KR102534215B1 - Lithium Secondary Battery Comprising Si Anode - Google Patents

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Abstract

본 발명은 양극, 음극 및 그 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 리튬 이차전지로서, 상기 음극의 Si계 양극 활물질을 포함하고 상기 양극의 초기 효율이 음극의 초기 효율 보다 낮은 리튬 이차전지를 제공한다. The present invention provides a lithium secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed therebetween, wherein the negative electrode includes a Si-based positive electrode active material and the initial efficiency of the positive electrode is lower than that of the negative electrode.

Description

Si계 음극을 포함하는 리튬 이차전지{Lithium Secondary Battery Comprising Si Anode}Lithium secondary battery including a Si-based negative electrode {Lithium Secondary Battery Comprising Si Anode}

본 발명은 Si계 음극을 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다. The present invention relates to a lithium secondary battery including a Si-based negative electrode.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 이러한 이차 전지 중 높은 에너지 밀도와 전압을 갖고 사이클 수명이 긴 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다.As technology development and demand for mobile devices increase, demand for secondary batteries as an energy source is rapidly increasing. Among these secondary batteries, lithium secondary batteries having high energy density and voltage and long cycle life have been commercialized and widely used.

리튬 이차전지는 양극, 음극, 상기 양극과 음극의 사이에 개재되어 이들을 분리하는 세퍼레이터, 및 상기 양극 및 음극과 전기화학적으로 소통하는 전해액을 포함한다. A lithium secondary battery includes a positive electrode, a negative electrode, a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode to separate them, and an electrolyte that communicates electrochemically with the positive electrode and the negative electrode.

이러한 리튬 이차전지는 통상적으로 양극에는 LiCoO2, LiMn2O4 등과 같이 리튬이 삽입되어 있는 화합물을 사용하고, 음극에는 탄소계, Si계 등의 리튬이 삽입되어 있지 않은 물질을 사용하여 제조되며, 충전시에는 양극에 삽입된 리튬 이온이 전해액을 통해 음극으로 이동하고, 방전시에는 다시 리튬 이온이 음극에서 양극으로 이동하게 된다. 충전 반응시 양극에서 음극으로 이동하는 리튬은 전해액과 반응하여 음극의 표면에 일종의 보호막(passivation film)인 SEI(solid electrolyte interface)를 형성하게 된다. 이 SEI는 음극과 전해액의 반응에 요구되는 전자의 이동을 억제하여 전해질의 분해반응을 방지함으로써 음극의 구조를 안정화시킬 수 있는 한편, 비가역적 반응이기 때문에 리튬이온의 소모를 가져온다. 즉, SEI의 형성으로 소비된 리튬은 이어지는 방전 과정에서 양극으로 돌아가지 않아 전지의 용량을 감소시키며, 이러한 현상을 비가역 용량(irreversible capacity)이라고 한다. These lithium secondary batteries are typically manufactured by using a lithium-intercalated compound such as LiCoO 2 or LiMn 2 O 4 for the cathode and a non-lithium-intercalated material such as carbon-based or Si-based for the anode, During charging, lithium ions inserted into the positive electrode move to the negative electrode through the electrolyte, and during discharging, lithium ions move from the negative electrode to the positive electrode. During the charging reaction, lithium moving from the positive electrode to the negative electrode reacts with the electrolyte to form a solid electrolyte interface (SEI), which is a kind of passivation film on the surface of the negative electrode. This SEI can stabilize the structure of the anode by preventing the decomposition reaction of the electrolyte by suppressing the movement of electrons required for the reaction between the anode and the electrolyte, while it consumes lithium ions because it is an irreversible reaction. That is, lithium consumed by the formation of SEI does not return to the positive electrode in the subsequent discharging process, reducing the capacity of the battery, and this phenomenon is called irreversible capacity.

음극재로서 흑연과 같은 탄소계 물질은 안정성과 가역성은 뛰어나지만, 용량적 측면에서 한계가 있어, 고용량을 목적으로 하는 분야에서는 이론용량이 높은 Si계 재료를 음극재로서 사용하려는 시도가 증가하고 있다. As an anode material, carbon-based materials such as graphite are excellent in stability and reversibility, but have limitations in terms of capacity. In the field of high capacity, attempts to use Si-based materials with high theoretical capacity as anode materials are increasing. .

한편, 리튬 이차전지의 성능 향상을 위한 노력으로서, 충전 속도를 빠르게 하는 기술의 개발이 요구되고 있다. 리튬 이차전지의 급속 충전을 위해서는 음극에 리튬 이온이 삽입되는 과정에서 리튬 이온의 이동 속도가 빨라야 하므로, 음극 활물질층을 박막 수준의 두께로 형성하여 리튬의 확산거리를 작게 하고, 그 표면에 탄소 코팅층을 형성하여 도전성을 증가시킴으로써 내부 저항을 작게 하여 고출력화를 도모하는 전지 설계가 이루어지고 있다. On the other hand, as an effort to improve the performance of a lithium secondary battery, the development of a technology for accelerating the charging speed is required. In order to rapidly charge a lithium secondary battery, the lithium ion movement speed must be fast during the process of lithium ion insertion into the negative electrode. A battery design is being made to achieve high output by reducing internal resistance by forming and increasing conductivity.

그러나, 이러한 박막 음극 활물질층을 구비한 음극으로는 고용량을 구현하기 어렵다. 또한, 고용량을 구현한 음극에서는 급속 충전을 구현하기가 곤란하다.However, it is difficult to realize a high capacity with an anode having such a thin film anode active material layer. In addition, it is difficult to implement rapid charging in a negative electrode having a high capacity.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 한 목적은 급속 충전과 고용량을 모두 구현할 수 있는 리튬 이차전지를 제공하는 것이다.Accordingly, the present invention is to solve the above problems, and one object of the present invention is to provide a lithium secondary battery capable of realizing both rapid charging and high capacity.

본 발명의 제1 양태에 따르면, 양극, 음극 및 그 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 리튬 이차전지에 있어서, 상기 음극은 Si계 음극이고, 상기 양극의 초기 효율이 음극의 초기 효율 보다 낮은 리튬 이차전지가 제공된다.According to a first aspect of the present invention, in a lithium secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed therebetween, the negative electrode is a Si-based negative electrode, and the initial efficiency of the positive electrode is lower than the initial efficiency of the negative electrode. A battery is provided.

본 발명의 제2 양태에 따르면, 본 발명의 제1 양태의 음극은 1,200 mAh/g 이상의 용량을 가질 수 있다.According to the second aspect of the present invention, the negative electrode of the first aspect of the present invention may have a capacity of 1,200 mAh/g or more.

본 발명의 제3 양태에 따르면, 본 발명의 제1 또는 2 양태에서 상기 음극은 1,400 mAh/g 내지 4,000 mAh/g의 용량을 가질 수 있다.According to the third aspect of the present invention, the negative electrode in the first or second aspect of the present invention may have a capacity of 1,400 mAh/g to 4,000 mAh/g.

본 발명의 제4 양태에 따르면, 본 발명의 제1 내지 3 양태 중 어느 하나의 양태에서 상기 양극의 초기 효율이 음극의 초기 효율 보다 4 내지 7% 낮을 수 있다.According to the fourth aspect of the present invention, the initial efficiency of the positive electrode in any one of the first to third aspects of the present invention may be 4 to 7% lower than the initial efficiency of the negative electrode.

본 발명의 제5 양태에 따르면, 본 발명의 제1 내지 4 양태 중 어느 하나의 양태에서 상기 음극의 초기 효율은 90% 이상일 수 있다.According to the fifth aspect of the present invention, the initial efficiency of the negative electrode in any one of the first to fourth aspects of the present invention may be 90% or more.

본 발명의 제6 양태에 따르면, 본 발명의 제1 내지 5 양태 중 어느 하나의 양태에서 상기 음극의 음극 활물질이 Si, Si-C 또는 이들의 혼합물로 이루어질 수 있다. According to the sixth aspect of the present invention, the negative electrode active material of the negative electrode in any one of the first to fifth aspects of the present invention may be made of Si, Si—C, or a mixture thereof.

본 발명의 제7 양태에 따르면, 본 발명의 제1 내지 6 양태 중 어느 하나의 양태에서 상기 양극은 단결정 구조를 갖는 리튬 니켈-코발트-망간(NCM) 산화물을 양극 활물질로 포함할 수 있다.According to the seventh aspect of the present invention, in any one of the first to sixth aspects of the present invention, the positive electrode may include lithium nickel-cobalt-manganese (NCM) oxide having a single crystal structure as a positive electrode active material.

본 발명의 제8 양태에 따르면, 본 발명의 제1 내지 7 양태 중 어느 하나의 양태에서 상기 양극은 양극 활물질로서 LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMn2O4, LiNi1 -yCoyO2 (O<y<1), LiCo1 - yMnyO2 (O<y<1), LiNi1 - yMnyO2 (O<y<1), LiMn2 - zNizO4, LiMn2 -zCozO4(O<z<2), LiCoPO4 및 LiFePO4로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 더 포함할 수 있다.According to an eighth aspect of the present invention, in any one of the first to seventh aspects of the present invention, the positive electrode includes LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNi 1 -y Co y O as a positive electrode active material 2 (O<y<1), LiCo 1 - y Mn y O 2 (O<y<1), LiNi 1 - y Mn y O 2 (O<y<1), LiMn 2 - z Ni z O 4 , LiMn 2 -z Co z O4(O<z<2), LiCoPO 4 And LiFePO 4 It may further include one or a mixture of two or more selected from the group consisting of.

본 발명의 제9 양태에 따르면, 본 발명의 제1 내지 8 양태 중 어느 하나의 양태에서 상기 음극의 음극 활물질층에 2종 이상의 도전재가 사용될 수 있다. According to a ninth aspect of the present invention, in any one of the first to eighth aspects of the present invention, two or more types of conductive materials may be used in the negative electrode active material layer of the negative electrode.

본 발명의 제10 양태에 따르면, 본 발명의 제1 내지 9 양태 중 어느 하나의 양태에서 상기 음극은 20 내지 80 ㎛의 두께를 갖는 음극 활물질층을 구비할 수 있다. According to a tenth aspect of the present invention, in any one of the first to ninth aspects of the present invention, the negative electrode may include a negative electrode active material layer having a thickness of 20 to 80 μm.

본 발명의 제11 양태에 따르면, 본 발명의 제1 내지 10 양태 중 어느 하나의 양태에서 상기 음극은 상기 음극 활물질 입자상에 탄소 코팅층을 더 포함할 수 있다.According to an eleventh aspect of the present invention, in any one of the first to tenth aspects of the present invention, the negative electrode may further include a carbon coating layer on the negative electrode active material particle.

본 발명에 따른 리튬 이차전지는 음극 활물질로 Si계 활물질을 사용하되, 음극 활물질층을 구비하면서 양극의 초기 효율을 음극 대비 낮게 함으로써 고용량과 급속충전의 동시 실현이 가능하다. The lithium secondary battery according to the present invention uses a Si-based active material as an anode active material, but simultaneously realizes high capacity and rapid charging by providing a negative electrode active material layer and lowering the initial efficiency of the positive electrode compared to the negative electrode.

본 발명의 바람직한 일 양태에서, 본 발명에 따른 리튬 이차전지는 음극 활물질로 1,200mAh/g 이상의 음극 용량을 갖는 Si계 활물질을 사용하는 경우에 고용량과 급속충전의 동시 실현이 보다 현저하게 이루어질 수 있다. In a preferred aspect of the present invention, when a Si-based active material having a negative electrode capacity of 1,200 mAh/g or more is used as the negative electrode active material in the lithium secondary battery according to the present invention, simultaneous realization of high capacity and rapid charging can be achieved more remarkably. .

본 발명의 바람직한 다른 양태에서, 본 발명에 따른 리튬 이차전지는 음극 활물질로 1,200mAh/g 이상의 음극 용량을 갖는 Si계 활물질을 사용하고 양극 활물질로 단결정 구조를 갖는 리튬 니켈-코발트-망간 산화물을 포함하는 경우에 고용량과 급속충전의 동시 실현이 더욱 보다 현저하게 이루어질 수 있다.In another preferred embodiment of the present invention, the lithium secondary battery according to the present invention uses a Si-based active material having a negative electrode capacity of 1,200 mAh / g or more as a negative electrode active material and includes lithium nickel-cobalt-manganese oxide having a single crystal structure as a positive electrode active material In this case, simultaneous realization of high capacity and rapid charging can be achieved more remarkably.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시예 2 및 비교예 1에 따른 리튬 이차전지의 충방전 전위 프로파일을 나타낸 것이다.
The following drawings attached to this specification illustrate preferred embodiments of the present invention, and serve to further understand the technical idea of the present invention together with the contents of the above-described invention, so the present invention is limited to those described in the drawings. It should not be construed as limiting.
1 shows charge and discharge potential profiles of lithium secondary batteries according to Example 2 and Comparative Example 1 of the present invention.

이하, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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 terms or words used in this specification and claims should not be construed as being limited to ordinary or dictionary meanings, and the inventor appropriately defines the concept of terms in order to explain his/her invention in the best way. It should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be done.

본 발명의 일 실시양태에 따른 리튬 이차전지는 양극, 음극 및 그 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하며, 상기 양극 및 음극은 고용량 및 급속충전을 동시에 만족하도록 설계된다.A lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed therebetween, and the positive electrode and the negative electrode are designed to simultaneously satisfy high capacity and rapid charging.

본 발명의 일 실시양태에서, 상기 음극은 1,200 mAh/g 이상, 상세하게는 1,400 mAh/g 내지 4,000 mAh/g의 용량을 가질 수 있다. 상기 음극이 1,200 mAh/g 미만의 용량을 갖는 경우에는 고용량 음극의 구현이 곤란할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the negative electrode may have a capacity of 1,200 mAh/g or more, specifically 1,400 mAh/g to 4,000 mAh/g. When the negative electrode has a capacity of less than 1,200 mAh/g, it may be difficult to realize a high-capacity negative electrode.

또한, 본 발명의 일 실시양태에서, 상기 음극은 20 내지 80 ㎛, 상세하게는 30 내지 70 ㎛의 두께를 갖는 음극 활물질층을 구비할 수 있다. 상기 음극 활물질층이 상기 범위의 두께를 갖는 경우에 고용량 음극의 실현이 보다 용이하게 이루어질 수 있다. 기존의 급속 충전용 리튬 이차전지에서는 음극 활물질층의 두께를 박막 수준으로 형성함으로써 리튬의 확산 거리를 작게 함으로써 급속 충전이 이루어지도록 하였다. 그러나, 이 경우 음극 활물질층의 로딩량이 너무 낮음에 따라 고용량의 전지를 구현하기에는 한계가 있다. In addition, in one embodiment of the present invention, the negative electrode may have a negative electrode active material layer having a thickness of 20 to 80 μm, specifically 30 to 70 μm. When the negative electrode active material layer has a thickness within the above range, a high-capacity negative electrode may be more easily realized. In conventional lithium secondary batteries for rapid charging, rapid charging is achieved by reducing the diffusion distance of lithium by forming the thickness of the negative electrode active material layer to a thin film level. However, in this case, since the loading amount of the negative electrode active material layer is too low, there is a limit to realizing a high-capacity battery.

따라서, 본 발명의 바람직한 일 실시양태에서, 음극 활물질층의 최저 두께를 20 ㎛ 이상으로 설계하여 1,200mAh/g 이상의 고용량을 확보하는 한편, 급속 충전시 리튬 이온의 이동 거리를 최소화하기 위해 음극 활물질층 두께의 상한을 80 ㎛로 제한할 수 있다.Therefore, in a preferred embodiment of the present invention, the minimum thickness of the negative electrode active material layer is designed to be 20 μm or more to secure a high capacity of 1,200 mAh / g or more, while minimizing the moving distance of lithium ions during rapid charging. The upper limit of the thickness may be limited to 80 μm.

상기 음극 활물질층은 음극 활물질로서 고용량을 부여할 수 있는 음극 활물질, 바인더, 도전재 및 분산매를 혼합하여 슬러리를 제조한 후 이를 집전체의 적어도 일면에 코팅한 후, 건조 및 압연 과정을 거쳐 형성될 수 있다. The negative electrode active material layer is formed by preparing a slurry by mixing a negative electrode active material capable of imparting a high capacity as a negative electrode active material, a binder, a conductive material, and a dispersion medium, coating the slurry on at least one surface of the current collector, and then drying and rolling. can

본 발명에서 사용가능한 음극 활물질은 88% 이상 또는 90% 이상의 초기 효율을 갖는 Si계 화합물을 포함할 수 있다. 바람직하게, 본 발명에서 사용가능한 음극 활물질은 88% 이상의 초기 효율을 갖는 Si계 화합물로만 이루어질 수 있다. 상기 Si계 화합물의 비제한적인 예로 Si, Si-C 또는 이들의 혼합물이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. An anode active material usable in the present invention may include a Si-based compound having an initial efficiency of 88% or more or 90% or more. Preferably, the negative electrode active material usable in the present invention may consist only of a Si-based compound having an initial efficiency of 88% or more. Non-limiting examples of the Si-based compound include Si, Si-C, or mixtures thereof, but are not limited thereto.

88% 이상의 초기 효율을 갖는 Si계 화합물은 0.8 내지 10 ㎛의 D50 평균입경 또는 1 내지 8 ㎛의 D50 평균입경 또는 2 내지 7 ㎛의 D50 평균입경을 가질 수 있다. 상기 수치범위의 D50 평균입경을 갖는 상기 Si계 화합물은, 이보다 크거나 적은 평균입경을 갖는 Si계 화합물과 비교할 때, 동일한 함량으로 도전재를 사용하더라도 도전 네트워크 형성 측면에서 유리하다.The Si-based compound having an initial efficiency of 88% or more may have an average D50 particle diameter of 0.8 to 10 µm, or a D50 average particle diameter of 1 to 8 µm, or a D50 average particle diameter of 2 to 7 µm. The Si-based compound having an average particle diameter of D50 within the above numerical range is advantageous in terms of forming a conductive network even when the conductive material is used in the same amount as compared to a Si-based compound having an average particle diameter larger or smaller than this.

본원 명세서에서 'D50 평균입경'이라 함은 2종류 이상의 입경을 가진 입자의 대표 지름으로 입도분포곡선에서 중량 백분율의 50%에 해당하는 입경 즉, 입도분포곡선에서 누적중량의 50%가 통과하는 입자의 직경을 말하며, 전체에서 50%를 통과시킨 체의 크기에 해당하는 입자의 직경과 같은 의미로 이해한다.In the present specification, 'D50 average particle diameter' refers to the representative diameter of particles having two or more types of particle diameters, which corresponds to 50% of the weight percentage in the particle size distribution curve, that is, particles passing through 50% of the cumulative weight in the particle size distribution curve. It refers to the diameter of and is understood as the same meaning as the diameter of the particle corresponding to the size of the sieve passing 50% of the total.

상기 입자의 평균 입경은 일반적으로 X-선 회절(XRD) 분석 또는 전자현미경(SEM, TEM) 등을 이용하여 측정할 수 있다.The average particle diameter of the particles can generally be measured using X-ray diffraction (XRD) analysis or electron microscopy (SEM, TEM).

상기 88% 이상의 초기 효율을 갖는 Si계 화합물은 음극 활물질층을 구성하는 활물질에 대해 단독으로 적용할 수 있다. 흑연계 음극 활물질을 적용하는 경우 전지 용량 발현이 곤란하게 되고, 충방전 전위의 불일치로 가역 구간을 설정하는데 어려움이 있다.The Si-based compound having an initial efficiency of 88% or more may be applied alone to the active material constituting the negative electrode active material layer. When a graphite-based negative electrode active material is applied, it is difficult to develop battery capacity, and it is difficult to set a reversible range due to mismatch in charge and discharge potential.

상기 음극 활물질 이외에, 본 발명에서 목적하는 효과에 영향을 주지 않는 한도에서, 예컨대, 음극 초기 효율을 낮추지 않는 미량 범위내에서, 다른 Si-함유 물질, 예컨대 SiO, SiO2 또는 이들의 혼합물; Sn, SnO, SnO2 등의 Sn계 물질; 인조흑연, 천연흑연, 비정질 하드카본, 저결정질 소프트카본 등의 탄소계 물질; 리튬 티타늄 산화물과 같은 금속 복합 산화물; 또는 이들 중 2 이상의 혼합물이 음극 활물질로서 사용될 수 있다.In addition to the negative electrode active material, other Si-containing materials, such as SiO, SiO 2 or mixtures thereof, within a trace amount that does not affect the desired effect in the present invention, for example, within a small amount that does not lower the initial efficiency of the negative electrode; Sn-based materials such as Sn, SnO, and SnO2; carbon-based materials such as artificial graphite, natural graphite, amorphous hard carbon, and low crystalline soft carbon; metal composite oxides such as lithium titanium oxide; Alternatively, a mixture of two or more of these may be used as the negative electrode active material.

이러한 음극 활물질은 음극 제조시 고형분 기준 음극슬러리의 전체 중량을 기준으로 50 내지 80 중량%로 사용될 수 있다.Such negative electrode active materials may be used in an amount of 50 to 80% by weight based on the total weight of the negative electrode slurry based on the solid content when preparing the negative electrode.

상기 바인더는 도전재와 활물질, 또는 집전체 간의 결합에 조력하는 성분으로서, 이러한 바인더의 예로는 폴리비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HEP), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride, PVDF), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로오스, 재생 셀룰로오스, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아크릴산, 스티렌 부타디엔 고무(SBR) 등을 들 수 있다. 상기 카르복시메틸셀룰로오스(CMC)는 슬러리의 점도를 조절하는 증점제로 사용될 수도 있다. 상기 바인더는 음극 슬러리 조성물 전체 중량을 기준으로 0.1 내지 20 중량%로 포함될 수 있다. The binder is a component that assists in the bonding between the conductive material and the active material or the current collector, and examples of such a binder include polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HEP), polyvinylidene fluoride ( polyvinylidenefluoride (PVDF), polyacrylonitrile, polymethylmethacrylate, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetra Fluoroethylene, polyethylene, polypropylene, polyacrylic acid, styrene butadiene rubber (SBR), etc. are mentioned. The carboxymethylcellulose (CMC) may also be used as a thickener for adjusting the viscosity of the slurry. The binder may be included in an amount of 0.1 to 20% by weight based on the total weight of the negative electrode slurry composition.

상기 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 탄소계 도전재이다. 예를 들어, 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 파네스 블랙, 램프 블랙, 서멀 블랙, 카본나노섬유 및 카본나노튜브로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있다. Si계 음극의 특성을 고려하여 이러한 도전재는 형태와 입자 크기 등이 상이한 재료를 2종 이상 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 비제한적인 예로, 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 파네스 블랙, 램프 블랙 및 서멀 블랙으로부터 선택된 1종 이상과, 카본나노섬유 및 카본나노튜브로부터 선택된 1종 이상의 혼합물 형태로 사용될 수 있다.The conductive material is a carbon-based conductive material having conductivity without causing chemical change in the battery. For example, it may be one or a mixture of two or more selected from the group consisting of carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, farnes black, lamp black, thermal black, carbon nanofibers, and carbon nanotubes. Considering the characteristics of the Si-based negative electrode, it is preferable to use a mixture of two or more materials having different shapes and particle sizes as the conductive material. As a non-limiting example, it can be used in the form of a mixture of at least one selected from carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, farnes black, lamp black and thermal black, and at least one selected from carbon nanofibers and carbon nanotubes. there is.

상기 도전재는 음극 활물질층을 구성하는 고형물 100 중량%를 기준으로 15 내지 40중량% 범위로 포함될 수 있다. 상기 도전재가 상기 수치범위 내의 함량으로 사용되는 경우에, 충분한 도전 네크워크 형성 및 목적하는 전지 용량을 나타낼 수 있다.The conductive material may be included in the range of 15 to 40% by weight based on 100% by weight of the solids constituting the negative electrode active material layer. When the conductive material is used in an amount within the above numerical range, a sufficient conductive network may be formed and a desired battery capacity may be exhibited.

한편, 상기 음극 활물질, 바인더 및 도전재를 분산시켜 음극슬러리를 수득하기 위한 분산매로는 물 또는 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone) 등의 유기용매가 사용될 수 있다. 분산매로 물을 사용하는 수계 조성을 사용하는 경우 음극슬러리 중의 고형분 농도가 20 내지 55 중량%, 바람직하게 30 내지 50 중량%가 되게 하는 양으로 사용될 수 있다.Meanwhile, water or an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) may be used as a dispersion medium for dispersing the negative electrode active material, the binder, and the conductive material to obtain a negative electrode slurry. In the case of using an aqueous composition using water as a dispersion medium, it may be used in an amount such that the solid content concentration in the negative electrode slurry is 20 to 55% by weight, preferably 30 to 50% by weight.

상기 집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 상기 집전체의 두께는 특별히 제한되지는 않으나, 통상적으로 적용되는 3 내지 500 ㎛의 두께를 가질 수 있다.The current collector is not particularly limited as long as it does not cause chemical change in the battery and has conductivity. For example, copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, fired carbon, carbon, nickel on the surface of copper or stainless steel , titanium, one surface-treated with silver, etc., an aluminum-cadmium alloy, etc. may be used. The thickness of the current collector is not particularly limited, but may have a commonly applied thickness of 3 to 500 μm.

또한, 본 발명에서 음극 제조를 위한 음극슬러리의 코팅 방법은 당해 분야에서 통상적으로 사용되는 방법이라면 특별히 한정되지 않는다. 예컨대, 슬롯 다이를 이용한 코팅법이 사용될 수도 있고, 그 이외에도 메이어 바 코팅법, 그라비아 코팅법, 침지 코팅법, 분무 코팅법 등이 사용될 수 있다.In addition, in the present invention, the coating method of the negative electrode slurry for preparing the negative electrode is not particularly limited as long as it is a method commonly used in the art. For example, a coating method using a slot die may be used, and other than that, a Mayer bar coating method, a gravure coating method, a dip coating method, a spray coating method, and the like may be used.

본 발명의 일 실시양태에서, 상기 양극은 양극 활물질로서 리튬 니켈-코발트-망간(NCM) 산화물을 포함한다.In one embodiment of the present invention, the positive electrode includes lithium nickel-cobalt-manganese (NCM) oxide as a positive electrode active material.

상기 리튬 니켈-코발트-망간(NCM) 산화물은 Li1 + x(NiaCobMnC)O2(0.97≤x ≤1.06, 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, a+b+c=1)로 표시되는 Ni-Co-Mn 3성분계 양극 활물질, Li1+x(NiaCobMnC)O4(0.97≤x ≤1.06, 0<a<2, 0<b<2, 0<c<2, a+b+c=2)로 표시되는 Ni-Co-Mn 3성분계 양극 활물질, 또는 이들의 혼합물로서, 니켈 함유 산화물의 고용량성, 망간 함유 산화물의 열적 안정성, 및 코발트 함유 산화물의 우수한 전기화학적 특성과 같은 장점들을 결합시킨 복합체이다. 상기 리튬 니켈-코발트-망간(NCM) 산화물은 본 발명의 목적에 부합하는 한도에서 미량의 금속원소로 도핑될 수 있다. 예컨대, Li1 + x(NiaCobMnC)O2(0.97≤x ≤1.06, 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, a+b+c=1) 또는 Li1+x(NiaCobMnC)O4(0.97≤x ≤1.06, 0<a<2, 0<b<2, 0<c<2, a+b+c=2)로 표시되는 Ni-Co-Mn 3성분계 양극 활물질로 표시되는 상기 리튬 니켈-코발트-망간(NCM) 산화물 각각은 독립적으로, 비제한적인 예로 Na, K, Mg, Ca, Sr, Ni, Co, Ti, Al, Si, Sn, Mn, Cr, Fe, V 및 Zr로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 금속으로 도핑될 수 있다. 리튬 니켈-코발트-망간(NCM)에 도핑되는 금속의 함량은 양극 저항을 유의미하게 증가시키지 않는 함량 범위일 수 있다. 예컨대, 리튬 니켈-코발트-망간(NCM) 산화물 내 도핑 금속은 각 원소 기준 10 내지 1500 ppm 또는 50 내지 1000 ppm 또는 100 내지 500 ppm 범위일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 비제한적인 예로, 리튬 니켈-코발트-망간(NCM) 산화물은 일반적으로 도핑 금속으로 2~3종 원소를 사용하고, 상기 도핑 금속은 각 원소 기준에서 수백 ppm 으로 존재할 수 있다. The lithium nickel-cobalt-manganese (NCM) oxide is Li 1 + x (Ni a Co b Mn C ) O 2 (0.97≤x ≤1.06, 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1 , a+b+c=1) Ni-Co-Mn ternary positive electrode active material, Li 1+x (Ni a Co b Mn C )O 4 (0.97≤x ≤1.06, 0<a<2, 0 <b<2, 0<c<2, a+b+c=2) Ni-Co-Mn three-component cathode active material, or a mixture thereof, wherein the nickel-containing oxide has high capacity and the manganese-containing oxide has thermal conductivity. It is a composite that combines the advantages of stability and good electrochemical properties of cobalt-containing oxides. The lithium nickel-cobalt-manganese (NCM) oxide may be doped with a small amount of a metal element to the extent that meets the purpose of the present invention. For example, Li 1 + x (Ni a Co b Mn C ) O 2 (0.97≤x ≤1.06, 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, a+b+c=1) or Li 1+x (Ni a Co b Mn C )O 4 (0.97≤x ≤1.06, 0<a<2, 0<b<2, 0<c<2, a+b+c=2) Each of the lithium nickel-cobalt-manganese (NCM) oxides represented by the Ni-Co-Mn ternary positive electrode active material is independently, but is not limited to, Na, K, Mg, Ca, Sr, Ni, Co, Ti, Al, It may be doped with one or two or more metals selected from the group consisting of Si, Sn, Mn, Cr, Fe, V, and Zr. The content of the metal doped into the lithium nickel-cobalt-manganese (NCM) may be within a range that does not significantly increase anode resistance. For example, the doping metal in lithium nickel-cobalt-manganese (NCM) oxide may be in the range of 10 to 1500 ppm, 50 to 1000 ppm, or 100 to 500 ppm based on each element, but is not limited thereto. As a non-limiting example, lithium nickel-cobalt-manganese (NCM) oxide generally uses 2 to 3 types of elements as doping metals, and the doping metals may be present in hundreds of ppm based on each element.

일반적으로, 리튬 이차전지에서 리튬 코발트 산화물계 양극은 재료 본질적인 충방전 특성으로 인해, 초기 효율인 (1회 사이클의 방전 용량 / 1회 사이클의 충전 용량)×100의 값이 음극 보다 높은 편이다. In general, a lithium cobalt oxide-based positive electrode in a lithium secondary battery has an initial efficiency value of (discharge capacity in one cycle / charge capacity in one cycle) × 100 higher than that of the negative electrode due to the intrinsic charge and discharge characteristics of the material.

그러나, 이차전지의 급속 충전을 위해서는 음극, 특히 Si계 음극의 작동 범위를 고려하였을 때, 양극은 초기 효율을 음극에 비해 낮게 제어되어야 유리하다. 여기서, 급속 충전이란 일정한 C-rate, 예컨대 2.4C 이상, 상세하게는 3C 이상으로 충전시 SOC(state of charge) 70%까지 도달하는 데 걸리는 시간이 30분 이내, 바람직하게는 SOC 80%까지 도달하는데 걸리는 시간이 20분 이내인 것을 의미한다.However, considering the operating range of the negative electrode, especially the Si-based negative electrode, it is advantageous to control the initial efficiency of the positive electrode lower than that of the negative electrode for rapid charging of the secondary battery. Here, rapid charging means that the time required to reach SOC (state of charge) 70% when charging at a certain C-rate, for example, 2.4C or higher, specifically 3C or higher, is within 30 minutes, preferably reaching SOC 80%. This means that it takes less than 20 minutes.

이에, 본 발명에서는 NCM계 양극 활물질 중에서도 소성 온도를 높게 조절하여 과소성을 통해 입자의 결정을 성장하도록 유도한 조건에서 수득되어 초기 효율이 낮고, CV 도달 시점이 빠른 특성을 나타내는 NCM계 양극 활물질을 사용하였으며, 이의 사용으로 이차전지의 충방전시에 양극의 초기 효율이 음극의 초기 효율보다 높을 수 있다. 본 발명의 일 실시양태에서, 양극의 초기 효율이 음극의 초기 효율보다 높되, 양극의 초기 효율이 90% 이하가 되도록 전지를 설계할 수 있다. 본 발명의 다른 실시양태에서, 양극의 초기 효율이 음극의 초기 효율보다 높되, Si계 음극의 초기 효율은 88% 이상 또는 90% 이상이 되도록 전지를 설계할 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시양태에서, 음극의 초기 효율에서 양극의 초기 효율을 차감(minus)한 값은 0.1 내지 12% 또는 1 내지 12% 또는 0.1 내지 10% 또는 1 내지 10% 또는 1 내지 7% 내지 6 내지 7% 범위일 수 있다. 양극과 음극이 이러한 초기 효율 범위를 만족할 때 음극의 사용 구간이 보다 안정적인 영역으로 이동되어 급속 충전과 고용량을 동시에 달성할 수 있다. 또한 이를 통하여 CV의 도달 시점을 빠르게 가져감으로써 리튬 석출이 우려되는 충전 말기의 충전 속도를 자동적으로 낮추어 충전 과정에서의 부산물 발생을 억제할 수 있다.Therefore, in the present invention, among NCM-based positive electrode active materials, NCM-based positive electrode active materials obtained under conditions in which crystal growth of particles is induced through over-firing by controlling the firing temperature to a high level have low initial efficiency and fast CV arrival time. The initial efficiency of the positive electrode may be higher than the initial efficiency of the negative electrode during charging and discharging of the secondary battery. In one embodiment of the present invention, the cell can be designed such that the initial efficiency of the positive electrode is higher than the initial efficiency of the negative electrode, but the initial efficiency of the positive electrode is 90% or less. In another embodiment of the present invention, the cell can be designed such that the initial efficiency of the positive electrode is higher than the initial efficiency of the negative electrode, but the initial efficiency of the Si-based negative electrode is greater than 88% or greater than 90%. In another embodiment of the present invention, the initial efficiency of the negative electrode minus the initial efficiency of the positive electrode is 0.1 to 12% or 1 to 12% or 0.1 to 10% or 1 to 10% or 1 to 7%. to 6 to 7%. When the positive electrode and the negative electrode satisfy this initial efficiency range, the use period of the negative electrode is moved to a more stable region, and rapid charging and high capacity can be achieved at the same time. In addition, by rapidly bringing the CV arrival point through this, the charging speed at the end of charging, in which lithium precipitation is concerned, is automatically lowered, thereby suppressing the generation of by-products in the charging process.

본원 명세서에서 용어 '효율'은 충전 용량 대비 방전 용량 구현량을 의미하는 것으로, 양극 및 음극 효율 측정을 위해서는 각각을 리튬 메탈을 대극으로 하여 제작된 리튬이차전지를 사용하며, 각 리튬이차전지의 충방전 용량은 0.1C 전류 조건을 기준으로 3회 반복 측정한 (n회 사이클의 방전 용량 / n회 사이클의 충전 용량) x 100 의 값을 의미하는 것으로 이해한다. In the present specification, the term 'efficiency' means the amount of discharge capacity compared to the charge capacity. Discharge capacity is understood to mean a value of (discharge capacity of n cycles / charge capacity of n cycles) x 100, measured three times based on a 0.1C current condition.

상기 충방전 측정은 실온, 즉, 25 ℃에서 수행된다.The charge/discharge measurement is performed at room temperature, that is, at 25°C.

또한, 리튬 이차전지의 급속충전이 이루어지기 위해서는 전위가 빠르게 상승하는 것이 유리하다. 즉, 양극 저항이 어느 정도 높게 설계되어야 음극으로 리튬 이온의 과흐름(overflow)을 제어하여 음극의 부담을 줄일 수 있다. 급속 충전의 경우 리튬 이온의 확산속도가 빠른 것이 유리하지만, 리튬 이온의 확산속도가 과한 경우에는 음극에서의 리튬 석출의 문제가 발생할 수 있다. In addition, it is advantageous for the potential to rise rapidly in order to rapidly charge the lithium secondary battery. That is, when the positive electrode resistance is designed to be high enough, the burden on the negative electrode can be reduced by controlling the overflow of lithium ions to the negative electrode. In the case of rapid charging, it is advantageous to have a fast diffusion rate of lithium ions, but if the diffusion rate of lithium ions is excessive, a problem of lithium precipitation in the negative electrode may occur.

이에, 본 발명의 일 실시양태에 따른 이차전지에서는 충전 첫 사이클에서 3C 충전시 CV 도달 시점을 전체 SOC의 75% 이하임과 동시에 25 사이클 이후에서 전체 SOC의 60% 이상으로 유지되도록 제어하였다. Therefore, in the secondary battery according to an embodiment of the present invention, the CV arrival point during 3C charging in the first charging cycle was controlled to be 75% or less of the total SOC and maintained at 60% or more of the total SOC after 25 cycles.

본원 명세서에서 사용되는 용어 'CV 도달 시점'에 대해 설명하면, 충전 과정은 일반적으로 CC (constant current) 및 이후의 CV (constant voltage)의 두 단계로 진행된다. 설정된 전류로 충전을 진행하면 전위가 서서히 오르게 되고 최종적으로 설정한 상한 전압에 도달하면 그 전압을 유지하면서 전류를 줄여가며 계속적으로 충전이 이루어진다. 'CV 도달 시점'은 CC 충전이 종료되는 시점, 즉, 1단계 충전이 종료되는 시점을 의미한다. 이러한 CV 도달 시점은 고율 충전에 해당하기 때문에 CV 도달 시점 영역이 적절하게 제어되는지가 당업계에서 중요하다. 본원 명세서에서 CV 도달 시점이 전체 SOC의 75% 이하라는 것은 1단계 CC 충전으로 전체 SOC의 75% 이하를 충전하고 SOC의 나머지 25% 이상을 2단계 CV 충전으로 충전한다는 것을 의미한다. Referring to the term 'CV arrival point' used in the present specification, a charging process generally proceeds in two steps: constant current (CC) and constant voltage (CV). When charging is carried out with the set current, the potential gradually rises, and when it finally reaches the set upper limit voltage, charging continues while maintaining the voltage and reducing the current. The 'CV arrival time' means the time point at which CC charging ends, that is, the time point at which first-stage charging ends. Since this CV arrival point corresponds to high-rate charging, it is important in the art that the CV arrival point region is appropriately controlled. In the present specification, when the CV arrival time is 75% or less of the total SOC, it means that 75% or less of the total SOC is charged by the first-stage CC charging and the remaining 25% or more of the SOC is charged by the second-stage CV charging.

상기 범위의 양극의 저항을 얻기 위해서는 양극 활물질로 사용된 리튬 니켈-코발트-망간(NCM) 산화물이 단결정 형태인 것이 바람직하다. 단결정 형태인 리튬 니켈-코발트-망간(NCM) 산화물이 CV 도달시점을 75% 이하로 앞당기는 특성을 나타내어 충전 후기에 주는 부담을 줄여 리튬 석출을 방지하기 때문이다. 상기 단결정 형태의 리튬 니켈-코발트-망간(NCM) 산화물의 비제한적인 예로는, 고상법에 의해 형성된 1차 입자를 의미하나, 2차 입자로 형성된 리튬 니켈-코발트-망간(NCM) 산화물을 배제하는 것은 아니다.In order to obtain the resistance of the cathode in the above range, it is preferable that the lithium nickel-cobalt-manganese (NCM) oxide used as the cathode active material is in a single crystal form. This is because lithium nickel-cobalt-manganese (NCM) oxide, which is in the form of a single crystal, has the characteristic of advancing the CV arrival point to 75% or less, reducing the burden imposed on the late stage of charging and preventing lithium precipitation. A non-limiting example of the single-crystal form of lithium nickel-cobalt-manganese (NCM) oxide refers to primary particles formed by a solid phase method, but excludes lithium nickel-cobalt-manganese (NCM) oxide formed as secondary particles. It is not.

상기 단결정 형태의 리튬 니켈-코발트-망간(NCM) 산화물은 양극 활물질 100 중량%를 기준으로 30 내지 90 중량% 또는 40 내지 85 중량%의 범위로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 단결정 형태의 리튬 니켈-코발트-망간(NCM) 산화물이 상기 함량 범위내로 양극 활물질에 사용되는 경우에 본 발명에서 소망하는 양극 효율 및 저항 수준을 달성하면서 전극 압연 공정성이 확보되는 양극이 수득될 수 있다.The single-crystal lithium nickel-cobalt-manganese (NCM) oxide is preferably included in an amount of 30 to 90 wt% or 40 to 85 wt% based on 100 wt% of the cathode active material. When the single-crystal form of lithium nickel-cobalt-manganese (NCM) oxide is used in the cathode active material within the above content range, a cathode that achieves the cathode efficiency and resistance level desired in the present invention and secures electrode rolling processability can be obtained. there is.

상기 양극은 상기한 바와 같은 리튬 니켈-코발트-망간(NCM) 산화물 이외에도, 양극이 90% 이하의 초기 효율을 만족하는 한, LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMn2O4, LiNi1-yCoyO2 (O<y<1), LiCo1 - yMnyO2 (O<y<1), LiNi1 - yMnyO2 (O<y<1), LiMn2 - zNizO4, LiMn2 -zCozO4(O<z<2), LiCoPO4 및 LiFePO4로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 추가로 포함할 수 있다.In addition to the lithium nickel-cobalt-manganese (NCM) oxide as described above, the positive electrode can be LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNi 1-y as long as the positive electrode satisfies the initial efficiency of 90% or less. Co y O 2 (O<y<1), LiCo 1 - y Mn y O 2 (O<y<1), LiNi 1 - y Mn y O 2 (O<y<1), LiMn 2 - z Ni z O 4 , LiMn 2 -z Co z O4(O<z<2), LiCoPO 4 And LiFePO 4 It may further include one or a mixture of two or more selected from the group consisting of.

양극에 사용되는 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되지는 않으며, 예를 들어, 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 파네스 블랙, 램프 블랙, 서멀 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 플루오로카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스커; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 도전재는 양극 슬러리 조성물의 전체 중량을 기준으로 0.1 내지 20 중량%로 첨가될 수 있다.The conductive material used for the cathode is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change to the battery, and examples thereof include carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, farnes black, lamp black, and thermal paste. carbon black such as black; conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; metal powders such as fluorocarbon, aluminum, and nickel powder; conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate; conductive metal oxides such as titanium oxide; One or a mixture of two or more selected from the group consisting of conductive materials such as polyphenylene derivatives may be used. The conductive material may be added in an amount of 0.1 to 20% by weight based on the total weight of the positive electrode slurry composition.

상기 양극은 양극 활물질, 도전재, 바인더 및 분산매를 혼합하여 슬러리를 제조한 후 이를 집전체의 적어도 일면에 코팅하여 제조될 수 있으며, 상기 바인더 및 용매는 상기 음극 제조시에 사용된 것과 동일하게 사용될 수 있다.The positive electrode may be prepared by preparing a slurry by mixing a positive electrode active material, a conductive material, a binder, and a dispersion medium, and then coating the slurry on at least one surface of the current collector. The binder and solvent may be used the same as those used in preparing the negative electrode. can

본 발명의 일 실시양태에 따른 리튬 이차전지는 상기한 바와 같은 양극과 음극을 구성함으로써, 고용량의 구현이 가능하면서 2.4C 이상으로 충전시 20분 이내에 SOC 80%까지 도달하는 급속충전이 가능하다.The lithium secondary battery according to one embodiment of the present invention is configured with the positive electrode and the negative electrode as described above, so that high capacity can be implemented and rapid charging that reaches SOC 80% within 20 minutes when charging at 2.4C or higher is possible.

본 발명의 일 실시양태에 따른 리튬 이차전지에서, 상기 세퍼레이터는 종래 세퍼레이터로 사용되는 통상적인 다공성 고분자 필름, 예를 들어 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체 및 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름을 단독 또는 이들을 적층하여 사용할 수 있다. 또한, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용될 수 있다. 상기 세퍼레이터는 세퍼레이터 표면에 세라믹 물질이 얇게 코팅된 안정성 강화 세퍼레이터(SRS, safety reinforced separator)를 포함할 수 있다. 이외에도 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In the lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention, the separator is a conventional porous polymer film used as a conventional separator, for example, ethylene homopolymer, propylene homopolymer, ethylene / butene copolymer, ethylene / hexene copolymer and A porous polymer film made of polyolefin-based polymer, which is one or a mixture of two or more selected from the group consisting of ethylene/methacrylate copolymers, may be used alone or in a laminated manner. In addition, an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength may be used. The separator may include a safety reinforced separator (SRS) in which a ceramic material is thinly coated on a surface of the separator. In addition, conventional porous non-woven fabrics, for example, non-woven fabrics made of high melting point glass fibers, polyethylene terephthalate fibers, etc. may be used, but are not limited thereto.

본 발명의 일 실시양태에 따른 리튬 이차전지는 양극과 음극 사이에 세퍼레이터를 개재하여 전극 조립체를 형성하고, 상기 전극 조립체를 예를 들어, 파우치, 원통형 전지 케이스 또는 각형 전지 케이스에 넣은 다음, 전해액을 주입하면 리튬 이차전지가 완성될 수 있다. 또 다른 방법으로, 상기 전극 조립체를 적층한 다음, 이를 전해액에 함침시키고, 얻어진 결과물을 전지 케이스에 넣어 밀봉하면 리튬 이차전지가 완성될 수 있다.In the lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention, an electrode assembly is formed by interposing a separator between a positive electrode and a negative electrode, and the electrode assembly is placed in, for example, a pouch, a cylindrical battery case, or a prismatic battery case, and then the electrolyte is When injected, a lithium secondary battery can be completed. Alternatively, a lithium secondary battery may be completed by laminating the electrode assemblies, impregnating them with an electrolyte, and sealing the resulting product in a battery case.

상기 전해액은 전해질로서 리튬염 및 이를 용해시키기 위한 유기용매를 포함한다. The electrolyte solution includes a lithium salt as an electrolyte and an organic solvent for dissolving the lithium salt.

상기 리튬염은 이차전지용 전해액에 통상적으로 사용되는 것들이면 제한 없이 사용될 수 있으며, 예를 들어, 상기 리튬염의 음이온으로는 F-, Cl-, I-, NO3 -, N(CN)2 -, BF4 -, ClO4 -, PF6 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N-, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -, SCN- 및 (CF3CF2SO2)2N-로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. The lithium salt may be used without limitation as long as it is commonly used in an electrolyte solution for a secondary battery. For example, as an anion of the lithium salt, F - , Cl - , I - , NO 3 - , N(CN) 2 - , BF 4 - , ClO 4 - , PF 6 - , (CF 3 ) 2 PF 4 - , (CF 3 ) 3 PF 3 - , (CF 3 ) 4 PF 2 - , (CF 3 ) 5 PF - , (CF 3 ) 6 P - , CF 3 SO 3 - , CF 3 CF 2 SO 3 - , (CF 3 SO 2 ) 2 N - , (FSO 2 ) 2 N - , CF 3 CF 2 (CF 3 ) 2 CO - , ( CF 3 SO 2 ) 2 CH - , (SF 5 ) 3 C - , (CF 3 SO 2 ) 3 C - , CF 3 (CF 2 ) 7 SO 3 - , CF 3 CO 2 - , CH 3 CO 2 - , One or a mixture of two or more selected from the group consisting of SCN - and (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 N - may be used.

상기 전해액에 포함되는 유기 용매로는 통상적으로 사용되는 것들이면 제한 없이 사용될 수 있으며, 대표적으로 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 디에틸카보네이트, 디메틸카보네이트, 에틸메틸카보네이트, 메틸프로필카보네이트, 디프로필카보네이트, 디메틸술폭사이드, 아세토니트릴, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 비닐렌카보네이트, 술포란, 감마-부티로락톤, 프로필렌설파이트 및 테트라하이드로퓨란으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.Any organic solvent included in the electrolyte may be used without limitation as long as it is commonly used, and representative examples include propylene carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, methyl propyl carbonate, dipropyl carbonate, and dimethyl sulfoxide. One or a mixture of two or more selected from the group consisting of side, acetonitrile, dimethoxyethane, diethoxyethane, vinylene carbonate, sulfolane, gamma-butyrolactone, propylene sulfite and tetrahydrofuran may be used. .

본 발명의 일 실시양태에 따른 리튬 이차전지는 스택형, 권취형, 스택 앤 폴딩형 또는 케이블형일 수 있다. A lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention may be a stack type, a winding type, a stack and folding type, or a cable type.

본 발명의 리튬 이차전지는 소형 디바이스의 전원으로 사용되는 전지셀에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 다수의 전지셀들을 포함하는 중대형 전지모듈에 단위전지로도 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 중대형 디바이스의 바람직한 예로는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 전력 저장용 시스템 등을 들 수 있으며, 특히 고출력이 요구되는 영역인 하이브리드 전기자동차 및 신재생 에너지 저장용 배터리 등에 유용하게 사용될 수 있다. The lithium secondary battery of the present invention can be used not only as a battery cell used as a power source for a small device, but also can be preferably used as a unit battery in a medium or large battery module including a plurality of battery cells. Preferable examples of the medium-to-large-sized device include an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle, and a power storage system. In particular, it is useful for hybrid electric vehicles and batteries for renewable energy storage, which are areas where high power is required. can be used

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. Hereinafter, examples will be described in detail to aid understanding of the present invention. However, the embodiments according to the present invention can be modified in many different forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the following examples. Embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art.

실시예Example 1: One:

<음극의 제조><Manufacture of cathode>

음극 활물질로서 D50 평균 입경이 5 ㎛인 Si 입자(Wacker社), 도전재로서 흑연계 도전재(KS6L, Timcal)와 카본블랙(Super C, Imerys Graphite & Carbon社), 바인더로서 스티렌-부타디엔 고무(SBR)(BM-L302, Zeon社) 및 증점제로서 카르복시메틸셀룰로오스(CMC)(BG-L02, GL Chem社)를 70 : 20 : 5 : 3.5 : 1.5의 중량비로 물에 분산시켜 음극슬러리를 수득하였다. Si particles (Wacker Co., Ltd.) with a D50 average particle diameter of 5 ㎛ as a negative electrode active material, graphite-based conductive material (KS6L, Timcal) and carbon black (Super C, Imerys Graphite & Carbon Co.) as a conductive material, styrene-butadiene rubber (Styrene-butadiene rubber) as a binder SBR) (BM-L302, Zeon Co.) and carboxymethyl cellulose (CMC) (BG-L02, GL Chem Co.) as a thickener were dispersed in water at a weight ratio of 70:20:5:3.5:1.5 to obtain an anode slurry. .

상기 음극슬러리를 두께 10㎛ 구리 호일의 일면에 코팅하고, 건조 및 압연하여, 32 ㎛ 두께의 음극 활물질층이 형성된 음극(용량: 2380 mAh/g)을 제조하였다.The negative electrode slurry was coated on one side of a 10 μm-thick copper foil, dried and rolled to prepare a negative electrode (capacity: 2380 mAh/g) having a negative electrode active material layer having a thickness of 32 μm.

<양극의 제조><Manufacture of positive electrode>

양극 활물질로서 과소성 단계를 거쳐 수득된 단결정 1차 입자 형태의 Li(Ni0.5Co0.2Mn0.3)O2(S740, 제조사: Ronbay社, 초기 효율: 84%), 도전재로서 카본 블랙(Super C, Imerys Graphite & Carbon社) 및 바인더로서 폴리비닐리덴플루라이드(PVDF)를 97:1.5:1.5 의 중량비로 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)에 분산시켜 양극슬러리를 제조하였다. 상기 양극슬러리를 두께 15㎛인 알루미늄 호일의 일면에 코팅하고, 건조 및 압연하여, 80 ㎛ 두께의 양극 활물질층이 형성된 양극을 제조하였다.Li(Ni 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 )O 2 (S740, manufacturer: Ronbay, initial efficiency: 84%) in the form of single crystal primary particles obtained through an over-firing step as a cathode active material, and carbon black (Super C as a conductive material) , Imerys Graphite & Carbon Co.) and polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder were dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) at a weight ratio of 97:1.5:1.5 to prepare a cathode slurry. The positive electrode slurry was coated on one side of aluminum foil having a thickness of 15 μm, dried and rolled to prepare a positive electrode having an 80 μm thick positive electrode active material layer formed thereon.

<리튬 이차전지의 제조><Manufacture of lithium secondary battery>

상기에서 제조한 음극 및 양극의 사이에 두께 12㎛인 폴리올레핀계 세퍼레이터(SRS, LG Chem社)를 개재시킨 후, 에틸렌 카보네이트(EC) 및 에틸메틸 카보네이트(EMC)를 30:70의 부피비로 혼합한 용매에 1.2M LiPF6가 용해된 전해액을 주입하여, 상기 양극의 초기 효율 84%이고, 음극의 초기 효율이 91%인 리튬 이차전지를 제조하였다. A polyolefin-based separator (SRS, LG Chem Co., Ltd.) having a thickness of 12 μm was interposed between the cathode and anode prepared above, and then ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) were mixed at a volume ratio of 30:70. An electrolyte solution in which 1.2M LiPF 6 was dissolved in a solvent was injected to prepare a lithium secondary battery having an initial efficiency of 84% for the positive electrode and an initial efficiency of 91% for the negative electrode.

실시예Example 2: 2:

양극의 제조시에 양극 활물질로서 과소성 단계를 거쳐 수득된 단결정 1차 입자 형태의 Li(Ni0.5Co0.2Mn0.3)O2(S740, 제조사: Ronbay社, 초기 효율: 84%) 및 LiCoO2(LC10S, 제조사: L&F 신소재, 초기 효율: 97%)를 1:1 혼합비(wt/wt)로 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 1와 동일한 과정을 수행하여 리튬 이차전지를 제조하였다. Li(Ni 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 )O 2 (S740, manufacturer: Ronbay Co., initial efficiency: 84%) and LiCoO 2 ( A lithium secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1, except that LC10S, manufacturer: L&F new material, initial efficiency: 97%) was used in a 1:1 mixing ratio (wt/wt).

실시예Example 3: 3:

음극의 제조시에 음극 활물질의 표면에 탄소 코팅층의 처리를 하여 탄소 코팅층을 5 nm의 두께로 형성하는 것을 제외하고는, 실시예 1와 동일한 과정을 수행하여 리튬 이차전지를 제조하였다. A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the surface of the negative electrode active material was treated with a carbon coating layer to form a carbon coating layer to a thickness of 5 nm during the preparation of the negative electrode.

비교예comparative example 1: One:

양극의 제조시에 양극 활물질로서 이종원소인 붕소의 도핑량을 2,000 ppm 수준까지 높여 저항을 높이는 방식으로 수득된 Li(Ni0.5Co0.3Mn0.2)O2(N502, 제조사: LG Chem社, 초기 효율: 88%) 및 LiCoO2(LC10S, L&F 신소재, 초기 효율: 97%)를 1:1 혼합비(wt/wt)로 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 1와 동일한 과정을 수행하여 리튬 이차전지를 제조하였다. Li(Ni 0.5 Co 0.3 Mn 0.2 )O 2 (N502, manufacturer: LG Chem Co., Ltd., initial efficiency: 88%) and LiCoO 2 (LC10S, L&F new material, initial efficiency: 97%) were used in a 1:1 mixing ratio (wt/wt), and a lithium secondary battery was prepared by performing the same procedure as in Example 1. did

비교예comparative example 2: 2:

양극의 제조시에 양극 활물질로서 다결정 2차 입자 형태의 Li(Ni0.6Co0.2Mn0.2)O2(34LG, 제조사: Nichia社, 초기 효율: 92%) 및 LiCoO2(LC10S, L&F 신소재, 초기 효율: 97%)를 1:1 혼합비(wt/wt)로 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 1와 동일한 과정을 수행하여 리튬 이차전지를 제조하였다.In the manufacture of the cathode, Li(Ni 0.6 Co 0.2 Mn 0.2 )O 2 (34LG, manufacturer: Nichia, initial efficiency: 92%) and LiCoO 2 (LC10S, L&F new material, initial efficiency) in the form of polycrystalline secondary particles were used as cathode active materials. : 97%) was used in a 1:1 mixing ratio (wt/wt), and a lithium secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1.

실험예Experimental example 1: One: 리튬이차전지의lithium secondary battery 성능 평가 performance evaluation

제조된 리튬 이차전지에 대해서 초기(1회) 충방전을 충전은 3.0C로 CC/CV 조건, 방전은 1.0C로 CC의 조건으로 진행한 후, 양극 및 음극의 초기 효율을 (1회 사이클의 방전 용량 / 1회 사이클의 충전 용량)×100의 값으로 산출하였다.For the manufactured lithium secondary battery, the initial (one-time) charge/discharge was performed under CC/CV conditions at 3.0 C for charging and under CC conditions for discharging at 1.0 C, and then the initial efficiency of the positive and negative electrodes (1 cycle of It was calculated as a value of discharge capacity / charge capacity of one cycle) × 100.

또한, 상기 조건으로 충방전을 수행하면서, 상기 전지의 전위를 동시에 측정하였다. In addition, while charging and discharging under the above conditions, the potential of the battery was simultaneously measured.

실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 실시예 3Example 3 비교예 1Comparative Example 1 비교예 2Comparative Example 2 양극의 초기 효율(%)Initial efficiency of anode (%) 8484 9090 8484 9393 9595 음극의 초기 효율(%)Initial efficiency of cathode (%) 9191 9191 9090 9191 9191 초기 CV 도달 SOCInitial CV reached SOC 7272 6969 7272 6969 7878 25 사이클 후 CV 도달 SOCCV reached SOC after 25 cycles 7171 6868 7171 3333 2626 25 사이클 후 용량 유지율 (%)Capacity retention rate after 25 cycles (%) 9898 9999 9898 9898 8484

상기 표 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 실시예 1 내지 3은 초기 및 25 사이클 후의 CV 도달 시점이 안정적으로 제어되어 급속충전 성능은 유지되는 반면, 비교예 1은 초기 CV 도달 시점은 만족하였으나, 25 사이클 후 급속충전성능의 급격한 열위가 확인되었고, 비교예 2는 초기 및 25 사이클 후 CV 제어 범위가 모두 벗어나 급속충전 뿐 아니라 용량 유지율 측면에서도 적절하지 못함을 확인하였다.As can be seen in Table 1, Examples 1 to 3 maintain fast charging performance by stably controlling the initial CV arrival time and after 25 cycles, while Comparative Example 1 satisfied the initial CV arrival time, but 25 It was confirmed that the rapid deterioration of the rapid charging performance after the cycle was confirmed, and in Comparative Example 2, both the initial and after 25 cycles, the CV control range was out of range, and it was confirmed that it was not appropriate in terms of not only rapid charging but also capacity retention rate.

또한, 도 1로부터는 실시예 2와 비교예 1에 따른 충방전시의 CV 변화를 보다 구체적으로 확인할 수 있으며, 비교예 1의 경우에도 용량 저하를 다소 완만하지만, 25 사이클 후 CV 도달 시점이 급격히 당겨져 급속충전 성능은 유지되지 못함을 알 수 있다. In addition, from FIG. 1, it can be confirmed in more detail the CV change during charging and discharging according to Example 2 and Comparative Example 1, and even in the case of Comparative Example 1, the capacity decrease is somewhat gradual, but the CV arrival point after 25 cycles is rapidly It can be seen that the fast charging performance is not maintained.

Claims (11)

양극, 음극 및 그 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 리튬 이차전지에 있어서,
상기 음극은 Si계 음극이고,
상기 음극은 1,200 mAh/g 이상의 용량을 갖고,
상기 음극은 30 내지 70 ㎛의 두께를 갖는 음극 활물질층을 구비하며,
상기 음극의 음극 활물질층에 2종 이상의 탄소계 도전재를 포함하고,
상기 양극의 초기 효율이 음극의 초기 효율 보다 낮고,
상기 양극은 단결정 구조를 갖는 리튬 니켈-코발트-망간(NCM) 산화물을 양극 활물질로 포함하며,
상기 리튬 이차전지의 충전 첫 사이클에서 3C 충전시 설정된 상한 전압인 CV(Current voltage) 도달 시점을 전체 SOC의 75% 이하임과 동시에 25 사이클 이후에서 전체 SOC의 60% 이상으로 유지되는, 리튬 이차전지.
In a lithium secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed therebetween,
The cathode is a Si-based cathode,
The negative electrode has a capacity of 1,200 mAh / g or more,
The negative electrode includes a negative electrode active material layer having a thickness of 30 to 70 μm,
Including two or more kinds of carbon-based conductive materials in the negative electrode active material layer of the negative electrode,
The initial efficiency of the positive electrode is lower than the initial efficiency of the negative electrode,
The positive electrode includes lithium nickel-cobalt-manganese (NCM) oxide having a single crystal structure as a positive electrode active material,
In the first cycle of charging the lithium secondary battery, the point at which the current voltage (CV), which is the upper limit voltage set during 3C charging, is reached is 75% or less of the total SOC and at the same time maintained at 60% or more of the total SOC after 25 cycles, the lithium secondary battery .
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 음극이 1,400 mAh/g 내지 4,000 mAh/g의 용량을 갖는 리튬 이차전지.
According to claim 1,
A lithium secondary battery wherein the negative electrode has a capacity of 1,400 mAh/g to 4,000 mAh/g.
제1항에 있어서,
상기 양극의 초기 효율이 음극의 초기 효율 보다 1 내지 7% 낮은 리튬 이차전지.
According to claim 1,
A lithium secondary battery in which the initial efficiency of the positive electrode is 1 to 7% lower than the initial efficiency of the negative electrode.
제1항에 있어서,
상기 음극의 초기 효율은 90% 이상인 리튬 이차전지.
According to claim 1,
The initial efficiency of the negative electrode is a lithium secondary battery of 90% or more.
제1항에 있어서,
상기 음극의 음극 활물질이 Si, Si-C 또는 이들의 혼합물로 이루어진 리튬 이차전지.
According to claim 1,
A lithium secondary battery in which the anode active material of the anode is made of Si, Si-C, or a mixture thereof.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 양극은 양극 활물질로서 LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMn2O4, LiNi1-yCoyO2 (O<y<1), LiCo1-yMnyO2 (O<y<1), LiNi1-yMnyO2 (O<y<1), LiMn2-zNizO4, LiMn2-zCozO4(O<z<2), LiCoPO4 및 LiFePO4로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 더 포함하는 리튬 이차전지.
According to claim 1,
The positive electrode is LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNi 1-y Co y O 2 (O<y<1), LiCo 1-y Mn y O 2 (O<y<1) as a positive electrode active material. ), LiNi 1-y Mn y O 2 (O<y<1), LiMn 2-z Ni z O 4 , LiMn 2-z Co z O4 (O<z<2), LiCoPO 4 and LiFePO 4 A lithium secondary battery further comprising one or a mixture of two or more selected from
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 음극의 음극 활물질층에 탄소 코팅층을 더 포함하는 리튬 이차전지.
According to claim 1,
A lithium secondary battery further comprising a carbon coating layer on the negative electrode active material layer of the negative electrode.
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