KR102604921B1 - Lithium transition metal oxide, positive electrode additive for lithium secondary battery, lithium secondary battery comprising the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리튬 전이 금속 산화물, 리튬 이차 전지용 양극 첨가제 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 전해질과의 부반응을 최소화하여 리튬 이차 전지의 충방전시 가스의 발생을 억제할 수 있는 리튬 전이 금속 산화물이 제공된다.The present invention relates to lithium transition metal oxide, a positive electrode additive for lithium secondary batteries, and a lithium secondary battery containing the same. According to the present invention, a lithium transition metal oxide is provided that can suppress the generation of gas during charging and discharging of a lithium secondary battery by minimizing side reactions with electrolyte.

Description

리튬 전이 금속 산화물, 리튬 이차 전지용 양극 첨가제 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지{LITHIUM TRANSITION METAL OXIDE, POSITIVE ELECTRODE ADDITIVE FOR LITHIUM SECONDARY BATTERY, LITHIUM SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}Lithium transition metal oxide, positive electrode additive for lithium secondary battery, and lithium secondary battery containing same {LITHIUM TRANSITION METAL OXIDE, POSITIVE ELECTRODE ADDITIVE FOR LITHIUM SECONDARY BATTERY, LITHIUM SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}

본 발명은 리튬 전이 금속 산화물, 리튬 이차 전지용 양극 첨가제 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것이다.The present invention relates to lithium transition metal oxide, a positive electrode additive for lithium secondary batteries, and a lithium secondary battery containing the same.

전자 기기의 다기능화와 함께 소비 전력이 증가함에 따라, 리튬 이차 전지의 용량을 늘리고 이의 충방전 효율을 개선하려는 많은 시도들이 있다.As power consumption increases along with the multifunctionalization of electronic devices, there are many attempts to increase the capacity of lithium secondary batteries and improve their charge and discharge efficiency.

일 예로, 리튬 이차 전지의 양극에 Ni 80 % 이상의 양극 활물질을 양극재로 적용하고, 음극에 SiO, Si 또는 SiC와 같은 금속 또는 금속 기반의 음극 활물질을 천연 흑연 또는 인조 흑연 등의 탄소계 음극 활물질과 함께 적용하는 기술이 제안된 바 있다.As an example, a cathode active material containing 80% or more Ni is applied to the cathode of a lithium secondary battery, and a metal or metal-based anode active material such as SiO, Si, or SiC is applied to the anode, and a carbon-based anode active material such as natural graphite or artificial graphite is applied to the anode. A technology applied together with has been proposed.

금속 및 금속 산화물 기반의 음극 활물질은 탄소계 음극 활물질보다 고용량의 발현을 가능하게 한다. 하지만, 금속 및 금속 산화물 기반의 음극 활물질은 충방전시 부피 변화가 흑연에 비해 훨씬 크기 때문에 음극 내 금속 및 금속 산화물의 함량을 15 % 이상으로 증가시키기가 어렵다. 또한, 금속 및 금속 산화물을 음극 내에 추가할 경우 초기 충방전에서 비가역적인 반응이 일어나 리튬의 손실이 탄소계 음극 활물질을 적용한 경우에 비하여 크다. 때문에 금속 및 금속 산화물 기반의 음극 활물질을 적용한 경우 전지의 용량이 커질수록 손실되는 리튬의 양이 늘어나게 되며, 이로 인한 초기 용량의 감소 폭도 커지게 된다.Metal and metal oxide-based anode active materials enable higher capacity than carbon-based anode active materials. However, since metal and metal oxide-based negative electrode active materials have a much larger volume change during charging and discharging than graphite, it is difficult to increase the content of metal and metal oxide in the negative electrode to more than 15%. In addition, when metal and metal oxide are added to the negative electrode, an irreversible reaction occurs during initial charging and discharging, and the loss of lithium is greater than when a carbon-based negative electrode active material is used. Therefore, when metal and metal oxide-based negative electrode active materials are applied, the amount of lithium lost increases as the capacity of the battery increases, and the decrease in initial capacity also increases due to this.

이에 리튬 이차 전지의 용량을 늘리거나 비가역 용량을 줄이기 위한 다양한 방안들이 연구되어 왔다. 그 중 하나가 초기 상태에서 SEI 층(solid electrolyte interphase layer)의 형성에 소모되는 리튬을 배터리 내에서 보충해 주는 개념인 예비 리튬화(prelithiation)이다.Accordingly, various methods have been studied to increase the capacity of lithium secondary batteries or reduce the irreversible capacity. One of them is prelithiation, a concept that replenishes the lithium consumed in the formation of the SEI layer (solid electrolyte interphase layer) in the battery in the initial state.

배터리 내에서 예비 리튬화를 하기 위한 다양한 방법들이 제안되어 왔다.Various methods have been proposed for pre-lithiation in batteries.

일 예로, 배터리 구동 전에 음극을 미리 전기화학적으로 리튬화(lithiation)하는 방법이다. 그런데, 리튬화된 음극은 대기 중에서 매우 불안정하고, 전기화학적 리튬화 방법은 공정을 scale-up 하기에 어려움이 있다.As an example, this is a method of electrochemically lithiating the cathode in advance before driving the battery. However, the lithiated cathode is very unstable in the air, and the electrochemical lithiation method has difficulty in scaling up the process.

다른 일 예로, 음극에 리튬 금속 또는 리튬 실리사이드(lithium silicide, LixSi) 분말을 코팅하는 방법이다. 그런데, 상기 분말은 반응성이 높아 대기 안정성이 저하되므로, 음극에 코팅시 적합한 용매 및 공정 조건을 확립하기 어려운 문제가 있다.Another example is a method of coating a negative electrode with lithium metal or lithium silicide (Li x Si) powder. However, since the powder has high reactivity and thus reduces atmospheric stability, it is difficult to establish suitable solvents and process conditions when coating the cathode.

양극에서 예비 리튬화하는 방법으로는, 음극에서 소모되는 리튬의 양 만큼 양극재를 더 많이 코팅하는 방법이 있다. 그러나, 양극재 자체의 낮은 용량으로 인하여, 추가되는 양극재의 양이 증가하며, 증가하는 양극재의 양 만큼 최종 배터리의 에너지 밀도 및 무게당 용량이 감소하게 된다.A method of preliminary lithiation at the anode includes coating more cathode material equal to the amount of lithium consumed at the cathode. However, due to the low capacity of the cathode material itself, the amount of added cathode material increases, and the energy density and capacity per weight of the final battery decrease as the amount of cathode material increases.

이에, 양극에서 배터리의 예비 리튬화에 적합한 소재는 첫 충전시 리튬이 기존 양극재보다 적어도 두 배 이상 많이 탈리되면서, 이후 방전시에는 리튬과 반응하지 않는 비가역적인 특성을 지녀야 한다. 이러한 조건을 만족시키는 첨가제를 희생 양극재(sacrificial positive electrode materials)라고 한다.Accordingly, a material suitable for preliminary lithiation of a battery at the anode must have irreversible characteristics such that lithium is desorbed at least twice as much as existing anode materials during the first charge and does not react with lithium during subsequent discharge. Additives that satisfy these conditions are called sacrificial positive electrode materials.

상용 배터리의 경우, 적층된 양극, 분리막 및 음극을 포함하는 케이스에 전해질을 주입한 후, 맨 처음으로 충/방전 동작을 실행하는 포메이션(formation) 공정을 거치게 된다. 이 과정에서 음극 상에 SEI 층 형성 반응이 일어나며, 전해질의 분해로 인해 가스가 발생한다. 상기 포메이션 공정에서 희생 양극재는 리튬을 내놓고 분해되면서 전해질과 반응하고, 그 과정에서 발생한 N2, O2, CO2 등의 가스는 가스 포켓 제거 공정을 통해 회수된다.In the case of a commercial battery, after injecting electrolyte into a case containing a stacked anode, separator, and cathode, it first goes through a formation process to perform a charge/discharge operation. During this process, an SEI layer formation reaction occurs on the cathode, and gas is generated due to decomposition of the electrolyte. In the formation process, the sacrificial cathode material releases lithium and reacts with the electrolyte as it decomposes, and gases such as N 2 , O 2 , and CO 2 generated in the process are recovered through a gas pocket removal process.

상기 희생 양극재로는 리튬이 풍부한 금속 산화물인 over-lithiated positive electrode materials가 많이 사용되고 있다. 상기 over-lithiated positive electrode materials로는 anti-fluorite 구조인 Li6CoO4, Li5FeO4 및 Li6MnO4 등이 잘 알려져 있다. 이들의 이론 용량은 Li6CoO4가 977 mAh/g, Li5FeO4가 867 mAh/g, 그리고 Li6MnO4가 1001 mAh/g로서, 희생 양극재로 사용하기에 충분한 용량을 가지고 있다. 그 중에서 Li6CoO4의 전기전도도가 가장 뛰어나 희생 양극재로 사용하기에 좋은 전기화학적 특성을 가지고 있다.As the sacrificial positive electrode material, over-lithiated positive electrode materials, which are metal oxides rich in lithium, are widely used. As the over-lithiated positive electrode materials, Li 6 CoO 4 , Li 5 FeO 4 , and Li 6 MnO 4 , which have an anti-fluorite structure, are well known. Their theoretical capacities are 977 mAh/g for Li 6 CoO 4 , 867 mAh/g for Li 5 FeO 4 , and 1001 mAh/g for Li 6 MnO 4 , which has a capacity sufficient to be used as a sacrificial anode material. Among them, Li 6 CoO 4 has the best electrical conductivity and has good electrochemical properties for use as a sacrificial anode material.

Li6CoO4는 포메이션 공정에서 단계적으로 탈리 및 분해되면서 결정상이 무너지고, 이 과정에서 필연적으로 O2 가스가 발생하게 된다. 이상적인 경우, Li6CoO4는 포메이션 공정 이후 충방전 사이클시 추가적인 가스가 발생하지 않아야 한다. 충방전시 지속적인 가스가 발생하게 된다면, 배터리 내부의 압력이 증가하여 전극 사이의 거리가 멀어지고 배터리 용량 및 에너지 밀도가 감소할 수 있다. 심할 경우, 배터리가 압력을 견디지 못하고 터져서 폭발 사고가 일어날 가능성이 있다.Li 6 CoO 4 is separated and decomposed step by step during the formation process, causing the crystal phase to collapse, and O 2 gas is inevitably generated in this process. Ideally, Li 6 CoO 4 should not generate additional gas during charge and discharge cycles after the formation process. If gas continues to be generated during charging and discharging, the pressure inside the battery may increase, increasing the distance between electrodes and reducing battery capacity and energy density. In severe cases, there is a possibility that the battery cannot withstand the pressure and bursts, causing an explosion.

따라서, 충방전 사이클시 추가적인 가스가 발생하지 않도록 Li6CoO4의 최종 결정상을 전기화학적 활성이 없도록 비활성화하거나 안정화할 수 있는 기술의 개발이 요구되고 있다.Therefore, there is a need to develop a technology that can deactivate or stabilize the final crystalline phase of Li 6 CoO 4 so that it is not electrochemically active so that additional gas is not generated during charge and discharge cycles.

대한민국 공개특허공보 제10-2013-0079109호 (2013.07.10)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2013-0079109 (2013.07.10) 대한민국 공개특허공보 제10-2020-0066048호 (2020.06.09)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2020-0066048 (2020.06.09)

본 발명은, 전해질과의 부반응을 억제하여 리튬 이차 전지의 양극에서의 가스 발생을 완화할 수 있는 리튬 전이 금속 산화물을 제공하기 위한 것이다.The present invention is to provide a lithium transition metal oxide that can suppress side reactions with electrolyte and alleviate gas generation at the positive electrode of a lithium secondary battery.

본 발명은, 상기 리튬 전이 금속 산화물의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention is intended to provide a method for producing the lithium transition metal oxide.

본 발명은, 상기 리튬 전이 금속 산화물을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 첨가제를 제공하기 위한 것이다.The present invention is to provide a positive electrode additive for lithium secondary batteries containing the lithium transition metal oxide.

본 발명은, 상기 전이 금속 산화물을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극을 제공하기 위한 것이다.The present invention is to provide a positive electrode for a lithium secondary battery containing the transition metal oxide.

본 발명은, 상기 리튬 이차 전지용 양극 첨가제를 포함하는 리튬 이차 전지용 양극을 제공하기 위한 것이다.The present invention is to provide a positive electrode for a lithium secondary battery including the positive electrode additive for a lithium secondary battery.

그리고, 본 발명은 상기 이차 전지용 양극을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공하기 위한 것이다.And, the present invention is to provide a lithium secondary battery including the positive electrode for the secondary battery.

발명의 일 구현 예에 따르면,According to one embodiment of the invention,

이종 원소를 포함한 리튬 코발트 산화물로서,Lithium cobalt oxide containing heterogeneous elements,

상기 이종 원소는, 4주기 전이 금속; 및 2족 원소, 13족 원소, 14족 원소, 5주기 전이 금속, 및 6주기 전이 금속으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는,The heterogeneous elements include 4th period transition metals; and one or more selected from the group consisting of group 2 elements, group 13 elements, group 14 elements, 5-period transition metals, and 6-period transition metals.

리튬 전이 금속 산화물이 제공된다.Lithium transition metal oxide is provided.

발명의 다른 일 구현 예에 따르면,According to another embodiment of the invention,

리튬 산화물, 코발트 산화물 및 이종 원소 산화물을 고상 혼합하는 제1 단계; 및A first step of solid-phase mixing of lithium oxide, cobalt oxide, and heteroelement oxide; and

상기 제1 단계에서 얻어진 혼합물을 불활성 분위기 및 550 °C 내지 750 °C의 온도 하에서 소성하여 상기 리튬 전이 금속 산화물을 얻는 제2 단계A second step of obtaining the lithium transition metal oxide by calcining the mixture obtained in the first step under an inert atmosphere and a temperature of 550 °C to 750 °C.

를 포함하는, 상기 리튬 전이 금속 산화물의 제조 방법이 제공된다.A method for producing the lithium transition metal oxide is provided, including.

발명의 또 다른 일 구현 예에 따르면, According to another embodiment of the invention,

상기 리튬 전이 금속 산화물을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 첨가제가 제공된다.A positive electrode additive for a lithium secondary battery containing the lithium transition metal oxide is provided.

발명의 또 다른 일 구현 예에 따르면,According to another embodiment of the invention,

양극 활물질, 바인더, 도전재, 및 상기 리튬 전이 금속 산화물을 포함하는, 리튬 이차 전지용 양극이 제공된다.A positive electrode for a lithium secondary battery is provided, including a positive electrode active material, a binder, a conductive material, and the lithium transition metal oxide.

발명의 또 다른 일 구현 예에 따르면,According to another embodiment of the invention,

양극 활물질, 바인더, 도전재, 및 상기 리튬 이차 전지용 양극 첨가제를 포함하는, 리튬 이차 전지용 양극이 제공된다.A positive electrode for a lithium secondary battery is provided, including a positive electrode active material, a binder, a conductive material, and a positive electrode additive for the lithium secondary battery.

발명의 또 다른 일 구현 예에 따르면,According to another embodiment of the invention,

상기 리튬 이차 전지용 양극; 음극; 분리막; 및 전해질을 포함하는, 리튬 이차 전지가 제공된다.Anode for the lithium secondary battery; cathode; separation membrane; A lithium secondary battery comprising an electrolyte is provided.

이하, 발명의 구현 예들에 따른 상기 리튬 전이 금속 산화물, 상기 리튬 전이 금속 산화물의 제조 방법, 상기 리튬 이차 전지용 양극 첨가제, 상기 리튬 이차 전지용 양극, 및 상기 리튬 이차 전지에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the lithium transition metal oxide, the manufacturing method of the lithium transition metal oxide, the positive electrode additive for a lithium secondary battery, the positive electrode for a lithium secondary battery, and the lithium secondary battery according to embodiments of the invention will be described in more detail.

본 명세서 및 청구범위에서 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 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.Terms or words used in this specification and claims should not be construed as limited to their usual or dictionary meanings, and the inventor may appropriately define the concept of terms in order to explain his or her invention in the best way. It must be interpreted with meaning and concept consistent with the technical idea of the invention based on the principle that it exists.

본 명세서에서 달리 정의되지 않는 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 통상의 기술자들에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본 발명에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 구체예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다.Unless otherwise defined in this specification, all technical and scientific terms have the same meaning as commonly understood by those skilled in the art to which the present invention pertains. The terminology used in the description herein is merely to effectively describe specific embodiments and is not intended to limit the invention.

본 명세서에서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.As used herein, singular forms include plural forms unless phrases clearly indicate the contrary.

본 명세서에서 사용되는 "포함"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.As used herein, the meaning of "comprising" is to specify a specific characteristic, area, integer, step, operation, element, and/or component, and to specify another specific property, area, integer, step, operation, element, component, and/or group. It does not exclude the existence or addition of .

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 하기에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 상기 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can be subject to various changes and can take various forms, specific embodiments will be illustrated and described in detail below. However, this is not intended to limit the present invention to a specific disclosed form, and should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope above.

본 명세서에서, 예를 들어 '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이라는 표현이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수 있다.In this specification, for example, when the positional relationship between two parts is described as 'on top', 'on top', 'on the bottom', 'next to', etc., it is called 'immediately' or 'directly'. One or more other parts may be placed between the two parts unless an expression is used.

본 명세서에서, 예를 들어 '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간적 선후 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이라는 표현이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.In this specification, for example, when a temporal relationship is described as 'after', 'successfully', 'next to', 'before', etc., the expressions 'immediately' or 'directly' are not used. Cases that are not consecutive may also be included.

본 명세서에서 '적어도 하나'의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.In this specification, the term 'at least one' should be understood to include all possible combinations from one or more related items.

본 명세서에서 사용된 용어 “양극 첨가제”는 전지의 초기 충전시 리튬이 기존 양극재보다 적어도 두 배 이상 많이 탈리되면서 이후 방전시에는 리튬과 반응하지 않는 비가역적인 특성을 지니는 물질을 의미한다. 상기 양극 첨가제는 희생 양극재(sacrificial positive electrode materials)라고 할 수도 있다. 상기 양극 첨가제는 리튬 손실을 보상해 주기 때문에, 결과적으로 전지의 손실되는 용량을 복구하여 전지의 용량이 증가하게 되며, 가스 발생을 억제함으로써, 전지가 폭발하는 것을 방지하여 전지의 수명 특성 및 안전성을 개선할 수 있다.The term “cathode additive” used in this specification refers to a material that has irreversible properties in which lithium is desorbed at least twice as much as existing cathode materials during initial charging of a battery and does not react with lithium during subsequent discharge. The positive electrode additive may also be referred to as sacrificial positive electrode materials. Since the positive electrode additive compensates for the loss of lithium, the capacity of the battery increases by restoring the lost capacity of the battery, and by suppressing gas generation, it prevents the battery from exploding, improving the lifespan characteristics and safety of the battery. It can be improved.

본 명세서에에서 사용된 용어 “결정상의 안정화”란 이종 원소가 도입된 리튬 코발트 산화물계 양극 첨가제를 포함하는 리튬 이차 전지의 초기 충전 이후에 발생하는 무정형 CoO2의 산화성을 억제하는 것을 의미한다. 상기 무정형 CoO2의 산화성을 억제함으로써 CoO2와 전해질의 부반응을 방지하여 가스의 발생을 억제할 수 있다.The term “crystalline phase stabilization” used herein refers to suppressing the oxidation of amorphous CoO 2 that occurs after initial charging of a lithium secondary battery containing a lithium cobalt oxide-based positive electrode additive into which a heterogeneous element is introduced. By suppressing the oxidation property of the amorphous CoO 2 , side reactions between CoO 2 and the electrolyte can be prevented and the generation of gas can be suppressed.

I. 리튬 전이 금속 산화물I. Lithium transition metal oxide

발명의 일 구현 예에 따르면,According to one embodiment of the invention,

이종 원소를 포함한 리튬 코발트 산화물로서,Lithium cobalt oxide containing heterogeneous elements,

상기 이종 원소는, 4주기 전이 금속; 및 2족 원소, 13족 원소, 14족 원소, 5주기 전이 금속, 및 6주기 전이 금속으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는,The heterogeneous elements include 4th period transition metals; and one or more selected from the group consisting of group 2 elements, group 13 elements, group 14 elements, 5-period transition metals, and 6-period transition metals.

리튬 전이 금속 산화물이 제공된다.Lithium transition metal oxide is provided.

본 발명자들의 계속적인 연구 결과, 상기와 같은 조성을 충족하는 2종 이상의 이종 원소가 도입된 리튬 전이 금속 산화물은 전해질과의 부반응을 최소화하여 리튬 이차 전지의 충방전시 양극에서의 가스 발생을 억제할 수 있으면서도 우수한 전지 성능의 확보를 가능케 함이 확인되었다. 이는 상기 리튬 전이 금속 산화물에 상기 조성을 충족하는 2종 이상의 이종 원소가 도입됨으로써 보다 안정화된 결정상을 유지하고 초기 충전 용량의 감소를 최소화함에 따른 것으로 예상된다. 그에 따라, 상기 리튬 전이 금속 산화물은 리튬 이차 전지의 안전성과 수명 특성의 향상을 가능하게 한다.As a result of the present inventors' continued research, lithium transition metal oxides introduced with two or more heterogeneous elements satisfying the above composition can minimize side reactions with the electrolyte and suppress gas generation at the positive electrode during charging and discharging of lithium secondary batteries. It was confirmed that it was possible to secure excellent battery performance. This is expected to be due to the introduction of two or more heterogeneous elements satisfying the above composition into the lithium transition metal oxide to maintain a more stable crystal phase and minimize the decrease in initial charge capacity. Accordingly, the lithium transition metal oxide makes it possible to improve the safety and lifespan characteristics of lithium secondary batteries.

상기 리튬 전이 금속 산화물은 상기 조성을 충족하는 2종 이상의 이종 원소를 포함함에 따라 Li6CoO4와 같은 리튬 코발트 산화물에 비하여 결정상의 안정화가 가능하다. 본 발명에서 상기 결정상의 안정화는, 상기 리튬 코발트 산화물을 포함한 리튬 이차 전지의 초기 충전 이후에 형성되는 무정형 CoO2의 산화성을 억제하는 것을 의미한다.Since the lithium transition metal oxide contains two or more heterogeneous elements that satisfy the above composition, it is possible to stabilize the crystal phase compared to lithium cobalt oxide such as Li 6 CoO 4 . In the present invention, stabilization of the crystal phase means suppressing the oxidation of amorphous CoO 2 formed after initial charging of a lithium secondary battery containing lithium cobalt oxide.

이와 관련하여, Li6CoO4를 포함한 리튬 이차 전지를 완전 충전한 후 X-선 회절(XRD)을 통해 전극의 결정상을 확인해보면 무정형(amorphous)의 패턴이 없는 경향을 나타낸다. 포메이션(formation) 공정에서 Li6CoO4는 초기에 Co2+ 양이온이 Co4+ 양이온으로 산화되고, 이후에는 O2- 음이온이 산화됨으로써 가스가 발생한다. 충전이 완료되면 CoO2(Co4+)의 조성이 되는데, 상기 조성에서는 결정성을 나타내지 않아 패턴이 관찰되지 않는다.In this regard, when a lithium secondary battery containing Li 6 CoO 4 is fully charged and the crystalline phase of the electrode is confirmed through X-ray diffraction (XRD), there is a tendency for there to be no amorphous pattern. In the formation process, Li 6 CoO 4 initially oxidizes Co 2+ cations to Co 4+ cations, and then gas is generated by oxidation of O 2- anions. When charging is completed, the composition becomes CoO 2 (Co 4+ ), but in this composition, no pattern is observed because it does not exhibit crystallinity.

Co4+ 양이온의 경우 그대로 두거나 방전(환원 반응)시 Co2+ 양이온이나 Co3+ 양이온으로 환원하려는 경향성인 산화성이 크기 때문에, 주변에 있는 전해질을 산화시키면서 부반응이 일어나게 된다. 상기 부반응에 의해 카보네이트류와 같은 전해질이 분해되어 CO2, CO, H2와 같은 가스가 발생한다. 이후 충방전 사이클이 진행되면, 충전시 환원되었던 Co2+ 양이온이나 Co3+ 양이온이 Co4+ 양이온으로 산화되고, 방전시 다시 Co4+ 양이온이 Co2+ 양이온이나 Co3+ 양이온으로 환원되면서, 상기 부반응에 의해 지속적으로 가스가 발생하게 된다.In the case of Co 4+ cations, when left as is or when discharged (reduction reaction), they have a high oxidation tendency to be reduced to Co 2+ cations or Co 3+ cations, so a side reaction occurs while oxidizing the surrounding electrolyte. Due to the side reaction, electrolytes such as carbonates are decomposed and gases such as CO 2 , CO, and H 2 are generated. As the charge/discharge cycle progresses, the Co 2+ cations or Co 3+ cations that were reduced during charging are oxidized to Co 4+ cations, and when discharging, the Co 4+ cations are reduced again to Co 2+ cations or Co 3+ cations. , Gas is continuously generated by the above side reaction.

이러한 부반응을 억제하기 위해서는 Co4+ 양이온이 환원하려는 경향성인 산화성을 억제할 필요가 있다. 예컨대, 이종 원소를 도입하여 Co4+ 양이온의 산화수를 안정화하는 방법을 들 수 있다.In order to suppress these side reactions, it is necessary to suppress the oxidation property of Co 4+ cations, which is their tendency to reduce. For example, there is a method of stabilizing the oxidation number of Co 4+ cations by introducing heterogeneous elements.

상기 리튬 전이 금속 산화물에서, 전지의 충방전시 고정된 산화수를 가질 수 있는 이종 원소를 도입함으로써 Co4+ 양이온의 평균 산화수를 낮추는 효과를 기대할 수 있다. 그에 따라, Co4+ 양이온의 산화성이 억제될 수 있고, 상기 부반응에 의한 가스의 발생이 억제될 수 있다.In the lithium transition metal oxide, the effect of lowering the average oxidation number of Co 4+ cations can be expected by introducing a heterogeneous element that can have a fixed oxidation number during charging and discharging of the battery. Accordingly, the oxidation of Co 4+ cations can be suppressed, and the generation of gas due to the side reaction can be suppressed.

다만, 전지의 충방전시 고정된 산화수를 가질 수 있는 이종 원소의 도입량이 증가할수록 초기 충전 용량이 상대적으로 감소하고 전기전도도가 감소하는 경향을 나타낼 수 있다. 그러므로, 상기 이종 원소의 메인 원소로 4주기 전이 금속을 도입하되, 상기 메인 원소의 전기화학적 성질을 보완할 수 있는 서브 원소를 함께 도입함으로써, 상기 결정상의 안정화 효과를 발현시키면서 우수한 전지 성능의 확보가 가능할 수 있다.However, as the amount of heterogeneous elements that may have a fixed oxidation number increases during charging and discharging of the battery, the initial charging capacity may relatively decrease and electrical conductivity may tend to decrease. Therefore, by introducing a 4th period transition metal as the main element of the heterogeneous element and also introducing a sub-element that can complement the electrochemical properties of the main element, it is possible to secure excellent battery performance while expressing the stabilization effect of the crystal phase. It may be possible.

상기 리튬 전이 금속 산화물은 Li6CoO4에 2종 이상의 이종 원소가 합금 또는 도핑되어 도입된 조성을 가진다.The lithium transition metal oxide has a composition in which two or more different elements are alloyed or doped into Li 6 CoO 4 .

여기서, 상기 "합금"이란 리튬 전이 금속 산화물 중 리튬을 제외한 금속 원소 전체를 기준으로 상기 이종 원소가 10 몰% 이상으로 도입된 것을 의미한다. 그리고, 상기 "도핑"이란 리튬 전이 금속 산화물 중 리튬을 제외한 금속 원소 전체를 기준으로 상기 이종 원소가 10 몰% 미만으로 도입된 것을 의미한다.Here, the “alloy” means that the heterogeneous element is introduced in an amount of 10 mol% or more based on all metal elements excluding lithium in the lithium transition metal oxide. In addition, the term “doping” means that the heterogeneous element is introduced in an amount of less than 10 mol% based on the total metal elements excluding lithium in the lithium transition metal oxide.

상기 리튬 전이 금속 화합물은 4주기 전이 금속을 상기 이종 원소 중 메인 원소로 포함한다.The lithium transition metal compound includes a 4th period transition metal as a main element among the heterogeneous elements.

그리고, 상기 리튬 전이 금속 화합물은 2족 원소, 13족 원소, 14족 원소, 5주기 전이 금속, 및 6주기 전이 금속으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 원소를 상기 이종 원소 중 서브 원소로 포함한다.In addition, the lithium transition metal compound includes one or more elements selected from the group consisting of Group 2 elements, Group 13 elements, Group 14 elements, 5-period transition metals, and 6-period transition metals as sub-elements among the heterogeneous elements.

구체적으로, 상기 4주기 전이 금속은 Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, 및 Zn으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함한다.Specifically, the 4th period transition metal includes one or more selected from the group consisting of Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, and Zn.

그리고, 상기 2족 원소는 Mg, Ca, Sr, 및 Ba로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하고; 상기 13족 원소는 Al, Ga 및 In으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하고; 상기 14족 원소는 Si, Ge 및 Sn으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하고; 상기 5주기 전이 금속은 Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, 및 Cd로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하고; 상기 6주기 전이 금속은 Lu, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, 및 Au로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함한다.And, the group 2 element includes one or more types selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr, and Ba; The group 13 elements include at least one selected from the group consisting of Al, Ga, and In; The group 14 elements include at least one selected from the group consisting of Si, Ge, and Sn; The 5th period transition metal includes one or more selected from the group consisting of Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, and Cd; The 6th period transition metal includes one or more selected from the group consisting of Lu, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, and Au.

바람직하게는, 리튬 코발트 산화물과의 합금 또는 도핑의 용이성 그리고 결정상의 안정화 측면에서, 상기 이종 원소 중 상기 메인 원소로 4주기 전이 금속인 Zn을 포함할 수 있고; 상기 서브 원소로 Al, Mg, Ti, Zr, Nb, 및 W로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 원소를 포함할 수 있다.Preferably, in terms of ease of alloying or doping with lithium cobalt oxide and stabilization of the crystal phase, the main element among the heterogeneous elements may include Zn, a 4th period transition metal; The sub-element may include one or more elements selected from the group consisting of Al, Mg, Ti, Zr, Nb, and W.

Zn, Al, Mg, Ti, Zr, Nb, 및 W는 Li6CoO4의 결정상인 역형석(anti-fluorite)의 격자 구조 내 Co 자리에 잘 치환되면서도 자체 산화수는 변하지 않는 특성을 가진다. 예를 들어, Zn은 Li6ZnO4 결정상이 존재하고, Li6CoO4와의 합금도 쉽게 형성될 수 있으며, 그 산화수도 2+에서 변하지 않기 때문에 초기 충전 이후 Co4+ 양이온의 산화성을 효과적으로 억제할 수 있다.Zn, Al, Mg, Ti, Zr, Nb, and W have the property of being substituted for Co in the lattice structure of anti-fluorite, a crystal phase of Li 6 CoO 4 , while their own oxidation number does not change. For example, Zn has a Li 6 ZnO 4 crystal phase, can easily form an alloy with Li 6 CoO 4 , and its oxidation state does not change from 2+, so it can effectively suppress the oxidation of Co 4+ cations after initial charging. You can.

상기 이종 원소는 리튬 코발트 산화물의 anti-fluorite 격자 구조 내에서 존재할 수 있는지 여부와, 전지의 충방전시 고정된 산화수를 가지는지 여부를 고려하여 선택될 수 있다.The heterogeneous element may be selected by considering whether it can exist within the anti-fluorite lattice structure of lithium cobalt oxide and whether it has a fixed oxidation number during charging and discharging of the battery.

일 예로, 상기 4주기 전이 금속 중 Zn은 Li6ZnO4 결정상이 존재하고, Li6CoO4와의 합금도 쉽게 형성될 수 있으며, 그 산화수도 2+에서 변하지 않기 때문에 초기 충전 이후 Co4+ 양이온의 산화성을 효과적으로 억제할 수 있다.As an example, among the 4th period transition metals, Zn has a Li 6 ZnO 4 crystalline phase, can easily form an alloy with Li 6 CoO 4 , and its oxidation state does not change from 2+, so after initial charging, the Co 4+ cation Oxidation can be effectively suppressed.

다른 일 예로, 상기 조성을 충족하지 못하는 Li5FeO4 및 Li6MnO4의 경우 anti-fluorite 격자 구조를 형성할 수 있다. 그런데, Mn은 2+, 3+, 4+, 및 7+의 복수의 산화수를 가지고, Fe은 2+ 및 3+의 복수의 산화수를 가진다. 그에 따라, 상기 리튬 코발트 산화물의 원재료인 CoO, MnO 및 Fe2O3 등을 혼합 후 소성시, Mn 또는 Fe가 산화되면서 Co2+ 양이온이 환원되어 단일 결정상의 anti-fluorite 격자 구조가 아닌 Co0, 즉 Co 금속이 생성될 수 있다. 단일 결정상의 합금된 Li6CoO4가 생성되었더라도 Mn이나 Fe의 경우 작동 전압 내에서 산화수가 쉽게 변하기 때문에 초기 충전 이후 Co4+ 양이온의 산화성을 억제하기 어려울 수 있다.As another example, in the case of Li 5 FeO 4 and Li 6 MnO 4 that do not meet the above composition, an anti-fluorite lattice structure may be formed. However, Mn has multiple oxidation states of 2+, 3+, 4+, and 7+, and Fe has multiple oxidation states of 2+ and 3+. Accordingly, when the raw materials of the lithium cobalt oxide, such as CoO, MnO, and Fe 2 O 3 , are mixed and then fired, Mn or Fe is oxidized and the Co 2+ cation is reduced, forming Co 0 instead of the anti-fluorite lattice structure of the single crystal. , that is, Co metal can be produced. Even if a single crystal phase of alloyed Li 6 CoO 4 is created, it may be difficult to suppress the oxidation of Co 4+ cations after initial charging because the oxidation number of Mn or Fe easily changes within the operating voltage.

상기 리튬 전이 금속 산화물에서 리튬을 제외한 금속 원소 전체를 기준으로 상기 이종 원소는 5 몰% 내지 80 몰%로 포함될 수 있다. In the lithium transition metal oxide, the heterogeneous element may be included in an amount of 5 mol% to 80 mol% based on all metal elements excluding lithium.

결정상의 안정화 효과가 발현될 수 있도록 하기 위하여, 상기 이종 원소의 함량은 리튬을 제외한 금속 원소 전체를 기준으로 5 몰% 이상인 것이 바람직하다. 다만, 과량의 이종 원소가 도입될 경우 상기 리튬 전이 금속 산화물의 전기전도도가 저하하여 전극의 저항이 증가하고 전지의 성능이 열악해질 수 있다. 그러므로, 상기 이종 원소의 함량은 리튬을 제외한 금속 원소 전체를 기준으로 80 몰% 이하인 것이 바람직하다.In order to realize the effect of stabilizing the crystal phase, the content of the heterogeneous element is preferably 5 mol% or more based on the total metal elements excluding lithium. However, if an excessive amount of a heterogeneous element is introduced, the electrical conductivity of the lithium transition metal oxide may decrease, resulting in increased electrode resistance and poor battery performance. Therefore, it is preferable that the content of the heterogeneous element is 80 mol% or less based on the total metal elements excluding lithium.

구체적으로, 상기 이종 원소의 함량은 리튬을 제외한 금속 원소 전체를 기준으로 5 몰% 이상, 혹은 10 몰% 이상, 혹은 15 몰% 이상; 그리고 80 몰% 이하, 혹은 70 몰% 이하, 혹은 60 몰% 이하일 수 있다.Specifically, the content of the heterogeneous element is 5 mol% or more, or 10 mol% or more, or 15 mol% or more, based on all metal elements excluding lithium; And it may be 80 mol% or less, or 70 mol% or less, or 60 mol% or less.

바람직하게는, 상기 이종 원소의 함량은 리튬을 제외한 금속 원소 전체를 기준으로 10 몰% 내지 80 몰%, 혹은 10 몰% 내지 70 몰%, 혹은 15 몰% 내지 70 몰%, 혹은 15 몰% 내지 60 몰%일 수 있다.Preferably, the content of the heterogeneous element is 10 mol% to 80 mol%, or 10 mol% to 70 mol%, or 15 mol% to 70 mol%, or 15 mol% to 15 mol%, based on all metal elements excluding lithium. It may be 60 mole%.

나아가, 상기 이종 원소의 함량 범위 내에서 상기 메인 원소(4주기 전이 금속) 및 상기 서브 원소(2족 원소, 13족 원소, 14족 원소, 5주기 전이 금속, 및 6주기 전이 금속으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 원소)의 함량 비가 결정될 수 있다.Furthermore, within the content range of the heterogeneous element, in the group consisting of the main element (4th period transition metal) and the sub element (group 2 element, group 13 element, group 14 element, 5th period transition metal, and 6th period transition metal) The content ratio of one or more selected elements) can be determined.

일 예로, 상기 이종 원소 중 4주기 전이 금속은 상기 리튬 전이 금속 산화물에서 리튬을 제외한 금속 원소 전체를 기준으로 10 몰% 내지 70 몰%로 포함될 수 있다.As an example, the 4th period transition metal among the heterogeneous elements may be included in the lithium transition metal oxide in an amount of 10 mol% to 70 mol% based on all metal elements excluding lithium.

결정상의 안정화 효과가 발현될 수 있도록 하기 위하여, 상기 리튬 전이 금속 산화물에서 4주기 전이 금속의 함량은 리튬을 제외한 금속 원소 전체를 기준으로 10 몰% 이상인 것이 바람직하다. 다만, 과량의 이종 원소가 도입될 경우 상기 리튬 전이 금속 산화물의 전기전도도가 저하하여 전극의 저항이 증가하고 전지의 성능이 열악해질 수 있다. 그러므로, 상기 리튬 전이 금속 산화물에서 4주기 전이 금속의 함량은 리튬을 제외한 금속 원소 전체를 기준으로 70 몰% 이하인 것이 바람직하다.In order to realize the effect of stabilizing the crystal phase, the content of the 4th period transition metal in the lithium transition metal oxide is preferably 10 mol% or more based on the total metal elements excluding lithium. However, if an excessive amount of a heterogeneous element is introduced, the electrical conductivity of the lithium transition metal oxide may decrease, resulting in increased electrode resistance and poor battery performance. Therefore, it is preferable that the content of the 4th period transition metal in the lithium transition metal oxide is 70 mol% or less based on the total metal elements excluding lithium.

구체적으로, 상기 리튬 전이 금속 산화물에서 4주기 전이 금속의 함량은 리튬을 제외한 금속 원소 전체를 기준으로 10 몰% 이상, 혹은 15 몰% 이상, 혹은 20 몰% 이상; 그리고 70 몰% 이하, 혹은 50 몰% 이하, 혹은 30 몰% 이하일 수 있다.Specifically, the content of the 4th period transition metal in the lithium transition metal oxide is 10 mol% or more, or 15 mol% or more, or 20 mol% or more, based on all metal elements excluding lithium; And it may be 70 mol% or less, or 50 mol% or less, or 30 mol% or less.

바람직하게는, 상기 리튬 전이 금속 산화물에서 4주기 전이 금속의 함량은 리튬을 제외한 금속 원소 전체를 기준으로 10 몰% 내지 70 몰%, 혹은 15 몰% 내지 70 몰%, 혹은 15 몰% 내지 50 몰%, 혹은 20 몰% 내지 50 몰%, 혹은 20 몰% 내지 30 몰%일 수 있다.Preferably, the content of the 4th period transition metal in the lithium transition metal oxide is 10 mol% to 70 mol%, or 15 mol% to 70 mol%, or 15 mol% to 50 mole, based on all metal elements excluding lithium. %, or 20 mol% to 50 mol%, or 20 mol% to 30 mol%.

상기 리튬 전이 금속 산화물의 결정상의 안정화 효과는 상기 이종 원소의 함량에 비례할 것으로 기대될 수 있다. 그러나, 전기화학적으로 비활성인 Zn과 같은 이종 원소의 도입량이 증가할수록 초기 충전 용량이 상대적으로 감소하고 전기전도도가 감소하는 경향을 나타낼 수 있다.The stabilization effect of the crystal phase of the lithium transition metal oxide can be expected to be proportional to the content of the heterogeneous element. However, as the introduction amount of heterogeneous elements such as electrochemically inactive Zn increases, the initial charge capacity may relatively decrease and electrical conductivity may tend to decrease.

그러므로, 상기 이종 원소 중 상기 서브 원소의 함량은 리튬을 리튬을 제외한 금속 원소 전체를 기준으로 1 몰% 이상인 것이 바람직하다.Therefore, it is preferable that the content of the sub-elements among the heterogeneous elements is 1 mol% or more based on the total metal elements excluding lithium.

다만, 과량의 이종 원소가 도입될 경우 상기 리튬 전이 금속 산화물의 전기전도도가 저하하여 전극의 저항이 증가하고 전지의 성능이 열악해질 수 있다. 그러므로, 상기 리튬 전이 금속 산화물에서 상기 서브 원소의 함량은 리튬을 제외한 금속 원소 전체를 기준으로 20 몰% 이하인 것이 바람직하다.However, if an excessive amount of a heterogeneous element is introduced, the electrical conductivity of the lithium transition metal oxide may decrease, resulting in increased electrode resistance and poor battery performance. Therefore, it is preferable that the content of the sub-element in the lithium transition metal oxide is 20 mol% or less based on the total metal elements excluding lithium.

구체적으로, 상기 리튬 전이 금속 산화물에서 상기 서브 원소의 함량은 리튬을 제외한 금속 원소 전체를 기준으로 1 몰% 이상, 혹은 2 몰% 이상, 혹은 3 몰% 이상; 그리고 20 몰% 이하, 혹은 17 몰% 이하, 혹은 15 몰% 이하일 수 있다.Specifically, the content of the sub-element in the lithium transition metal oxide is 1 mol% or more, 2 mol% or more, or 3 mol% or more based on all metal elements excluding lithium; And it may be 20 mol% or less, or 17 mol% or less, or 15 mol% or less.

바람직하게는, 상기 리튬 전이 금속 산화물에서 상기 서브 원소의 함량은 리튬을 제외한 금속 원소 전체를 기준으로 1 몰% 내지 20 몰%, 혹은 2 몰% 내지 20 몰%, 혹은 2 몰% 내지 17 몰%, 혹은 3 몰% 내지 17 몰%, 혹은 3 몰% 내지 15 몰%일 수 있다.Preferably, the content of the sub-element in the lithium transition metal oxide is 1 mol% to 20 mol%, or 2 mol% to 20 mol%, or 2 mol% to 17 mol%, based on all metal elements excluding lithium. , or 3 mol% to 17 mol%, or 3 mol% to 15 mol%.

상기 리튬 전이 금속 산화물은 하기 화학식 1로 표시되는 것일 수 있다:The lithium transition metal oxide may be represented by the following formula (1):

[화학식 1][Formula 1]

Li6Co1-x-yZnxMyO4 Li 6 Co 1-xy Zn x M y O 4

상기 화학식 1에서, In Formula 1,

M은 2족 원소, 13족 원소, 14족 원소, 5주기 전이 금속, 또는 6주기 전이 금속이고,M is a group 2 element, a group 13 element, a group 14 element, a 5-period transition metal, or a 6-period transition metal,

x는 0.1 내지 0.7 이고,x is 0.1 to 0.7,

y는 0.01 내지 0.2 이다.y is 0.01 to 0.2.

바람직하게는, 상기 화학식 1에서 M은 Al, Mg, Ti, Zr, Nb, 및 W로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 원소일 수 있다.Preferably, in Formula 1, M may be one or more elements selected from the group consisting of Al, Mg, Ti, Zr, Nb, and W.

상기 화학식 1에서 상기 x는 0.1 내지 0.7 이고, y는 0.01 내지 0.2 이다.In Formula 1, x is 0.1 to 0.7, and y is 0.01 to 0.2.

구체적으로, 상기 x는 0.1 이상, 혹은 0.15 이상, 혹은 0.2 이상; 그리고 0.7 이하, 혹은 0.5 이하, 혹은 0.3 이하일 수 있다. 바람직하게는, 상기 x는 0.1 내지 0.7, 혹은 0.15 내지 0.7, 혹은 0.15 내지 0.5, 혹은 0.2 내지 0.5, 혹은 0.2 내지 0.3 일 수 있다.Specifically, x is 0.1 or more, or 0.15 or more, or 0.2 or more; And it may be 0.7 or less, or 0.5 or less, or 0.3 or less. Preferably, x may be 0.1 to 0.7, or 0.15 to 0.7, or 0.15 to 0.5, or 0.2 to 0.5, or 0.2 to 0.3.

상기 y는 0.01 이상, 혹은 0.02 이상, 혹은 0.03 이상; 그리고 0.2 이하, 혹은 0.17 이하, 혹은 0.15 이하일 수 있다. 바람직하게는, 상기 y는 0.01 내지 0.2, 혹은 0.02 내지 0.2, 혹은 0.02 내지 0.17, 혹은 0.03 내지 0.17, 혹은 0.03 내지 0.15 일 수 있다.The y is 0.01 or more, or 0.02 or more, or 0.03 or more; And it may be 0.2 or less, or 0.17 or less, or 0.15 or less. Preferably, y may be 0.01 to 0.2, or 0.02 to 0.2, or 0.02 to 0.17, or 0.03 to 0.17, or 0.03 to 0.15.

그리고, 상기 화학식 1에서, x+y 값은 0.05 이상, 혹은 0.10 이상, 혹은 0.15 이상, 혹은 0.20 이상; 그리고 0.80 이하, 혹은 0.70 이하, 혹은 0.60 이하, 혹은 0.50 이하인 것이 바람직할 수 있다.And, in Formula 1, the x+y value is 0.05 or more, or 0.10 or more, or 0.15 or more, or 0.20 or more; And it may be desirable to be 0.80 or less, or 0.70 or less, or 0.60 or less, or 0.50 or less.

즉, 상기 리튬 전이 금속 산화물의 결정상 안정화 효과의 발현을 위하여, 상기 화학식 1에서 x+y 값은 0.05 이상, 혹은 0.10 이상, 혹은 0.15 이상, 혹은 0.20 이상인 것이 바람직하다. 다만, 상기 x+y 값이 너무 클 경우, 상기 리튬 전이 금속 산화물의 전기전도도가 저하되어 전지의 성능이 저하할 수 있다. 그러므로, 상기 화학식 1에서 x+y 값은 0.80 이하, 혹은 0.70 이하, 혹은 0.60 이하, 혹은 0.50 이하인 것이 바람직하다.That is, in order to demonstrate the crystal phase stabilization effect of the lithium transition metal oxide, the x+y value in Formula 1 is preferably 0.05 or more, 0.10 or more, 0.15 or more, or 0.20 or more. However, if the x+y value is too large, the electrical conductivity of the lithium transition metal oxide may decrease and battery performance may decrease. Therefore, it is preferable that the x+y value in Formula 1 is 0.80 or less, or 0.70 or less, or 0.60 or less, or 0.50 or less.

구체적으로, 상기 화학식 1에서 x+y 값은 0.05 내지 0.80, 혹은 0.10 내지 0.80, 혹은 0.15 내지 0.80, 혹은 0.15 내지 0.70, 혹은 0.15 내지 0.60, 혹은 0.20 내지 0.60, 혹은 0.20 내지 0.50 일 수 있다.Specifically, in Formula 1, the x+y value may be 0.05 to 0.80, or 0.10 to 0.80, or 0.15 to 0.80, or 0.15 to 0.70, or 0.15 to 0.60, or 0.20 to 0.60, or 0.20 to 0.50.

바람직하게는, 상기 리튬 전이 금속 산화물은 Li6Co0.77Zn0.2Al0.03O4, Li6Co0.76Zn0.2Al0.04O4, Li6Co0.75Zn0.2Al0.05O4, Li6Co0.7Zn0.25Al0.05O4, Li6Co0.65Zn0.25Al0.1O4, Li6Co0.67Zn0.3Al0.03O4, Li6Co0.66Zn0.3Al0.04O4, Li6Co0.65Zn0.3Al0.05O4, Li6Co0.6Zn0.3Al0.1O4, Li6Co0.77Zn0.2Mg0.03O4, Li6Co0.76Zn0.2Mg0.04O4, Li6Co0.75Zn0.2Mg0.05O4, Li6Co0.7Zn0.25Mg0.05O4, Li6Co0.67Zn0.3Mg0.03O4, Li6Co0.66Zn0.3Mg0.04O4, Li6Co0.65Zn0.3Mg0.05O4, Li6Co0.77Zn0.2Ti0.03O4, Li6Co0.76Zn0.2Ti0.04O4, Li6Co0.75Zn0.2Ti0.05O4, Li6Co0.72Zn0.25Ti0.03O4, Li6Co0.67Zn0.3Ti0.03O4, Li6Co0.66Zn0.3Ti0.04O4, Li6Co0.65Zn0.3Ti0.05O4, Li6Co0.77Zn0.2Zr0.03O4, Li6Co0.76Zn0.2Zr0.04O4, Li6Co0.75Zn0.2Zr0.05O4, Li6Co0.72Zn0.25Zr0.03O4, Li6Co0.67Zn0.3Zr0.03O4, Li6Co0.66Zn0.3Zr0.04O4, Li6Co0.65Zn0.3Zr0.05O4, Li6Co0.77Zn0.2Nb0.03O4, Li6Co0.76Zn0.2Nb0.04O4, Li6Co0.75Zn0.2Nb0.05O4, Li6Co0.67Zn0.3Nb0.03O4, Li6Co0.66Zn0.3Nb0.04O4, Li6Co0.65Zn0.3Nb0.05O4, Li6Co0.77Zn0.2W0.03O4, Li6Co0.76Zn0.2W0.04O4, Li6Co0.75Zn0.2W0.05O4, Li6Co0.67Zn0.3W0.03O4, Li6Co0.66Zn0.3W0.04O4, 및 Li6Co0.65Zn0.3W0.05O4 로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 화합물을 포함할 수 있다.Preferably, the lithium transition metal oxide is Li 6 Co 0.77 Zn 0.2 Al 0.03 O 4 , Li 6 Co 0.76 Zn 0.2 Al 0.04 O 4 , Li 6 Co 0.75 Zn 0.2 Al 0.05 O 4 , Li 6 Co 0.7 Zn 0.25 Al 0.05 O 4 , Li 6 Co 0.65 Zn 0.25 Al 0.1 O 4 , Li 6 Co 0.67 Zn 0.3 Al 0.03 O 4 , Li 6 Co 0.66 Zn 0.3 Al 0.04 O 4 , Li 6 Co 0.65 Zn 0.3 Al 0.05 O 4 , Li 6 Co 0.6 Zn 0.3 Al 0.1 O 4 , Li 6 Co 0.77 Zn 0.2 Mg 0.03 O 4 , Li 6 Co 0.76 Zn 0.2 Mg 0.04 O 4 , Li 6 Co 0.75 Zn 0.2 Mg 0.05 O 4 , Li 6 Co 0.7 Zn 0.25 Mg 0. 05 O 4 , Li 6 Co 0.67 Zn 0.3 Mg 0.03 O 4 , Li 6 Co 0.66 Zn 0.3 Mg 0.04 O 4 , Li 6 Co 0.65 Zn 0.3 Mg 0.05 O 4 , Li 6 Co 0.77 Zn 0.2 Ti 0.03 O 4 , Li 6 Co 0.76 Zn 0.2 Ti 0.04 O 4 , Li 6 Co 0.75 Zn 0.2 Ti 0.05 O 4 , Li 6 Co 0.72 Zn 0.25 Ti 0.03 O 4 , Li 6 Co 0.67 Zn 0.3 Ti 0.03 O 4 , Li 6 Co 0.66 Zn 0.3 Ti 0.04 O 4 , Li 6 Co 0.65 Zn 0.3 Ti 0.05 O 4 , Li 6 Co 0.77 Zn 0.2 Zr 0.03 O 4 , Li 6 Co 0.76 Zn 0.2 Zr 0.04 O 4 , Li 6 Co 0.75 Zn 0.2 Zr 0.05 O 4 , Li 6 Co 0.72 Zn 0.25 Zr 0.03 O 4 , Li 6 Co 0.67 Zn 0.3 Zr 0.03 O 4 , Li 6 Co 0.66 Zn 0.3 Zr 0.04 O 4 , Li 6 Co 0.65 Zn 0.3 Zr 0.05 O 4 , Li 6 Co 0.77 Zn 0.2 Nb 0.03 O 4 , Li 6 Co 0.76 Zn 0.2 Nb 0.04 O 4 , Li 6 Co 0.75 Zn 0.2 Nb 0.05 O 4 , Li 6 Co 0.67 Zn 0.3 Nb 0.03 O 4 , Li 6 Co 0.66 Zn 0.3 Nb 0.04 O 4 , Li 6 Co 0.65 Zn 0.3 Nb 0.05 O 4 , Li 6 Co 0.77 Zn 0.2 W 0.03 O 4 , Li 6 Co 0.76 Zn 0.2 W 0.04 O 4 , Li 6 Co 0.75 Zn 0.2 W 0.05 O 4 , Li 6 Co 0.67 Zn 0.3 W 0.03 O 4 , It may include one or more compounds selected from the group consisting of Li 6 Co 0.66 Zn 0.3 W 0.04 O 4 , and Li 6 Co 0.65 Zn 0.3 W 0.05 O 4 .

상기 리튬 전이 금속 산화물은 리튬 이차 전지의 충방전시 비가역적으로 리튬을 내놓는 특성을 가진다. 특히, 상기 리튬 전이 금속 산화물은 전해질과의 부반응이 억제되어 리튬 이차 전지의 안전성과 수명 특성의 향상을 가능하게 한다.The lithium transition metal oxide has the property of irreversibly releasing lithium during charging and discharging of a lithium secondary battery. In particular, the lithium transition metal oxide suppresses side reactions with the electrolyte, making it possible to improve the safety and lifespan characteristics of lithium secondary batteries.

II. 리튬 전이 금속 산화물의 제조 방법II. Method for producing lithium transition metal oxide

발명의 다른 일 구현 예에 따르면,According to another embodiment of the invention,

리튬 산화물, 코발트 산화물 및 이종 원소 산화물을 고상 혼합하는 제1 단계; 및A first step of solid-phase mixing of lithium oxide, cobalt oxide, and heteroelement oxide; and

상기 제1 단계에서 얻어진 혼합물을 불활성 분위기 및 550 °C 내지 750 °C의 온도 하에서 소성하여 상기 리튬 전이 금속 산화물을 얻는 제2 단계A second step of obtaining the lithium transition metal oxide by calcining the mixture obtained in the first step under an inert atmosphere and a temperature of 550 °C to 750 °C.

를 포함하는, 상기 리튬 전이 금속 산화물의 제조 방법이 제공된다.A method for producing the lithium transition metal oxide is provided, including.

상기 제1 단계에서는 리튬 산화물, 코발트 산화물 및 이종 원소 산화물을 포함하는 원료 혼합물이 준비된다.In the first step, a raw material mixture containing lithium oxide, cobalt oxide, and heteroelement oxide is prepared.

상기 리튬 산화물로는 Li2O와 같이 리튬을 포함하는 산화물이 특별한 제한 없이 사용될 수 있다.As the lithium oxide, an oxide containing lithium, such as Li 2 O, may be used without particular limitation.

또한, 상기 코발트 산화물로는 CoO와 같이 코발트를 포함하는 산화물이 특별한 제한 없이 사용될 수 있다.Additionally, as the cobalt oxide, an oxide containing cobalt, such as CoO, may be used without particular limitation.

상기 이종 원소에 관한 사항은 상기 『I. 리튬 전이 금속 산화물』의 항목에서 설명된 내용으로 갈음한다. Details regarding the heterogeneous elements are described in 『I. Replaced with the information described in the section ‘Lithium transition metal oxide’.

상기 이종 원소 산화물로는 4주기 전이 금속 산화물; 및 2족 원소, 13족 원소, 14족 원소, 5주기 전이 금속, 및 6주기 전이 금속으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 원소의 산화물이 사용될 수 있다. 비제한적인 예로, 상기 이종 원소 산화물로는 ZnO, Mg, Al2O3, TiO2, ZrO2, Nb2O5, 및 WO3와 같이 상기 이종 원소를 포함하는 산화물이 특별한 제한 없이 사용될 수 있다.The heterogeneous element oxides include 4-period transition metal oxides; and oxides of one or more elements selected from the group consisting of Group 2 elements, Group 13 elements, Group 14 elements, 5-period transition metals, and 6-period transition metals. As a non-limiting example, oxides containing the heterogeneous elements such as ZnO, Mg, Al 2 O 3 , TiO 2 , ZrO 2 , Nb 2 O 5 , and WO 3 may be used without particular limitation. .

상기 원료 혼합물은 상기 『I. 리튬 전이 금속 산화물』에서 설명된 화학양론 비에 맞도록 상기 리튬 산화물, 상기 코발트 산화물 및 상기 이종 원소 산화물을 고상 혼합하여 준비된다.The raw material mixture is 『I. It is prepared by solid-phase mixing the lithium oxide, the cobalt oxide, and the heterogeneous element oxide to match the stoichiometric ratio described in “Lithium transition metal oxide.”

상기 제2 단계에서는 상기 제1 단계에서 얻어진 원료 혼합물을 불활성 분위기 및 550 °C 내지 750 °C의 온도 하에서 소성함으로써 상기 리튬 전이 금속 산화물을 얻는다.In the second step, the lithium transition metal oxide is obtained by calcining the raw material mixture obtained in the first step in an inert atmosphere and at a temperature of 550 °C to 750 °C.

상기 제2 단계는 Ar, N2, Ne, 및 He와 같은 불활성 기체를 사용하여 형성되는 불활성 분위기 하에서 수행될 수 있다.The second step may be performed under an inert atmosphere formed using inert gases such as Ar, N 2 , Ne, and He.

상기 제2 단계에서는, 상기 제1 단계에서 얻어진 혼합물을 불활성 분위기 하에서 1.4 °C/min 내지 2.0 °C/min의 승온 속도로 가열하여 상기 소성 온도에 도달하도록 하는 것이 바람직하다.In the second step, it is preferable to heat the mixture obtained in the first step at a temperature increase rate of 1.4 °C/min to 2.0 °C/min under an inert atmosphere to reach the calcination temperature.

상기 승온 속도가 너무 느릴 경우 결정 시드가 천천히 형성되고 결정의 성장이 지속되어 입자가 너무 커질 수 있다. 그러므로, 상기 승온 속도는 1.4 °C/min 이상인 것이 바람직하다. 다만, 상기 승온 속도가 과도하게 빠를 경우 결정 시드가 매우 빠른 속도로 다량 생성되며, 입자의 성장 시간이 상대적으로 부족하여 결정성이 상대적으로 낮아지고 입자 크기도 상대적으로 작아질 수 있다. 그러므로, 상기 승온 속도는 2.0 °C/min 이하인 것이 바람직하다.If the temperature increase rate is too slow, crystal seeds may form slowly and crystal growth may continue, resulting in particles becoming too large. Therefore, it is preferable that the temperature increase rate is 1.4 °C/min or more. However, if the temperature increase rate is excessively fast, a large amount of crystal seeds are generated at a very high rate, and the growth time for the particles is relatively insufficient, so crystallinity may be relatively low and the particle size may also be relatively small. Therefore, it is preferable that the temperature increase rate is 2.0 °C/min or less.

구체적으로, 상기 승온 속도는 1.40 °C/min 이상, 혹은 1.45 °C/min 이상, 혹은 1.50 °C/min 이상; 그리고 2.00 °C/min 이하, 혹은 1.95 °C/min 이하, 혹은 1.90 °C/min 이하일 수 있다. 바람직하게는, 상기 승온 속도는 1.40 °C/min 내지 2.00 °C/min, 혹은 1.45 °C/min 내지 2.00 °C/min, 혹은 1.45 °C/min 내지 1.95 °C/min, 혹은 1.50 °C/min 내지 1.95 °C/min, 혹은 1.50 °C/min 내지 1.90 °C/min일 수 있다.Specifically, the temperature increase rate is 1.40 °C/min or more, or 1.45 °C/min or more, or 1.50 °C/min or more; and may be less than or equal to 2.00 °C/min, or less than or equal to 1.95 °C/min, or less than or equal to 1.90 °C/min. Preferably, the temperature increase rate is 1.40 °C/min to 2.00 °C/min, or 1.45 °C/min to 2.00 °C/min, or 1.45 °C/min to 1.95 °C/min, or 1.50 °C /min to 1.95 °C/min, or 1.50 °C/min to 1.90 °C/min.

상기 소성은 550 °C 내지 750 °C의 온도 하에서 수행될 수 있다. The firing may be performed at a temperature of 550 °C to 750 °C.

적정한 속도로 결정 시드(seed)가 생성될 수 있도록 하기 위하여, 상기 소성 온도는 550 °C 이상인 것이 바람직하다. 다만, 소성 온도가 과도하게 높을 경우 성장한 결정 입자들끼리 뭉치는 소결 현성이 일어날 수 있다. 그러므로, 상기 소성 온도는 750 °C 이하인 것이 바람직하다.In order to enable crystal seeds to be generated at an appropriate rate, the sintering temperature is preferably 550 °C or higher. However, if the sintering temperature is excessively high, sintering may occur where the grown crystal particles clump together. Therefore, it is preferable that the calcination temperature is 750 °C or lower.

구체적으로, 상기 소성 온도는 550 °C 이상, 혹은 580 °C 이상, 혹은 600 °C 이상; 그리고 750 °C 이하, 혹은 720 °C 이하, 혹은 700 °C 이하일 수 있다. 바람직하게는, 상기 소성 온도는 580 °C 내지 750 °C, 혹은 580 °C 내지 720 °C, 혹은 600 °C 내지 720 °C, 혹은 600 °C 내지 700 °C 일 수 있다.Specifically, the firing temperature is 550 °C or higher, or 580 °C or higher, or 600 °C or higher; And it can be below 750 °C, or below 720 °C, or below 700 °C. Preferably, the firing temperature may be 580 °C to 750 °C, or 580 °C to 720 °C, or 600 °C to 720 °C, or 600 °C to 700 °C.

상기 소성은 상기 소성 온도 하에서 2 시간 내지 20 시간 동안 수행될 수 있다. 상기 소성 시간은 이종 원소가 리튬 코발트 산화물에 합금 또는 도핑의 형태로 도입되어 결정이 안정화되는데 소요되는 시간을 고려하여 조절될 수 있다. 구체적으로, 상기 소성 시간은 2 시간 이상, 혹은 3 시간 이상, 혹은 4 시간 이상; 그리고 20 시간 이하, 혹은 19 시간 이하, 혹은 18 시간 이하일 수 있다. 바람직하게는, 상기 소성 시간은 3 시간 내지 20 시간, 혹은 3 시간 내지 19 시간, 혹은 4 시간 내지 19 시간, 혹은 4 시간 내지 18 시간일 수 있다.The firing may be performed for 2 to 20 hours at the firing temperature. The firing time can be adjusted by taking into account the time required for the heterogeneous element to be introduced into the lithium cobalt oxide in the form of an alloy or doping to stabilize the crystal. Specifically, the firing time is 2 hours or more, 3 hours or more, or 4 hours or more; And it can be less than 20 hours, or less than 19 hours, or less than 18 hours. Preferably, the firing time may be 3 hours to 20 hours, or 3 hours to 19 hours, or 4 hours to 19 hours, or 4 hours to 18 hours.

상기 제2 단계에서 얻어지는 상기 리튬 전이 금속 산화물은 레이저 회절 산란식 입도 분포 측정에 의한 1 ㎛ 내지 30 ㎛의 누적 50% 입경(D50)을 가질 수 있다. 필요에 따라, 상기 리튬 전이 금속 산화물이 상기 D50 값의 범위에 해당하도록 분쇄 및 분급하는 단계가 수행될 수 있다.The lithium transition metal oxide obtained in the second step may have a cumulative 50% particle size (D50) of 1 ㎛ to 30 ㎛ as measured by laser diffraction scattering particle size distribution. If necessary, pulverizing and classifying the lithium transition metal oxide may be performed so that it falls within the range of the D50 value.

너무 큰 비표면적으로 인해 전해질과의 부반응이 심화하는 것을 방지하기 위하여, 상기 D50 값은 1 ㎛ 이상인 것이 바람직하다. 다만, 입경이 너무 클 경우 상기 리튬 전이 금속 산화물을 포함한 양극재를 전류 집전체 상에 균일하게 코팅하기 어렵고, 건조 후 압연 과정에서 상기 전류 집전체의 손상을 유발할 수 있다. 그러므로, 상기 D50 값은 30 ㎛ 이하인 것이 바람직하다.In order to prevent side reactions with the electrolyte from worsening due to too large a specific surface area, the D50 value is preferably 1 ㎛ or more. However, if the particle size is too large, it is difficult to uniformly coat the positive electrode material containing the lithium transition metal oxide on the current collector, and damage to the current collector may be caused during the drying and rolling process. Therefore, it is preferable that the D50 value is 30 ㎛ or less.

구체적으로, 상기 리튬 전이 금속 산화물은 1 ㎛ 이상, 혹은 3 ㎛ 이상, 혹은 5 ㎛ 이상; 그리고 30 ㎛ 이하, 혹은 27 ㎛ 이하, 혹은 25 ㎛ 이하의 상기 D50 값을 가질 수 있다. 바람직하게는, 상기 리튬 전이 금속 산화물은 3 ㎛ 내지 30 ㎛, 혹은 3 ㎛ 내지 27 ㎛, 혹은 5 ㎛ 내지 27 ㎛, 혹은 5 ㎛ 내지 25 ㎛의 상기 D50 값을 가질 수 있다.Specifically, the lithium transition metal oxide is 1 ㎛ or more, or 3 ㎛ or more, or 5 ㎛ or more; And it may have the D50 value of 30 ㎛ or less, 27 ㎛ or less, or 25 ㎛ or less. Preferably, the lithium transition metal oxide may have a D50 value of 3 ㎛ to 30 ㎛, or 3 ㎛ to 27 ㎛, or 5 ㎛ to 27 ㎛, or 5 ㎛ to 25 ㎛.

필요에 따라, 상기 상기 제2 단계에서 얻어진 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 세정하고 건조 하는 단계가 수행될 수 있다.If necessary, the step of washing and drying the compound represented by Formula 1 obtained in the second step may be performed.

비제한적인 예로, 상기 세정 공정은 상기 화학식 1의 화합물 및 세정액을 1: 2 내지 1: 10의 중량비로 혼합하고 교반하는 방법으로 수행될 수 있다. 상기 세정액으로는 증류수, 암모니아수 등이 사용될 수 있다. 상기 건조는 100 °C 내지 200 °C 혹은 100 °C 내지 180 °C의 온도에서 1 시간 내지 10 시간 동안 열처리하는 방법으로 수행될 수 있다.As a non-limiting example, the cleaning process may be performed by mixing and stirring the compound of Formula 1 and the cleaning solution at a weight ratio of 1:2 to 1:10. Distilled water, ammonia water, etc. may be used as the cleaning liquid. The drying may be performed by heat treatment at a temperature of 100 °C to 200 °C or 100 °C to 180 °C for 1 hour to 10 hours.

III. 리튬 이차 전지용 양극 첨가제III. Cathode additive for lithium secondary battery

발명의 다른 일 구현 예에 따르면,According to another embodiment of the invention,

상기 리튬 전이 금속 산화물을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 첨가제가 제공된다.A positive electrode additive for a lithium secondary battery containing the lithium transition metal oxide is provided.

상기 리튬 전이 금속 산화물은 전해질과의 부반응을 최소화하여 리튬 이차 전지의 충방전시 양극에서의 가스 발생을 억제할 수 있다. 따라서, 상기 리튬 전이 금속 산화물을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 첨가제는 리튬 이차 전지의 안전성과 수명 특성의 향상을 가능하게 한다.The lithium transition metal oxide can suppress gas generation at the positive electrode during charging and discharging of a lithium secondary battery by minimizing side reactions with the electrolyte. Therefore, the positive electrode additive for lithium secondary batteries containing the lithium transition metal oxide enables improvement of safety and lifespan characteristics of lithium secondary batteries.

상기 리튬 전이 금속 산화물을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 첨가제는 리튬 이차 전지의 충방전시 비가역적으로 리튬을 내놓는 특성을 가진다. 그러므로, 상기 리튬 이차 전지용 양극 첨가제는 리튬 이차 전지용 양극에 포함되어 예비 리튬화(prelithiation)를 위한 희생 양극재(sacrificial positive electrode materials)의 역할을 수행할 수 있다.The positive electrode additive for a lithium secondary battery containing the lithium transition metal oxide has the property of irreversibly releasing lithium during charging and discharging of the lithium secondary battery. Therefore, the positive electrode additive for a lithium secondary battery can be included in a positive electrode for a lithium secondary battery and serve as sacrificial positive electrode materials for prelithiation.

상기 리튬 전이 금속 산화물에 관한 사항은 상기 『I. 리튬 전이 금속 산화물』의 항목에서 설명된 내용으로 갈음한다.Details regarding the lithium transition metal oxide can be found in 『I. Replaced with the information described in the section ‘Lithium transition metal oxide’.

상기 리튬 전이 금속 산화물은 Li6CoO4에 2종 이상의 이종 원소가 합금 또는 도핑되어 도입된 조성을 가진다.The lithium transition metal oxide has a composition in which two or more different elements are alloyed or doped into Li 6 CoO 4 .

상기 리튬 전이 금속 화합물은 4주기 전이 금속을 상기 이종 원소 중 메인 원소로 포함한다.The lithium transition metal compound includes a 4th period transition metal as a main element among the heterogeneous elements.

그리고, 상기 리튬 전이 금속 화합물은 2족 원소, 13족 원소, 14족 원소, 5주기 전이 금속, 및 6주기 전이 금속으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 원소를 상기 이종 원소 중 서브 원소로 포함한다.In addition, the lithium transition metal compound includes one or more elements selected from the group consisting of Group 2 elements, Group 13 elements, Group 14 elements, 5-period transition metals, and 6-period transition metals as sub-elements among the heterogeneous elements.

구체적으로, 상기 4주기 전이 금속은 Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, 및 Zn으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함한다.Specifically, the 4th period transition metal includes one or more selected from the group consisting of Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, and Zn.

그리고, 상기 2족 원소는 Mg, Ca, Sr, 및 Ba로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하고; 상기 13족 원소는 Al, Ga 및 In으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하고; 상기 14족 원소는 Si, Ge 및 Sn으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하고; 상기 5주기 전이 금속은 Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, 및 Cd로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하고; 상기 6주기 전이 금속은 Lu, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, 및 Au로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함한다.And, the group 2 element includes one or more types selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr, and Ba; The group 13 elements include at least one selected from the group consisting of Al, Ga, and In; The group 14 elements include at least one selected from the group consisting of Si, Ge, and Sn; The 5th period transition metal includes one or more selected from the group consisting of Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, and Cd; The 6th period transition metal includes one or more selected from the group consisting of Lu, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, and Au.

바람직하게는, 리튬 코발트 산화물과의 합금 또는 도핑의 용이성 그리고 결정상의 안정화 측면에서, 상기 이종 원소 중 상기 메인 원소로 4주기 전이 금속인 Zn을 포함할 수 있고; 상기 서브 원소로 Al, Mg, Ti, Zr, Nb, 및 W로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 원소를 포함할 수 있다.Preferably, in terms of ease of alloying or doping with lithium cobalt oxide and stabilization of the crystal phase, the main element among the heterogeneous elements may include Zn, a 4th period transition metal; The sub-element may include one or more elements selected from the group consisting of Al, Mg, Ti, Zr, Nb, and W.

상기 리튬 전이 금속 산화물에서 리튬을 제외한 금속 원소 전체를 기준으로 상기 이종 원소는 5 몰% 내지 80 몰%로 포함될 수 있다. In the lithium transition metal oxide, the heterogeneous elements may be included in an amount of 5 mol% to 80 mol% based on all metal elements excluding lithium.

상기 이종 원소 중 4주기 전이 금속은 상기 리튬 전이 금속 산화물에서 리튬을 제외한 금속 원소 전체를 기준으로 10 몰% 내지 70 몰%로 포함될 수 있다.Among the heterogeneous elements, the 4th period transition metal may be included in the lithium transition metal oxide in an amount of 10 mol% to 70 mol% based on the total metal elements excluding lithium.

상기 이종 원소 중 2족 원소, 13족 원소, 14족 원소, 5주기 전이 금속, 및 6주기 전이 금속으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 이종 원소는 상기 리튬 전이 금속 산화물에서 리튬을 제외한 금속 원소 전체를 기준으로 1 몰% 내지 20 몰%로 포함될 수 있다.Among the heterogeneous elements, one or more heterogeneous elements selected from the group consisting of group 2 elements, group 13 elements, group 14 elements, 5th period transition metals, and 6th period transition metals are all metal elements excluding lithium in the lithium transition metal oxide. On a basis, it may be included in an amount of 1 mol% to 20 mol%.

상기 리튬 전이 금속 산화물은 하기 화학식 1로 표시되는 것일 수 있다:The lithium transition metal oxide may be represented by the following formula (1):

[화학식 1][Formula 1]

Li6Co1-x-yZnxMyO4 Li 6 Co 1-xy Zn x M y O 4

상기 화학식 1에서, In Formula 1,

M은 2족 원소, 13족 원소, 14족 원소, 5주기 전이 금속, 또는 6주기 전이 금속이고,M is a group 2 element, a group 13 element, a group 14 element, a 5-period transition metal, or a 6-period transition metal,

x는 0.1 내지 0.7 이고,x is 0.1 to 0.7,

y는 0.01 내지 0.2 이다.y is 0.01 to 0.2.

바람직하게는, 상기 화학식 1에서 M은 Al, Mg, Ti, Zr, Nb, 및 W로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 원소일 수 있다.Preferably, in Formula 1, M may be one or more elements selected from the group consisting of Al, Mg, Ti, Zr, Nb, and W.

바람직하게는, 상기 리튬 전이 금속 산화물은 Li6Co0.77Zn0.2Al0.03O4, Li6Co0.76Zn0.2Al0.04O4, Li6Co0.75Zn0.2Al0.05O4, Li6Co0.7Zn0.25Al0.05O4, Li6Co0.65Zn0.25Al0.1O4, Li6Co0.67Zn0.3Al0.03O4, Li6Co0.66Zn0.3Al0.04O4, Li6Co0.65Zn0.3Al0.05O4, Li6Co0.6Zn0.3Al0.1O4, Li6Co0.77Zn0.2Mg0.03O4, Li6Co0.76Zn0.2Mg0.04O4, Li6Co0.75Zn0.2Mg0.05O4, Li6Co0.7Zn0.25Mg0.05O4, Li6Co0.67Zn0.3Mg0.03O4, Li6Co0.66Zn0.3Mg0.04O4, Li6Co0.65Zn0.3Mg0.05O4, Li6Co0.77Zn0.2Ti0.03O4, Li6Co0.76Zn0.2Ti0.04O4, Li6Co0.75Zn0.2Ti0.05O4, Li6Co0.72Zn0.25Ti0.03O4, Li6Co0.67Zn0.3Ti0.03O4, Li6Co0.66Zn0.3Ti0.04O4, Li6Co0.65Zn0.3Ti0.05O4, Li6Co0.77Zn0.2Zr0.03O4, Li6Co0.76Zn0.2Zr0.04O4, Li6Co0.75Zn0.2Zr0.05O4, Li6Co0.72Zn0.25Zr0.03O4, Li6Co0.67Zn0.3Zr0.03O4, Li6Co0.66Zn0.3Zr0.04O4, Li6Co0.65Zn0.3Zr0.05O4, Li6Co0.77Zn0.2Nb0.03O4, Li6Co0.76Zn0.2Nb0.04O4, Li6Co0.75Zn0.2Nb0.05O4, Li6Co0.67Zn0.3Nb0.03O4, Li6Co0.66Zn0.3Nb0.04O4, Li6Co0.65Zn0.3Nb0.05O4, Li6Co0.77Zn0.2W0.03O4, Li6Co0.76Zn0.2W0.04O4, Li6Co0.75Zn0.2W0.05O4, Li6Co0.67Zn0.3W0.03O4, Li6Co0.66Zn0.3W0.04O4, 및 Li6Co0.65Zn0.3W0.05O4 로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 화합물을 포함할 수 있다.Preferably, the lithium transition metal oxide is Li 6 Co 0.77 Zn 0.2 Al 0.03 O 4 , Li 6 Co 0.76 Zn 0.2 Al 0.04 O 4 , Li 6 Co 0.75 Zn 0.2 Al 0.05 O 4 , Li 6 Co 0.7 Zn 0.25 Al 0.05 O 4 , Li 6 Co 0.65 Zn 0.25 Al 0.1 O 4 , Li 6 Co 0.67 Zn 0.3 Al 0.03 O 4 , Li 6 Co 0.66 Zn 0.3 Al 0.04 O 4 , Li 6 Co 0.65 Zn 0.3 Al 0.05 O 4 , Li 6 Co 0.6 Zn 0.3 Al 0.1 O 4 , Li 6 Co 0.77 Zn 0.2 Mg 0.03 O 4 , Li 6 Co 0.76 Zn 0.2 Mg 0.04 O 4 , Li 6 Co 0.75 Zn 0.2 Mg 0.05 O 4 , Li 6 Co 0.7 Zn 0.25 Mg 0. 05 O 4 , Li 6 Co 0.67 Zn 0.3 Mg 0.03 O 4 , Li 6 Co 0.66 Zn 0.3 Mg 0.04 O 4 , Li 6 Co 0.65 Zn 0.3 Mg 0.05 O 4 , Li 6 Co 0.77 Zn 0.2 Ti 0.03 O 4 , Li 6 Co 0.76 Zn 0.2 Ti 0.04 O 4 , Li 6 Co 0.75 Zn 0.2 Ti 0.05 O 4 , Li 6 Co 0.72 Zn 0.25 Ti 0.03 O 4 , Li 6 Co 0.67 Zn 0.3 Ti 0.03 O 4 , Li 6 Co 0.66 Zn 0.3 Ti 0.04 O 4 , Li 6 Co 0.65 Zn 0.3 Ti 0.05 O 4 , Li 6 Co 0.77 Zn 0.2 Zr 0.03 O 4 , Li 6 Co 0.76 Zn 0.2 Zr 0.04 O 4 , Li 6 Co 0.75 Zn 0.2 Zr 0.05 O 4 , Li 6 Co 0.72 Zn 0.25 Zr 0.03 O 4 , Li 6 Co 0.67 Zn 0.3 Zr 0.03 O 4 , Li 6 Co 0.66 Zn 0.3 Zr 0.04 O 4 , Li 6 Co 0.65 Zn 0.3 Zr 0.05 O 4 , Li 6 Co 0.77 Zn 0.2 Nb 0.03 O 4 , Li 6 Co 0.76 Zn 0.2 Nb 0.04 O 4 , Li 6 Co 0.75 Zn 0.2 Nb 0.05 O 4 , Li 6 Co 0.67 Zn 0.3 Nb 0.03 O 4 , Li 6 Co 0.66 Zn 0.3 Nb 0.04 O 4 , Li 6 Co 0.65 Zn 0.3 Nb 0.05 O 4 , Li 6 Co 0.77 Zn 0.2 W 0.03 O 4 , Li 6 Co 0.76 Zn 0.2 W 0.04 O 4 , Li 6 Co 0.75 Zn 0.2 W 0.05 O 4 , Li 6 Co 0.67 Zn 0.3 W 0.03 O 4 , It may include one or more compounds selected from the group consisting of Li 6 Co 0.66 Zn 0.3 W 0.04 O 4 , and Li 6 Co 0.65 Zn 0.3 W 0.05 O 4 .

IV. 리튬 이차 전지용 양극IV. Anode for lithium secondary battery

발명의 다른 일 구현 예에 따르면, 리튬 이차 전지용 양극이 제공된다.According to another embodiment of the invention, a positive electrode for a lithium secondary battery is provided.

상기 리튬 이차 전지용 양극은 양극 활물질, 바인더, 도전재, 및 상기 리튬 전이 금속 산화물을 포함할 수 있다.The positive electrode for a lithium secondary battery may include a positive electrode active material, a binder, a conductive material, and the lithium transition metal oxide.

또한, 상기 리튬 이차 전지용 양극은 양극 활물질, 바인더, 도전재, 및 상기 리튬 이차 전지용 양극 첨가제를 포함할 수 있다.Additionally, the positive electrode for a lithium secondary battery may include a positive electrode active material, a binder, a conductive material, and a positive electrode additive for the lithium secondary battery.

상기 리튬 전이 금속 산화물 및 상기 리튬 이차 전지용 양극 첨가제는 리튬 이차 전지의 충방전시 비가역적으로 리튬을 내놓는 특성을 가진다. 그러므로, 상기 리튬 전이 금속 산화물 및 상기 리튬 이차 전지용 양극 첨가제는 리튬 이차 전지용 양극에 포함되어 예비 리튬화(prelithiation)를 위한 희생 양극재(sacrificial positive electrode materials)의 역할을 수행할 수 있다.The lithium transition metal oxide and the positive electrode additive for a lithium secondary battery have the property of irreversibly releasing lithium during charging and discharging of a lithium secondary battery. Therefore, the lithium transition metal oxide and the positive electrode additive for a lithium secondary battery may be included in the positive electrode for a lithium secondary battery and serve as sacrificial positive electrode materials for prelithiation.

바람직하게는, 상기 리튬 이차 전지용 양극은 양극 활물질, 도전재, 상기 희생 양극재, 및 바인더를 포함하는 양극재; 그리고, 상기 양극재를 지지하는 전류 집전체를 포함한다.Preferably, the cathode for a lithium secondary battery includes a cathode material including a cathode active material, a conductive material, the sacrificial cathode material, and a binder; And, it includes a current collector that supports the positive electrode material.

여기서, 상기 희생 양극재는 상기 리튬 전이 금속 산화물 또는 상기 리튬 이차 전지용 양극 첨가제이다. 상기 희생 양극재에 관한 사항은 상기 『I. 리튬 전이 금속 산화물』 및 『III. 리튬 이차 전지용 양극 첨가제』의 항목에서 설명된 내용으로 갈음한다.Here, the sacrificial cathode material is the lithium transition metal oxide or the cathode additive for a lithium secondary battery. Details regarding the sacrificial cathode material are described in 『I. Lithium transition metal oxide』 and 『III. Replace with the information described in the section ‘Anode additives for lithium secondary batteries’.

고용량 전지로 갈수록 전지의 용량을 늘리기 위해 음극 내 음극 활물질의 비율을 더 높여야 하고, 이에 따라 SEI 층에 소모되는 리튬의 양도 따라 증가한다. 때문에 음극의 SEI 층에 소모되는 리튬의 양을 계산한 다음, 양극 쪽에 적용되어야 할 희생 양극재의 양을 역산하여 전지의 설계 용량을 정할 수 있다.As batteries move to higher capacity, the ratio of negative electrode active material in the negative electrode must be increased to increase battery capacity, and the amount of lithium consumed in the SEI layer accordingly increases. Therefore, the design capacity of the battery can be determined by calculating the amount of lithium consumed in the SEI layer of the cathode and then recalculating the amount of sacrificial cathode material to be applied to the anode.

일 실시 예에 따르면, 상기 희생 양극재는 상기 양극재의 총 중량 대비 0 중량% 초과 15 중량% 이하로 포함될 수 있다.According to one embodiment, the sacrificial positive electrode material may be included in an amount of more than 0% by weight and less than or equal to 15% by weight based on the total weight of the positive electrode material.

상기 SEI 층의 형성에 소모되는 비가역 리튬을 보상하기 위하여, 상기 희생 양극재의 함량은 상기 양극재의 총 중량 대비 0 중량% 초과인 것이 바람직하다.In order to compensate for the irreversible lithium consumed in forming the SEI layer, the content of the sacrificial cathode material is preferably greater than 0% by weight based on the total weight of the cathode material.

다만, 상기 희생 양극재가 과량으로 포함될 경우, 가역적인 충방전 용량을 나타내는 상기 양극 활물질의 함량이 줄어들어 배터리의 용량이 감소하게 되고, 전지 내에 잔여 리튬이 음극에 플레이팅되어 전지의 쇼트를 유발하거나 안전성을 저해할 수 있다. 그러므로, 상기 희생 양극재의 함량은 상기 양극재의 총 중량 대비 15 중량% 이하인 것이 바람직하다.However, if the sacrificial cathode material is included in excess, the content of the cathode active material, which exhibits reversible charge/discharge capacity, is reduced, thereby reducing the capacity of the battery, and the remaining lithium in the battery is plated on the cathode, causing a short circuit or safety hazard of the battery. may hinder. Therefore, it is preferable that the content of the sacrificial cathode material is 15% by weight or less based on the total weight of the cathode material.

구체적으로, 상기 희생 양극재의 함량은 상기 양극재의 총 중량 대비 0 중량% 초과, 혹은 0.5 중량% 이상, 혹은 1 중량% 이상, 혹은 2 중량% 이상, 혹은 3 중량% 이상; 그리고, 15 중량% 이하, 혹은 12 중량% 이하, 혹은 10 중량% 이하일 수 있다.Specifically, the content of the sacrificial cathode material is more than 0% by weight, or more than 0.5% by weight, or more than 1% by weight, or more than 2% by weight, or more than 3% by weight, based on the total weight of the cathode material; And, it may be 15% by weight or less, or 12% by weight or less, or 10% by weight or less.

바람직하게는, 상기 희생 양극재의 함량은 상기 양극재의 총 중량 대비 0.5 중량% 내지 15 중량%, 혹은 1 중량% 내지 15 중량%, 혹은 1 중량% 내지 12 중량%, 혹은 2 중량% 내지 12 중량%, 혹은 2 중량% 내지 10 중량%, 혹은 3 중량% 내지 10 중량%일 수 있다.Preferably, the content of the sacrificial cathode material is 0.5% to 15% by weight, or 1% to 15% by weight, or 1% to 12% by weight, or 2% to 12% by weight, based on the total weight of the cathode material. , or 2% by weight to 10% by weight, or 3% by weight to 10% by weight.

상기 양극 활물질로는 본 발명이 속하는 기술분야에서 리튬 이차 전지에 적용 가능한 것으로 알려진 화합물들이 특별한 제한 없이 사용될 수 있다.As the positive electrode active material, compounds known to be applicable to lithium secondary batteries in the technical field to which the present invention pertains may be used without particular limitation.

비제한적인 예로, 상기 양극 활물질은 NCM(Li[Ni,Co,Mn]O2), NCMA(Li[Ni,Co,Mn,Al]O2), LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMn2O2, LiNi1-dCodO2, LiCo1-d MndO2, LiNi1-dMndO2 (이상에서 0≤d<1), Li(NiaCobMnc)O4 (0<a<2, 0<b<2, 0<c<2, a+b+c=2), LiMn2-eNieO4, LiMn2-eCoeO4 (이상 0 < e < 2), LiCoPO4, 및 LiFePO4 등일 수 있다. 상기 양극 활물질로는 상술한 예들 중 1종 혹은 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.As a non-limiting example, the positive electrode active material is NCM (Li[Ni,Co,Mn]O 2 ), NCMA (Li[Ni,Co,Mn,Al]O 2 ), LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 2 , LiNi 1-d Co d O 2 , LiCo 1-d Mn d O 2 , LiNi 1-d Mn d O 2 (0≤d<1), Li(Ni a Co b Mn c )O 4 (0<a<2, 0<b<2, 0<c<2, a+b+c=2), LiMn 2-e Ni e O 4 , LiMn 2-e Co e O 4 (or more 0 < e <2), LiCoPO 4 , and LiFePO 4 . As the positive electrode active material, one or a mixture of two or more of the examples described above may be used.

일 실시 예에 따르면, 상기 양극 활물질은 상기 양극재의 총 중량 대비 80 중량% 내지 95 중량%로 포함될 수 있다.According to one embodiment, the positive electrode active material may be included in an amount of 80% to 95% by weight based on the total weight of the positive electrode material.

구체적으로, 상기 양극 활물질의 함량은 상기 양극재의 총 중량 대비 80 중량% 이상, 혹은 82 중량% 이상, 혹은 85 중량% 이상; 그리고, 95 중량% 이하, 혹은 93 중량% 이하, 혹은 90 중량% 이하일 수 있다.Specifically, the content of the positive electrode active material is 80% by weight or more, or 82% by weight, or 85% by weight or more, based on the total weight of the positive electrode material; And, it may be 95% by weight or less, or 93% by weight or less, or 90% by weight or less.

바람직하게는, 상기 양극 활물질의 함량은 상기 양극재의 총 중량 대비 82 중량% 내지 95 중량%, 혹은 82 중량% 내지 93 중량%, 혹은 85 중량% 내지 93 중량%, 혹은 85 중량% 내지 90 중량%일 수 있다.Preferably, the content of the positive electrode active material is 82% to 95% by weight, or 82% to 93% by weight, or 85% to 93% by weight, or 85% to 90% by weight, based on the total weight of the positive electrode material. It can be.

상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것이다.The conductive material is used to provide conductivity to the electrode.

상기 도전재로는 전지의 화학 변화를 야기하지 않으면서 전자 전도성을 가지는 것이라면 특별한 제한 없이 사용될 수 있다. 비제한적인 예로, 상기 도전재는 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙, 탄소섬유 등의 탄소계 물질; 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 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 등일 수 있다. 상기 도전재로는 상술한 예들 중 1종 혹은 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.The conductive material may be used without particular limitation as long as it has electronic conductivity without causing chemical changes in the battery. As a non-limiting example, the conductive material may include carbon-based materials such as carbon black, acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, summer black, and carbon fiber; Graphites such as natural graphite and artificial graphite; 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; Alternatively, it may be a conductive polymer such as a polyphenylene derivative. As the conductive material, one or a mixture of two or more of the examples described above may be used.

상기 도전재의 함량은 적절한 수준의 도전성을 발현하면서도 배터리의 용량 감소를 유발하지 않는 범위에서 조절될 수 있다. 바람직하게는, 상기 도전재의 함량은 상기 양극재의 총 중량 대비 1 중량% 내지 10 중량% 혹은 1 중량% 내지 5 중량%일 수 있다.The content of the conductive material can be adjusted within a range that does not cause a decrease in battery capacity while maintaining an appropriate level of conductivity. Preferably, the content of the conductive material may be 1% to 10% by weight or 1% to 5% by weight based on the total weight of the cathode material.

상기 바인더는 상기 양극재를 상기 전류 집전체에 잘 부착시키기 위해 사용되는 것이다.The binder is used to properly attach the positive electrode material to the current collector.

비제한적인 예로, 상기 바인더는 폴리비닐리덴플로라이드(PVdF), 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVdF-co-HFP), 폴리비닐알코올, 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 카르복시메틸셀룰로오즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로오즈, 재생 셀룰로오즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 폴리머(EPDM), 술폰화-EPDM, 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 불소 고무 등일 수 있다. 상기 바인더로는 상술한 예들 중 1종 혹은 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.As a non-limiting example, the binder may be polyvinylidene fluoride (PVdF), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVdF-co-HFP), polyvinyl alcohol, polyacrylonitrile, carboxymethyl Cellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene polymer (EPDM), sulfonated-EPDM, styrene-butadiene rubber. (SBR), fluorine rubber, etc. As the binder, one or a mixture of two or more of the examples described above may be used.

상기 바인더의 함량은 적절한 수준의 접착성을 발현하면서도 배터리의 용량 감소를 유발하지 않는 범위에서 조절될 수 있다. 바람직하게는, 상기 바인더의 함량은 상기 양극재의 총 중량 대비 1 중량% 내지 10 중량% 혹은 1 중량% 내지 5 중량%일 수 있다.The content of the binder can be adjusted within a range that does not cause a decrease in battery capacity while maintaining an appropriate level of adhesiveness. Preferably, the content of the binder may be 1% to 10% by weight or 1% to 5% by weight based on the total weight of the cathode material.

상기 전류 집전체로는 본 발명이 속하는 기술분야에서 리튬 이차 전지의 양극에 적용 가능한 것으로 알려진 소재가 특별한 제한 없이 사용될 수 있다.As the current collector, any material known in the technical field to which the present invention pertains is applicable to the positive electrode of a lithium secondary battery may be used without particular limitation.

비제한적인 예로, 상기 전류 집전체로는 스테인리스 스틸; 알루미늄; 니켈; 티탄; 소성 탄소; 또는 알루미늄이나 스테인레스 스틸 표면에 탄소, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다As a non-limiting example, the current collector may include stainless steel; aluminum; nickel; titanium; calcined carbon; Alternatively, an aluminum or stainless steel surface treated with carbon, nickel, titanium, silver, etc. can be used.

바람직하게는, 상기 전류 집전체는 3 ㎛ 내지 500 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 상기 양극재의 접착력을 높이기 위하여, 상기 전류 집전체는 그 표면에 미세한 요철이 형성된 것일 수 있다. 상기 전류 집전체는 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태를 가질 수 있다.Preferably, the current collector may have a thickness of 3 ㎛ to 500 ㎛. In order to increase the adhesion of the cathode material, the current collector may have fine irregularities formed on its surface. The current collector may have various forms such as films, sheets, foils, nets, porous materials, foams, and non-woven fabrics.

상기 리튬 이차 전지용 양극은 상기 양극 활물질, 상기 도전재, 상기 희생 양극재, 및 바인더를 포함하는 양극재를 상기 전류 집전체 상에 적층하여 형성될 수 있다.The positive electrode for a lithium secondary battery may be formed by stacking a positive electrode material including the positive electrode active material, the conductive material, the sacrificial positive electrode material, and a binder on the current collector.

V. 리튬 이차 전지V. Lithium secondary battery

발명의 다른 일 구현 예에 따르면,According to another embodiment of the invention,

상기 리튬 이차 전지용 양극; 음극; 분리막; 및 전해질을 포함하는, 리튬 이차 전지가 제공된다.Anode for the lithium secondary battery; cathode; separation membrane; A lithium secondary battery comprising an electrolyte is provided.

상기 리튬 이차 전지는 상기 리튬 전이 금속 산화물 또는 상기 리튬 이차 전지용 양극 첨가제를 포함한 양극을 구비한다. 그에 따라, 상기 리튬 이차 전지는 충방전지 양극에서의 가스 발생이 억제될 수 있고, 향상된 안전성과 수명 특성을 나타낼 수 있다. 그리고, 상기 리튬 이차 전지는 높은 방전 용량, 우수한 출력 특성 및 용량 유지율을 나타낼 수 있다.The lithium secondary battery includes a positive electrode containing the lithium transition metal oxide or a positive electrode additive for a lithium secondary battery. Accordingly, the lithium secondary battery can suppress gas generation at the charge/discharge battery positive electrode and exhibit improved safety and lifespan characteristics. In addition, the lithium secondary battery can exhibit high discharge capacity, excellent output characteristics, and capacity maintenance rate.

그에 따라, 상기 리튬 이차 전지는 휴대 전화, 노트북 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 모바일 배터리, 디지털 카메라와 같은 휴대용 전자 기기 분야; 및 전기 자동차, 전기 오토바이, 퍼스널 모빌리티 디바이스와 같은 이동 수단 분야에서 향상된 성능과 안전성을 갖는 에너지 공급원으로 이용될 수 있다.Accordingly, the lithium secondary battery is used in the field of portable electronic devices such as mobile phones, laptop computers, tablet computers, mobile batteries, and digital cameras; And it can be used as an energy source with improved performance and safety in the field of transportation such as electric vehicles, electric motorcycles, and personal mobility devices.

상기 리튬 이차 전지는 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취된 전극 조립체와, 상기 전극 조립체가 내장되는 케이스를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 양극, 상기 음극 및 상기 분리막은 전해질에 함침되어 있을 수 있다.The lithium secondary battery may include an electrode assembly wound with a separator between the positive electrode and the negative electrode, and a case in which the electrode assembly is built. In addition, the anode, the cathode, and the separator may be impregnated with an electrolyte.

상기 리튬 이차 전지는 각형, 원통형, 파우치형 등 다양한 형태를 가질 수 있다.The lithium secondary battery may have various shapes, such as prismatic, cylindrical, or pouch-shaped.

상기 양극에 관한 사항은 상기 『IV. 리튬 이차 전지용 양극』의 항목에서 설명된 내용으로 갈음한다.For details regarding the anode, see 『IV. Replaced with the information described in the section ‘Anode for Lithium Secondary Battery’.

상기 음극은 음극 활물질, 도전재 및 바인더를 포함하는 음극재; 그리고 상기 음극재를 지지하는 전류 집전체를 포함할 수 있다.The negative electrode includes a negative electrode material including a negative electrode active material, a conductive material, and a binder; And it may include a current collector supporting the negative electrode material.

상기 음극 활물질은 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션(intercalation) 및 디인터칼레이션(deintercalation)할 수 있는 물질, 리튬 금속, 리튬 금속의 합금, 리튬에 도프 및 탈도프 가능한 물질, 및 전이 금속 산화물을 포함할 수 있다.The negative electrode active material includes a material capable of reversibly intercalating and deintercalating lithium ions, lithium metal, an alloy of lithium metal, a material capable of doping and dedoping lithium, and a transition metal oxide. It can be included.

상기 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션 및 디인터칼레이션할 수 있는 물질로는 탄소질 물질로서 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 이들의 혼합물을 예로 들 수 있다. 구체적으로, 상기 탄소질 물질은 천연 흑연, 인조 흑연, 키쉬 흑연(Kish graphite), 열분해 탄소(pyrolytic carbon), 메조페이스 피치(mesophase pitches), 메조페이스 피치계 탄소섬유(mesophase pitch based carbon fiber), 탄소 미소구체(meso-carbon microbeads), 석유 또는 석탄계 코크스(petroleum or coal tar pitch derived cokes), 연화 탄소(soft carbon), 및 경화 탄소(hard carbon) 등일 수 있다.Examples of materials that can reversibly intercalate and deintercalate lithium ions include crystalline carbon, amorphous carbon, or mixtures thereof as carbonaceous materials. Specifically, the carbonaceous material includes natural graphite, artificial graphite, Kish graphite, pyrolytic carbon, mesophase pitches, mesophase pitch based carbon fiber, These may be meso-carbon microbeads, petroleum or coal tar pitch derived cokes, soft carbon, and hard carbon.

상기 리튬 금속의 합금은 Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Si, Sb, Pb, In, Zn, Ba, Ra, Ge, Al, Sn, Bi, Ga, 및 Cd로 이루어진 군에서 선택되는 금속과 리튬의 합금일 수 있다.The alloy of the lithium metal is Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Si, Sb, Pb, In, Zn, Ba, Ra, Ge, Al, Sn, Bi, Ga, and Cd. It may be an alloy of lithium and a metal selected from the group consisting of.

상기 리튬에 도프 및 탈도프 가능한 물질은 Si, Si-C 복합체, SiOx (0<x<2), Si-Q 합금(상기 Q는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 15족 원소, 16족 원소, 전이 금속, 희토류 원소, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 원소이다; 단, Si는 제외한다), Sn, SnO2, Sn-R 합금(상기 R은 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 15족 원소, 16족 원소, 전이 금속, 희토류 원소, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 원소이다; 단, Sn은 제외한다.) 등일 수 있다. 그리고, 상기 리튬에 도프 및 탈도프 가능한 물질로는 상기 예들 중 적어도 하나와 SiO2를 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 Q 및 R은 Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Tl, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Po 등일 수 있다.Materials capable of doping and dedoping lithium include Si, Si-C composite, SiOx (0<x<2), and Si-Q alloy (where Q is an alkali metal, an alkaline earth metal, a group 13 element, a group 14 element, and a group 15 It is an element selected from the group consisting of elements, group 16 elements, transition metals, rare earth elements, and combinations thereof; however, Si is excluded), Sn, SnO 2 , Sn-R alloy (where R is an alkali metal, an alkali It may be an element selected from the group consisting of earth metals, group 13 elements, group 14 elements, group 15 elements, group 16 elements, transition metals, rare earth elements, and combinations thereof; however, Sn is excluded). And, as a material capable of doping and dedoping lithium, at least one of the above examples and SiO 2 can be used in combination. Q and R are Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe , Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Tl, Ge, P, As, Sb, Bi, S , Se, Te, Po, etc.

그리고, 상기 전이 금속 산화물은 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물, 리튬 티타늄 산화물 등일 수 있다.And, the transition metal oxide may be vanadium oxide, lithium vanadium oxide, lithium titanium oxide, etc.

바람직하게는, 상기 음극은 탄소질 물질 및 규소 화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 음극 활물질을 포함할 수 있다.Preferably, the negative electrode may include one or more negative electrode active materials selected from the group consisting of carbonaceous materials and silicon compounds.

여기서, 상기 탄소질 물질은, 앞서 예시된, 천연 흑연, 인조 흑연, 키쉬 흑연, 열분해 탄소, 메조페이스 피치, 메조페이스 피치계 탄소섬유, 탄소 미소구체, 석유 또는 석탄계 코크스, 연화 탄소, 및 경화 탄소로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 물질이다. 그리고, 상기 규소 화합물은, 앞서 예시된 Si를 포함하는 화합물, 즉 Si, Si-C 복합체, SiOx (0<x<2), 상기 Si-Q 합금, 이들의 혼합물, 또는 이들 중 적어도 하나와 SiO2의 혼합물일 수 있다.Here, the carbonaceous material is, as previously exemplified, natural graphite, artificial graphite, Kish graphite, pyrolytic carbon, mesophase pitch, mesophase pitch-based carbon fiber, carbon microspheres, petroleum or coal-based coke, softened carbon, and hardened carbon. It is one or more substances selected from the group consisting of. And, the silicon compound is a compound containing Si as previously exemplified, that is, Si, Si-C composite, SiOx (0<x<2), the Si-Q alloy, a mixture thereof, or at least one of these and SiO It may be a mixture of 2 .

일 실시 예에 따르면, 상기 음극 활물질은 상기 음극재의 총 중량 대비 85 중량% 내지 98 중량%로 포함될 수 있다.According to one embodiment, the negative electrode active material may be included in an amount of 85% to 98% by weight based on the total weight of the negative electrode material.

구체적으로, 상기 음극 활물질의 함량은 상기 음극재의 총 중량 대비 85 중량% 이상, 혹은 87 중량% 이상, 혹은 90 중량% 이상; 그리고, 98 중량% 이하, 혹은 97 중량% 이하, 혹은 95 중량% 이하일 수 있다.Specifically, the content of the negative electrode active material is 85% by weight or more, or 87% by weight, or 90% by weight or more, based on the total weight of the negative electrode material; And, it may be 98% by weight or less, or 97% by weight or less, or 95% by weight or less.

바람직하게는, 상기 음극 활물질의 함량은 상기 음극재의 총 중량 대비 85 중량% 내지 97 중량%, 혹은 87 중량% 내지 97 중량%, 혹은 87 중량% 내지 95 중량%, 혹은 90 중량% 내지 95 중량%일 수 있다.Preferably, the content of the negative electrode active material is 85% to 97% by weight, or 87% to 97% by weight, or 87% to 95% by weight, or 90% to 95% by weight, relative to the total weight of the negative electrode material. It can be.

상기 음극재에 포함되는 상기 도전재와 상기 바인더, 그리고 상기 전류 집전체에 대해서는 상기 『IV. 리튬 이차 전지용 양극』의 항목에서 설명된 내용으로 갈음한다.Regarding the conductive material, the binder, and the current collector included in the negative electrode material, see 『IV. Replaced with the information described in the section ‘Anode for Lithium Secondary Battery’.

상기 분리막은 양극과 음극을 분리하고 리튬 이온의 이동 통로를 제공한다. 상기 분리막으로는 본 발명이 속하는 기술분야에서 리튬 이차 전지의 세퍼레이터에 적용 가능한 것으로 알려진 것이라면 특별한 제한 없이 사용될 수 있다. 상기 분리막은 전해질의 이온 이동에 대해 낮은 저항을 가지면서 전해질에 대한 젖음성이 우수한 것이 바람직하다.The separator separates the anode and cathode and provides a passage for lithium ions. As the separator, any membrane known in the technical field to which the present invention pertains is applicable to a separator of a lithium secondary battery may be used without particular limitation. The separator preferably has low resistance to ion movement in the electrolyte and has excellent wettability to the electrolyte.

구체적으로는 상기 분리막은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-부텐 공중합체, 에틸렌-헥센 공중합체, 에틸렌-메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조된 다공성 고분자 필름일 수 있다. 상기 분리막은 상기 다공성 고분자 필름이 2 층 이상으로 적층된 다층막일 수 있다. 상기 분리막은 유리 섬유, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유 등을 포함하는 부직포일 수 있다. 그리고, 상기 분리막은 내열성 또는 기계적 강도 확보를 위해 세라믹 성분 또는 고분자 물질이 코팅된 것일 수 있다.Specifically, the separator may be a porous polymer film made of polyolefin-based polymers such as polyethylene, polypropylene, ethylene-butene copolymer, ethylene-hexene copolymer, and ethylene-methacrylate copolymer. The separator may be a multilayer membrane in which two or more layers of the porous polymer film are stacked. The separator may be a non-woven fabric containing glass fiber, polyethylene terephthalate fiber, etc. Additionally, the separator may be coated with a ceramic component or polymer material to ensure heat resistance or mechanical strength.

한편, 상기 전해질로는 본 발명이 속하는 기술분야에서 리튬 이차 전지에 적용 가능한 것으로 알려진 것이라면 특별한 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 전해질은 유기계 액체 전해질, 무기계 액체 전해질, 고체 고분자 전해질, 겔형 고분자 전해질, 고체 무기 전해질, 용융형 무기 전해질 등일 수 있다.Meanwhile, the electrolyte may be used without particular limitation as long as it is known to be applicable to lithium secondary batteries in the technical field to which the present invention pertains. For example, the electrolyte may be an organic liquid electrolyte, an inorganic liquid electrolyte, a solid polymer electrolyte, a gel-type polymer electrolyte, a solid inorganic electrolyte, a molten inorganic electrolyte, etc.

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

상기 비수성 유기 용매로는 전지의 전기 화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 할 수 있는 것이라면 특별한 제한없이 사용될 수 있다.The non-aqueous organic solvent may be used without particular limitation as long as it can serve as a medium through which ions involved in the electrochemical reaction of the battery can move.

구체적으로, 상기 비수성 유기 용매는 메틸 아세테이트(methyl acetate), 에틸 아세테이트(ethyl acetate), γ-부티로락톤(γ-butyrolactone), 및 ε-카프로락톤(ε-caprolactone)과 같은 에스테르계 용매; 디부틸 에테르(dibutyl ether) 및 테트라히드로퓨란(tetrahydrofuran)과 같은 에테르계 용매; 시클로헥사논(cyclohexanone)과 같은 케톤계 용매; 벤젠(benzene), 및 플루오로벤젠(fluorobenzene)과 같은 방향족 탄화수소계 용매; 디메틸 카보네이트(dimethyl carbonate, DMC), 디에틸 카보네이트(diethyl carbonate, DEC), 메틸 에틸 카보네이트(methyl ethyl carbonate, MEC), 에틸 메틸 카보네이트(ethyl methyl carbonate, EMC), 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate, EC), 및 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate, PC)와 같은 카보네이트계 용매; 에틸알코올 및 이소프로필 알코올과 같은 알코올계 용매; R-CN(R은 C2 내지 C20의 직쇄상, 분지상 또는 환 구조의 탄화수소기이며, 이중결합 방향 환 또는 에테르 결합을 포함할 수 있다)과 같은 니트릴류; 디메틸포름아미드와 같은 아미드류; 1,3-디옥솔란과 같은 디옥솔란류; 및 설포란(sulfolane) 등일 수 있다.Specifically, the non-aqueous organic solvent includes ester solvents such as methyl acetate, ethyl acetate, γ-butyrolactone, and ε-caprolactone; ether-based solvents such as dibutyl ether and tetrahydrofuran; Ketone-based solvents such as cyclohexanone; Aromatic hydrocarbon solvents such as benzene and fluorobenzene; Dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), methyl ethyl carbonate (MEC), ethyl methyl carbonate (EMC), ethylene carbonate (EC), and carbonate-based solvents such as propylene carbonate (PC); alcohol-based solvents such as ethyl alcohol and isopropyl alcohol; nitriles such as R-CN (R is a C2 to C20 straight-chain, branched or ring-structured hydrocarbon group, and may include a double bond aromatic ring or ether bond); Amides such as dimethylformamide; Dioxolanes such as 1,3-dioxolane; and sulfolane.

상기 예들 중에서도 상기 비수성 유기 용매로 카보네이트계 용매가 바람직하게 사용될 수 있다.Among the above examples, a carbonate-based solvent may be preferably used as the non-aqueous organic solvent.

특히, 전지의 충방전 성능 및 상기 희생 양극재와의 상용성을 고려하여, 상기 비수성 유기 용매로는 높은 이온전도도 및 고유전율을 갖는 환형 카보네이트(예를 들어, 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트) 및 저점도의 선형 카보네이트(예를 들어, 에틸 메틸 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트)의 혼합물이 바람직하게 사용될 수 있다. 이 경우 상기 환형 카보네이트와 상기 선형 카보네이트를 1:1 내지 1:9의 부피 비로 혼합하여 사용하는 것이 상술한 성능의 발현에 유리할 수 있다.In particular, considering the charge/discharge performance of the battery and compatibility with the sacrificial cathode material, the non-aqueous organic solvent may be a cyclic carbonate (e.g., ethylene carbonate, propylene carbonate) with high ionic conductivity and high dielectric constant and a low viscosity. Mixtures of linear carbonates (e.g., ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate) may be preferably used. In this case, it may be advantageous to achieve the above-mentioned performance by mixing the cyclic carbonate and the linear carbonate at a volume ratio of 1:1 to 1:9.

또한, 상기 비수성 유기 용매로는 에틸렌 카보네이트(EC)와 에틸 메틸 카보네이트(EMC)를 1:2 내지 1:10의 부피 비로 혼합한 것; 또는 에틸렌 카보네이트(EC), 에틸 메틸 카보네이트(EMC) 및 디메틸 카보네이트(DMC)를 1~3 : 1~9 : 1의 부피 비로 혼합한 것이 바람직하게 사용될 수 있다.In addition, the non-aqueous organic solvent includes ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) mixed at a volume ratio of 1:2 to 1:10; Alternatively, a mixture of ethylene carbonate (EC), ethyl methyl carbonate (EMC), and dimethyl carbonate (DMC) in a volume ratio of 1 to 3:1 to 9:1 may be preferably used.

상기 전해질에 포함되는 상기 리튬염은 상기 비수성 유기 용매에 용해되어 전지 내에서 리튬 이온의 공급원으로 작용하여 기본적인 리튬 이차 전지의 작동을 가능하게 하고, 양극과 음극 사이의 리튬 이온의 이동을 촉진하는 역할을 한다.The lithium salt contained in the electrolyte is dissolved in the non-aqueous organic solvent and acts as a source of lithium ions in the battery, enabling the operation of a basic lithium secondary battery and promoting the movement of lithium ions between the positive electrode and the negative electrode. It plays a role.

구체적으로, 상기 리튬염은 LiPF6, LiClO4, LiAsF6, LiBF4, LiSbF6, LiAl04, LiAlCl4, LiCF3SO3, LiC4F9SO3, LiN(C2F5SO3)2, LiN(C2F5SO2)2, LiN(CF3SO2)2, LiN(SO2F)2 (LiFSI, lithium bis(fluorosulfonyl)imide), LiCl, LiI, 및 LiB(C2O4)2 등일 수 있다. 바람직하게는, 상기 리튬염은 LiPF6, LiFSI, 및 이들의 혼합물일 수 있다.Specifically, the lithium salt is LiPF 6 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAl0 4 , LiAlCl 4 , LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiN( C 2 F 5 SO 3 ) 2 , LiN(C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN(CF 3 SO 2 ) 2 , LiN(SO 2 F) 2 (LiFSI, lithium bis(fluorosulfonyl)imide), LiCl, LiI, and LiB(C 2 O4) It could be 2nd place. Preferably, the lithium salt may be LiPF 6 , LiFSI, and mixtures thereof.

상기 리튬염은 상기 전해질에 0.1 M 내지 2.0 M의 농도로 포함될 수 있다. 상기 농도 범위로 포함되는 리튬염은, 상기 전해질에 적절한 전도도와 점도를 부여함으로써 우수한 전해질 성능을 나타낼 수 있게 한다.The lithium salt may be included in the electrolyte at a concentration of 0.1 M to 2.0 M. The lithium salt contained in the above concentration range enables excellent electrolyte performance by providing appropriate conductivity and viscosity to the electrolyte.

선택적으로, 상기 전해질에는 전지의 수명특성 향상, 전지 용량 감소 억제, 전지의 방전 용량 향상 등을 목적으로 한 첨가제들이 포함될 수 있다.Optionally, the electrolyte may contain additives for the purpose of improving battery life characteristics, suppressing battery capacity reduction, and improving battery discharge capacity.

예를 들어, 상기 첨가제는 디플루오로 에틸렌카보네이트와 같은 할로알킬렌카보네이트계 화합물, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(n-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, 삼염화 알루미늄 등일 수 있다. 상기 첨가제는 상기 전해질의 총 중량에 대하여 0.1 중량% 내지 5 중량%로 포함될 수 있다.For example, the additives include haloalkylene carbonate compounds such as difluoroethylene carbonate, pyridine, triethyl phosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylene diamine, n-glyme, and tria hexaphosphate. It may be mead, nitrobenzene derivative, sulfur, quinone imine dye, N-substituted oxazolidinone, N,N-substituted imidazolidine, ethylene glycol dialkyl ether, ammonium salt, pyrrole, 2-methoxy ethanol, aluminum trichloride, etc. . The additive may be included in an amount of 0.1% to 5% by weight based on the total weight of the electrolyte.

본 발명에 따른 리튬 전이 금속 산화물은 이종 원소가 도입되어 안정화된 격자 구조를 유지할 수 있음에 따라 전해질과의 부반응을 최소화하여 리튬 이차 전지의 충방전시 가스 발생을 억제할 수 있다. 상기 리튬 전이 금속 산화물을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 첨가제는 리튬 이차 전지의 안전성과 수명 특성의 향상을 가능하게 한다.The lithium transition metal oxide according to the present invention can maintain a stabilized lattice structure by introducing heterogeneous elements, thereby minimizing side reactions with the electrolyte and suppressing gas generation during charging and discharging of a lithium secondary battery. The positive electrode additive for lithium secondary batteries containing the lithium transition metal oxide enables improvement of safety and lifespan characteristics of lithium secondary batteries.

도 1은 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 2의 리튬 이차 전지의 비가역 용량과 가스 발생량의 상관 관계를 나타낸 그래프이다.
도 2는 실시예 6 내지 12에 따른 리튬 이차 전지의 비가역 용량과 가스 발생량의 상관 관계를 나타낸 그래프이다.
도 3은 실시예 13 및 비교예 3 내지 6의 리튬 이차 전지의 충방전 사이클 누적에 따른 용량 유지율(cycle retention)을 나타낸 그래프이다.
Figure 1 is a graph showing the correlation between irreversible capacity and gas generation amount of lithium secondary batteries of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 2.
Figure 2 is a graph showing the correlation between irreversible capacity and gas generation amount of lithium secondary batteries according to Examples 6 to 12.
Figure 3 is a graph showing the capacity retention rate (cycle retention) according to the accumulation of charge and discharge cycles of the lithium secondary batteries of Example 13 and Comparative Examples 3 to 6.

이하 발명의 구체적인 실시예들을 통해 발명의 작용과 효과를 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 다만, 이는 발명의 이해를 돕기 위한 예시로서 제시되는 것이다. 이하의 실시예들을 통해 발명의 권리범위가 어떠한 의미로든 한정되는 것을 의도하지 않으며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 통상의 기술자에게 있어서 명백할 것이다.Hereinafter, the operation and effect of the invention will be described in more detail through specific examples of the invention. However, this is presented as an example to aid understanding of the invention. It is not intended that the scope of the invention is limited in any way through the following examples, and it will be clear to those skilled in the art that various changes and modifications are possible within the scope and technical idea of the present invention.

실시예 1Example 1

(1) 리튬 전이 금속 산화물 합성(1) Synthesis of lithium transition metal oxide

Li2O, CoO, ZnO 및 MgO를 Li : Co : Zn : Mg = 6 : 0.77 : 0.2 : 0.03의 몰비로 고상 혼합하여 원료 혼합물을 준비하였다.A raw material mixture was prepared by solid-phase mixing Li 2 O, CoO, ZnO, and MgO at a molar ratio of Li:Co:Zn:Mg = 6:0.77:0.2:0.03.

상기 원료 혼합물을 Ar 분위기 하에서 1.6 °C/min의 승온 속도로 6 시간 동안 승온시킨 후, 600 °C에서 12 시간 동안 소성하여 Li6Co0.77Zn0.2Mg0.03O4인 리튬 전이 금속 산화물을 얻었다.The raw material mixture was heated in an Ar atmosphere at a heating rate of 1.6 °C/min for 6 hours, and then calcined at 600 °C for 12 hours to obtain a lithium transition metal oxide of Li 6 Co 0.77 Zn 0.2 Mg 0.03 O 4 .

분쇄기(Jaw crusher)을 이용하여 상기 리튬 전이 금속 산화물을 분쇄한 후 분체기(sieve shaker)를 이용하여 분급하였다.The lithium transition metal oxide was crushed using a jaw crusher and classified using a sieve shaker.

(2) 리튬 이차 전지 제조(2) Lithium secondary battery manufacturing

양극 첨가제로 상기 리튬 전이 금속 산화물(Li6Co0.77Zn0.2Mg0.03O4), 도전재로 카본블랙, 및 바인더로 폴리비닐리덴플로라이드(PVdF)를 95 : 3 : 2의 중량비로 유기용매(N-메틸피롤리돈)에 혼합하여 양극재 슬러리를 제조하였다. 두께 15 ㎛의 알루미늄 호일인 전류 집전체의 일면에 상기 양극재 슬러리를 도포하고, 압연 및 건조하여 양극을 제조하였다. 참고로, 본 실험에서는 상기 양극재에 양극 활물질을 첨가하지 않았다. 양극 활물질을 첨가한 것은 하기 실시예 6에 제시된다.The lithium transition metal oxide (Li 6 Co 0.77 Zn 0.2 Mg 0.03 O 4 ) as a positive electrode additive, carbon black as a conductive material, and polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder were mixed in an organic solvent ( N-methylpyrrolidone) was mixed to prepare a cathode material slurry. The positive electrode material slurry was applied to one side of a current collector, which was an aluminum foil with a thickness of 15 μm, and was rolled and dried to prepare a positive electrode. For reference, in this experiment, no positive electrode active material was added to the positive electrode material. The addition of the positive electrode active material is shown in Example 6 below.

음극 활물질로 천연 흑연, 도전재로 카본블랙, 바인더로 카르복시메틸셀룰로오즈(CMC)를 95 : 3 : 2의 중량비로 유기용매(N-메틸피롤리돈)에 혼합하여 음극재 슬러리를 제조하였다. 두께 15 ㎛의 구리 호일인 전류 집전체의 일면에 상기 음극재 슬러리를 도포하고, 압연 및 건조하여 음극을 제조하였다.A negative electrode material slurry was prepared by mixing natural graphite as a negative electrode active material, carbon black as a conductive material, and carboxymethyl cellulose (CMC) as a binder in an organic solvent (N-methylpyrrolidone) at a weight ratio of 95:3:2. The negative electrode material slurry was applied to one side of a current collector, which was a copper foil with a thickness of 15 μm, and was rolled and dried to prepare a negative electrode.

에틸렌 카보네이트(EC), 에틸 메틸 카보네이트(EMC) 및 디메틸 카보네이트(DMC)를 3 : 4 : 3의 부피 비로 혼합한 비수성 유기 용매를 준비하였다. 상기 비수성 유기 용매에 0.7 M 농도의 LiPF6 및 0.5 M 농도의 LiFSI인 리튬염을 용해시켜 전해질을 제조하였다.A non-aqueous organic solvent was prepared by mixing ethylene carbonate (EC), ethyl methyl carbonate (EMC), and dimethyl carbonate (DMC) at a volume ratio of 3:4:3. An electrolyte was prepared by dissolving 0.7 M concentration of LiPF 6 and 0.5 M concentration of LiFSI, a lithium salt, in the non-aqueous organic solvent.

상기 양극과 음극 사이에 분리막인 다공성 폴리에틸렌을 개재하여 전극 조립체를 제조하고, 상기 전극 조립체를 케이스 내부에 위치시켰다. 상기 케이스 내부에 상기 전해질을 주입하여 파우치 셀 형태의 리튬 이차 전지를 제조하였다.An electrode assembly was manufactured with a porous polyethylene separator between the anode and the cathode, and the electrode assembly was placed inside the case. A lithium secondary battery in the form of a pouch cell was manufactured by injecting the electrolyte into the case.

실시예 2Example 2

MgO 대신 Al2O3를 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 (1) Li6Co0.77Zn0.2Al0.03O4인 리튬 전이 금속 산화물과 (2) 이를 양극 첨가제로 포함한 리튬 이차 전지를 제조하였다.A lithium secondary battery containing (1) a lithium transition metal oxide of Li 6 Co 0.77 Zn 0.2 Al 0.03 O 4 and (2) this as a positive electrode additive in the same manner as in Example 1, except that Al 2 O 3 was used instead of MgO. was manufactured.

실시예 3Example 3

MgO 대신 TiO2를 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 (1) Li6Co0.77Zn0.2Ti0.03O4인 리튬 전이 금속 산화물과 (2) 이를 양극 첨가제로 포함한 리튬 이차 전지를 제조하였다.A lithium secondary battery containing (1) a lithium transition metal oxide of Li 6 Co 0.77 Zn 0.2 Ti 0.03 O 4 and (2) this as a positive electrode additive was prepared in the same manner as in Example 1, except that TiO 2 was used instead of MgO. did.

실시예 4Example 4

MgO 대신 ZrO2를 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 (1) Li6Co0.77Zn0.2Zr0.03O4인 리튬 전이 금속 산화물과 (2) 이를 양극 첨가제로 포함한 리튬 이차 전지를 제조하였다.A lithium secondary battery containing (1) a lithium transition metal oxide of Li 6 Co 0.77 Zn 0.2 Zr 0.03 O 4 and (2) this as a positive electrode additive was prepared in the same manner as in Example 1, except that ZrO 2 was used instead of MgO. did.

실시예 5Example 5

MgO 대신 Nb2O5를 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 (1) Li6Co0.77Zn0.2Nb0.03O4인 리튬 전이 금속 산화물과 (2) 이를 양극 첨가제로 포함한 리튬 이차 전지를 제조하였다.In the same manner as Example 1, except that Nb 2 O 5 was used instead of MgO, (1) a lithium transition metal oxide of Li 6 Co 0.77 Zn 0.2 Nb 0.03 O 4 and (2) a lithium secondary battery containing this as a positive electrode additive. was manufactured.

실시예 6Example 6

Li2O, CoO, ZnO 및 Al2O3를 Li : Co : Zn : Al = 6 : 0.7 : 0.25 : 0.05의 몰비로 고상 혼합한 원료 혼합물을 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 (1) Li6Co0.7Zn0.25Al0.05O4인 리튬 전이 금속 산화물과 (2) 이를 양극 첨가제로 포함한 리튬 이차 전지를 제조하였다.In the same manner as in Example 1, except that a solid raw material mixture of Li 2 O, CoO, ZnO and Al 2 O 3 was used at a molar ratio of Li: Co: Zn: Al = 6: 0.7: 0.25: 0.05. A lithium secondary battery containing (1) Li 6 Co 0.7 Zn 0.25 Al 0.05 O 4 phosphorus transition metal oxide and (2) this as a positive electrode additive was manufactured.

실시예 7Example 7

Al2O3 대신 MgO를 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 6과 동일한 방법으로 (1) Li6Co0.7Zn0.25Mg0.05O4인 리튬 전이 금속 산화물과 (2) 이를 양극 첨가제로 포함한 리튬 이차 전지를 제조하였다.A lithium secondary battery containing (1) Li 6 Co 0.7 Zn 0.25 Mg 0.05 O 4 lithium transition metal oxide and (2) this as a positive electrode additive in the same manner as Example 6 , except that MgO was used instead of Al 2 O 3 was manufactured.

실시예 8Example 8

Li2O, CoO, ZnO 및 TiO2를 Li : Co : Zn : Ti = 6 : 0.72 : 0.25 : 0.03의 몰비로 고상 혼합한 원료 혼합물을 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 (1) Li6Co0.72Zn0.25Ti0.03O4인 리튬 전이 금속 산화물과 (2) 이를 양극 첨가제로 포함한 리튬 이차 전지를 제조하였다.(1) in the same manner as in Example 1, except that a raw material mixture of Li 2 O, CoO, ZnO and TiO 2 in solid phase at a molar ratio of Li: Co: Zn: Ti = 6: 0.72: 0.25: 0.03 was used. ) A lithium transition metal oxide of Li 6 Co 0.72 Zn 0.25 Ti 0.03 O 4 and (2) a lithium secondary battery containing this as a positive electrode additive were manufactured.

실시예 9Example 9

TiO2 대신 ZrO2를 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 8과 동일한 방법으로 (1) Li6Co0.72Zn0.25Zr0.03O4인 리튬 전이 금속 산화물과 (2) 이를 양극 첨가제로 포함한 리튬 이차 전지를 제조하였다.In the same manner as Example 8, except that ZrO 2 was used instead of TiO 2 , (1) a lithium transition metal oxide of Li 6 Co 0.72 Zn 0.25 Zr 0.03 O 4 and (2) a lithium secondary battery containing this as a positive electrode additive were prepared. Manufactured.

실시예 10Example 10

Li2O, CoO, ZnO 및 Al2O3를 Li : Co : Zn : Al = 6 : 0.65 : 0.3 : 0.05의 몰비로 고상 혼합한 원료 혼합물을 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 (1) Li6Co0.65Zn0.3Al0.05O4인 리튬 전이 금속 산화물과 (2) 이를 양극 첨가제로 포함한 리튬 이차 전지를 제조하였다.In the same manner as Example 1, except that a solid mixture of Li 2 O, CoO, ZnO and Al 2 O 3 was used at a molar ratio of Li: Co: Zn: Al = 6: 0.65: 0.3: 0.05. A lithium secondary battery containing (1) Li 6 Co 0.65 Zn 0.3 Al 0.05 O 4 phosphorus transition metal oxide and (2) this as a positive electrode additive was manufactured.

실시예 11Example 11

Li2O, CoO, ZnO 및 Al2O3를 Li : Co : Zn : Al = 6 : 0.65 : 0.25 : 0.1의 몰비로 고상 혼합한 원료 혼합물을 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 (1) Li6Co0.65Zn0.25Al0.1O4인 리튬 전이 금속 산화물과 (2) 이를 양극 첨가제로 포함한 리튬 이차 전지를 제조하였다.In the same manner as in Example 1, except that a raw material mixture of Li 2 O, CoO, ZnO, and Al 2 O 3 was used as a solid mixture at a molar ratio of Li: Co: Zn: Al = 6: 0.65: 0.25: 0.1. A lithium secondary battery containing (1) Li 6 Co 0.65 Zn 0.25 Al 0.1 O 4 phosphorus transition metal oxide and (2) this as a positive electrode additive was manufactured.

실시예 12Example 12

Li2O, CoO, ZnO 및 Al2O3를 Li : Co : Zn : Al = 6 : 0.6 : 0.3 : 0.1의 몰비로 고상 혼합한 원료 혼합물을 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 (1) Li6Co0.6Zn0.3Al0.1O4인 리튬 전이 금속 산화물과 (2) 이를 양극 첨가제로 포함한 리튬 이차 전지를 제조하였다.In the same manner as Example 1, except that a raw material mixture of Li 2 O, CoO, ZnO, and Al 2 O 3 was used as a solid mixture at a molar ratio of Li: Co: Zn: Al = 6: 0.6: 0.3: 0.1. A lithium secondary battery containing (1) Li 6 Co 0.6 Zn 0.3 Al 0.1 O 4 phosphorus transition metal oxide and (2) this as a positive electrode additive was manufactured.

실시예 13Example 13

양극의 제조시 양극 활물질을 더 첨가하고 음극의 제조시 음극 활물질의 조성을 변경한 것을 제외하고, 상기 실시예 6과 동일한 방법으로 리튬 이차 전지를 제조하였다.A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as Example 6, except that additional positive electrode active material was added when manufacturing the positive electrode and the composition of the negative electrode active material was changed when manufacturing the negative electrode.

구체적으로, 양극 활물질로 NCMA(Li[Ni,Co,Mn,Al]O2)계 화합물, NTA-X12M, L&F), 양극 첨가제로 상기 리튬 전이 금속 산화물(Li6Co0.7Zn0.25Al0.05O4), 도전재로 카본블랙, 및 바인더로 폴리비닐리덴플로라이드(PVdF)를 93.8 : 1.2 : 3 : 2의 중량비로 유기용매(N-메틸피롤리돈)에 혼합하여 양극재 슬러리를 제조하였다. 두께 15 ㎛의 알루미늄 호일인 전류 집전체의 일면에 상기 양극재 슬러리를 도포하고, 압연 및 건조하여 양극을 제조하였다.Specifically, NCMA (Li[Ni,Co,Mn,Al]O 2 )-based compound, NTA-X12M, L&F) as the positive electrode active material, and the lithium transition metal oxide (Li 6 Co 0.7 Zn 0.25 Al 0.05 O 4 ), carbon black as a conductive material, and polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder were mixed with an organic solvent (N-methylpyrrolidone) at a weight ratio of 93.8:1.2:3:2 to prepare a cathode material slurry. The positive electrode material slurry was applied to one side of a current collector, which was an aluminum foil with a thickness of 15 μm, and was rolled and dried to prepare a positive electrode.

음극 활물질로 천연 흑연과 SiO의 혼합물(중량비=9:1), 도전재로 카본블랙, 바인더로 카르복시메틸셀룰로오즈(CMC)를 95 : 3 : 2의 중량비로 유기용매(N-메틸피롤리돈)에 혼합하여 음극재 슬러리를 제조하였다. 두께 15 ㎛의 구리 호일인 전류 집전체의 일면에 상기 음극재 슬러리를 도포하고, 압연 및 건조하여 음극을 제조하였다.A mixture of natural graphite and SiO as the negative electrode active material (weight ratio = 9:1), carbon black as the conductive material, carboxymethyl cellulose (CMC) as the binder, and organic solvent (N-methylpyrrolidone) at a weight ratio of 95:3:2. was mixed to prepare a negative electrode material slurry. The negative electrode material slurry was applied to one side of a current collector, which was a copper foil with a thickness of 15 μm, and was rolled and dried to prepare a negative electrode.

상기 양극과 음극 사이에 분리막인 다공성 폴리에틸렌을 개재하여 전극 조립체를 제조하고, 상기 전극 조립체를 케이스 내부에 위치시켰다. 상기 케이스 내부에 상기 전해질을 주입하여 파우치 셀 형태의 리튬 이차 전지를 제조하였다.An electrode assembly was manufactured with a porous polyethylene separator between the anode and the cathode, and the electrode assembly was placed inside the case. A lithium secondary battery in the form of a pouch cell was manufactured by injecting the electrolyte into the case.

비교예 1Comparative Example 1

ZnO 및 MgO를 첨가하지 않고, Li2O 및 CoO를 Li : Co = 6 : 1의 몰비로 혼합한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 (1) Li6CoO4인 리튬 전이 금속 산화물과 (2) 이를 양극 첨가제로 포함한 리튬 이차 전지를 제조하였다.Lithium transition metal oxide (1) Li 6 CoO 4 was prepared in the same manner as Example 1, except that ZnO and MgO were not added and Li 2 O and CoO were mixed at a molar ratio of Li: Co = 6: 1. and (2) a lithium secondary battery containing this as a positive electrode additive was manufactured.

비교예 2Comparative Example 2

MgO를 첨가하지 않고, Li2O, CoO 및 ZnO를 Li : Co : Zn = 6 : 0.7 : 0.3의 몰비로 혼합한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 (1) Li6Co0.7Zn0.3O4인 리튬 전이 금속 산화물과 (2) 이를 양극 첨가제로 포함한 리튬 이차 전지를 제조하였다.(1) Li 6 Co 0.7 Zn in the same manner as Example 1, except that MgO was not added and Li 2 O, CoO and ZnO were mixed at a molar ratio of Li: Co: Zn = 6: 0.7: 0.3. A lithium secondary battery containing 0.3 O 4 phosphorus lithium transition metal oxide (2) and this as a positive electrode additive was manufactured.

비교예 3Comparative Example 3

양극의 제조시 양극 첨가제로 Li6Co0.7Zn0.25Al0.05O4 대신 상기 비교예 1에서 얻은 Li6CoO4를 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 13과 동일한 방법으로 리튬 이차 전지를 제조하였다.A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as Example 13, except that Li 6 CoO 4 obtained in Comparative Example 1 was used as a positive electrode additive instead of Li 6 Co 0.7 Zn 0.25 Al 0.05 O 4 .

비교예 4Comparative Example 4

양극의 제조시 양극 첨가제로 Li6Co0.7Zn0.25Al0.05O4 대신 상기 비교예 2에서 얻은 Li6Co0.7Zn0.3O4를 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 13과 동일한 방법으로 리튬 이차 전지를 제조하였다.A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 13, except that Li 6 Co 0.7 Zn 0.3 O 4 obtained in Comparative Example 2 was used as a positive electrode additive instead of Li 6 Co 0.7 Zn 0.25 Al 0.05 O 4 when manufacturing the positive electrode. Manufactured.

비교예 5Comparative Example 5

양극의 제조시 양극 활물질로 NCMA(Li[Ni,Co,Mn,Al]O2)계 화합물, NTA-X12M, L&F), 양극 첨가제로 상기 리튬 전이 금속 산화물(Li6Co0.7Zn0.25Al0.05O4) 대신 DN2O (Li2NiO2, 포스코 케미칼), 도전재로 카본블랙, 및 바인더로 폴리비닐리덴플로라이드(PVdF)를 91.2 : 3.8 : 3 : 2의 중량비로 혼합한 것을 제외하고, 상기 실시예 13과 동일한 방법으로 리튬 이차 전지를 제조하였다.When manufacturing a positive electrode , NCMA (Li[Ni,Co , Mn,Al]O 2 )-based compound , NTA- 4 ) Instead, DN2O (Li 2 NiO 2 , POSCO Chemical), carbon black as a conductive material, and polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder were mixed in a weight ratio of 91.2:3.8:3:2. A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as Example 13.

비교예 6Comparative Example 6

양극의 제조시 상기 양극 첨가제를 첨가하지 않은 것을 제외하고, 상기 실시예 13과 동일한 방법으로 리튬 이차 전지를 제조하였다.A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as Example 13, except that the positive electrode additive was not added when manufacturing the positive electrode.

시험예 1Test example 1

실시예 1 내지 12, 비교예 1 및 2의 리튬 이차 전지에 대하여 아래와 같은 방법으로 충방전 cycle 누적에 따른 누적 가스 발생량을 측정하였으며, 측정된 누적 충전 용량에 따른 가스 발생량을 표 1, 도 1 및 도 2에 나타내었다. 고온 저장 시간에 따른 누적 가스 발생량은 표 2에 표시하였다.For the lithium secondary batteries of Examples 1 to 12 and Comparative Examples 1 and 2, the cumulative gas generation amount according to the cumulative charge and discharge cycle was measured by the method below, and the gas generation amount according to the measured cumulative charge capacity is shown in Table 1, Figure 1 and It is shown in Figure 2. The cumulative amount of gas generated according to high temperature storage time is shown in Table 2.

(1) Formation(초기 충전) 용량 및 충방전 용량 측정(1) Measurement of formation (initial charge) capacity and charge/discharge capacity

파우치 셀 형태의 리튬 이차 전지를 45 °C 하에서 0.1 C로 4.25 V 까지 정전류-정전압 충전 및 2.5 V까지 정전류 방전, 충방전 간 20 분 휴식하여 사이클을 수행한 후, formation 용량 및 충방전 용량을 측정하였다.A lithium secondary battery in the form of a pouch cell was cycled by constant current-constant voltage charging to 4.25 V at 0.1 C at 45 °C and constant current discharging to 2.5 V, resting for 20 minutes between charging and discharging, and then measuring the formation capacity and charge/discharge capacity. did.

(2) 충방전 누적에 따른 누적 가스 발생량 측정(2) Measurement of cumulative gas generation according to charging and discharging accumulation

상기 (1)의 충방전 조건으로 리튬 이차 전지를 작동시킨 후, 가스 발생량을 측정하고자 하는 시점에서의 파우치 셀을 방전 상태에서 잠시 회수하였다. 비중계(MATSUHAKU, TWD-150DM)를 이용하여, 상기 파우치 셀의 원래 무게와 물 속에서의 무게 차이를 측정하고 상기 파우치 셀 내의 부피의 변화를 계산하였으며, 부피의 변화량을 전극 활물질 무게로 나누어 무게당 가스 발생량을 계산하였다.After operating the lithium secondary battery under the charging and discharging conditions of (1) above, the pouch cell was briefly recovered in a discharged state at the point in which the amount of gas generation was to be measured. Using a hydrometer (MATSUHAKU, TWD-150DM), the difference between the original weight of the pouch cell and the weight in water was measured and the change in volume within the pouch cell was calculated, and the change in volume was divided by the weight of the electrode active material to calculate the weight per weight. The amount of gas generated was calculated.

(3) 고온 저장에 따른 누적 가스 발생량 측정(3) Measurement of cumulative gas generation due to high temperature storage

파우치 셀 형태의 리튬 이차 전지를 45 °C 온도 조건에서 0.1 C로 4.25 V 까지 정전류-전전압 충전한 후, 회수하여 formation 용량을 측정한 후 60 °C 챔버에 보관한다. 1 주일 간격으로 리튬 이차 전지를 챔버에서 꺼내어 비중계(MATSUHAKU, TWD-150DM)를 이용하여 상기 파우치 셀의 원래 무게와 물 속에서의 무게 차이를 측정하고 상기 파우치 셀 내의 부피의 변화를 계산하였으며, 부피의 변화량을 전극 활물질 무게로 나누어 무게당 가스 발생량을 계산하였다.A lithium secondary battery in the form of a pouch cell is charged at constant current-full voltage to 4.25 V at 0.1 C at a temperature of 45 °C, then recovered, measured for formation capacity, and stored in a 60 °C chamber. At intervals of one week, the lithium secondary battery was taken out of the chamber, the difference between the original weight of the pouch cell and the weight in water was measured using a hydrometer (MATSUHAKU, TWD-150DM), and the change in volume within the pouch cell was calculated, and the volume The amount of gas generated per weight was calculated by dividing the change by the weight of the electrode active material.

하기 표 1은 formation(0th 충방전) 후 1st, 2nd, 10th, 30th 및 50th 누적 사이클 후의 누적 가스 발생량을 나타낸 것이다. Table 1 below shows the cumulative amount of gas generated after 1 st , 2 nd , 10 th , 30 th , and 50 th cumulative cycles after formation (0 th charge/discharge).

FormationFormation 누적 가스 발생량 (mL/g)Cumulative gas generation (mL/g) 용량
(mAh/g)
Volume
(mAh/g)
가스 발생량
(mL/g)
amount of gas generated
(mL/g)
1st1st 2nd2nd 10th10th 30th30th 50th50th
실시예 1
(Li6Co0.77Zn0.2Mg0.03O4)
Example 1
(Li 6 Co 0.77 Zn 0.2 Mg 0.03 O 4 )
805.5805.5 95.895.8 -0.22-0.22 -0.28-0.28 0.070.07 0.390.39 0.560.56
실시예 2
(Li6Co0.77Zn0.2Al0.03O4)
Example 2
(Li 6 Co 0.77 Zn 0.2 Al 0.03 O 4 )
746.6746.6 85.185.1 -0.04-0.04 -0.14-0.14 -0.06-0.06 0.110.11 0.160.16
실시예 3
(Li6Co0.77Zn0.2Ti0.03O4)
Example 3
(Li 6 Co 0.77 Zn 0.2 Ti 0.03 O 4 )
770.3770.3 102.5102.5 -0.08-0.08 -0.13-0.13 0.160.16 0.470.47 0.850.85
실시예 4
(Li6Co0.77Zn0.2Zr0.03O4)
Example 4
(Li 6 Co 0.77 Zn 0.2 Zr 0.03 O 4 )
763.1763.1 91.891.8 -0.23-0.23 -0.22-0.22 0.170.17 0.640.64 0.830.83
실시예 5
(Li6Co0.77Zn0.2Nb0.03O4)
Example 5
(Li 6 Co 0.77 Zn 0.2 Nb 0.03 O 4 )
771.3771.3 92.192.1 -0.33-0.33 -0.16-0.16 0.110.11 0.580.58 0.890.89
실시예 6
(Li6Co0.7Zn0.25Al0.05O4)
Example 6
(Li 6 Co 0.7 Zn 0.25 Al 0.05 O 4 )
822.6822.6 113.1113.1 -0.10-0.10 -0.14-0.14 -0.07-0.07 0.050.05 0.250.25
실시예 7
(Li6Co0.7Zn0.25Mg0.05O4)
Example 7
(Li 6 Co 0.7 Zn 0.25 Mg 0.05 O 4 )
808.6808.6 105.6105.6 -0.11-0.11 0.030.03 0.050.05 0.360.36 0.530.53
실시예 8
(Li6Co0.72Zn0.25Ti0.03O4)
Example 8
(Li 6 Co 0.72 Zn 0.25 Ti 0.03 O 4 )
801.0801.0 107.0107.0 -0.08-0.08 -0.07-0.07 0.350.35 0.920.92 0.970.97
실시예 9
(Li6Co0.72Zn0.25Zr0.03O4)
Example 9
(Li 6 Co 0.72 Zn 0.25 Zr 0.03 O 4 )
787.6787.6 105.4105.4 -0.03-0.03 -0.04-0.04 0.450.45 1.161.16 1.461.46
실시예 10
(Li6Co0.65Zn0.3Al0.05O4)
Example 10
(Li 6 Co 0.65 Zn 0.3 Al 0.05 O 4 )
813.7813.7 98.498.4 -0.35-0.35 -0.49-0.49 -0.16-0.16 -0.41-0.41 -0.28-0.28
실시예 11
(Li6Co0.65Zn0.25Al0.1O4)
Example 11
(Li 6 Co 0.65 Zn 0.25 Al 0.1 O 4 )
818.3818.3 96.596.5 -0.03-0.03 -0.23-0.23 0.020.02 -0.09-0.09 -0.06-0.06
실시예 12
(Li6Co0.6Zn0.3Al0.1O4)
Example 12
(Li 6 Co 0.6 Zn 0.3 Al 0.1 O 4 )
807.2807.2 96.296.2 -0.25-0.25 -0.19-0.19 -0.01-0.01 0.020.02 0.040.04
비교예 1
(Li6CoO4)
Comparative Example 1
(Li 6 CoO 4 )
903.0903.0 129.1129.1 5.925.92 6.916.91 8.048.04 9.179.17 10.1010.10
비교예 2
(Li6Co0.7Zn0.3O4)
Comparative Example 2
(Li 6 Co 0.7 Zn 0.3 O 4 )
827.9827.9 105.0105.0 -0.16-0.16 -0.19-0.19 0.440.44 1.681.68 2.112.11

상기 표 1 및 도 1에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 5는 비교예 1 및 2에 비하여 초기 충전 용량이 작았다. 그러나, 50th cycle 이후 누적 가스 발생량은 실시예 1 내지 5 모두 1 mL/g 내로 현저히 우수한 가스 저감 효과를 나타내었다. 특히, 실시예 1은 실시예들 중 가장 큰 초기 충전 용량을 가지며, 누적 가스 발생량도 비교적 적었다. 실시예 2는 초기 충전 용량이 다소 낮았으나 누적 가스 발생량이 가장 낮아 우수한 가스 저감 효과를 갖는 것으로 확인되었다.상기 표 1 및 도 2 에 나타난 바와 같이, Ti와 Zr의 경우 이종 원소 추가에 의한 추가적인 가스 감소의 효과는 상대적으로 미미하였다. 실시예 6, 10, 11, 및 12를 참고하면, Al의 몰 함량이 높을수록 가스 저감에 탁월한 효과를 보이는 것으로 확인되었다.As shown in Table 1 and Figure 1, Examples 1 to 5 had smaller initial charge capacities than Comparative Examples 1 and 2. However, the cumulative gas generation amount after the 50 th cycle was within 1 mL/g in all of Examples 1 to 5, showing a significantly excellent gas reduction effect. In particular, Example 1 had the largest initial charging capacity among the examples, and the cumulative amount of gas generation was relatively small. Example 2 had a somewhat low initial charge capacity, but was confirmed to have an excellent gas reduction effect as the cumulative gas generation amount was the lowest. As shown in Table 1 and Figure 2, in the case of Ti and Zr, additional gas was reduced by adding heterogeneous elements. The effect of reduction was relatively small. Referring to Examples 6, 10, 11, and 12, it was confirmed that the higher the molar content of Al, the more effective it was in reducing gas.

하기 표 2는 formation(0th 충방전) 후 60 °C에서 보관하여 1주, 2주, 3주 및 4주 후의 누적 가스 발생량을 나타낸 것이다.Table 2 below shows the cumulative amount of gas generated after 1, 2, 3, and 4 weeks of storage at 60 °C after formation ( 0th charge/discharge).

누적 가스 발생량 (mL/g)Cumulative gas generation (mL/g) 1주1 week 2주2 weeks 3주3 weeks 4주4 weeks 실시예 1
(Li6Co0.77Zn0.2Mg0.03O4)
Example 1
(Li 6 Co 0.77 Zn 0.2 Mg 0.03 O 4 )
-0.46-0.46 -0.38-0.38 0.350.35 0.420.42
실시예 2
(Li6Co0.77Zn0.2Al0.03O4)
Example 2
(Li 6 Co 0.77 Zn 0.2 Al 0.03 O 4 )
-0.04-0.04 -0.04-0.04 0.690.69 0.560.56
실시예 3
(Li6Co0.77Zn0.2Ti0.03O4)
Example 3
(Li 6 Co 0.77 Zn 0.2 Ti 0.03 O 4 )
-0.13-0.13 -0.01-0.01 0.440.44 0.420.42
실시예 4
(Li6Co0.77Zn0.2Zr0.03O4)
Example 4
(Li 6 Co 0.77 Zn 0.2 Zr 0.03 O 4 )
-0.27-0.27 0.310.31 0.670.67 0.720.72
실시예 5
(Li6Co0.77Zn0.2Nb0.03O4)
Example 5
(Li 6 Co 0.77 Zn 0.2 Nb 0.03 O 4 )
-0.29-0.29 0.020.02 0.200.20 0.350.35
실시예 6
(Li6Co0.7Zn0.25Al0.05O4)
Example 6
(Li 6 Co 0.7 Zn 0.25 Al 0.05 O 4 )
-0.52-0.52 -0.28-0.28 -0.22-0.22 -0.23-0.23
실시예 7
(Li6Co0.7Zn0.25Mg0.05O4)
Example 7
(Li 6 Co 0.7 Zn 0.25 Mg 0.05 O 4 )
-0.35-0.35 -0.23-0.23 0.250.25 0.260.26
실시예 8
(Li6Co0.72Zn0.25Ti0.03O4)
Example 8
(Li 6 Co 0.72 Zn 0.25 Ti 0.03 O 4 )
-0.10-0.10 0.260.26 0.910.91 1.141.14
실시예 9
(Li6Co0.72Zn0.25Zr0.03O4)
Example 9
(Li 6 Co 0.72 Zn 0.25 Zr 0.03 O 4 )
-0.11-0.11 0.270.27 1.001.00 1.231.23
실시예 10
(Li6Co0.65Zn0.3Al0.05O4)
Example 10
(Li 6 Co 0.65 Zn 0.3 Al 0.05 O 4 )
-0.80-0.80 0.100.10 0.110.11 0.210.21
실시예 11
(Li6Co0.65Zn0.25Al0.1O4)
Example 11
(Li 6 Co 0.65 Zn 0.25 Al 0.1 O 4 )
-0.60-0.60 -0.45-0.45 -0.69-0.69 -0.08-0.08
실시예 12
(Li6Co0.6Zn0.3Al0.1O4)
Example 12
(Li 6 Co 0.6 Zn 0.3 Al 0.1 O 4 )
-0.58-0.58 -0.23-0.23 -0.17-0.17 -0.21-0.21
비교예 1
(Li6CoO4)
Comparative Example 1
(Li 6 CoO 4 )
9.959.95 10.1910.19 9.709.70 9.569.56
비교예 2
(Li6Co0.7Zn0.3O4)
Comparative Example 2
(Li 6 Co 0.7 Zn 0.3 O 4 )
-0.15-0.15 -0.12-0.12 0.500.50 1.041.04

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 5는 60 °C의 고온 저장에서의 누적 가스 발생량이 1 mL/g 이내로 비교예 1 및 2에 비하여 현저히 우수한 가스 저감 효과를 갖는 것으로 확인되었다.실시예 6 내지 12를 참고하면, Al이 도입된 리튬 전이 금속 산화물의 경우 고온 저장에서의 가스 저감에 탁월한 효과를 보이는 것으로 확인되었다.As shown in Table 2, Examples 1 to 5 were confirmed to have a significantly superior gas reduction effect compared to Comparative Examples 1 and 2, with a cumulative gas generation amount of less than 1 mL/g when stored at high temperature of 60 °C. Referring to Examples 6 to 12, it was confirmed that the lithium transition metal oxide into which Al was introduced showed an excellent effect in reducing gases in high temperature storage.

시험예 2Test example 2

양극 활물질과 양극 첨가제를 혼합하여 적용한 실시예 13 및 비교예 3 내지 6의 리튬 이차 전지에 대하여 아래와 같은 방법으로 충방전 cycle 누적에 따른 용량 유지율(cycle retention) 및 누적 가스 발생량을 측정하였으며, 측정된 용량 유지율 및 누적 가스 발생량을 도 3 및 표 3에 나타내었다.For the lithium secondary batteries of Example 13 and Comparative Examples 3 to 6, which were applied by mixing the positive electrode active material and the positive electrode additive, the capacity retention rate and cumulative gas generation amount according to charge and discharge cycle accumulation were measured in the following manner. The capacity maintenance rate and cumulative gas generation amount are shown in Figure 3 and Table 3.

(1) Formation(초기 충전) 용량 및 충방전 용량 측정(1) Measurement of formation (initial charge) capacity and charge/discharge capacity

파우치 셀 형태의 리튬 이차 전지를 45 °C 온도 조건에서 0.1 C로 4.25 V 까지 정전류-정전압 충전 및 2.5 V까지 정전류 방전, 충방전 간 20 분 휴식하여 사이클을 수행한 후, formation 용량 및 100th cycle 까지의 충방전 용량을 측정하였다.A lithium secondary battery in the form of a pouch cell was cycled with constant current-constant voltage charging up to 4.25 V at 0.1 C and constant current discharging up to 2.5 V, resting for 20 minutes between charging and discharging, at a temperature of 45 °C. After that, the formation capacity and 100 th cycle were performed. The charge/discharge capacity up to was measured.

(2) 충방전 누적에 따른 누적 가스 발생량 측정(2) Measurement of cumulative gas generation according to charging and discharging accumulation

상기 (1)의 충방전 조건으로 리튬 이차 전지를 작동시킨 후, 가스 발생량을 측정하고자 하는 시점에서의 파우치 셀을 방전 상태에서 잠시 회수하였다. 비중계(MATSUHAKU, TWD-150DM)를 이용하여, 상기 파우치 셀의 원래 무게와 물 속에서의 무게 차이를 측정하고 상기 파우치 셀 내의 부피의 변화를 계산하였으며, 부피의 변화량을 전극 활물질 무게로 나누어 무게당 가스 발생량을 계산하였다.After operating the lithium secondary battery under the charging and discharging conditions of (1) above, the pouch cell was briefly recovered in a discharged state at the point in which the amount of gas generation was to be measured. Using a hydrometer (MATSUHAKU, TWD-150DM), the difference between the original weight of the pouch cell and the weight in water was measured and the change in volume within the pouch cell was calculated, and the change in volume was divided by the weight of the electrode active material to calculate the weight per weight. The amount of gas generated was calculated.

(3) 고온 저장에 따른 누적 가스 발생량 측정(3) Measurement of cumulative gas generation due to high temperature storage

파우치 셀 형태의 리튬 이차 전지를 45 °C 온도 조건에서 0.1 C로 4.25 V 까지 정전류-전전압 충전한 후, 회수하여 formation 용량을 측정한 후 60 °C 챔버에 보관한다. 1 주일 간격으로 리튬 이차 전지를 챔버에서 꺼내어 비중계(MATSUHAKU, TWD-150DM)를 이용하여 상기 파우치 셀의 원래 무게와 물 속에서의 무게 차이를 측정하고 상기 파우치 셀 내의 부피의 변화를 계산하였으며, 부피의 변화량을 전극 활물질 무게로 나누어 무게당 가스 발생량을 계산하였다.A lithium secondary battery in the form of a pouch cell is charged at constant current-full voltage to 4.25 V at 0.1 C at a temperature of 45 °C, then recovered, measured for formation capacity, and stored in a 60 °C chamber. At intervals of one week, the lithium secondary battery was taken out of the chamber, the difference between the original weight of the pouch cell and the weight in water was measured using a hydrometer (MATSUHAKU, TWD-150DM), and the change in volume within the pouch cell was calculated, and the volume The amount of gas generated per weight was calculated by dividing the change by the weight of the electrode active material.

하기 표 3은 formation(0th 충방전) 용량, 이후 50th 및 100th 누적 사이클 후의 누적 가스 발생량 및 100th cycle 후의 방전 용량 유지율을 나타낸 것이다. Table 3 below shows the formation (0 th charge/discharge) capacity, the cumulative gas generation amount after 50 th and 100 th cumulative cycles, and the discharge capacity maintenance rate after 100 th cycle.

Formation 용량
(mAh/g)
Formation capacity
(mAh/g)
가스 발생량
(mL/g)
amount of gas generated
(mL/g)
용량 유지율
@ 100th cycle
Capacity maintenance rate
@ 100th cycle
충전용량Charging capacity 방전용량Discharge capacity 50th50th 100th100th 실시예 13
(NCMA+Li6Co0.7Zn0.25Al0.05O4)
Example 13
(NCMA+Li 6 Co 0.7 Zn 0.25 Al 0.05 O 4 )
243.5243.5 214.8214.8 0.050.05 0.070.07 91.791.7
비교예 3
(NCMA+Li6CoO4)
Comparative Example 3
(NCMA+Li 6 CoO 4 )
243.3243.3 215.4215.4 0.030.03 0.240.24 88.588.5
비교예 4
(NCMA+Li6Co0.7Zn0.3O4)
Comparative Example 4
(NCMA+Li 6 Co 0.7 Zn 0.3 O 4 )
243.4243.4 214.9214.9 0.140.14 0.160.16 88.288.2
비교예 5
(NCMA+DN20)
Comparative Example 5
(NCMA+DN20)
242.2242.2 214.5214.5 0.020.02 0.110.11 86.386.3
비교예 6
(NCMA)
Comparative Example 6
(NCMA)
236.0236.0 201.3201.3 0.100.10 0.200.20 86.286.2

상기 표 3 및 도 3에 나타난 바와 같이, 실시예 13 및 비교예 3 내지 5의 방전용량은 양극 첨가제(희생 양극재)를 적용하지 않은 비교예 6에 비해 더 크게 나타났다. 이는 음극에서 SEI 층 형성에 소비되는 비가역 리튬을 희생 양극재가 보상해주는 것이라 볼 수 있다.반면 비교예 6의 경우 비가역 리튬을 보상해 줄 희생 양극재가 없기 때문에 양극재에서의 리튬을 소비하게 되어 방전용량의 감소가 일어나 201.3 mAh/g 의 방전용량을 나타냈다.As shown in Table 3 and Figure 3, the discharge capacity of Example 13 and Comparative Examples 3 to 5 was greater than that of Comparative Example 6 in which the positive electrode additive (sacrificial positive electrode material) was not applied. This can be seen as the sacrificial anode material compensating for the irreversible lithium consumed to form the SEI layer in the cathode. On the other hand, in Comparative Example 6, since there is no sacrificial anode material to compensate for the irreversible lithium, lithium from the cathode material is consumed, reducing the discharge capacity. A decrease occurred, resulting in a discharge capacity of 201.3 mAh/g.

실시예 13의 100th cycle 에서의 누적 가스발생량은 0.07 mL/g 으로써, 비교예 3의 0.24 mL/g 및 비교예 4의 0.16 mL/g 보다 적었으며, 희생 양극재를 적용하지 않은 비교예 6의 0.20 mL/g 보다도 적은 수치이다. 이는 실시예 13에서 비교예 4의 Zn가 도입된 Li6Co0.7Zn0.3O4에 Al을 추가로 도입함으로써 Zn만 도입하였을 때보다 초기 충전 후 형성된 CoO2를 더 효과적으로 안정화하여 전해질과의 부반응을 효과적으로 방지하고, 이로 인한 추가적인 가스 발생을 억제함에 따른 것으로 볼 수 있다.The cumulative gas generation amount in the 100th cycle of Example 13 was 0.07 mL/g, which was lower than 0.24 mL/g of Comparative Example 3 and 0.16 mL/g of Comparative Example 4, and Comparative Example 6 where no sacrificial cathode material was applied. This value is less than 0.20 mL/g. In Example 13, by additionally introducing Al into Li 6 Co 0.7 Zn 0.3 O 4 into which Zn was introduced in Comparative Example 4, CoO 2 formed after initial charging was stabilized more effectively than when only Zn was introduced, thereby preventing side reactions with the electrolyte. This can be seen as effectively preventing and suppressing additional gas generation.

비교예 5의 50th cycle 에서의 누적 가스발생량은 0.02 mL/g 로 가장 적으나, 50th cycle에서 100th cycle 에서의 가스 발생 증가량이 0.09 mL/g 로써, 이후 가스 발생이 지속적으로 증가할 가능성이 있다. 이는 비교예 3도 마찬가지이다. 반면 실시예 13의 경우 50th cycle부터 100th cycle까지의 가스 발생 증가량이 0.02 mL/g으로, 충방전 cycle이 지속될수록 가스 발생이 억제되고 있다고 볼 수 있다.The cumulative amount of gas generation in the 50th cycle of Comparative Example 5 was the lowest at 0.02 mL/g, but the increase in gas generation from the 50th cycle to the 100th cycle was 0.09 mL/g, so there is a possibility that gas generation will continue to increase thereafter. There is. This also applies to Comparative Example 3. On the other hand, in the case of Example 13, the increase in gas generation from the 50th cycle to the 100th cycle was 0.02 mL/g, so it can be seen that gas generation is suppressed as the charge and discharge cycle continues.

Co계 희생 양극재가 적용된 실시예 13, 비교예 3, 및 비교예 4에서는 100th cycle에서의 용량 유지율이 88.2 % 이상으로 나타났다. Ni계 희생 양극재가 적용된 비교예 5와 희생 양극재를 적용하지 않은 비교예 6은 용량 유지율이 각각 86.3% 및 86.2%로 실시예 13에 비하여 현저히 낮게 나타났다. 특히 Al을 추가로 도입한 실시예 13의 경우 용량 유지율이 91.7%로 크게 개선됨을 확인하였다. 이는 앞서 누적 가스 발생량에서 보았듯이, Al의 추가 도입으로 초기 충전 이후의 결정상을 안정화함으로써 전해질과의 부반응을 방지하기 때문이라고 생각할 수 있다.In Example 13, Comparative Example 3, and Comparative Example 4 in which the Co-based sacrificial anode material was applied, the capacity retention rate at 100 th cycle was found to be 88.2% or more. Comparative Example 5 in which a Ni-based sacrificial anode material was applied and Comparative Example 6 in which a sacrificial anode material was not applied had a capacity retention rate of 86.3% and 86.2%, respectively, which was significantly lower than that in Example 13. In particular, in Example 13 where Al was additionally introduced, it was confirmed that the capacity retention rate was greatly improved to 91.7%. This can be thought to be because, as seen in the accumulated gas generation amount earlier, the additional introduction of Al prevents side reactions with the electrolyte by stabilizing the crystalline phase after initial charging.

이로부터 Co계 희생 양극재, 특히 상기 화학식 1의 조성을 가지는 희생 양극재를 실제 양극재가 포함된 리튬 이차 전지에 적용하였을 때, 초기 방전 용량을 보전해주며, 전지 내에서의 가스 발생량이 억제될 뿐만 아니라, 100th cycle 이후 용량 유지율 또한 우수함을 확인할 수 있다.From this, when the Co-based sacrificial cathode material, especially the sacrificial cathode material having the composition of Formula 1, is applied to a lithium secondary battery containing the actual cathode material, the initial discharge capacity is preserved and the amount of gas generated in the battery is suppressed. In addition, it can be seen that the capacity maintenance rate after 100 th cycle is also excellent.

하기 표 4는 formation(0th 충전) 후 72 °C에서 보관하여 1주, 2주, 3주 및 4주 후의 누적 가스 발생량을 나타낸 것이다.Table 4 below shows the cumulative amount of gas generated after 1, 2, 3, and 4 weeks of storage at 72 °C after formation ( 0th charge).

누적 가스 발생량 (mL/g)Cumulative gas generation (mL/g) 1주1 week 2주2 weeks 3주3 weeks 4주4 weeks 실시예 13
(NCMA+Li6Co0.7Zn0.25Al0.05O4)
Example 13
(NCMA+Li 6 Co 0.7 Zn 0.25 Al 0.05 O 4 )
0.090.09 0.120.12 0.120.12 0.150.15
비교예 3
(NCMA+Li6CoO4)
Comparative Example 3
(NCMA+Li 6 CoO 4 )
1.071.07 1.381.38 1.781.78 2.012.01
비교예 4
(NCMA+Li6Co0.7Zn0.3O4)
Comparative Example 4
(NCMA+Li 6 Co 0.7 Zn 0.3 O 4 )
0.110.11 0.140.14 0.180.18 0.220.22
비교예 5
(NCMA+DN20)
Comparative Example 5
(NCMA+DN20)
0.540.54 0.650.65 0.800.80 0.820.82
비교예 6
(NCMA)
Comparative Example 6
(NCMA)
0.210.21 0.290.29 0.530.53 0.550.55

상기 표 4에 나타난 바와 같이, 실시예 13은 4주 후 누적 가스 발생량이 0.15 mL/g 로 가장 적었다. 이는 충방전 cycle 결과와 마찬가지로 Li6CoO4에 도입된 이종 원소가 초기 충전 후 형성된 CoO2를 효과적으로 안정화하여 전해질과의 부반응을 방지하고, 이로 인한 추가적인 가스 발생을 억제하기 때문이라고 할 수 있다.또한, 실시예 13은 희생 양극재를 적용하지 않은 비교예 6 보다도 가스가 더 적게 발생하였는데, 이는 실험 오차일 수 있으며, 혹은 리튬 이차 전지에 포함된 양극 첨가제가 가스 발생 억제 뿐만 아니라 발생한 가스를 흡수할 가능성이 있는 것으로 예상된다.As shown in Table 4, Example 13 had the lowest cumulative gas generation amount of 0.15 mL/g after 4 weeks. This can be said to be because, similar to the charge/discharge cycle results, the heterogeneous elements introduced into Li 6 CoO 4 effectively stabilize CoO 2 formed after initial charging, preventing side reactions with the electrolyte and suppressing the generation of additional gas. , Example 13 generated less gas than Comparative Example 6 in which the sacrificial cathode material was not applied. This may be an experimental error, or the cathode additive contained in the lithium secondary battery may not only suppress gas generation but also absorb the generated gas. It is expected that there is a possibility.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.Although the present invention has been described above with limited examples and drawings, the present invention is not limited thereto, and the technical idea of the present invention and the following description will be provided by those skilled in the art in the technical field to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of equivalence of the patent claims.

Claims (15)

하기 화학식 1로 표시되는 리튬 전이 금속 산화물:
[화학식 1]
Li6Co1-x-yZnxMyO4
상기 화학식 1에서,
M은 2족 원소, 13족 원소, 14족 원소, 5주기 전이 금속, 또는 6주기 전이 금속이고,
x는 0.1 내지 0.7 이고,
y는 0.01 내지 0.2 이다.
Lithium transition metal oxide represented by Formula 1:
[Formula 1]
Li 6 Co 1-xy Zn x M y O 4
In Formula 1,
M is a group 2 element, a group 13 element, a group 14 element, a 5-period transition metal, or a 6-period transition metal,
x is 0.1 to 0.7,
y is 0.01 to 0.2.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 M은 Al, Mg, Ti, Zr, Nb, 및 W로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인, 리튬 전이 금속 산화물.
According to claim 1,
The lithium transition metal oxide wherein M is at least one selected from the group consisting of Al, Mg, Ti, Zr, Nb, and W.
제 1 항에 있어서,
상기 리튬 전이 금속 산화물은 Li6Co0.77Zn0.2Al0.03O4, Li6Co0.76Zn0.2Al0.04O4, Li6Co0.75Zn0.2Al0.05O4, Li6Co0.7Zn0.25Al0.05O4, Li6Co0.65Zn0.25Al0.1O4, Li6Co0.67Zn0.3Al0.03O4, Li6Co0.66Zn0.3Al0.04O4, Li6Co0.65Zn0.3Al0.05O4, Li6Co0.6Zn0.3Al0.1O4, Li6Co0.77Zn0.2Mg0.03O4, Li6Co0.76Zn0.2Mg0.04O4, Li6Co0.75Zn0.2Mg0.05O4, Li6Co0.7Zn0.25Mg0.05O4, Li6Co0.67Zn0.3Mg0.03O4, Li6Co0.66Zn0.3Mg0.04O4, Li6Co0.65Zn0.3Mg0.05O4, Li6Co0.77Zn0.2Ti0.03O4, Li6Co0.76Zn0.2Ti0.04O4, Li6Co0.75Zn0.2Ti0.05O4, Li6Co0.72Zn0.25Ti0.03O4, Li6Co0.67Zn0.3Ti0.03O4, Li6Co0.66Zn0.3Ti0.04O4, Li6Co0.65Zn0.3Ti0.05O4, Li6Co0.77Zn0.2Zr0.03O4, Li6Co0.76Zn0.2Zr0.04O4, Li6Co0.75Zn0.2Zr0.05O4, Li6Co0.72Zn0.25Zr0.03O4, Li6Co0.67Zn0.3Zr0.03O4, Li6Co0.66Zn0.3Zr0.04O4, Li6Co0.65Zn0.3Zr0.05O4, Li6Co0.77Zn0.2Nb0.03O4, Li6Co0.76Zn0.2Nb0.04O4, Li6Co0.75Zn0.2Nb0.05O4, Li6Co0.67Zn0.3Nb0.03O4, Li6Co0.66Zn0.3Nb0.04O4, Li6Co0.65Zn0.3Nb0.05O4, Li6Co0.77Zn0.2W0.03O4, Li6Co0.76Zn0.2W0.04O4, Li6Co0.75Zn0.2W0.05O4, Li6Co0.67Zn0.3W0.03O4, Li6Co0.66Zn0.3W0.04O4, 및 Li6Co0.65Zn0.3W0.05O4 로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 화합물을 포함하는, 리튬 전이 금속 산화물.
According to claim 1,
The lithium transition metal oxide is Li 6 Co 0.77 Zn 0.2 Al 0.03 O 4 , Li 6 Co 0.76 Zn 0.2 Al 0.04 O 4 , Li 6 Co 0.75 Zn 0.2 Al 0.05 O 4 , Li 6 Co 0.7 Zn 0.25 Al 0.05 O 4 , Li 6 Co 0.65 Zn 0.25 Al 0.1 O 4 , Li 6 Co 0.67 Zn 0.3 Al 0.03 O 4 , Li 6 Co 0.66 Zn 0.3 Al 0.04 O 4 , Li 6 Co 0.65 Zn 0.3 Al 0.05 O 4 , Li 6 Co 0.6 Zn 0.3 Al 0.1 O 4 , Li 6 Co 0.77 Zn 0.2 Mg 0.03 O 4 , Li 6 Co 0.76 Zn 0.2 Mg 0.04 O 4 , Li 6 Co 0.75 Zn 0.2 Mg 0.05 O 4 , Li 6 Co 0.7 Zn 0.25 Mg 0.05 O 4 , Li 6 CO 0.67 Zn 0.3 mg 0.03 o 4 , Li 66 Zn 0.3 mg 0.04 O 4 , Li 6 CO 0.65 Zn 0.3 mg 0.05 o 4 0.04 O 4 , Li 6 Co 0.75 Zn 0.2 Ti 0.05 O 4 , Li 6 Co 0.72 Zn 0.25 Ti 0.03 O 4 , Li 6 Co 0.67 Zn 0.3 Ti 0.03 O 4 , Li 6 Co 0.66 Zn 0.3 Ti 0.04 O 4 , Li 6 Co 0.65 Zn 0.3 Ti 0.05 O 4 , Li 6 Co 0.77 Zn 0.2 Zr 0.03 O 4 , Li 6 Co 0.76 Zn 0.2 Zr 0.04 O 4 , Li 6 Co 0.75 Zn 0.2 Zr 0.05 O 4 , Li 6 Co 0.72 Zn 0.25 Zr 0.03 O 4 , Li 6 Co 0.67 Zn 0.3 Zr 0.03 O 4 , Li 6 Co 0.66 Zn 0.3 Zr 0.04 O 4 , Li 6 Co 0.65 Zn 0.3 Zr 0.05 O 4 , Li 6 Co 0.77 Zn 0.2 Nb 0.03 O 4 , Li 6 Co 0.76 Zn 0.2 Nb 0.04 O 4 , Li 6 Co 0.75 Zn 0.2 Nb 0.05 O 4 , Li 6 Co 0.67 Zn 0.3 Nb 0.03 O 4 , Li 6 Co 0.66 Zn 0.3 Nb 0.04 O 4 , Li 6 Co 0.65 Zn 0.3 Nb 0.05 O 4 , Li 6 Co 0.77 Zn 0.2 W 0.03 O 4 , Li 6 Co 0.76 Zn 0.2 W 0.04 O 4 , Li 6 Co 0.75 Zn 0.2 W 0.05 O 4 , Li 6 Co 0.67 Zn 0.3 W 0.03 O 4 , Li 6 Co 0.66 Lithium transition metal oxide comprising at least one compound selected from the group consisting of Zn 0.3 W 0.04 O 4 , and Li 6 Co 0.65 Zn 0.3 W 0.05 O 4 .
리튬 산화물, 코발트 산화물 및 이종 원소 산화물을 고상 혼합하는 제1 단계; 및
상기 제1 단계에서 얻어진 혼합물을 불활성 분위기 및 550 °C 내지 750 °C의 온도 하에서 소성하여 제 1 항에 따른 리튬 전이 금속 산화물을 얻는 제2 단계를 포함하고,
상기 이종 원소 산화물은 아연 산화물; 및 2족 원소, 13족 원소, 14족 원소, 5주기 전이 금속, 또는 6주기 전이 금속의 산화물을 포함하는,
리튬 전이 금속 산화물의 제조 방법.
A first step of solid-phase mixing of lithium oxide, cobalt oxide, and heteroelement oxide; and
A second step of obtaining the lithium transition metal oxide according to claim 1 by calcining the mixture obtained in the first step in an inert atmosphere and at a temperature of 550 °C to 750 °C,
The heterogeneous element oxide includes zinc oxide; and oxides of Group 2 elements, Group 13 elements, Group 14 elements, 5-period transition metals, or 6-period transition metals.
Method for producing lithium transition metal oxide.
제 9 항에 있어서,
상기 제2 단계는, 상기 제1 단계에서 얻어진 혼합물을 불활성 분위기 하에서 1.4 °C/min 내지 2.0 °C/min의 승온 속도로 가열하여 550 °C 내지 750 °C의 온도 하에서 2 시간 내지 20 시간 동안 소성을 수행하는, 리튬 전이 금속 산화물의 제조 방법.
According to clause 9,
In the second step, the mixture obtained in the first step is heated at a temperature increase rate of 1.4 °C/min to 2.0 °C/min under an inert atmosphere and heated at a temperature of 550 °C to 750 °C for 2 to 20 hours. A method for producing lithium transition metal oxide, performing calcination.
제 1 항에 따른 리튬 전이 금속 산화물을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 첨가제.
A positive electrode additive for a lithium secondary battery comprising the lithium transition metal oxide according to claim 1.
양극 활물질, 바인더, 도전재, 및 제 1 항에 따른 리튬 전이 금속 산화물을 포함하는, 리튬 이차 전지용 양극.
A positive electrode for a lithium secondary battery comprising a positive electrode active material, a binder, a conductive material, and the lithium transition metal oxide according to claim 1.
양극 활물질, 바인더, 도전재, 및 제 11 항에 따른 리튬 이차 전지용 양극 첨가제를 포함하는, 리튬 이차 전지용 양극.
A positive electrode for a lithium secondary battery, comprising a positive electrode active material, a binder, a conductive material, and a positive electrode additive for a lithium secondary battery according to claim 11.
제 12 항 또는 제 13 항에 따른 리튬 이차 전지용 양극; 음극; 분리막; 및 전해질을 포함하는, 리튬 이차 전지.
A positive electrode for a lithium secondary battery according to claim 12 or 13; cathode; separation membrane; And a lithium secondary battery comprising an electrolyte.
제 14 항에 있어서,
상기 음극은 탄소질 물질 및 규소 화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 음극 활물질을 포함하는, 리튬 이차 전지.
According to claim 14,
A lithium secondary battery, wherein the negative electrode includes at least one negative electrode active material selected from the group consisting of carbonaceous materials and silicon compounds.
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