KR102600818B1 - 양극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기화학적 특성 및 안정성이 향상된 양극 활물질 및 상기 양극 활물질이 포함된 양극을 사용하는 리튬 이차전지에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 본 발명은 양극 활물질의 표면에 존재하는 잔류 리튬의 양을 줄이기 위해 수세 공정을 거치지 않고도 표면에 잔류하는 Li 불순물을 함량을 제어하여 상기 Li 불순물에 기인한 양극 활물질의 전기화학적 특성 및 안정성 저하를 미연에 방지할 수 있는 양극 활물질 및 상기 양극 활물질이 포함된 양극을 사용하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.

Description

양극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지{POSITIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL AND LITHIUM SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}
본 발명은 전기화학적 특성 및 안정성이 향상된 양극 활물질 및 상기 양극 활물질이 포함된 양극을 사용하는 리튬 이차전지에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 본 발명은 양극 활물질의 표면에 존재하는 잔류 리튬의 양을 줄이기 위해 수세 공정을 거치지 않고도 표면에 잔류하는 Li 불순물을 함량을 제어하여 상기 Li 불순물에 기인한 양극 활물질의 전기화학적 특성 및 안정성 저하를 미연에 방지할 수 있는 양극 활물질 및 상기 양극 활물질이 포함된 양극을 사용하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.
전지는 양극과 음극에 전기 화학 반응이 가능한 물질을 사용함으로써 전력을 저장하는 것이다. 이러한 전지 중 대표적인 예로는 양극 및 음극에서 리튬 이온이 인터칼레이션/디인터칼레이션될 때의 화학전위(chemical potential)의 차이에 의하여 전기 에너지를 저장하는 리튬 이차 전지가 있다.
상기 리튬 이차 전지는 리튬 이온의 가역적인 인터칼레이션/디인터칼레이션이 가능한 물질을 양극과 음극 활물질로 사용하고, 상기 양극과 음극 사이에 유기 전해액 또는 폴리머 전해액을 충전시켜 제조한다.
리튬 이차 전지의 양극 활물질로는 제1 화합물이 사용되고 있으며, 그 예로 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiMnO2 등의 복합 산화물들이 연구되고 있다.
상기 양극 활물질들 중에 LiCoO2은 수명 특성 및 충방전 효율이 우수하여 가장 많이 사용되고 있지만, 원료로서 사용되는 코발트의 자원적 한계로 인해 고가이므로 가격 경쟁력에 한계가 있다는 단점을 가지고 있다.
LiMnO2, LiMn2O4 등의 리튬 망간 산화물은 열적 안전성이 우수하고 가격이 저렴하다는 장점이 있지만, 용량이 작고, 고온 특성이 열악하다는 문제점이 있다. 또한, LiNiO2계 양극 활물질은 높은 방전용량의 전지 특성을 나타내고 있으나, Li과 전이금속 간의 양이온 혼합(cation mixing) 문제로 인해 합성이 어려우며, 그에 따라 레이트(rate) 특성에 큰 문제점이 있다.
또한, 이러한 양이온 혼합의 심화 정도에 따라 다량의 Li 불순물이 발생하게 되고, 이들 Li 불순물의 대부분은 LiOH 및 Li2CO3의 화합물로 이루어져 있어서, 양극 페이스트 제조시 겔(gel)화되는 문제점과 전극 제조 후 충방전 진행에 따른 가스 발생의 원인이 된다. 잔류 Li2CO3는 셀의 스웰링 현상을 증가시켜 사이클을 감소시킬 뿐만 아니라 배터리가 부풀어 오르는 원인이 된다.
한편, 양극 활물질의 표면에 존재하는 Li 불순물의 함량은 상기 양극 활물질 중 Ni의 함량에 대하여 비례적으로 증가하는 경향이 있다.
이에 따라, 최근 양극 활물질의 용량 특성을 향상시키기 위해 도입된 high-Ni 타입의 양극 활물질의 경우 표면 내 Li 불순물이 과다하게 존재하여 이를 제거하기 위한 수세 공정이 필수적이라 할 수 있다.
그러나, 이러한 수세 공정을 통해 상기 양극 활물질의 표면에 존재하는 잔류 리튬을 감소시킬 수 있으나, 오히려 상기 양극 활물질의 표면에 손상을 가할 수 있다는 단점이 있다. 상기 수세 공정을 통해 상기 양극 활물질의 표면에 손상이 가해진 경우, 상기 양극 활물질의 전기화학적 특성 및 안정성이 저하될 수 있다.
한국공개특허공보 제10-2016-0112622호
본 발명은 기존 리튬 이차전지용 양극 활물질의 다양한 문제점을 해결하기 위해 전기화학적 특성 및 안정성이 향상된 양극 활물질을 제공하는 것을 목적으로 한다. 특히, 본 발명은 양극 활물질의 표면에 존재하는 잔류 리튬의 양을 줄이기 위해 수세 공정을 거치지 않고도 표면에 잔류하는 Li 불순물을 함량을 제어하여 상기 Li 불순물에 기인한 양극 활물질의 전기화학적 특성 및 안정성 저하를 미연에 방지할 수 있는 양극 활물질을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 본원에서 정의된 양극 활물질을 포함하는 양극을 제공하는 것이다.
아울러, 본 발명의 또 다른 목적은 본원에서 정의된 양극을 사용하는 리튬 이차전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 리튬의 인터칼레이션/디인터칼레이션이 가능한 제1 화합물 및 상기 제1 화합물의 표면 중 적어도 일부에 존재하며, 제2 화합물을 포함하는 양극 활물질이 제공된다.
이 때, 상기 제2 화합물은 1A족 원소, 3A족 원소 및 5A족 원소로부터 선택되는 적어도 하나의 제1 원소와 8족 원소로부터 선택되는 적어도 하나의 제2 원소를 포함하는 산화물일 수 있다.
여기서, 상기 제1 화합물은 하기의 화학식 1로 표시될 수 있으며,
[화학식 1]
LiwNi1 -(x+y+z)CoxM1yM2zO2 +α
(여기서,
M1은 Mn 또는 Al로부터 선택되는 적어도 하나이며,
M2는 Mn, P, Sr, Ba, B, Ti, Zr, Al, Hf, Ta, Mg, V, Zn, Si, Y, Sn, Ge, Nb, W 및 Cu로부터 선택되는 적어도 하나이며,
M1과 M2는 서로 상이한 원소이며,
0.5≤w≤1.5, 0≤x≤0.50, 0≤y≤0.20, 0≤z≤0.20, 0≤α≤0.02이다)
상기 제2 화합물은 하기의 화학식 2로 표시될 수 있다.
[화학식 2]
LiaCobM3c(PβOγ)d
(여기서,
M3은 Ni, Mn, Fe, Cu, Nb, Mo, Ti, Al, Cr, Zr, Zn, Na, K, Ca, Mg, Pt, Au, B, P, Eu, Sm, W, V, Ba, Ta, Sn, Hf, Ce, Gd 및 Nd로부터 선택되는 적어도 하나이며,
0≤a≤10, 0≤b≤8, 0≤c≤8, 0<d≤13, 0≤β≤4, 0<γ≤10이다)
이 때, 상기 제2 화합물은 하기의 화학식 3으로 표시되는 제1 산화물 및 하기의 화학식 4로 표시되는 제2 산화물을 포함할 수 있다.
[화학식 3]
Lia'Cob'M3'c'(Pβ'Oγ')d '
(여기서,
M3'은 Ni, Mn, Fe, Cu, Nb, Mo, Ti, Al, Cr, Zr, Zn, Na, K, Ca, Mg, Pt, Au, B, P, Eu, Sm, W, V, Ba, Ta, Sn, Hf, Ce, Gd 및 Nd로부터 선택되는 적어도 하나이며,
0<a'≤10, 0≤b'≤8, 0≤c'≤8, 0<d'≤13, 0≤β'≤4, 0<γ'≤10이다)
[화학식 4]
Cob"M3"c"(Pβ"Oγ")d "
(여기서,
M3"은 Ni, Mn, Fe, Cu, Nb, Mo, Ti, Al, Cr, Zr, Zn, Na, K, Ca, Mg, Pt, Au, B, P, Eu, Sm, W, V, Ba, Ta, Sn, Hf, Ce, Gd 및 Nd로부터 선택되는 적어도 하나이며,
0≤b"≤8, 0≤c"≤8, 0<d"≤13, 0≤β"≤4, 0<γ"≤10이다)
다른 실시예에 있어서, 상기 제1 화합물의 표면 중 적어도 일부에 하기의 화학식 5로 표시되는 제3 화합물을 더 포함할 수 있다.
[화학식 5]
LieWfM4gOh
(여기서,
M4는 Ni, Mn, Co, Fe, Cu, Nb, Mo, Ti, Al, Cr, Zr, Zn, Na, K, Ca, Mg, Pt, Au, B, P, Eu, Sm, V, Ba, Ta, Sn, Hf, Ce, Gd 및 Nd로부터 선택되는 적어도 하나이며,
0≤e≤10, 0<f≤8, 0≤g≤8, 2≤h≤13이다)
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상술한 양극 활물질을 포함하는 양극이 제공된다.
아울러, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상술한 양극을 사용하는 리튬 이차전지가 제공된다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 양극 활물질은 상기 양극 활물질의 표면에 존재하는 잔류 리튬의 양을 줄이기 위한 수세 공정 없이 표면 내 리튬 금속 산화물 및/또는 리튬 금속 인산염을 형성하여 표면에 잔류하는 Li 불순물의 함량을 제어하는 것이 가능하다.
이에 따라, 상기 양극 활물질의 표면에 잔류하는 Li 불순물에 기인한 양극 활물질의 전기화학적 특성 및 안정성 저하를 미연에 방지할 수 있다.
이를 통해 리튬 이차전지는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 양극 활물질을 사용함에 따라 리튬 이차전지의 성능을 평가함에 있어 중요한 지표인 용량 특성, 수명 특성, 율 특성 등과 같은 다양한 전기화학적 특성을 향상시킬 수 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
본 발명을 더 쉽게 이해하기 위해 편의상 특정 용어를 본원에 정의한다. 본원에서 달리 정의하지 않는 한, 본 발명에 사용된 과학 용어 및 기술 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미를 가질 것이다. 또한, 문맥상 특별히 지정하지 않는 한, 단수 형태의 용어는 그것의 복수 형태도 포함하는 것이며, 복수 형태의 용어는 그것의 단수 형태도 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명에 따른 양극 활물질, 상기 양극 활물질을 포함하는 양극 및 상기 양극을 사용하는 리튬 이차전지에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
양극 활물질
본 발명의 일 측면에 따르면, 리튬의 인터칼레이션/디인터칼레이션이 가능한 제1 화합물 및 상기 제1 화합물의 표면 중 적어도 일부에 존재하는 코팅층을 포함하는 양극 활물질이 제공된다.
상기 제1 화합물은 단결정 또는 다결정 형태의 리튬 복합 산화물일 수 있으나, 바람직하게는 다결정 형태의 리튬 복합 산화물이다. 다결정 형태의 리튬 복합 산화물이란 1차 입자 및 상기 1차 입자가 복수로 응집된 2차 입자를 포함하는 응집체를 의미한다.
상기 1차 입자는 단일의 결정립(grain or crystallite)를 의미하며, 2차 입자는 복수의 1차 입자가 응집하여 형성된 응집체를 의미한다. 상기 2차 입자를 구성하는 상기 1차 입자 사이에는 공극 및/또는 결정립계(grain boundary)가 존재할 수 있다.
예를 들어, 상기 1차 입자는 상기 2차 입자의 내부에서 이웃한 1차 입자와 이격되어 내부 공극을 형성할 수 있다. 또한, 상기 1차 입자는 이웃한 1차 입자와 서로 접하여 결정립계를 형성하지 않고 내부 공극과 접함으로써 상기 2차 입자 내부에 존재하는 표면을 형성할 수 있다.
한편, 상기 2차 입자의 최표면에 존재하는 상기 1차 입자가 외기(外氣)에 노출된 면은 상기 2차 입자의 표면을 형성하게 된다.
여기서, 상기 1차 입자의 평균 입경은 0.1μm 내지 5μm, 바람직하게는 0.1μm 내지 3μm 범위 내 존재함으로써 본 발명의 다양한 실시예에 따른 양극 활물질을 사용하여 제조된 양극의 최적 밀도를 구현할 수 있다. 또한, 2차 입자의 평균 입경은 응집된 1차 입자의 수에 따라 달라질 수 있으나, 3μm 내지 20μm일 수 있다.
또한, 상기 1차 입자 및/또는 상기 2차 입자는 막대 형상, 타원 형상 및/또는 부정형 형상을 가질 수 있다.
여기서, 상기 제1 화합물은 하기의 화학식 1로 표시되는 리튬 복합 산화물이다.
[화학식 1]
LiwNi1 -(x+y+z)CoxM1yM2zO2 +α
(여기서,
M1은 Mn 또는 Al로부터 선택되는 적어도 하나이며,
M2는 Mn, P, Sr, Ba, B, Ti, Zr, Al, Hf, Ta, Mg, V, Zn, Si, Y, Sn, Ge, Nb, W 및 Cu로부터 선택되는 적어도 하나이며,
M1과 M2는 서로 상이한 원소이며,
0.5≤w≤1.5, 0≤x≤0.50, 0≤y≤0.20, 0≤z≤0.20, 0≤α≤0.02이다)
이 때, 상기 제1 화합물은 적어도 Ni 및 Co를 포함하는 층상 결정 구조의 리튬 복합 산화물일 수 있다. 또한, 상기 제1 화합물은 상기 화학식 1 중 x+y+z가 0.20 이하인 high-Ni 타입의 리튬 복합 산화물인 것이 바람직하다.
앞서 설명한 바와 같이, Ni을 포함하는 리튬 복합 산화물의 경우, Li과 Ni의 양이온 혼합이 심해짐에 따라 상기 리튬 복합 산화물의 표면에 다량의 잔류 리튬, 즉 Li 불순물이 형성될 수 있다. 상기 Li 불순물은 주로 LiOH 및 Li2CO3를 포함하며, 상기 Li 불순물은 양극을 제조하기 위한 페이스트 제조시 겔(gel)화되거나, 셀의 스웰링 현상을 야기하는 원인이 된다.
상기 Li 불순물의 함량은 상기 리튬 복합 산화물 중 Ni의 함량이 증가할수록 비례적으로 증가하는데, 일반적으로 Ni의 함량이 80mol% 이상인 high-Ni 타입의 양극 활물질(리튬 복합 산화물)의 경우, 표면 내 Li 불순물을 제거하기 위한 수세 공정이 필수적으로 수반되어야 한다. 그러나, 상기 수세 공정은 오히려 상기 리튬 복합 산화물의 표면 손상을 부분적으로 야기할 수 있으며, 이는 상기 리튬 복합 산화물의 전기화학적 특성 및 안정성을 저하하는 원인으로 작용할 수 있다.
한편, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 리튬 복합 산화물 및 상기 리튬 복합 산화물을 포함하는 양극 활물질은 상기 리튬 복합 산화물에 후술할 리튬 금속 산화물 및/또는 리튬 금속 인산염을 형성함으로써 수세 공정 없이도 상기 리튬 복합 산화물의 표면에 잔류하는 Li 불순물의 함량을 효과적으로 줄이는 것이 가능하다.
또한, 상기 제1 화합물은 상기 화학식 1에 표시된 바와 같이 M1으로 표시되는 금속 원소로 도핑될 수 있으며, 바람직하게는 M1은 텅스텐(W)을 포함할 수 있다.
이 때, 상기 텅스텐은 상기 제1 화합물의 결정 격자 내에 존재할 수 있다. 즉, 상기 텅스텐은 상기 제1 화합물 중 Li 3a 사이트 및 3b 사이트 중 적어도 하나에 삽입된 Ni과 치환된 상태로 존재할 수 있다.
한편, 상기 텅스텐이 상기 제1 화합물에 도핑될 경우, X선 회절 패턴의 리트벨트 분석에 의한 Li 3a 사이트에 삽입된 Ni의 비율(Niocc)이 향상될 수 있으며, 이를 통해 상기 양극 활물질의 전기화학적 특성 및 안정성 등을 향상시킬 수 있다. 이 때, 상기 Li 3a 사이트에 삽입된 Ni의 비율(Niocc)은 상기 텅스텐의 도핑에 의해 상기 Li 3a 사이트에 삽입된 Ni의 양이 증가함에 따른 것일 수도 있으나, 상기 Li 3a 사이트에 W가 삽입됨에 따라 증가할 수도 있다. 바람직하게는 상기 텅스텐이 상기 제1 화합물에 도핑될 경우, 상기 제1 화합물에 도핑된 상기 텅스텐 중 적어도 일부가 상기 Li 3a 사이트에 삽입됨에 따라 상기 제1 화합물의 전기화학적 특성 및 안정성 등의 향상에 기여할 수 있다.
이 경우, 상기 제1 화합물은 하기의 화학식 1-1로 표시될 수 있다.
[화학식 1-1]
LiwNi1 - (x+y+z)CoxM1yM2zWz'O2 +δ
(여기서,
M1은 Mn 또는 Al로부터 선택되는 적어도 하나이며,
M2는 Mn, P, Sr, Ba, B, Ti, Zr, Al, Hf, Ta, Mg, V, Zn, Si, Y, Sn, Ge, Nb 및 Cu로부터 선택되는 적어도 하나이며,
M1과 M2는 서로 상이한 원소이며,
0.5≤w≤1.5, 0≤x≤0.50, 0≤y≤0.20, 0≤z≤0.20, 0≤z'≤0.20, 0≤α≤0.02이다)
추가적으로, 상기 리튬 복합 산화물에 존재하는 M1은 상기 2차 입자의 표면부로부터 중심부를 향해 감소하는 농도 구배를 나타낼 수 있다.
상기 농도 구배란 상기 2차 입자의 표면부의 임의의 지점에서의 M1의 농도와 상기 2차 입자의 중심부의 임의의 지점에서의 M1의 농도 사이에 (-) 기울기가 존재하는 것을 의미한다.
이와 같이, 상기 2차 입자 내에 M1, 바람직하게는 텅스텐(W)의 농도 구배가 존재함에 따라 상기 2차 입자 및 상기 2차 입자를 구성하는 상기 1차 입자 내 리튬 이온의 이동 경로(리튬 이온의 확산 경로)가 상기 2차 입자의 표면부로부터 중심부를 향하는 방향으로 형성될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 양극 활물질은 상기 제1 화합물의 표면에 존재하는 잔류 Li, 즉 Li 불순물의 함량을 줄이기 위해 표면에 제2 화합물을 포함하는 코팅층이 마련된 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 제2 화합물은 상기 제1 화합물의 1차 입자 사이의 계면 및 상기 1차 입자가 응집되어 형성된 2차 입자의 표면 중 적어도 일부에 존재할 수 있다. 또한, 상기 제2 화합물의 농도는 상기 2차 입자의 표면부로부터 상기 2차 입자의 중심부를 향해 감소하는 농도 구배를 나타낼 수 있다.
상기 코팅층은 1A족 원소, 3A족 원소 및 5A족 원소로부터 선택되는 적어도 하나의 제1 원소와 8족 원소로부터 선택되는 적어도 하나의 제2 원소를 포함하는 산화물인 상기 제2 화합물을 포함할 수 있다.
상기 제2 화합물은 하기의 화학식 2로 표시될 수 있다.
[화학식 2]
LiaCobM3c(PβOγ)d
(여기서,
M2는 Ni, Mn, Fe, Cu, Nb, Mo, Ti, Al, Cr, Zr, Zn, Na, K, Ca, Mg, Pt, Au, B, P, Eu, Sm, W, V, Ba, Ta, Sn, Hf, Ce, Gd 및 Nd로부터 선택되는 적어도 하나이며,
0≤a≤10, 0≤b≤8, 0≤c≤8, 0<d≤13, 0≤β≤4, 0<γ≤10이다)
이 때, 상기 제2 화합물은 단일의 결정 구조 또는 무정형의 산화물일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니며 적어도 하나의 결정 구조 및/또는 무정형의 이종의 산화물들의 집합일 수 있다.
만약, 상기 제2 화합물 중 적어도 하나가 결정 구조를 가지는 산화물인 경우, 상기 제2 화합물은 공간군 Fd-3m, Pnma, P*/n, R3c 또는 R-3m에 속하는 결정 구조를 가질 수 있다. 이 때, 상기 결정 구조는 monoclinic, cubic, orthorhombic 또는 rhombohedral 결정 구조일 수 있다.
바람직한 경우에 있어서, 상기 제1 화합물의 표면에 존재하는 잔류 Li을 효과적으로 제거하기 위해 상기 제2 화합물 중 공간군 Fd-3m, R3c 또는 R-3m에 속하는 결정 구조를 가지는 화합물의 비율은 13mol% 이하인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 10mol% 이하, 보다 더 바람직하게는 5mol% 이하일 수 있다. 상기 제2 화합물 중 공간군 Fd-3m, R3c 또는 R-3m에 속하는 결정 구조는 cubic 또는 rhombohedral 결정 구조일 수 있다.
상기 제2 화합물 중 공간군 Fd-3m, R3c 또는 R-3m에 속하는 결정 구조를 가지는 산화물의 대표적인 예로는 Co3O4, LiCoO2 및 P2O5 등이 있으며, 이외에도 상기 제1 화합물의 표면에 존재함으로써 상기 제1 화합물의 표면에 존재함에 따라 잔류 Li과 유사하게 불순물로서 작용할 수 있는 산화물을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 화합물의 표면에 존재하는 잔류 Li을 효과적으로 제거하기 위해 상기 제2 화합물 중 공간군 Fd-3m, R3c 또는 R-3m에 속하는 결정 구조를 가지는 화합물의 비율은 13mol%을 초과할 경우, 상기 제2 화합물에 의한 상기 양극 활물질의 전기화학적 특성 및 안정성 등의 향상 효과가 미미하거나, 오히려 상기 양극 활물질의 전기화학적 특성 및 안정성 등을 저하시킬 우려가 있다.
또한, 상기 제2 화합물은 하기의 화학식 3으로 표시되는 제1 산화물 및 하기의 화학식 4로 표시되는 제2 산화물을 포함할 수 있다.
[화학식 3]
Lia'Cob'M3'c'(Pβ'Oγ')d '
(여기서,
M3'은 Ni, Mn, Fe, Cu, Nb, Mo, Ti, Al, Cr, Zr, Zn, Na, K, Ca, Mg, Pt, Au, B, P, Eu, Sm, W, V, Ba, Ta, Sn, Hf, Ce, Gd 및 Nd로부터 선택되는 적어도 하나이며,
0<a'≤10, 0≤b'≤8, 0≤c'≤8, 0<d'≤13, 0≤β'≤4, 0<γ'≤10이다)
[화학식 4]
Cob"M3"c"(Pβ"Oγ")d "
(여기서,
M3"은 Ni, Mn, Fe, Cu, Nb, Mo, Ti, Al, Cr, Zr, Zn, Na, K, Ca, Mg, Pt, Au, B, P, Eu, Sm, W, V, Ba, Ta, Sn, Hf, Ce, Gd 및 Nd로부터 선택되는 적어도 하나이며,
0≤b"≤8, 0≤c"≤8, 0<d"≤13, 0≤β"≤4, 0<γ"≤10이다)
예를 들어, 상기 제1 산화물은 리튬 포스페이트, 리튬 코발트 포스페이트, 리튬 금속(코발트 제외) 포스페이트, 리튬 금속(코발트 제외)-코발트 포스페이트, 리튬 코발트 산화물 및/또는 리튬 금속(코발트 제외) 산화물일 수 있으며, 상기 제2 산화물은 오산화인, 코발트 포스페이트, 금속(코발트 제외) 포스페이트, 금속(코발트 제외)-코발트 포스페이트, 코발트 산화물 및/또는 금속(코발트 제외) 산화물일 수 있다.
추가적으로, 상기 코팅층 내 존재하는 상기 제2 화합물 중 상기에 정의한 바에 따른 상기 제1 산화물 및 상기 제2 산화물의 비율(제1 산화물/제2 산화물)은 0.87 이상인 것이 바람직하다.
상기 코팅층 내 존재하는 상기 제2 화합물 중 상기 제1 산화물 및 상기 제2 산화물의 비율(제1 산화물/제2 산화물)은 0.87 미만인 경우, (즉, 리튬 인산염 대비 금속 산화물의 비율이 커질 경우) 상기 제2 화합물에 의한 상기 양극 활물질의 전기화학적 특성 및 안정성 등의 향상 효과가 미미하거나, 오히려 상기 양극 활물질의 전기화학적 특성 및 안정성 등을 저하시킬 우려가 있다.
한편, 상기 제2 화합물 중 상기 제1 산화물(예를 들어, LiCo(PO4), LiPO3 및 LiCoO2) 중 공간군 Fd-3m, R3c 또는 R-3m에 속하는 결정 구조를 가지는 화합물 r1 (예를 들어, LiCoO2)와 공간군 Fd-3m, R3c 또는 R-3m 이외의 공간군에 속하는 결정 구조를 가지는 화합물 r2 (예를 들어, LiCo(PO4) 및 LiPO3의 비율 r1/r2 (예를 들어, LiCoO2 (mol%)/LiCo(PO4) (mol%)+ LiPO3 (mol%))은 0.03 이하인 것이 바람직하다.
또한, 상기 제2 화합물 중 상기 제2 산화물(예를 들어, Co3(PO4)2, Co3O4 및 P2O5) 중 공간군 Fd-3m, R3c 또는 R-3m에 속하는 결정 구조를 가지는 화합물 s1 (예를 들어, Co3O4 및 P2O5)와 공간군 Fd-3m, R3c 또는 R-3m 이외의 공간군에 속하는 결정 구조를 가지는 화합물 s2 (예를 들어, Co3(PO4)2)의 비율 s1/s2 (예를 들어, Co3O4 (mol%) + P2O5 (mol%)/Co3(PO4)2 (mol%))은 0.24 이하인 것이 바람직하다.
상기 제2 화합물 중 상기 제1 산화물 및 상기 제2 산화물에 포함된 공간군 Fd-3m, R3c 또는 R-3m에 속하는 결정 구조를 가지는 화합물과 공간군 Fd-3m, R3c 또는 R-3m 이외의 공간군에 속하는 결정 구조를 가지는 화합물의 비율이 상술한 범위 내에 존재함에 따라 상기 양극 활물질의 전기화학적 특성 및 안정성 등의 저하를 최소화하는 것이 가능하다.
또한, 상술한 바와 같이, 상기 제1 산화물 및 상기 제2 산화물은 상기 2차 입자의 표면부로부터 상기 2차 입자의 중심부를 향해 감소하는 농도 구배를 나타낼 수 있으며, 이에 따라 상기 리튬 복합 산화물 중 Co 농도 역시 상기 2차 입자의 표면부로부터 상기 2차 입자의 중심부를 향해 감소하는 농도 구배를 나타낼 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 상기 제1 화합물의 표면 중 적어도 일부에 하기의 화학식 5로 표시되는 제3 화합물을 더 포함할 수 있다.
[화학식 5]
LieWfM4gOh
(여기서,
M4는 Ni, Mn, Co, Fe, Cu, Nb, Mo, Ti, Al, Cr, Zr, Zn, Na, K, Ca, Mg, Pt, Au, B, P, Eu, Sm, V, Ba, Ta, Sn, Hf, Ce, Gd 및 Nd로부터 선택되는 적어도 하나이며,
0≤e≤10, 0<f≤8, 0≤g≤8, 2≤h≤13이다)
상기 제3 화합물은 상기 제2 화합물이 존재하는 상기 코팅층 내 존재하거나 상기 코팅층과 독립적으로 존재할 수 있다. 또한, 상기 제3 화합물은 상기 제1 화합물의 1차 입자 사이의 계면 및 상기 1차 입자가 응집되어 형성된 2차 입자의 표면 중 적어도 일부에 존재할 수 있다. 또한, 상기 제3 화합물의 농도는 상기 2차 입자의 표면부로부터 상기 2차 입자의 중심부를 향해 감소하는 농도 구배를 나타낼 수 있다.
또 다른 실시예에 있어서, 상기 양극 활물질은 상기 제1 화합물의 표면(상기 코팅층으로 커버되지 않은 표면) 및 상기 코팅층의 표면 중 적어도 일부를 커버하는 쉘층을 더 포함할 수 있다.
이 때, 상기 쉘층은 하기의 화학식 6으로 표시되는 제4 화합물을 포함할 수 있다. 즉, 상기 쉘층은 하기의 화학식 6으로 표시되는 제4 화합물이 존재하는 영역으로 정의될 수 있다.
[화학식 6]
LijM4kOl
(여기서, M4는 Ni, Mn, Co, Fe, Cu, Nb, Mo, Ti, Al, Cr, Zr, Zn, Na, K, Ca, Mg, Pt, Au, B, P, Eu, Sm, W, V, Ba, Ta, Sn, Hf, Ce, Gd 및 Nd로부터 선택되는 적어도 하나이며,
0≤j≤10, 0≤k≤8, 2≤l≤13이다)
또한, 상기 쉘층은 하나의 층 내 이종의 제4 화합물이 동시에 존재하거나, 상기의 화학식 6으로로 표시되는 이종의 제4 화합물이 각각 별개의 층에 존재하는 형태일 수 있다.
상기 화학식 6으로 표시되는 제4 화합물은 상기 제1 화합물, 상기 제2 화합물 및/또는 상기 제3 화합물과 물리적 및/또는 화학적으로 결합된 상태일 수 있다. 또한, 상기 제4 화합물은 상기 제1 화합물, 상기 제2 화합물 및/또는 상기 제3 화합물과 고용체를 형성한 상태로 존재할 수도 있다.
상기 제4 화합물은 리튬과 M4로 표시되는 원소가 복합화된 산화물이거나, M4의 산화물로서, 상기 산화물은 예를 들어, LiaWbOc, LiaZrbOc, LiaTibOc, LiaNibOc, LiaBbOc, WbOc, ZrbOc, TibOc 또는 BbOc 등일 수 있으나, 상술한 예는 이해를 돕기 위해 편의상 기재한 것에 불과할 뿐 본원에서 정의된 상기 산화물은 상술한 예에 제한되지 않는다.
다른 실시예에 있어서, 상기 제4 화합물은 리튬과 M4로 표시되는 적어도 2종의 원소가 복합화된 산화물이거나, 리튬과 M4로 표시되는 적어도 2종의 원소가 복합화된 산화물을 더 포함할 수 있다. 리튬과 M4로 표시되는 적어도 2종의 원소가 복합화된 산화물은 예를 들어, Lia(W/Ti)bOc, Lia(W/Zr)bOc, Lia(W/Ti/Zr)bOc, Lia(W/Ti/B)bOc 등일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
여기서, 상기 제4 화합물은 상기 2차 입자의 표면부로부터 상기 2차 입자의 중심부를 향해 감소하는 농도 구배를 나타낼 수 있다. 이에 따라, 상기 제4 화합물의 농도는 상기 2차 입자의 최표면으로부터 상기 2차 입자의 중심부를 향해 감소할 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 제4 화합물이 상기 2차 입자의 표면부로부터 상기 2차 입자의 중심부를 향해 감소하는 농도 구배를 나타냄으로써 상기 제1 화합물의 표면에 존재하는 잔류 Li을 추가적으로 감소시킬 수 있다. 또한, 상기 제4 화합물에 의해 상기 제1 화합물의 표면 내측 영역에서의 결정성이 낮아지는 것을 방지할 수 있다. 또한, 전기 화학 반응 중 상기 제4 화합물에 의해 양극 활물질의 전체적인 구조가 붕괴되는 것을 방지할 수 있다.
추가적으로, 상기 쉘층은 상기의 화학식 4로 표시되는 적어도 하나의 제4 화합물을 포함하는 제1 쉘층과 상기의 화학식 4로 표시되는 적어도 하나의 제4 화합물을 포함하되, 상기 제1 쉘층에 포함된 산화물과 상이한 산화물을 포함하는 제2 쉘층을 포함할 수 있다.
리튬 이차전지
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 양극 집전체 및 상기 양극 집전체 상에 형성된 양극 활물질층을 포함하는 양극이 제공될 수 있다. 여기서, 상기 양극 활물질층은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 양극 활물질을 포함할 수 있다. 따라서, 양극 활물질은 앞서 설명한 바와 동일하므로, 편의상 구체적인 설명을 생락하고, 이하에서는 나머지 전술되지 아니한 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
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. 또한, 상기 양극 집전체는 통상적으로 3 내지 500㎛의 두께를 가질 수 있으며, 상기 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.
상기 양극 활물질층은 상기 양극 활물질과 함께 도전재 및 필요에 따라 선택적으로 바인더를 포함하는 양극 슬러리 조성물을 상기 양극 집전체에 도포하여 제조될 수 있다.
이 때, 상기 양극 활물질은 양극 활물질층 총 중량에 대하여 80 내지 99 wt%, 보다 구체적으로는 85 내지 98.5 wt%의 함량으로 포함될 수 있다. 상기한 함량범위로 포함될 때 우수한 용량 특성을 나타낼 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 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 양극 활물질층 총 중량에 대하여 0.1 내지 15 wt%로 포함될 수 있다.
상기 바인더는 양극 활물질 입자들 간의 부착 및 양극 활물질과 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 활물질층 총 중량에 대하여 0.1 내지 15 wt%로 포함될 수 있다.
상기 양극은 상기한 양극 활물질을 이용하는 것을 제외하고는 통상의 양극 제조방법에 따라 제조될 수 있다. 구체적으로, 상기한 양극 활물질 및 선택적으로, 바인더 및 도전재를 용매 중에 용해 또는 분산시켜 제조한 양극 슬러리 조성물을 양극 집전체 상에 도포한 후, 건조 및 압연함으로써 제조할 수 있다.
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 양극제조를 위한 도포시 우수한 두께 균일도를 나타낼 수 있는 점도를 갖도록 하는 정도면 충분하다.
또한, 다른 실시예에 있어서, 상기 양극은 상기 양극 슬러리 조성물을 별도의 지지체 상에 캐스팅한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 양극 집전체 상에 라미네이션함으로써 제조될 수도 있다.
아울러, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상술한 양극을 포함하는 전기화학소자가 제공될 수 있다. 상기 전기화학소자는 구체적으로 전지, 커패시터 등일 수 있으며, 보다 구체적으로는 리튬 이차전지일 수 있다.
상기 리튬 이차전지는 구체적으로,　양극, 상기　양극과 대향하여 위치하는 음극, 및 상기　양극과 상기 음극 사이에 개재되는 분리막 및 전해질을 포함할 수 있다. 여기서, 상기　양극은 앞서 설명한 바와 동일하므로, 편의상 구체적인 설명을 생략하고, 이하에서는 전술되지 아니한 나머지 구성에 대해서만 구체적으로 설명한다.
상기 리튬 이차전지는 상기　양극, 상기 음극 및 상기 분리막의 전극 조립체를 수납하는 전지용기 및 상기 전지용기를 밀봉하는 밀봉 부재를 선택적으로 더 포함할 수 있다.
상기 음극은 음극 집전체 및 상기 음극 집전체 상에 위치하는 음극　활물질층을 포함할 수 있다.
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. 또한, 상기 음극 집전체는 통상적으로 3 μm 내지 500 μm의 두께를 가질 수 있으며,　양극　집전체와 마찬가지로, 상기 집전체 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있다. 예를 들어, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.
상기 음극 활물질층은 상기 음극 활물질과 함께 도전재 및 필요에 따라 선택적으로 바인더를 포함하는 음극 슬러리 조성물을 상기 음극 집전체에 도포하여 제조될 수 있다.
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; SiO (0 < < 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. 또한, 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.
상기 음극 활물질은 음극　활물질층의 전체 중량을 기준으로 80 내지 99 wt%로 포함될 수 있다.
상기 바인더는 도전재,　활물질　및 집전체 간의 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 음극　활물질층의 전체 중량을 기준으로 0.1 내지 10 wt%로 첨가될 수 있다.　이러한 바인더의 예로는, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 폴리머(EPDM), 술폰화-EPDM, 스티렌-부타디엔 고무, 니트릴-부타디엔 고무, 불소 고무, 이들의 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
상기 도전재는 음극 활물질의 도전성을 더욱 향상시키기 위한 성분으로서, 음극　활물질층의 전체 중량을 기준으로 10 wt% 이하, 바람직하게는 5 wt% 이하로 첨가될 수 있다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서멀 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 음극　활물질층은 음극 집전체 상에 음극　활물질, 및 선택적으로 바인더 및 도전재를 용매 중에 용해 또는 분산시켜 제조한 음극　슬러리 조성물을 도포하고 건조함으로써 제조되거나, 또는 상기 음극　슬러리 조성물을 별도의 지지체 상에 캐스팅한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 음극 집전체 상에 라미네이션함으로써 제조될 수 있다.
또한, 다른 실시예에 있어서, 상기 음극　활물질층은 음극 집전체 상에 음극　활물질, 및 선택적으로 바인더 및 도전재를 용매 중에 용해 또는 분산시켜 제조한 음극　슬러리 조성물을 도포하고 건조하거나, 또는 상기 음극　슬러리 조성물을 별도의 지지체 상에 캐스팅한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 음극 집전체 상에 라미네이션함으로써 제조될 수도 있다.
한편, 상기 리튬 이차전지에 있어서, 분리막은 음극과　양극을 분리하고 리튬 이온의 이동 통로를 제공하는 것으로, 통상 리튬 이차전지에서 분리막으로 사용되는 것이라면 특별한 제한 없이 사용가능하며, 특히 전해질의 이온 이동에 대하여 저저항이면서 전해액 함습 능력이 우수한 것이 바람직하다. 구체적으로는 다공성 고분자 필름, 예를 들어 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체 및 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름 또는 이들의 2층 이상의 적층 구조체가 사용될 수 있다. 또 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포가 사용될 수도 있다. 또한, 내열성 또는 기계적 강도 확보를 위해 세라믹 성분 또는 고분자 물질이 포함된 코팅된 분리막이 사용될 수도 있으며, 선택적으로 단층 또는 다층 구조로 사용될 수 있다.
또한, 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.
구체적으로, 상기 전해질은 유기 용매 및 리튬염을 포함할 수 있다.
상기 유기 용매로는 전지의 전기화학적 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 탄소수 2 내지 20의 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.
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 2.0 M 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다. 리튬염의 농도가 상기 범위에 포함되면, 전해질이 적절한 전도도 및 점도를 가지므로 우수한 전해질 성능을 나타낼 수 있고, 리튬 이온이 효과적으로 이동할 수 있다.
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 wt%로 포함될 수 있다.
상기와 같이 본 발명에 따른　양극　활물질을 포함하는 리튬 이차전지는 우수한 방전 용량, 출력 특성 및 수명 특성을 안정적으로 나타내기 때문에, 휴대전화, 노트북 컴퓨터, 디지털 카메라 등의 휴대용 기기, 및 하이브리드 전기자동차(hybrid electric vehicle, HEV) 등의 전기 자동차 분야 등에 유용하다.
본 발명에 따른 리튬 이차전지의 외형은 특별한 제한이 없으나, 캔을 사용한 원통형, 각형, 파우치(pouch)형 또는 코인(coin)형 등이 될 수 있다. 또한, 리튬 이차전지는 소형 디바이스의 전원으로 사용되는 전지셀에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 다수의 전지셀들을 포함하는 중대형 전지모듈에 단위전지로도 바람직하게 사용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 리튬 이차전지를 단위 셀로 포함하는 전지 모듈 및/또는 이를 포함하는 전지팩이 제공될 수 있다.
상기 전지모듈 또는 상기 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.
이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 다만, 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범주가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는다 할 것이다.
실험예 1.
제조예 1. 양극 활물질의 제조
(1) 실시예 1
공침법(co-precipitation method)에 의해 구형의 Ni0 . 91Co0 . 08Mn0 .01(OH)2 수산화물 전구체를 합성하였다. 구체적으로, 90L 급의 반응기에서 황산 니켈, 황산 코발트 및 황산 망간을 91:8:1의 몰비로 혼합한 1.5 M의 복합 전이금속 황산 수용액에 25 wt%의 NaOH와 30 wt%의 NH4OH를 투입하였다. 반응기 내의 pH는 11.5를 유지시켰고 이때의 반응기 온도는 60℃로 유지하였으며, 불활성 가스인 N2를 반응기에 투입하여, 제조된 전구체가 산화되지 않도록 하였다. 합성 교반 완료 후, Filter press (F/P) 장비를 이용하여 세척 및 탈수를 진행하여, Ni0 . 91Co0 . 08Mn0 .01(OH)2 수산화물 전구체를 수득하였다.
이어서, 합성된 전구체에 LiOH (Li/(Ni+Co+Mn) mol ratio = 1.01)를 혼합한 후 소성로에서 O2 분위기를 유지하며 700℃까지 분당 2℃로 승온하여 10시간 동안 열처리하여 리튬 복합 산화물을 수득하였다.
이어서, 상기 리튬 복합 산화물과 Co 함유 원료 물질(Co3(PO4)2) 및 W 함유 원료 물질(WO3)을 혼합한 후 소성하여 최종적으로 양극 활물질을 제조하였다. 구체적으로, 상기 리튬 복합 산화물과 Co 함유 원료 물질(Co3(PO4)2) 및 W 함유 원료 물질(WO3)을 혼합한 후 소성로에서 O2 분위기를 유지하며 400℃까지 분당 2℃로 승온하여 5시간 동안 열처리한 후 자연 냉각하여 양극 활물질을 얻었다.
상기 Co 함유 원료 물질(Co3(PO4)2) 및 W 함유 원료 물질(WO3)은 각각 상기 리튬 복합 산화물, Co 함유 원료 물질(Co3(PO4)2) 및 W 함유 원료 물질(WO3)의 혼합물에 대하여 0.3mol%가 되도록 혼합하였다.
상기 양극 활물질의 조성에 대한 ICP 분석 결과는 하기의 표 1에 나타내었다.
원소 Ni Co Mn W P
함량(mol%) 90.35 8.22 0.99 0.31 0.13
(2) 실시예 2
상기 Co 함유 원료 물질(Co3(PO4)2)을 상기 리튬 복합 산화물, Co 함유 원료 물질(Co3(PO4)2) 및 W 함유 원료 물질(WO3)의 혼합물에 대하여 0.5 mol%가 되도록 혼합한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 양극 활물질을 제조하였다. 상기 양극 활물질의 조성에 대한 ICP 분석 결과는 하기의 표 2에 나타내었다.
원소 Ni Co Mn W P
함량(mol%) 90.08 8.21 0.99 0.50 0.22
(3) 실시예 3
상기 W 함유 원료 물질(WO3)을 상기 리튬 복합 산화물, Co 함유 원료 물질(Co3(PO4)2) 및 W 함유 원료 물질(WO3)의 혼합물에 대하여 1.0mol%가 되도록 혼합한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 양극 활물질을 제조하였다. 상기 양극 활물질의 조성에 대한 ICP 분석 결과는 하기의 표 3에 나타내었다.
원소 Ni Co Mn W P
함량(mol%) 89.33 8.31 0.98 0.97 0.41
(4) 실시예 4
합성된 전구체에 Zr 함유 화합물(ZrO2) 0.05몰%을 추가적으로 혼합한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 양극 활물질을 제조하였다. 상기 양극 활물질의 조성에 대한 ICP 분석 결과는 하기의 표 4에 나타내었다.
원소 Ni Co Mn Zr W P
함량(mol%) 90.34 8.20 0.99 0.05 0.30 0.12
(5) 실시예 5
상기 리튬 복합 산화물과 Co 함유 원료 물질(Co3(PO4)2) 및 W 함유 원료 물질(WO3)을 혼합한 후 열처리한 다음 동일 소성로에 Ti 함유 화합물(TiO2) 0.2몰%을 추가적으로 혼합한 후 O2 분위기를 유지하며 400℃까지 분당 2℃로 승온하여 5시간 동안 열처리한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 양극 활물질을 제조하였다. 상기 양극 활물질의 조성에 대한 ICP 분석 결과는 하기의 표 5에 나타내었다.
원소 Ni Co Mn Ti W P
함량(mol%) 90.28 8.18 0.99 0.18 0.25 0.12
(6) 비교예 1
상기 리튬 복합 산화물에 Co 함유 원료 물질(Co3(PO4)2) 및 W 함유 원료 물질(WO3)을 혼합하지 않고 400℃까지 분당 2℃로 승온하여 5시간 동안 열처리한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 양극 활물질을 제조하였다. 상기 양극 활물질의 조성에 대한 ICP 분석 결과는 하기의 표 6에 나타내었다.
원소 Ni Co Mn W P
함량(mol%) 91.01 7.93 1.06 - -
(7) 비교예 2
상기 리튬 복합 산화물에 W 함유 원료 물질(WO3)만 혼합한 후 소성한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 양극 활물질을 제조하였다. 상기 양극 활물질의 조성에 대한 ICP 분석 결과는 하기의 표 7에 나타내었다.
원소 Ni Co Mn W P
함량(mol%) 90.78 7.90 1.01 0.31 -
(8) 비교예 3
상기 리튬 복합 산화물에 Co 함유 원료 물질(Co3(PO4)2)만 혼합한 후 소성한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 양극 활물질을 제조하였다. 상기 양극 활물질의 조성에 대한 ICP 분석 결과는 하기의 표 8에 나타내었다.
원소 Ni Co Mn W P
함량(mol%) 90.57 8.28 1.01 - 0.14
(9) 비교예 4
상기 리튬 복합 산화물에 Co 함유 원료 물질(Co3(PO4)2) 및 W 함유 원료 물질(WO3)을 혼합하지 않고 700℃까지 분당 2℃로 승온하여 5시간 동안 열처리한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 양극 활물질을 제조하였다. 상기 양극 활물질의 조성에 대한 ICP 분석 결과는 하기의 표 9에 나타내었다.
원소 Ni Co Mn W P
함량(mol%) 91.09 7.91 1.00 - -
(10) 비교예 5
상기 리튬 복합 산화물에 W 함유 원료 물질(WO3)만 혼합한 후 700℃까지 분당 2℃로 승온하여 5시간 동안 열처리한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 양극 활물질을 제조하였다. 상기 양극 활물질의 조성에 대한 ICP 분석 결과는 하기의 표 10에 나타내었다.
원소 Ni Co Mn W P
함량(mol%) 90.74 7.96 1.00 0.30 -
(11) 비교예 6
상기 리튬 복합 산화물에 Co 함유 원료 물질(Co3(PO4)2)만 혼합한 후 700℃까지 분당 2℃로 승온하여 5시간 동안 열처리한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 양극 활물질을 제조하였다. 상기 양극 활물질의 조성에 대한 ICP 분석 결과는 하기의 표 11에 나타내었다.
원소 Ni Co Mn W P
함량(mol%) 90.60 8.24 1.01 - 0.15
(12) 비교예 7
상기 리튬 복합 산화물에 Co 함유 원료 물질(Co3(PO4)2) 및 W 함유 원료 물질(WO3)을 혼합한 후 700℃까지 분당 2℃로 승온하여 5시간 동안 열처리한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 양극 활물질을 제조하였다. 상기 양극 활물질의 조성에 대한 ICP 분석 결과는 하기의 표 12에 나타내었다.
원소 Ni Co Mn W P
함량(mol%) 90.27 8.34 0.94 0.30 0.15
제조예 2. 리튬 이차전지의 제조
제조예 1에 따라 제조된 양극 활물질 각각 92wt%, 인조 흑연 4wt%, PVDF 바인더 4wt%를 N-메틸-2 피롤리돈(NMP) 30g에 분산시켜 양극 슬러리를 제조하였다. 상기 양극 슬러리를 두께 15μm의 알루미늄 박막에 균일하게 도포하고 135℃에서 진공 건조하여 리튬 이차전지용 양극을 제조하였다.
상기 양극에 대하여 리튬 호일을 상대 전극(counter electrode)으로 하며, 다공성 폴리에틸렌막(Celgard 2300, 두께: 25μm)을 분리막으로 하고, 에틸렌카보네이트 및 에틸메틸카보네이트가 3:7의 부피비로 혼합된 용매에 LiPF6가 1.15M 농도로 존재하는 전해액을 사용하여 코인 전지를 제조하였다.
실험예 1. 양극 활물질의 XRD 분석
제조예 1에 따라 제조된 양극 활물질에 대하여 X선 회절(XRD) 분석을 수행하여 양극 활물질의 Niocc 및 상기 양극 활물질의 표면 중 코팅 물질을 확인하였다. XRD 분석은 Cu Kαradiation(1.540598Å)을 이용한 Bruker D8 Advance 회절계(diffractometer)를 이용하여 수행하였다.
(1) 양극 활물질의 Niocc 측정
X선 회절 패턴의 리트벨트 분석(Reitveld refinement)을 통해 제조예 1에 따라 제조된 양극 활물질의 Li 3a 사이트에 삽입된 Ni 금속의 점유율(또는 함량; occupancy)을 측정하였다. 측정 결과는 하기의 표 13에 나타내었다.
구분 c/a 비율 Niocc
in 3a site (%)
실시예 1 4.940 2.41
실시예 2 4.940 2.47
실시예 3 4.940 2.52
실시예 4 4.940 2.23
실시예 5 4.940 2.10
비교예 1 4.940 2.27
비교예 2 4.940 2.39
비교예 3 4.940 2.30
비교예 4 4.940 1.62
비교예 5 4.940 2.09
비교예 6 4.940 1.68
비교예 7 4.940 2.29
상기 표 13의 결과를 참고하면, 상기 리튬 복합 산화물에 Co 함유 원료 물질(Co3(PO4)2) 및 W 함유 원료 물질(WO3)을 혼합한 경우, 상기 리튬 복합 산화물에 Co 함유 원료 물질(Co3(PO4)2) 또는 W 함유 원료 물질(WO3)만 혼합한 경우에 비해 Li 3a 사이트에 삽입된 Ni의 점유율이 증가하는 것으로 확인할 수 있다. 또한, 실시예 1 및 비교예 7을 참조하면, 상기 리튬 복합 산화물에 Co 함유 원료 물질(Co3(PO4)2) 및 W 함유 원료 물질(WO3)을 혼합한 후 상대적으로 낮은 온도에서 열처리함으로써, 상기 Li 3a 사이트에 삽입된 Ni의 점유율을 향상시킬 수 있다.
이와 같이, 상기 리튬 복합 산화물에 Co 함유 원료 물질(Co3(PO4)2) 및 W 함유 원료 물질(WO3)을 혼합한 후 상대적으로 낮은 온도에서 열처리함에 따라, 상기 리튬 복합 산화물에 Co 함유 원료 물질(Co3(PO4)2) 또는 W 함유 원료 물질(WO3)만 단독으로 혼합한 후 열처리하거나, Co 함유 원료 물질(Co3(PO4)2) 및 W 함유 원료 물질(WO3)을 혼합한 후 상대적으로 높은 온도에서 열처리한 경우에 비해 상기 Li 3a 사이트에 삽입된 Ni의 점유율이 증가한 것은 상기 리튬 복합 산화물의 결정 격자 내 텅스텐이 도핑됨에 따라 상기 Li 3a 사이트에 W가 삽입됨에 따른 것일 수 있다.
(2) 양극 활물질의 표면 중 코팅 물질 분석
Bruker 社 EVA program을 사용하여 측정된 XRD raw data로부터 하기의 표 14 및 표 15에 기재된 산화물을 스크리닝하는 방법으로 제조예 1에 따라 제조된 양극 활물질의 표면 중 코팅 물질(즉, 제2 화합물)의 함량을 정량적으로 분석하였다.
상기 방법에 따라 분석된 양극 활물질의 표면 중 코팅 물질의 분석 결과는 하기의 표 14 내지 표 16에 나타내었다.
구분 공간군 결정 구조
Co3(PO4)2 P21/c Monoclinic
LiCo(PO4) Pnma Orthorhombic
Co3O4 Fd-3m Cubic
LiPO3 P*/n Monoclinic
P2O5 R3c Rhombohedral
LiCoO2 R-3m Rhombohedral
구분 실시예 1
(wt%)		 실시예 2
(wt%)		 실시예 3
(wt%)		 실시예 4
(wt%)		 실시예 5
(wt%)
Co3(PO4)2 47.5 49.2 51.2 46.2 45.1
LiCo(PO4) 24.6 28.4 30.4 23.7 22.1
Co3O4 - - - - -
LiPO3 27.8 22.4 18.4 30.1 32.8
P2O5 - - - - -
LiCoO2 - - - - -
구분 비교예 1
(wt%)		 비교예 2
(wt%)		 비교예 3
(wt%)		 비교예 4
(wt%)		 비교예 5
(wt%)		 비교예 6
(wt%)		 비교예 7
(wt%)
Co3(PO4)2 - - 47.2 - - 47.2 46.7
LiCo(PO4) - - 24.3 - - 24.3 21.6
Co3O4 - - - - - 8.9 9.0
LiPO3 - - 28.5 - - 15.2 18.6
P2O5 - - - - - 3.2 2.6
LiCoO2 - - - - - 1.2 1.6
상기 표 14의 결과를 참고하면, 리튬 복합 산화물인 상기 제1 화합물의 표면 중 적어도 일부에 코팅층으로서 존재하는 상기 제2 화합물 중 공간군 Fd-3m, R3c 또는 R-3m에 속하는 결정 구조를 가지는 화합물은 cubic 또는 rhombohedral 결정 구조를 가지는 것을 확인할 수 있다.
또한, 상기 표 14 내지 표 16의 결과를 참고하면, 비교예 6 및 비교예 7에 따른 양극 활물질과 달리, 실시예 1 내지 실시예 5에 따른 양극 활물질의 경우 상기 리튬 복합 산화물에 Co 함유 원료 물질(Co3(PO4)2) 및 W 함유 원료 물질(WO3)을 혼합한 후 상대적으로 낮은 온도에서 열처리함에 따라, 본원에서 제2 화합물로 정의된 산화물 중 공간군 Fd-3m, R3c 또는 R-3m에 속하는 결정 구조를 가지는 화합물(Co3O4, LiCoO2 및 P2O5)의 비율이 13mol% 이하인 것을 확인할 수 있었다.
아울러, 비교예 6 및 비교예 7에 따른 양극 활물질과 달리, 실시예 1 내지 실시예 5에 따른 양극 활물질의 경우, 상기 제2 화합물 중 상기 제1 산화물인 LiCo(PO4), LiPO3 및 LiCoO2 중 공간군 Fd-3m, R3c 또는 R-3m에 속하는 결정 구조를 가지는 화합물(r1)인 LiCoO2와 공간군 Fd-3m, R3c 또는 R-3m 이외의 공간군에 속하는 결정 구조를 가지는 화합물(r2)인 LiCo(PO4) 및 LiPO3의 비율(r1/r2 = LiCoO2 (mol%)/LiCo(PO4) (mol%)+ LiPO3 (mol%))은 0.03 이하인 것을 확인할 수 있다.
또한, 비교예 6 및 비교예 7에 따른 양극 활물질과 달리, 실시예 1 내지 실시예 5에 따른 양극 활물질의 경우, 상기 제2 화합물 중 상기 제2 산화물인 Co3(PO4)2, Co3O4 및 P2O5 중 공간군 Fd-3m, R3c 또는 R-3m에 속하는 결정 구조를 가지는 화합물(s1)인 Co3O4 및 P2O5와 공간군 Fd-3m, R3c 또는 R-3m 이외의 공간군에 속하는 결정 구조를 가지는 화합물(s2)인 Co3(PO4)2의 비율(s1/s2 = Co3O4 (mol%) + P2O5 (mol%)/Co3(PO4)2 (mol%))은 0.24 이하인 것을 확인할 수 있다.
한편, 비교예 3에 따른 양극 활물질의 경우, W 함유 원료 물질(WO3)을 혼합하지 않고 열처리한 것을 제외하고 실시예 1에 따른 양극 활물질과 동일한 방법으로 제조됨에 따라 제2 화합물로 정의된 산화물이 유사한 조성으로 존재함을 확인할 수 있었다.
실험예 2. 양극 활물질의 미반응 리튬 측정
제조예 1에 따라 제조된 양극 활물질에 대한 미반응 리튬 측정은 pH 적정(pH titration)에 의해 pH 4가 될 때까지 사용된 0.1M HCl의 양으로 측정하였다. 먼저, 제조예 1에 따라 제조된 양극 활물질 각각 5 g을 DIW 100 ml에 넣고 15 분간 교반한 뒤 필터링하고, 필터링된 용액 50 ml를 취한 후 여기에 0.1 M HCl을 가하여 pH 변화에 따른 HCl 소모량을 측정하여 Q1 및 Q2를 결정하고, 이를 통해 미반응 LiOH의 함량을 계산하였다.
M1 = 23.95 (LiOH Molecular weight)
M2 = 73.89 (Li2CO3 Molecular weight)
SPL Size = (Sample weight Х Solution Weight) / Water Weight
LiOH (wt%) = [(Q1-Q2)ХCХM1Х100]/(SPL Size Х1000)
상기 계산식을 통해 측정된 상기 양극 활물질 중 존재하는 리튬 불순물 함량의 측정 결과는 하기의 표 17에 나타내었다.
구분 LiOH (ppm)
실시예 1 2,378
실시예 2 2,090
실시예 3 1,789
실시예 4 2,423
실시예 5 2,892
비교예 1 4,432
비교예 2 2,911
비교예 3 3,059
비교예 4 5,503
비교예 5 7,148
비교예 6 5,020
비교예 7 6,363
(2) 리튬 이차전지의 전기화학적 특성 평가
제조예 2에 따라 제조된 리튬 이차전지를 전기화학분석장치(Toyo, Toscat-3100)를 이용하여 25℃, 전압범위 3.0V ~ 4.3V, 0.1C ~ 5.0C의 방전율을 적용하여 충방전 실험을 실시하여, 초기 충전용량, 초기 방전용량, 초기 가역 효율 및 방전 용량 비율(C-rate)을 측정하였다.
또한, 상술한 방법으로 제조된 리튬 이차전지를 25℃의 온도에서 3.0V ~ 4.4V의 구동 전압 범위 내에서 1C/1C의 조건으로 50회 충/방전을 실시한 후 초기 용량 대비 50사이클째 방전용량의 비율(사이클 용량유지율; capacity retention)을 측정하였다.
한편, 제조예 2에 따라 제조된 리튬 이차전지의 초기 저항은 전기화학 임피던스 분광법(EIS; Electrochemical Impedance Spectroscopy)을 이용하여 주파수(10kHz~0.01Hz) 범위 내에서 측정하였다.
상기 측정 결과는 하기의 표 18에 나타내었다.
구분 초기 충전
용량
(mAh/g)		 초기 방전
용량
(mAh/g)		 초기 가역 효율
(%)		 수명 특성
(%)		 C-rate
(5.0C/0.1C)
(%)		 초기 EIS
(Ω)
실시예 1 238.6 220.5 92.4 91.6 83.5 12.6
실시예 2 237.8 218.2 91.7 91.3 83.1 15.1
실시예 3 236.2 216.4 91.6 91.7 83.0 19.7
실시예 4 235.1 215.2 91.5 90.1 82.9 13.2
실시예 5 232.2 211.3 91.0 91.1 83.0 12.2
비교예 1 239.8 213.1 88.8 91.3 85.5 19.6
비교예 2 238.3 215.8 90.6 91.1 84.2 11.1
비교예 3 240.0 215.1 89.7 91.3 84.7 30.2
비교예 4 241.5 217.8 90.2 86.7 85.5 13.6
비교예 5 241.7 220.7 91.3 73.6 83.6 5.4
비교예 6 242.5 219.5 90.5 86.8 85.5 16.1
비교예 7 241.8 221.4 91.6 76.7 77.3 5.4
이상, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

Claims (17)

  1. 하기의 화학식 1로 표시되며, 리튬의 인터칼레이션/디인터칼레이션이 가능한 제1 화합물; 및
    하기의 화학식 2로 표시되는 제2 화합물;
    을 포함하며,
    [화학식 1]
    LiwNi1-(x+y+z)CoxM1yM2zO2+α
    (여기서,
    M1은 Mn 또는 Al로부터 선택되는 적어도 하나이며,
    M2는 Mn, P, Sr, Ba, B, Ti, Zr, Al, Hf, Ta, Mg, V, Zn, Si, Y, Sn, Ge, Nb, W 및 Cu로부터 선택되는 적어도 하나이며,
    M1과 M2는 서로 상이한 원소이며,
    0.5≤w≤1.5, 0≤x≤0.50, 0≤y≤0.20, 0≤z≤0.20, 0≤α≤0.02이다)
    [화학식 2]
    LiaCobM3c(PβOγ)d
    (여기서,
    M3은 Ni, Mn, Fe, Cu, Nb, Mo, Ti, Al, Cr, Zr, Zn, Na, K, Ca, Mg, Pt, Au, B, P, Eu, Sm, W, V, Ba, Ta, Sn, Hf, Gd 및 Nd로부터 선택되는 적어도 하나이며,
    0≤a≤10, 0≤b≤8, 0≤c≤8, 0<d≤13, 0≤β≤4, 0<γ≤10이다)
    상기 제2 화합물은 monoclinic 결정 구조를 가지는 산화물과 orthorhombic 결정 구조를 가지는 산화물을 포함하는,
    양극 활물질.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 화합물은 하기의 화학식 3으로 표시되는 제1 산화물 및 하기의 화학식 4로 표시되는 제2 산화물로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는,
    [화학식 3]
    Lia'Cob'M3'c'(Pβ'Oγ')d '
    (여기서,
    M3'은 Ni, Mn, Fe, Cu, Nb, Mo, Ti, Al, Cr, Zr, Zn, Na, K, Ca, Mg, Pt, Au, B, P, Eu, Sm, W, V, Ba, Ta, Sn, Hf, Gd 및 Nd로부터 선택되는 적어도 하나이며,
    0<a'≤10, 0≤b'≤8, 0≤c'≤8, 0<d'≤13, 0≤β'≤4, 0<γ'≤10이다)
    [화학식 4]
    Cob"M3"c"(Pβ"Oγ")d "
    (여기서,
    M3"은 Ni, Mn, Fe, Cu, Nb, Mo, Ti, Al, Cr, Zr, Zn, Na, K, Ca, Mg, Pt, Au, B, P, Eu, Sm, W, V, Ba, Ta, Sn, Hf, Gd 및 Nd로부터 선택되는 적어도 하나이며,
    0≤b"≤8, 0≤c"≤8, 0<d"≤13, 0≤β"≤4, 0<γ"≤10이다)
    상기 제1 산화물 및 상기 제2 산화물은 각각 독립적으로 monoclinic 및 orthorhombic으로부터 선택되는 결정 구조를 가지는,
    양극 활물질.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 산화물 및 상기 제2 산화물로부터 선택되는 적어도 하나는 monoclinic 결정 구조를 가지는 산화물과 orthorhombic 결정 구조를 가지는 산화물을 포함하는,
    양극 활물질.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 화합물은 LiCo(PO4) 및 LiPO3로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는,
    양극 활물질.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제2 산화물은 Co3(PO4)2를 포함하는,
    양극 활물질.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 제2 화합물 중 상기 제2 산화물에 대한 상기 제1 산화물의 비율(제1 산화물/제2 산화물)은 0.87 이상인,
    양극 활물질.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 화합물은 단결정 또는 다결정 형태의 리튬 복합 산화물이며,
    상기 리튬 복합 산화물의 표면 중 적어도 일부에 상기 제2 화합물을 포함하는 코팅층이 형성된,
    양극 활물질.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 화합물은 복수의 1차 입자가 응집하여 형성된 2차 입자이며,
    상기 제2 화합물은 상기 1차 입자 사이의 계면 및 상기 2차 입자의 표면 중 적어도 일부에 존재하는,
    양극 활물질.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 화합물은 상기 2차 입자의 표면부로부터 상기 2차 입자의 중심부를 향해 감소하는 농도 구배를 나타내는,
    양극 활물질.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 리튬 복합 산화물의 표면 중 적어도 일부에 하기의 화학식 5로 표시되는 제3 화합물이 존재하는,
    [화학식 5]
    LieWfM4gOh
    (여기서,
    M4는 Ni, Mn, Co, Fe, Cu, Nb, Mo, Ti, Al, Cr, Zr, Zn, Na, K, Ca, Mg, Pt, Au, B, P, Eu, Sm, V, Ba, Ta, Sn, Hf, Gd 및 Nd로부터 선택되는 적어도 하나이며,
    0≤e≤10, 0<f≤8, 0≤g≤8, 2≤h≤13이다)
    양극 활물질.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제3 화합물은 상기 코팅층 내 존재하거나, 상기 코팅층과 독립적으로 존재하는,
    양극 활물질.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제1 화합물은 복수의 1차 입자가 응집하여 형성된 2차 입자이며,
    상기 제3 화합물은 상기 1차 입자 사이의 계면 및 상기 2차 입자의 표면 중 적어도 일부에 존재하는,
    양극 활물질.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제3 화합물은 상기 2차 입자의 표면부로부터 상기 2차 입자의 중심부를 향해 감소하는 농도 구배를 나타내는,
    양극 활물질.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1 중 x+y+z는 0.20 이하인,
    양극 활물질.
  16. 제1항, 제3항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 양극 활물질을 포함하는 양극.
  17. 제16항에 따른 양극을 사용하는 리튬 이차전지.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023133811A1 (zh) * 2022-01-14 2023-07-20 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种单晶低钴三元材料及其制备方法、二次电池、电池包、用电装置
CN117334883B (zh) * 2023-11-24 2024-02-02 广东省中科海钠科技有限责任公司 一种钠电正极材料及其制备方法

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011159421A (ja) * 2010-01-29 2011-08-18 Sony Corp 正極活物質および非水電解質二次電池
CN105474436B (zh) * 2013-08-22 2018-06-15 3M创新有限公司 用于锂离子蓄电池的阴极组合物
CN105098177B (zh) 2014-04-24 2018-05-29 宁德时代新能源科技股份有限公司 二次锂电池及其正极材料的制备方法
CN106663780B (zh) * 2014-07-30 2020-03-10 三洋电机株式会社 非水电解质二次电池用正极和非水电解质二次电池
JP2016033902A (ja) * 2014-07-31 2016-03-10 ソニー株式会社 正極活物質、正極および電池
KR101758992B1 (ko) * 2014-10-02 2017-07-17 주식회사 엘지화학 리튬 이차전지용 양극활물질, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
KR101777466B1 (ko) * 2014-10-02 2017-09-11 주식회사 엘지화학 리튬 이차전지용 양극활물질, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
KR102307467B1 (ko) 2015-03-20 2021-09-29 삼성전자주식회사 액티브 핀을 포함하는 반도체 장치
KR101927295B1 (ko) 2015-11-30 2018-12-10 주식회사 엘지화학 이차전지용 양극활물질 및 이를 포함하는 이차전지
KR102095508B1 (ko) * 2016-11-22 2020-03-31 주식회사 엘지화학 리튬 코발트 산화물을 포함하는 코어 및 리튬 코발트 인산화물을 포함하는 쉘을 포함하는 양극 활물질 입자 및 이의 제조 방법
CN107221645A (zh) 2017-07-06 2017-09-29 广州朝锂新能源科技有限公司 表面修饰锂离子电池高镍层状正极材料及其制备方法
CN108172773A (zh) * 2017-11-22 2018-06-15 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种磷酸钴锂包覆的富锂正极材料及其制备方法
US11078089B2 (en) * 2018-08-22 2021-08-03 Ecopro Bm Co., Ltd. Lithium composite oxide, positive electrode active material and lithium secondary battery comprising the same
KR102225892B1 (ko) * 2018-08-22 2021-03-11 주식회사 에코프로비엠 리튬 복합 산화물, 리튬 이차전지용 양극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
US20200067083A1 (en) * 2018-08-22 2020-02-27 Ecopro Bm Co., Ltd. Positive electrode active material and lithium secondary battery comprising the same
CN109216678B (zh) * 2018-09-12 2020-08-04 陕西红马科技有限公司 一种包覆磷酸钴锂的富镍三元材料的制备方法
KR20200046485A (ko) 2018-10-24 2020-05-07 삼성전자주식회사 복합양극활물질, 이를 채용한 양극과 리튬전지 및 그 제조방법
KR102513972B1 (ko) 2020-08-28 2023-03-24 주식회사 에코프로비엠 양극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지

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