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 다공성 고분자 막을 포함하는 전극 조립체.
According to claim 1,
The separator is an electrode assembly comprising at least one porous polymer membrane selected from the group consisting of polyolefin-based polymers, polyvinylidene fluoride-based polymers, polyvinyl chloride-based polymers, polyacrylonitrile, cellulose and nylon.
제1항에 있어서,
상기 아라미드 코팅층의 두께는 1.0 내지 3.0㎛인 전극 조립체.
According to claim 1,
The thickness of the aramid coating layer is 1.0 to 3.0㎛ electrode assembly.
제1항에 있어서,
상기 세퍼레이터의 두께는 12 내지 25㎛인 전극 조립체.
According to claim 1,
The thickness of the separator is 12 to 25㎛ electrode assembly.
제1항에 있어서,
상기 세퍼레이터의 통기도는 150 내지 350sec/100ml인 전극 조립체.
According to claim 1,
The air permeability of the separator is 150 to 350 sec/100ml of the electrode assembly.
제1항에 있어서,
상기 세퍼레이터는 150℃, 1시간 보관 후의 종축 수축률이 15% 이하이고, 횡축 수축률이 15% 이하인 전극 조립체.
According to claim 1,
The separator has an electrode assembly having a vertical shrinkage ratio of 15% or less and a horizontal shrinkage ratio of 15% or less after storage at 150° C. for 1 hour.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 전극 조립체를 포함하는 리튬 이차전지.A lithium secondary battery comprising the electrode assembly according to any one of claims 1 to 11.
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