KR102663797B1 - Cathode additives for lithium metal rechargeable battery, cathode including the same cathode additives, and formation methode for lithium metal rechargeable battery including the same cathode additives - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리튬 금속 이차전지의 활성화 방법에 관한 것으로,
1) 전지 활성화(formation) 공정의 방전 전압에서, 양극 활물질보다도 우선적으로 리튬 이온을 수용할 수 있는 양극 첨가제를 선택하고,
2) 일반적인 전지의 활성화(formation) 공정은 충전부터 시작하지만, 상기 양극 첨가제를 적용한 전지의 활성화(formation) 공정은 방전부터 시작한다.
The present invention relates to a method for activating a lithium metal secondary battery,
1) At the discharge voltage of the battery formation process, select a positive electrode additive that can accommodate lithium ions with priority over the positive electrode active material,
2) The formation process of a general battery begins with charging, but the formation process of a battery to which the positive electrode additive is applied begins with discharging.

Description

리튬 금속 이차전지용 양극 첨가제, 이를 포함하는 양극 및, 이를 포함하는 리튬 금속 이차전지의 활성화 방법 {CATHODE ADDITIVES FOR LITHIUM METAL RECHARGEABLE BATTERY, CATHODE INCLUDING THE SAME CATHODE ADDITIVES, AND FORMATION METHODE FOR LITHIUM METAL RECHARGEABLE BATTERY INCLUDING THE SAME CATHODE ADDITIVES}A positive electrode additive for a lithium metal secondary battery, a positive electrode containing the same, and a method of activating a lithium metal secondary battery containing the same CATHODE ADDITIVES}

본 발명은 리튬 금속 이차전지용 양극 첨가제, 이를 포함하는 양극 및, 이를 포함하는 리튬 금속 이차전지의 활성화 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a positive electrode additive for lithium metal secondary batteries, a positive electrode containing the same, and a method of activating a lithium metal secondary battery containing the same.

상용 리튬 이차전지는, 주로 탄소계 음극을 적용하고 있다. 여기서 탄소계 음극은, 탄소계 물질을 음극 활물질로 하여, 음극 집전체의 표면에 도포한 것이다. 이러한 탄소계 음극은, 안정성이 높은 이점을 가지지만, 음극 활물질인 탄소계 물질의 낮은 이론 용량으로 인하여, 전지의 에너지 밀도를 개선하는 데 한계가 있다.Commercial lithium secondary batteries mainly use carbon-based anodes. Here, the carbon-based negative electrode uses a carbon-based material as a negative electrode active material and applies it to the surface of the negative electrode current collector. Although this carbon-based negative electrode has the advantage of high stability, there is a limit to improving the energy density of the battery due to the low theoretical capacity of the carbon-based material that is the negative electrode active material.

이에 최근에는, 고에너지밀도 및 고출력 특성을 요구하는 기기의 전원으로 리튬 이차전지를 활용하기 위해, 탄소계 음극을 대체하여 다른 음극을 리튬 이차전지에 적용하기 위한 연구가 이어지고 있다.Accordingly, in recent years, in order to utilize lithium secondary batteries as a power source for devices requiring high energy density and high output characteristics, research has been conducted to replace carbon-based negative electrodes and apply other negative electrodes to lithium secondary batteries.

그 일환으로, 리튬 금속(Li-metal) 그 자체를 음극 활물질로 사용하는 리튬 금속 음극이, 최근 연구 개발의 화두로 떠올랐다. 리튬 금속(Li-metal)은, 밀도(0.54g/cm3)가 낮고, 큰 이론용량(3840mAh/g)을 가질 뿐 아니라 표준환원 전위(-3.045V SHE)가 매우 낮아, 음극 활물질로써 전지의 에너지밀도 및 출력 특성을 향상시키는 데 기여할 수 있는 것이다.As part of this, lithium metal anodes, which use lithium metal (Li-metal) itself as an anode active material, have recently emerged as a hot topic of research and development. Lithium metal (Li-metal) not only has a low density (0.54g/cm 3 ) and a large theoretical capacity (3840mAh/g), but also has a very low standard reduction potential (-3.045V SHE), making it useful as an anode active material for batteries. This can contribute to improving energy density and output characteristics.

다만, 리튬 금속(Li-metal)의 높은 반응성으로 인하여, 리튬 금속 이차전지를 제조하는 과정에 있어서 리튬 금속 음극과 전해액이 접촉되는 즉시, 리튬 금속 음극의 표면에 불균일한 부동태막이 형성되는 문제가 있다.However, due to the high reactivity of lithium metal (Li-metal), there is a problem in which a non-uniform passivation film is formed on the surface of the lithium metal negative electrode as soon as the lithium metal negative electrode and the electrolyte solution come into contact during the manufacturing process of the lithium metal secondary battery. .

이처럼 리튬 금속 음극의 표면에 불균일하게 형성된 부동태막은, 리튬 금속 음극의 활성화를 저해하는 요인이 되며, 나아가 리튬 금속 이차전지의 수명을 단축시키는 요인이 되는 것이다. In this way, the passive film formed unevenly on the surface of the lithium metal anode becomes a factor that inhibits the activation of the lithium metal anode and further shortens the lifespan of the lithium metal secondary battery.

현재까지는, 이러한 문제를 해결하지 못하여, 리튬 금속 이차전지가 상용화되지 못하였다.To date, these problems have not been solved, and lithium metal secondary batteries have not been commercialized.

본 발명은, 앞서 지적한 문제를 해결하기 위한 것으로,The present invention is intended to solve the problem pointed out above,

1) 전지 활성화(formation) 공정의 방전 전압에서, 양극 활물질보다도 우선적으로 리튬 이온을 수용할 수 있는 양극 첨가제를 선택하고, 1) At the discharge voltage of the battery formation process, select a positive electrode additive that can accommodate lithium ions with priority over the positive electrode active material,

2) 일반적인 전지의 활성화(formation) 공정은 충전부터 시작하지만, 상기 양극 첨가제를 적용한 전지의 활성화(formation) 공정은 방전부터 시작한다.2) The formation process of a general battery begins with charging, but the formation process of a battery to which the positive electrode additive is applied begins with discharging.

구체적으로, 본 발명의 일 구현예에서는, Specifically, in one embodiment of the present invention,

리튬 금속 산화물을 포함하는 양극 첨가제; 및 양극 활물질;을 포함하는 양극, 리튬 금속 음극, 및 전해질을 포함하는, 리튬 금속 이차전지를 제조하는 단계; A positive electrode additive containing lithium metal oxide; and a positive electrode active material; manufacturing a lithium metal secondary battery comprising a positive electrode, a lithium metal negative electrode, and an electrolyte;

1.8 V 이상 내지 3.0V 이하의 범위에 도달할 때까지, 상기 리튬 금속 이차전지를 방전하는 단계;Discharging the lithium metal secondary battery until it reaches a range of 1.8 V or more to 3.0 V or less;

4.2V 내지 4.6V의 범위에 도달할 때까지, 상기 방전된 리튬 금속 이차전지를 충전하는 단계; 및 Charging the discharged lithium metal secondary battery until it reaches a range of 4.2V to 4.6V; and

상기 충전된 리튬 금속 이차전지를 숙성(aging)하는 단계;Aging the charged lithium metal secondary battery;

를 포함하는, Including,

리튬 금속 이차전지의 활성화 방법을 제공한다.A method for activating a lithium metal secondary battery is provided.

상기 일 구현예에 따르면, 1) 상기 양극 첨가제의 선택 및 2) 상기 방전부터 시작하는 활성화 공정에 따른 시너지 효과로, 활성화 공정 직후 음극 표면을 균일하게 하고; 활성화 공정 이후의 전지 사이클 과정에서, 음극 표면에의 리튬 이온 탈리/전착이 원활하게 이루어지게끔 하여; 궁극적으로는 전지 수명(용량 유지율)을 개선시킬 수 있다.According to one embodiment, the cathode surface is made uniform immediately after the activation process due to a synergistic effect according to 1) selection of the anode additive and 2) an activation process starting from the discharge; During the battery cycle after the activation process, lithium ion desorption/deposition on the cathode surface occurs smoothly; Ultimately, battery life (capacity maintenance rate) can be improved.

이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail to facilitate understanding of the present invention.

본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~ 를 위한 단계"를 의미하지 않는다.In this specification, when a part “includes” a certain component, this means that it may further include other components rather than excluding other components unless specifically stated to the contrary. As used throughout the specification, the terms “about,” “substantially,” and the like are used to mean at or close to a numerical value when manufacturing and material tolerances inherent in the stated meaning are given, and are used to convey the understanding of the present application. Precise or absolute figures are used to assist in preventing unscrupulous infringers from taking unfair advantage of stated disclosures. As used throughout the specification, the terms “step of” or “step of” do not mean “step for.”

본 명세서에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.In this specification, the term "combination thereof" included in the Markushi format expression means a mixture or combination of one or more components selected from the group consisting of the components described in the Markushi format expression, It means including one or more selected from the group consisting of.

위와 같은 정의를 기반으로, 본 발명의 구현예들을 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이들은 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Based on the above definition, implementation examples of the present invention will be described in detail. However, these are presented as examples, and the present invention is not limited thereby, and the present invention is only defined by the scope of the claims to be described later.

리튬 금속 이차전지의 활성화 방법How to activate a lithium metal secondary battery

본 발명의 일 구현예에서는, In one embodiment of the present invention,

1) 전지 활성화(formation) 공정의 방전 전압에서, 양극 활물질보다도 우선적으로 리튬 이온을 수용할 수 있는 양극 첨가제를 선택하고, 1) At the discharge voltage of the battery formation process, select a positive electrode additive that can accommodate lithium ions with priority over the positive electrode active material,

2) 일반적으로 전지의 활성화(formation) 공정이 충전부터 시작되는 것과 달리, 상기 양극 첨가제를 적용한 전지의 활성화(formation) 공정은 방전부터 시작하는, 리튬 금속 이차전지의 활성화 방법을 제공한다.2) Unlike the general formation process of a battery that begins with charging, the formation process of a battery using the positive electrode additive begins with discharging, providing a method of activating a lithium metal secondary battery.

구체적으로, 상기 일 구현예의 활성화 방법은, Specifically, the activation method of the embodiment is,

리튬 금속 산화물을 포함하는 양극 첨가제; 및 양극 활물질;을 포함하는 양극, 리튬 금속 음극, 및 전해질을 포함하는, 리튬 금속 이차전지를 제조하는 단계; A positive electrode additive containing lithium metal oxide; and a positive electrode active material; manufacturing a lithium metal secondary battery comprising a positive electrode, a lithium metal negative electrode, and an electrolyte;

1.8 V 이상 내지 3.0V 이하의 범위에 도달할 때까지, 상기 리튬 금속 이차전지를 방전하는 단계;Discharging the lithium metal secondary battery until it reaches a range of 1.8 V or more to 3.0 V or less;

4.2V 내지 4.6V의 범위에 도달할 때까지, 상기 방전된 리튬 금속 이차전지를 충전하는 단계; 및 Charging the discharged lithium metal secondary battery until it reaches a range of 4.2V to 4.6V; and

상기 충전된 리튬 금속 이차전지를 숙성(aging)하는 단계;Aging the charged lithium metal secondary battery;

를 포함하는 것이며, It includes,

1) 상기 양극 첨가제의 선택 및 2) 상기 방전부터 시작하는 활성화 공정에 따른 시너지 효과로, 활성화 공정 직후 음극 표면을 균일하게 하고; 활성화 공정 이후의 전지 사이클 과정에서, 음극 표면에의 리튬 이온 탈리/전착이 원활하게 이루어지게끔 하여; 궁극적으로는 전지 수명(용량 유지율)을 개선시킬 수 있다.1) the selection of the positive electrode additive and 2) the synergistic effect of the activation process starting from the discharge, making the cathode surface uniform immediately after the activation process; During the battery cycle after the activation process, lithium ion desorption/deposition on the cathode surface occurs smoothly; Ultimately, battery life (capacity maintenance rate) can be improved.

이하, 1) 상기 양극 첨가제, 2) 상기 방전부터 시작하는 활성화 공정을 상세히 설명하고, 이외 상기 리튬 금속 이차전지의 구성 등을 설명하기로 한다.Hereinafter, 1) the positive electrode additive, 2) the activation process starting from the discharge will be described in detail, and the configuration of the lithium metal secondary battery will be explained.

양극 첨가제anode additive

전술한 바와 같이, 리튬 금속(Li-metal)의 높은 반응성으로 인하여, 리튬 금속 이차전지를 제조하는 과정에 있어서 리튬 금속 음극과 전해액이 접촉되는 즉시, 리튬 금속 음극의 표면에 불균일한 부동태막이 형성되는 문제가 있다.As mentioned above, due to the high reactivity of lithium metal (Li-metal), as soon as the lithium metal negative electrode and the electrolyte solution come into contact in the process of manufacturing a lithium metal secondary battery, a non-uniform passivation film is formed on the surface of the lithium metal negative electrode. there is a problem.

이처럼 리튬 금속 음극의 표면에 부동태막이 불균일하게 형성된 상태에서, 일반적으로 당 업계에 알려진 활성화 방법에 따라 충전 후 방전을 진행하면, 충전 시 리튬 금속 음극의 표면에 리튬 금속이 균일하게 도금되지 못하여 국부적으로 리튬 덴드라이트(dendrite)를 형성하고, 도금된 리튬 금속뿐만 아니라 도금층 하부의 (활성화 이전에 리튬 금속 음극에 이미 포함되어 있던) 리튬 금속마저도 방전 시 탈리시키는 문제가 있다.In this way, with the passivation film formed unevenly on the surface of the lithium metal anode, if charging and discharging are performed according to an activation method generally known in the art, lithium metal is not uniformly plated on the surface of the lithium metal anode during charging, causing localized damage. There is a problem in that lithium dendrite is formed and not only the plated lithium metal but also the lithium metal under the plating layer (which was already included in the lithium metal cathode before activation) is detached during discharge.

이를 해결하기 위해, 전지 조립 후 활성화 공정에서 리튬 금속으로부터 리튬 이온을 먼저 제거함으로써 리튬 금속 표면에 형성된 부동태막 또한 벗겨내어 표면 조성과 형상을 균일하게 함과 동시에 리튬 금속의 표면적을 넓게 하여 리튬 금속의 활성도를 높이는 방법이 제안된 바 있었다. 그러나, 상기 방법을 사용하는 경우, 리튬 금속으로부터 제거되어 나오는 리튬 이온이 양극재에 삽입되어 양극 활물질의 구조 변이, 가역성 저하 등의 문제를 발생시켜 여전히 전지 성능이 저하되는 문제가 있었다.To solve this problem, by first removing lithium ions from the lithium metal in the activation process after battery assembly, the passivation film formed on the surface of the lithium metal is also peeled off to make the surface composition and shape uniform, and at the same time, expand the surface area of the lithium metal, thereby increasing the surface area of the lithium metal. Methods to increase activity have been proposed. However, when using the above method, lithium ions removed from lithium metal are inserted into the positive electrode material, causing problems such as structural variation and reduced reversibility of the positive electrode active material, which still leads to a decrease in battery performance.

상기 일 구현예의 양극 첨가제는, 리튬 금속 이차전지의 성능을 근본적으로 향상시키기 위하여 개발된 것으로, 리튬의 삽입이 가능한 화합물을 1 종 이상 포함한다.The positive electrode additive of the above embodiment was developed to fundamentally improve the performance of lithium metal secondary batteries, and includes one or more compounds capable of inserting lithium.

구체적으로, 상기 일 구현예의 양극 첨가제를 양극에 적용한 리튬 이차전지는, 일반적으로 당 업계에 알려진 활성화 방법과 달리, 전해액의 함침(wetting) 이후 방전부터 시작할 수 있다.Specifically, the lithium secondary battery in which the positive electrode additive of the above embodiment is applied to the positive electrode may begin discharging after wetting of the electrolyte solution, unlike activation methods generally known in the art.

보다 구체적으로, 리튬 금속 음극에 전해액의 함침이 충분히 이루어지면, 앞서 언급한 바와 같이 그 표면에 부동태막이 형성될 수 있다. 이때 전해액 함침을 통해 형성되는 부동태막은 전지 내 함침의 불균일성으로 인해 고르지 못한 특성을 갖게 되고, 이 상태에서 충전을 먼저 수행할 경우 리튬 금속이 불균일하게 도금되어 리튬 덴드라이트를 형성한다. 그에 반면, 이 상태에서 방전부터 시작하면, 리튬 금속 음극 표면으로부터 리튬 이온이 탈리되어 상기 일 구현예의 양극 첨가제에 안정적으로 삽입됨과 동시에, 그 위를 덮고 있던 불균일한 부동태막이 벗겨짐으로써 리튬 금속의 표면 조성과 형상을 균일하게 할 수 있다. More specifically, when the lithium metal anode is sufficiently impregnated with the electrolyte solution, a passivation film may be formed on the surface as mentioned above. At this time, the passivation film formed through electrolyte impregnation has uneven characteristics due to the non-uniformity of impregnation within the battery, and if charging is performed first in this state, lithium metal is plated unevenly to form lithium dendrites. On the other hand, when discharge is started in this state, lithium ions are detached from the surface of the lithium metal negative electrode and stably inserted into the positive electrode additive of the embodiment, and at the same time, the non-uniform passivation film covering the lithium metal is peeled off, thereby changing the surface composition of the lithium metal. and shape can be made uniform.

이처럼 리튬 금속 이차전지의 활성화를 방전부터 시작하면, 부동태막이 형성된 상태에서 충전부터 시작하여 리튬 금속 음극 표면에 리튬의 불균일한 도금이 이루어지는 것과 달리, 부동태막 하부의 리튬 금속이 리튬 이온의 형태로 방전되어 양극 첨가제로 이동하고, 방전 이전에 형성되어 있던 불균일한 부동태막은 탈리되어, 리튬 금속 음극의 표면 조성 및 형상이 균일해질 수 있다.In this way, when activation of a lithium metal secondary battery begins with discharge, unlike the case where lithium is unevenly plated on the surface of the lithium metal negative electrode by starting with charging while the passivation film is formed, the lithium metal under the passivation film is discharged in the form of lithium ions. It moves to the positive electrode additive, and the non-uniform passivation film formed before discharge is detached, so that the surface composition and shape of the lithium metal negative electrode can become uniform.

상기 일 구현예의 양극 첨가제는, 리튬의 삽입이 가능한 화합물을 1 종 이상 포함하며, 양극 활물질보다도 먼저, 방전에 의해 나오는 리튬 이온을 수용할 수 있다. 여기서, 방전에 의해 나오는 리튬 이온은, 앞서 언급한, 부동태막 하부의 리튬 금속이 리튬 이온의 형태로 방전된 것을 의미한다.The positive electrode additive of the embodiment includes one or more compounds capable of inserting lithium, and can accommodate lithium ions released by discharge before the positive electrode active material. Here, lithium ions released by discharge mean that the lithium metal under the passivating film, as mentioned above, is discharged in the form of lithium ions.

이와 관련하여, LCO, LMO, NMO, NCM, LNO, LFP 등 일반적으로 알려진 양극 활물질은, 1.6V(vs Li metal) 수준의 전위에서 리튬 이온이 삽입이 가능한 반면, 상기 일 구현예의 양극 첨가제는 1.8 V 이상 내지 3.0V 이하, 예컨대 2.0V 이상 내지 2.5V 이하(vs Li metal) 수준에서 리튬 이온의 삽입이 가능한 것일 수 있다.In this regard, generally known positive electrode active materials such as LCO, LMO, NMO, NCM, LNO, and LFP allow lithium ions to be inserted at a potential of 1.6V (vs Li metal), while the positive electrode additive of the embodiment has a potential of 1.8V. Insertion of lithium ions may be possible at a level of V or more and 3.0 V or less, for example, 2.0 V or more and 2.5 V or less (vs Li metal).

따라서, 상기 일 구현예의 양극 첨가제를 통상의 양극 활물질과 함께 양극에 적용하고, 그에 따른 리튬 금속 이차전지를 2.0V 내지 2.5V의 범위에 도달할 때까지 방전시키면, 통상의 양극 활물질보다도 상기 일 구현예의 양극 첨가제에 먼저 리튬 이온이 삽입될 수 있다.Therefore, when the positive electrode additive of the above embodiment is applied to the positive electrode along with a typical positive electrode active material, and the resulting lithium metal secondary battery is discharged until it reaches the range of 2.0V to 2.5V, the positive electrode additive of the above embodiment is more effective than the typical positive electrode active material. Lithium ions may first be inserted into the positive electrode additive in the example.

상기 일 구현예의 양극 첨가제는, 리튬 바나듐 산화물 또는 리튬 티탄 산화물일 수 있고, 예컨대 하기 화학식 1로 표시되는 것일 수 있다:The positive electrode additive of the embodiment may be lithium vanadium oxide or lithium titanium oxide, and may be, for example, represented by the following Chemical Formula 1:

[화학식 1] LixMyAz [Formula 1] Li x M y A z

상기 화학식 1에서, M은 Ti 또는 V이고, A는 O 이고, 0.8 ≤x≤3.2, 0.8≤y≤3.2, 2.8≤z≤8.2이며, 상기 y 및 z는, M의 산화수 및 A의 산화수에 따라 결정된다.In Formula 1, M is Ti or V, A is O, 0.8≤x≤3.2, 0.8≤y≤3.2, 2.8≤z≤8.2, and y and z are the oxidation number of M and the oxidation number of A. It is decided depending on

상기 화학식 1로 표시되는 화합물은, 전술한 바와 같이, 일반적으로 알려진 양극 활물질보다도 먼저, 리튬 이온이 삽입되기에 적합한 결정 구조를 가질 수 있다.As described above, the compound represented by Formula 1 may have a crystal structure suitable for inserting lithium ions before generally known positive electrode active materials.

보다 구체적으로, 상기 일 구현예의 양극 첨가제는, 하기 화학식 1-1 또는 1-2로 표시되는 화합물로 표시되는 화합물일 수 있다.More specifically, the positive electrode additive of one embodiment may be a compound represented by the following formula 1-1 or 1-2.

[화학식 1-1] Lix1My1Oz1 [Formula 1-1] Li x1 M y1 O z1

상기 화학식 1-1에서, M은 Ti 또는 V이고, 0.8 ≤x1≤1.2, 2.8≤y1≤3.2, 7.8≤z1≤8.2이다.In Formula 1-1, M is Ti or V, and 0.8≤x1≤1.2, 2.8≤y1≤3.2, 7.8≤z1≤8.2.

[화학식 1-2] Lix2My2Oz2 [Formula 1-2] Li x2 M y2 O z2

상기 화학식 1-2에서, M은 Ti 또는 V이고, 0.8 ≤x2≤1.2, 0.8≤y2≤1.2, 2.8≤z2≤3.2이다.In Formula 1-2, M is Ti or V, and 0.8≤x2≤1.2, 0.8≤y2≤1.2, 2.8≤z2≤3.2.

예를 들어, 상기 일 구현예의 양극 첨가제로는, LiV3O8 및 LiVO3 1종을 단독으로 적용할 수 있고, 이들의 혼합물 또는 복합물을 적용할 수도 있다. 여기서 복합물은, 각각의 1차 입자가 집합된 2차 입자의 형태일 수도 있고, 어느 하나의 화합물 1차 입자 또는 2차 입자의 표면에 다른 화합물 1차 입자 또는 2차 입자가 코팅된 코어-쉘 구조를 가질 수도 있다. 다만, 이러한 예시에 이하여 본 발명이 제한되는 것은 아니다.For example, as the positive electrode additive of one embodiment, LiV 3 O 8 and LiVO 3 may be used individually, or a mixture or composite thereof may be used. Here, the composite may be in the form of secondary particles in which individual primary particles are aggregated, or a core-shell in which the surface of one compound primary particle or secondary particle is coated with another compound primary particle or secondary particle. It can also have a structure. However, the present invention is not limited to these examples.

한편, 상기 일 구현예의 양극 첨가제는, 방전부터 시작되는 활성화 과정에서, 리튬이 삽입된 후, 하기 화학식 2로 표시되는 화합물로 전환될 수 있다.Meanwhile, the positive electrode additive of the embodiment may be converted to a compound represented by the following formula (2) after lithium is inserted during the activation process starting from discharge.

[화학식 2] Lix+aMyAz [Formula 2] Li x+a M y A z

상기 화학식 2에서, 0.8≤a≤1.2이고, M, A, x, y, 및 z는 각각 상기 화학식 1과 동일하다.In Formula 2, 0.8≤a≤1.2, and M, A, x, y, and z are each the same as Formula 1.

예를 들어, 상기 화학식 1-1 또는 1-2로 표시되는 화합물의 경우, 각각 하기 화학식 2-1 또는 2-2로 전환될 수 있다.For example, in the case of a compound represented by Formula 1-1 or 1-2, it can be converted to Formula 2-1 or 2-2, respectively.

[화학식 2-2] Lix1+a1My1Oz1 [Formula 2-2] Li x1+a1 M y1 O z1

상기 화학식 1-1에서, 0.8≤a1≤1.2이고, M, A, x, y, 및 z는 각각 상기 화학식 1-1과 동일하다.In Formula 1-1, 0.8≤a1≤1.2, and M, A, x, y, and z are each the same as Formula 1-1.

[화학식 2-2]Lix2+a2My2Oz2 [Formula 2-2]Li x2+a2 M y2 O z2

상기 화학식 2-2에서, 0.8≤a2≤1.2이고, M, A, x, y, 및 z는 각각 상기 화학식 1-2과 동일하다.In Formula 2-2, 0.8≤a2≤1.2, and M, A, x, y, and z are each the same as Formula 1-2.

구체적으로, 상기 화학식 1-1 또는 1-2로 표시되는 화합물은, 일반적인 양극 활물질들의 구조 변이 전압인 1.6V(vs Li metal)보다 높고 일반적인 이차전지의 작동전압인 3.0V 내지 4.3V (vs Li metal)보다는 낮은 범위에서 리튬 이온의 삽입이 가능하다. Specifically, the compound represented by Formula 1-1 or 1-2 is higher than 1.6V (vs Li metal), which is the structural transition voltage of common positive electrode active materials, and is 3.0V to 4.3V (vs Li), which is the operating voltage of a typical secondary battery. Insertion of lithium ions is possible in a range lower than that of metal).

이에, 상기 화학식 1-1 또는 1-2로 표시되는 화합물을 양극에 적용한 리튬 금속 이차전지를 2.0V 내지 2.5V의 범위에 도달할 때까지 방전시키는 경우 활성화 공정에서, 상기 양극 활물질보다도 먼저 리튬 이온의 삽입이 가능할 수 있다. Accordingly, when a lithium metal secondary battery to which the compound represented by Formula 1-1 or 1-2 is applied to the positive electrode is discharged until it reaches the range of 2.0V to 2.5V, in the activation process, lithium ions are generated before the positive electrode active material. Insertion may be possible.

다만, 상기 화학식 1-1 또는 1-2로 표시되는 화합물의 경우, 일반적인 이차전지의 작동전압 3.0V 내지 4.3V(vs Li metal)에서는, 리튬 이온의 가역적인 삽입 및 탈리가 불가할 수 있다.However, in the case of the compound represented by Formula 1-1 or 1-2, reversible insertion and desorption of lithium ions may not be possible at the operating voltage of 3.0V to 4.3V (vs Li metal) of a typical secondary battery.

활성화 공정activation process

상기 일 구현예의 양극 첨가제를 적용한 리튬 금속 전지의 활성화 공정(즉, 방전, 충전, 및 숙성의 일련의 단계)이 적어도 1회 수행되면, 전술한 일 구현예의 양극 첨가제의 효과로, 상기 리튬 금속 음극의 표면을 고르게 할 수 있다. 이에, 활성화 이후 추가 공정 없이도, 충방전 사이클이 안정적으로 진행될 수 잇고, 장기 구동이 가능할 수 있다.When the activation process (i.e., a series of steps of discharging, charging, and aging) of a lithium metal battery to which the positive electrode additive of the embodiment is applied is performed at least once, due to the effect of the positive electrode additive of the above-described embodiment, the lithium metal negative electrode The surface can be made even. Accordingly, the charge/discharge cycle can proceed stably without additional processes after activation, and long-term operation can be possible.

상기 일련의 단계는 적어도 1회 수행되어야 하며, 2 회 이상 수행될 수도 있다. 2 회 이상 수행될 경우, 전술한 효과가 상승될 수 있으나, 이에 의해 본 발명이 제한되는 것은 아니다.The above series of steps must be performed at least once, and may be performed twice or more. When performed two or more times, the above-described effects may be increased, but the present invention is not limited thereby.

일반적인 활성화 공정의 경우, 제조된 이차전지의 전해액 함침이 완료되면, 충방전 과정 및 에이징 과정을 거쳐 수행된다. 이때, 보통은 Li을 양이온이 포함하고 있으므로, Li 이온이 양극에서 음극으로 이동하는 충전 과정이 방전 과정보다 앞선다.In the case of a general activation process, once the electrolyte impregnation of the manufactured secondary battery is completed, it is performed through a charging/discharging process and an aging process. At this time, since positive ions usually contain Li, the charging process in which Li ions move from the anode to the cathode precedes the discharging process.

그에 반면, 전술한 바와 같이, 상기 일 구현예의 활성화 방법에 따르면, 전해액 주입 즉시 불균일하게 부동태막을 제거하고, 리튬 금속 음극의 표면의 조성과 형상을 제어하기 위해, 전해액 함침이 완료 후 충전지 아닌 방전 과정부터 수행한다. 이에 따라, 리튬 금속 음극의 표면을 고르게 하며 그 표면적을 넓게 하여. 활성도를 높일 수 있다.On the other hand, as described above, according to the activation method of the embodiment, the passivation film is removed unevenly immediately upon injection of the electrolyte, and in order to control the composition and shape of the surface of the lithium metal anode, a discharge process is performed rather than a rechargeable battery after electrolyte impregnation is completed. Perform from Accordingly, the surface of the lithium metal cathode is evened and its surface area is expanded. Activity can be increased.

구체적으로, 상기 방전 단계는, 전술한 일 구현예의 첨가제에 리튬을 삽입시킬 수 있는 전위인, 3.0V(vs Li metal) 이하로 수행될 수 있다.Specifically, the discharging step may be performed at 3.0V (vs Li metal) or less, which is the potential at which lithium can be inserted into the additive of the above-described embodiment.

보다 구체적으로, 상기 방전 단계는, 일반적으로 당 업계에 알려진 조건으로 수행될 수 있고, 1/50C 이상 내지 1C 이하, 예컨대 1/20C 이상 내지 1C 이하의 정전류를 사용하여, 3분 이상 내지 5시간 이하, 예컨대 30분 내지 2시간 동안 방전시키고, 방전 종지 전압을 1.8 V 이상 내지 3.0V 이하, 예컨대 2.0V 이상 내지 2.5V 이하로 하는 것일 수 있다.More specifically, the discharging step may be performed under conditions generally known in the art, using a constant current of 1/50C or more and 1C or less, such as 1/20C or more and 1C or less, for 3 minutes or more to 5 hours. Hereinafter, the discharge may be performed for, for example, 30 minutes to 2 hours, and the discharge end voltage may be set to 1.8 V or more and 3.0 V or less, for example, 2.0 V or more and 2.5 V or less.

상기 방전 단계 이후의 충전 단계 역시, 일반적으로 당 업계에 알려진 조건으로 수행될 수 있고, 1/10 C 이상 내지 1/3 C 이하의 정전류 및 정전압으로 30분 이상 내지 15 시간 이하, 예컨대 30분 내지 10시간 동안 충전시키고, 충전 종지 전압을 4.2V 이상 내지 4.6V, 예컨대 4.3 V 이상 4.4V 이하로 하는 것일 수 있다.The charging step after the discharging step can also be performed under conditions generally known in the art, and can be carried out at a constant current and constant voltage of 1/10 C or more to 1/3 C or more for 30 minutes to 15 hours, for example, 30 minutes to 15 hours. It may be charged for 10 hours, and the charging end voltage may be 4.2V or more to 4.6V, for example, 4.3 V or more and 4.4V or less.

또한, 상기 충전 단계 이후의 에이징 단계는, 각 전극에 전해액을 다시금 충분히 함침시키며, 이전 단계에서 활성화된 전지를 안정시키기 위해, 일정 온도 및 습도에서 전지셀을 방치하는 공정일 수 있다. 이러한 에이징 단계에 따라, 전지 내부에서 전해액의 고른 확산이 이루어지고, 이처럼 확산된 전해액이 각 전극에 균일하게 함침될 수 있다. 상기 에이징 단계 또한 일반적으로 당 업계에 알려진 조건으로 수행될 수 있고, 20 내지 30 ℃, 예컨대 상온에서, 약 7일 내지 30일동안 이루어질 수 있으며 상기 활성화를 위한 충방전 전후 또는 중간에 2회 이상 반복될 수 있다.Additionally, the aging step after the charging step may be a process of sufficiently impregnating each electrode with the electrolyte solution again and leaving the battery cells at a certain temperature and humidity to stabilize the cells activated in the previous step. According to this aging step, the electrolyte is evenly spread inside the battery, and the spread electrolyte can be uniformly impregnated into each electrode. The aging step may also be performed under conditions generally known in the art, and may be performed at 20 to 30° C., for example, at room temperature, for about 7 to 30 days, and may be repeated two or more times before, after, or in the middle of charging and discharging for the activation. It can be.

양극anode

본 발명의 다른 일 구현예에서는, 양극 집전체; 및 상기 양극 집전체의 일면 또는 양면에 위치하고, 전술한 일 구현예의 양극 첨가제 및 양극 활물질을 포함하는, 양극 합제층;을 포함하는, 리튬 금속 이차전지용 양극을 제공한다.In another embodiment of the present invention, a positive electrode current collector; and a positive electrode mixture layer located on one or both sides of the positive electrode current collector and containing the positive electrode additive and the positive electrode active material of the above-described embodiment.

이는, 전술한 일 구현예의 양극 첨가제가 적용된 것이므로, 전술한 매커니즘을 구현하여 리튬 금속 음극의 활성화에 기여할 수 있는 것이다.This is because the positive electrode additive of the above-described embodiment is applied, and thus can contribute to the activation of the lithium metal negative electrode by implementing the above-described mechanism.

상기 일 구현예의 양극 첨가제에 대해서는 앞서 상세히 설명하였기에, 이하에서는 전술한 내용과 중복되지 않는 설명만을 기재한다.Since the positive electrode additive of the above-described embodiment has been described in detail previously, only descriptions that do not overlap with the above-described content will be described below.

상기 일 구현예의 양극에 있어서, 전술한 일 구현예의 양극 첨가제는, 상기 양극 합제층의 전체 중량(100 중량%) 중 0.1 내지 25 중량%으로 포함될 수 있다. 이 범위에서, 상기 일 구현예의 양극 첨가제에 의하여 음극의 활성화가 이루어지면서도, 이와 함께 포함되는 적정량의 양극 활물질에 의한 용량 발현이 가능하다.In the positive electrode of one embodiment, the positive electrode additive of the above-described embodiment may be included in an amount of 0.1 to 25% by weight based on the total weight (100% by weight) of the positive electrode mixture layer. Within this range, the cathode is activated by the cathode additive of the above-described embodiment, and capacity can be developed by an appropriate amount of the cathode active material included therewith.

구체적으로, 전술한 일 구현예의 양극 첨가제 중에서도, 상기 화학식 1-1 또는 1-2로 표시되는 리튬 금속 산화물이 포함되는 경우, 해당 양극 첨가제는 상기 양극 합제층의 전체 중량(100 중량%) 중 0.1 내지 5 중량%으로 포함될 수 있다. Specifically, among the positive electrode additives of the above-described embodiment, when the lithium metal oxide represented by Chemical Formula 1-1 or 1-2 is included, the positive electrode additive is 0.1% of the total weight (100% by weight) of the positive electrode mixture layer. It may be included in 5 to 5% by weight.

상기 범위의 상한을 초과하여 다량 포함될 경우, 앞서 설명한 바와 같이, 활성화 이후 전지의 작동 전압에서는 용량을 발현하지 않고, 이차전지의 에너지 밀도를 저하시킬 수 있음을 고려한 것이다. 또한, 상기 범위의 하한은, 활성화 과정에서 음극 표면으로부터 제거된 부동태막 성분(즉, 리튬 이온)을 수용할 수 있는, 최소량을 고려한 것이다. 다만, 상기 범위는 예시일 뿐, 이에 의해 본 발명이 제한되는 것은 아니다.This is taken into consideration that, if contained in a large amount exceeding the upper limit of the above range, capacity may not be developed at the operating voltage of the battery after activation and the energy density of the secondary battery may be reduced, as described above. Additionally, the lower limit of the above range takes into account the minimum amount that can accommodate the passivation film component (i.e., lithium ions) removed from the cathode surface during the activation process. However, the above range is only an example, and the present invention is not limited thereto.

상기 범위의 하한은, 상기 화학식 1-1 또는 1-2로 표시되는 리튬 금속 산화물과 마찬가지로, 활성화 과정에서 음극 표면으로부터 제거된 부동태막 성분(즉, 리튬 이온)을 수용할 수 있는, 최소량을 고려한 것이다. The lower limit of the range is, similar to the lithium metal oxide represented by Formula 1-1 or 1-2, considering the minimum amount that can accommodate the passivation film component (i.e., lithium ion) removed from the cathode surface during the activation process. will be.

한편, 상기 일 구현예의 양극에 있어서, 상기 양극 첨가제 이외의 구성 요소는, 당 업계에 일반적으로 알려진 것을 채택할 수 있다. Meanwhile, in the positive electrode of the above embodiment, components other than the positive electrode additive may be those generally known in the art.

예를 들어, 상기 일 구현예의 양극은, 양극 집전체의 일면 또는 양면에 양극 활물질 및 상기 양극 첨가제를 포함하는 혼합물을 도포한 후 건조하여 양극 합제를 형성함으로써 제조될 수 있고, 필요에 따라, 도전재, 바인더, 및 충진제를 더 첨가할 수 있다.For example, the positive electrode of the embodiment may be manufactured by applying a mixture containing a positive electrode active material and the positive electrode additive to one or both sides of a positive electrode current collector and drying it to form a positive electrode mixture, and, if necessary, conductive Additional ash, binders, and fillers may be added.

상기 양극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 마이크로미터의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체 및 연장 집전부는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 양극 집전체 및 연장 집전부는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.The positive electrode current collector is generally made to have a thickness of 3 to 500 micrometers. These positive electrode current collectors and extension current collectors are not particularly limited as long as they have high conductivity without causing chemical changes in the battery, for example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, or aluminum. Surface treatment of stainless steel with carbon, nickel, titanium, silver, etc. can be used. The positive electrode current collector and extended current collector can increase the adhesion of the positive electrode active material by forming fine irregularities on its surface, and can be in various forms such as films, sheets, foils, nets, porous materials, foams, and non-woven materials.

상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3, 화학식 LiFexMnyCozPO4 (여기서, x, y, z≥0, x+y+z=1 임)으로 표현되는 리튬 금속 인산염 화합물 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.The positive electrode active material may be a layered compound such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) or lithium nickel oxide (LiNiO 2 ) or a compound substituted with one or more transition metals; Lithium manganese oxide with the formula Li 1+x Mn 2-x O 4 (where x is 0 to 0.33), LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 , LiMnO 2 , etc.; lithium copper oxide (Li 2 CuO 2 ); Vanadium oxides such as LiV 3 O 8 , LiFe 3 O 4 , V 2 O 5 , and Cu 2 V 2 O 7 ; Ni site-type lithium nickel oxide represented by the formula LiNi 1-x M x O 2 (where M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B or Ga and x = 0.01 to 0.3); Chemical formula LiMn 2 - x M Lithium manganese complex oxide expressed as Ni, Cu or Zn); LiMn 2 O 4 in which part of Li in the chemical formula is replaced with an alkaline earth metal ion; disulfide compounds; Fe 2 (MoO 4 ) 3 , lithium metal phosphate compounds expressed by the chemical formula LiFe x Mn y Co z PO 4 (where x, y, z≥0, x+y+z=1), etc. It is not limited to these alone.

상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.The conductive material is typically added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the mixture including the positive electrode active material. These conductive materials are not particularly limited as long as they have conductivity without causing chemical changes in the battery, and examples include graphite such as natural graphite or artificial graphite; Carbon black such as carbon black, acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber; Metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; Conductive whiskeys such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives may be used.

상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.The binder is a component that assists in the bonding of the active material and the conductive material and the bonding to the current collector, and is usually added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the mixture containing the positive electrode active material. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, and polyethylene. , polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butyrene rubber, fluorine rubber, and various copolymers.

상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.The filler is selectively used as a component to suppress expansion of the positive electrode, and is not particularly limited as long as it is a fibrous material that does not cause chemical changes in the battery. For example, olipine polymers such as polyethylene and polypropylene; Fibrous materials such as glass fiber and carbon fiber are used.

다만, 위의 내용들은, 당 업계에 일반적으로 알려진 구성 요소 및 방법을 예시한 것뿐이며, 얼마든지 당업자의 기술적인 상식에 따라 변형 가능한 것이다.However, the above contents merely exemplify components and methods generally known in the art, and may be modified according to the technical common sense of those skilled in the art.

리튬 금속 이차전지Lithium metal secondary battery

참고로, 탄소계 물질을 도포한 음극을 사용한 기존 리튬 이온 이차전지에 대하여, 일 구현예의 양극 첨가제를 적용하는 경우, 전지의 과방전 시 음극의 전위가 구리 금속의 이온화 전위(3.56V vs.Li/Li+)를 넘지 못하도록 제한하는 역할을 하여, 음극 집전체인 구리 호일이 부식되지 않도록 할 수 있다. For reference, when applying the positive electrode additive of one embodiment to an existing lithium ion secondary battery using a negative electrode coated with a carbon-based material, the potential of the negative electrode during overdischarge of the battery is lower than the ionization potential of copper metal (3.56V vs. Li). /Li + ), it can prevent the copper foil, which is the negative electrode current collector, from corroding.

그에 반면, 상기 일 구현예의 리튬 금속 이차전지에 있어서, 상기 리튬 금속 음극은, 음극 집전체; 및 상기 음극 집전체의 일면 또는 양면에 위치하며, 리튬 금속(Li-metal) 또는 리튬 합금(Li-alloy)을 포함하는 박막;을 포함하는 일 수 있다. On the other hand, in the lithium metal secondary battery of one embodiment, the lithium metal negative electrode includes: a negative electrode current collector; and a thin film located on one or both sides of the negative electrode current collector and containing lithium metal (Li-metal) or lithium alloy (Li-alloy).

다시 말해, 상기 일 구현예의 리튬 금속 이차전지에 있어서, 음극 집전체인 구리 호일에 리튬 금속이 부착되어 있고 충분한 양의 리튬이 음극에서 공급될 수 있다. 이에, 과방전이 일어나더라도 음극의 전위가 구리 금속의 이온화 전위를 넘어가지 않고 0V (vs. Li/Li+)를 유지하기 때문에 기존 리튬 이온 이차전지에서 발생하는 구리 호일 음극 집전체의 부식 현상이 발생하지 않아 기존 리튬 이온 이차전지에 적용하던 양극 첨가제의 목적으로 상기 물질을 적용할 이유가 없다. In other words, in the lithium metal secondary battery of the above embodiment, lithium metal is attached to the copper foil, which is the negative electrode current collector, and a sufficient amount of lithium can be supplied from the negative electrode. Accordingly, even if overdischarge occurs, the potential of the negative electrode does not exceed the ionization potential of copper metal and is maintained at 0V (vs. Li/Li + ), causing corrosion of the copper foil negative electrode current collector that occurs in existing lithium-ion secondary batteries. Therefore, there is no reason to apply the above material for the purpose of a positive electrode additive used in existing lithium-ion secondary batteries.

오히려, 상기 일 구현예의 리튬 금속 이차전지에 전술한 일 구현예의 양극 첨가제를 적용하는 것은, 활성화 공정에서 리튬 금속 표면의 조성과 형상을 제어할 수 있는 방전 과정이 필요하며, 전술한 바와 같은 첨가제에 의해 리튬 이온을 받아들여 양극 활물질의 구조 변이를 방지하는 효과를 얻고자 함이다. Rather, applying the positive electrode additive of the above-described embodiment to the lithium metal secondary battery of the embodiment requires a discharge process that can control the composition and shape of the lithium metal surface in the activation process, and the additive as described above is required. This is to achieve the effect of preventing structural variation of the positive electrode active material by accepting lithium ions.

상기 일 구현예의 양극 첨가제에 대해서는 앞서 상세히 설명하였기에, 이하에서는 전술한 내용과 중복되지 않는 설명만을 기재한다.Since the positive electrode additive of the above-described embodiment has been described in detail previously, only descriptions that do not overlap with the above-described content will be described below.

상기 리튬 금속 이차전지는, 상기 일 구현예의 양극 및 상기 리튬 금속 음극 사이에 위치하는 분리막;을 더 포함하고, 상기 전해질이 상기 분리막에 함침된 것일 수 있다. The lithium metal secondary battery may further include a separator positioned between the positive electrode and the lithium metal negative electrode of the embodiment, and the electrolyte may be impregnated into the separator.

이러한 구조는, 당 업계에 일반적으로 알려진 방법에 따르되, 상기 일 구현예의 양극 및 상기 리튬 금속 음극을 사용하고, 그 사이에 분리막을 게재하여 전극 조립체를 제조한 뒤, 그 전극 조립체를 전지 케이스에 내장시키고, 분리막에 전해액을 주입함으로써 형성할 수 있다.This structure follows a method generally known in the art, using the positive electrode and the lithium metal negative electrode of one embodiment, placing a separator between them to manufacture an electrode assembly, and then embedding the electrode assembly in a battery case. It can be formed by injecting an electrolyte solution into the separator.

상기 분리막에 주입된 전해액에 의하여, 상기 리튬 금속 음극이 충분히 젖은 상태에서, 전술한 바와 같이 방전 후 충전하여 활성화를 진행할 수 있다.With the electrolyte solution injected into the separator, the lithium metal anode can be activated by charging after discharging as described above while the lithium metal anode is sufficiently wet.

한편, 상기 일 구현예의 리튬 금속 이차전지에 있어서, 상기 양극 첨가제 및 이를 포함하는 양극 이외의 구성 요소는, 당 업계에 일반적으로 알려진 것을 채택할 수 있다. Meanwhile, in the lithium metal secondary battery of the above embodiment, components other than the positive electrode additive and the positive electrode containing the same may be those generally known in the art.

상기 리튬 금속 음극은 평면상의 음극 집전체의 일면 또는 양면에 리튬 금속을 증착하거나, 리튬 호일을 압연함으로써 제조할 수 있다. 이때, 상기 음극 집전체는 상세하게는, 구리 호일일 수 있다.The lithium metal negative electrode can be manufactured by depositing lithium metal on one or both sides of a flat negative electrode current collector or rolling lithium foil. At this time, the negative electrode current collector may be specifically a copper foil.

상기 구리 호일은 일반적으로 3 내지 100 마이크로미터의 두께로 만들 수 있고, 이러한 구리 호일에 형성되는 금속 리튬은, 예를 들어, 1 내지 300 마이크로미터의 두께로 형성될 수 있다. 이와 달리, 리튬 금속만으로 이루어진 음극을 사용할 수도 있다.The copper foil can generally be made to have a thickness of 3 to 100 micrometers, and the metal lithium formed in this copper foil can be formed to have a thickness of, for example, 1 to 300 micrometers. Alternatively, a negative electrode made only of lithium metal may be used.

상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 마이크로미터이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 마이크로미터다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.The separator is sandwiched between the anode and the cathode, and a thin insulating film with high ion permeability and mechanical strength is used. The pore diameter of the separator is generally 0.01 to 10 micrometers, and the thickness is typically 5 to 300 micrometers. Such separators include, for example, olefin-based polymers such as chemical-resistant and hydrophobic polypropylene; Sheets or non-woven fabrics made of glass fiber or polyethylene are used. When a solid electrolyte such as a polymer is used as the electrolyte, the solid electrolyte may also serve as a separator.

상기 전극 조립체는, 그 구조가 한정되지 아니하고, 양극, 분리막, 음극을 단위 전극으로 타발하여 적층하는 형태의 적층형 전극조립체, 양극 시트, 분리막, 음극 시트를 적층하여 권취하는 젤리-롤형 전극조립체, 또는 단위전극을 시트상의 분리필름에 배열하고 권취하는 스택 앤 폴딩형 전극조립체일 수 있다. The electrode assembly is not limited in structure, and may include a stacked electrode assembly in which the anode, separator, and cathode are punched and stacked as unit electrodes, a jelly-roll type electrode assembly in which the anode sheet, separator, and cathode sheet are laminated and wound, or It may be a stack-and-fold type electrode assembly in which unit electrodes are arranged and wound on a sheet-like separation film.

상기 전지 케이스는, 알루미늄 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 전지케이스, 금속 캔으로 이루어진 각형 또는 원통형 전지케이스일 수 있다.The battery case may be a pouch-shaped battery case made of aluminum laminated sheet, or a square or cylindrical battery case made of a metal can.

상기 전해액은, 리튬 이차전지 제조시 사용 가능한 유기계 액체 전해질, 무기계 액체 전해질, 고체 고분자 전해질, 겔형 고분자 전해질, 고체 무기 전해질, 용융형 무기 전해질 등을 들 수 있으며, 이들로 한정되는 것은 아니다. The electrolyte solution may include, but is not limited to, an organic liquid electrolyte, an inorganic liquid electrolyte, a solid polymer electrolyte, a gel-type polymer electrolyte, a solid inorganic electrolyte, and a molten inorganic electrolyte that can be used when manufacturing a lithium secondary battery.

구체적으로, 상기 유기계 액체 전해질, 즉 전해액은 유기 용매 및 리튬염을 포함할 수 있다. Specifically, the organic liquid electrolyte, that is, the electrolyte solution, may include an organic solvent and a lithium salt.

상기 유기 용매로는 전지의 전기 화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 할 수 있는 것이라면 특별한 제한없이 사용될 수 있다. 구체적으로 상기 유기 용매로는, 메틸 아세테이트(methyl acetate), 에틸 아세테이트(ethyl acetate), γ-부티로락톤(γ-butyrolactone), ε-카프로락톤(ε-caprolactone) 등의 에스테르계 용매; 디부틸 에테르(dibutyl ether) 또는 테트라히드로퓨란(tetrahydrofuran) 등의 에테르계 용매; 시클로헥사논(cyclohexanone) 등의 케톤계 용매; 벤젠(benzene), 플루오로벤젠(fluorobenzene) 등의 방향족 탄화수소계 용매; 디메틸카보네이트(dimethylcarbonate, DMC), 디에틸카보네이트(diethylcarbonate, DEC), 메틸에틸카보네이트(methylethylcarbonate, MEC), 에틸메틸카보네이트(ethylmethylcarbonate, EMC), 에틸렌카보네이트(ethylene carbonate, EC), 프로필렌카보네이트(propylene carbonate, PC) 등의 카보네이트계 용매; 디메톡시에테인(dimethoxyethane, DME), 디에틸에테르(diethyl ether), 에틸렌글리콜디메틸에테르(ethylene glycol dimethyl ether, EGDME), 테트라에틸렌글리콜디메틸에테르 (tetraethylene glycol dimethyl ether, TEGDME) 등의 에테르계 용매; 1,3-디옥솔란(1,3-dioxolane, DOL) 등의 디옥솔란류; 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran, THF), 2메틸테트라하이드로퓨란(2-methyltetrahydrofuran, 2MeTHF) 등의 퓨란류; 에틸알코올, 이소프로필 알코올 등의 알코올계 용매; R-CN(R은 C2 내지 C20의 직쇄상, 분지상 또는 환 구조의 탄화수소기이며, 이중결합 방향 환 또는 에테르 결합을 포함할 수 있다) 등의 니트릴류; 디메틸포름아미드 등의 아미드류; 또는 설포란(sulfolane)류 등이 사용될 수 있다. 이중에서도 카보네이트계 용매 또는 에테르계 용매가 바람직하고, 전지의 충방전 성능을 높일 수 있는 높은 이온전도도 및 고유전율을 갖는 환형 카보네이트(예를 들면, 에틸렌카보네이트 또는 프로필렌카보네이트 등)와, 저점도의 선형 카보네이트계 화합물(예를 들면, 에틸메틸카보네이트, 디메틸카보네이트 또는 디에틸카보네이트 등)의 혼합물이 보다 바람직하다. 이 경우 환형 카보네이트와 사슬형 카보네이트는 약 1:1 내지 약 1:9의 부피비로 혼합하여 사용하는 것이 전해액의 성능이 우수하게 나타날 수 있다. The organic solvent may be used without particular limitation as long as it can serve as a medium through which ions involved in the electrochemical reaction of the battery can move. Specifically, the organic solvent includes ester solvents such as methyl acetate, ethyl acetate, γ-butyrolactone, and ε-caprolactone; Ether-based solvents such as dibutyl ether or tetrahydrofuran; Ketone-based solvents such as cyclohexanone; Aromatic hydrocarbon solvents such as benzene and fluorobenzene; Dimethylcarbonate (DMC), diethylcarbonate (DEC), methylethylcarbonate (MEC), ethylmethylcarbonate (EMC), ethylene carbonate (EC), propylene carbonate Carbonate-based solvents such as PC); Ether-based solvents such as dimethoxyethane (DME), diethyl ether, ethylene glycol dimethyl ether (EGDME), and tetraethylene glycol dimethyl ether (TEGDME); Dioxolanes such as 1,3-dioxolane (DOL); Furans such as tetrahydrofuran (THF) and 2-methyltetrahydrofuran (2MeTHF); 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; Alternatively, sulfolane, etc. may be used. Among these, carbonate-based solvents or ether-based solvents are preferable, and cyclic carbonates (e.g., ethylene carbonate or propylene carbonate, etc.) with high ionic conductivity and high dielectric constant that can improve the charging and discharging performance of the battery, and low-viscosity linear carbonates. A mixture of carbonate-based compounds (e.g., ethylmethyl carbonate, dimethyl carbonate, or diethyl carbonate) is more preferable. In this case, the performance of the electrolyte can be excellent when the cyclic carbonate and the chain carbonate are mixed and used in a volume ratio of about 1:1 to about 1:9.

리튬 금속의 가역적인 충방전 성능을 높일 수 있는 환원 안정성이 우수한 선형 에테르(예를 들면, 디메톡시에테르, 에틸렌글리콜디메틸에테르 등)와 환형 디옥솔란의 혼합물 또한 사용될 수 있다.A mixture of linear ether (e.g., dimethoxy ether, ethylene glycol dimethyl ether, etc.) and cyclic dioxolane with excellent reduction stability that can increase the reversible charge/discharge performance of lithium metal can also be used.

상기 리튬염은 리튬 이차전지에서 사용되는 리튬 이온을 제공할 수 있는 화합물이라면 특별한 제한없이 사용될 수 있다. 구체적으로 상기 리튬염은, LiPF6, LiClO4, LiAsF6, LiBF4, LiSbF6, LiAl04, LiAlCl4, LiCF3SO3, LiC4F9SO3, LiN(C2F5SO3)2, LiN(C2F5SO2)2, LiN(CF3SO2)2. LiCl, LiI, 또는 LiB(C2O4)2 등이 사용될 수 있다. 상기 리튬염의 농도는 0.1M 내지 2.0M 범위 내에서 사용하거나 2.0M 내지 6.0M 범위 내로 할 수 있다. 리튬염의 농도가 0.1M 내지 2.0M 범위에 포함되면, 전해질이 적절한 전도도 및 점도를 가지므로 우수한 전해질 성능을 나타낼 수 있고, 리튬 이온이 효과적으로 이동할 수 있다. 리튬염의 농도가 2.0M 내지 6.0M 범위에 포함되면, 리튬의 transference number가 증가하여 리튬 이온이 효과적으로 이동하며, 전해액 용매가 모두 리튬염에 배위하여 전해액 용매의 산화 및 환원 안정성이 개선되고, 리튬 금속 및 집전체의 부식을 억제할 수 있다.The lithium salt can be used without particular restrictions as long as it is a compound that can provide lithium ions used in lithium secondary batteries. 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 . LiCl, LiI, or LiB(C 2 O 4 ) 2 may be used. The concentration of the lithium salt can be used within the range of 0.1M to 2.0M or within the range of 2.0M to 6.0M. When the concentration of lithium salt is in the range of 0.1M to 2.0M, the electrolyte has appropriate conductivity and viscosity, so excellent electrolyte performance can be achieved and lithium ions can move effectively. When the concentration of lithium salt is in the range of 2.0M to 6.0M, the transference number of lithium increases, allowing lithium ions to move effectively, and the electrolyte solvent is all coordinated to the lithium salt, improving the oxidation and reduction stability of the electrolyte solvent, and lithium metal And corrosion of the current collector can be suppressed.

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

다만, 위의 내용들은, 당 업계에 일반적으로 알려진 구성 요소 및 방법을 예시한 것뿐이며, 얼마든지 당업자의 기술적인 상식에 따라 변형 가능한 것이다.However, the above contents merely exemplify components and methods generally known in the art, and may be modified according to the technical common sense of those skilled in the art.

상기 일 구현예의 리튬 금속 이차전지는, 이를 단위 셀로 포함하는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩으로도 제공될 수 있다. The lithium metal secondary battery of the above embodiment may also be provided as a battery module including the same as a unit cell and a battery pack including the same.

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

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

<제조예 1: LiV<Manufacture Example 1: LiV 33 OO 88 의 제조>Manufacturing>

LiV3O8을 합성하기 위한 전구체로 LiOH, V2O5 와 암모니아수 (1 mol/l)를 사용하였다. LiOH와 V2O5를 Li:V가 1:3이 되도록 증류수에 첨가한 뒤 전구체가 녹을 수 있도록 암모니아수를 첨가하였다. 전구체가 모두 녹으면 70oC에서 물이 날아갈 때까지 교반한 뒤 진공 오븐에서 80oC로 완전히 건조시켰다. 건조된 전구체는 유발로 분쇄 후 압착하여 펠렛으로 제조하여 알루미나 도가니에 넣고 800oC로 12시간 동안 열처리하여 LiV3O8를 얻어내었다.LiOH, V 2 O 5 and aqueous ammonia (1 mol/l) were used as precursors to synthesize LiV 3 O 8 . LiOH and V 2 O 5 were added to distilled water so that the Li:V ratio was 1:3, and then ammonia water was added to dissolve the precursor. When all the precursors were melted, they were stirred at 70 o C until the water evaporated, and then completely dried in a vacuum oven at 80 o C. The dried precursor was pulverized in a mortar, compressed, and made into pellets, placed in an alumina crucible, and heat-treated at 800 o C for 12 hours to obtain LiV 3 O 8 .

<제조예 2: LiVO<Preparation Example 2: LiVO 33 의 제조>Manufacturing>

LiVO3를 합성하기 위한 전구체로 Li2CO3와 NH4VO3를 사용하였다. Li2CO3와 NH4VO3를 1:2의 몰 비로 섞은 후 압착하여 펠렛으로 제조한 후 백금 도가니에 넣고 아르곤 가스 분위기에서 650oC까지 분당 5oC로 상승시킨 후에 10시간 동안 열처리하여 LiVO3를 합성하였다.Li 2 CO 3 and NH 4 VO 3 were used as precursors to synthesize LiVO 3 . Li 2 CO 3 and NH 4 VO 3 were mixed at a molar ratio of 1:2, compressed to make pellets, placed in a platinum crucible, raised to 650 o C at 5 o C per minute in an argon gas atmosphere, and heat treated for 10 hours. LiVO 3 was synthesized.

<실시예 1: LiV<Example 1: LiV 33 OO 88 , 양극 합제층 내 2 중량%로 포함>, included at 2% by weight in the anode mixture layer>

양극 활물질 Li(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2, 도전재인 Denka black, 바인더인 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride: PVDF), 및 상기 제조예 1에서 제조된 양극 첨가제 LiV3O8이 중량비 94:2:2:2로 NMP(Nmethyl pyrrolidone)와 혼합되어 있는 슬러리를 준비하였다. 상기 슬러리를 두께 20 ㎛의 Al 호일에 70 ㎛로 코팅하고, 이를 섭씨 120도에서 5분간 건조, 압착하여 양극을 제조하였다.The positive electrode active material Li(Ni 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 )O 2 , the conductive material Denka black, the binder polyvinylidene fluoride (PVDF), and the positive electrode additive LiV prepared in Preparation Example 1. A slurry was prepared in which 3 O 8 was mixed with NMP (Nmethyl pyrrolidone) at a weight ratio of 94:2:2:2. The slurry was coated on Al foil with a thickness of 20 μm to a thickness of 70 μm, dried at 120 degrees Celsius for 5 minutes, and compressed to prepare a positive electrode.

음극으로는 구리로 이루어진 집전체(두께: 20 ㎛) 상에 금속 리튬을 증착(두께: 100 ㎛)하여 리튬 금속 음극 시트를 제조하고, 상기 리튬 금속 음극 시트를 타발하여 음극으로 하였다.As a negative electrode, metal lithium was deposited (thickness: 100 μm) on a current collector made of copper (thickness: 20 μm) to prepare a lithium metal negative electrode sheet, and the lithium metal negative electrode sheet was punched to form a negative electrode.

상기 양극과 음극, 분리막으로서 폴리 에틸렌막(Celgard, 두께: 20 ㎛), 및 에틸렌 카보네이트, 디메틸렌 카보네이트, 디에틸 카보네이트가 1: 2: 1로 혼합된 용매에 LiPF6가 1M로 녹아 있는 전해액을 사용하고, 파우치형 케이스에 내장하여 이차전지를 제조하였다.The anode, the cathode, a polyethylene membrane (Celgard, thickness: 20 ㎛) as a separator, and an electrolyte solution containing 1M LiPF 6 dissolved in a solvent containing ethylene carbonate, dimethylene carbonate, and diethyl carbonate mixed at a ratio of 1:2:1. It was used and built into a pouch-type case to manufacture a secondary battery.

<실시예 2: LiVO<Example 2: LiVO 33 , 양극 합제층 내 2 중량%로 포함>, included at 2% by weight in the anode mixture layer>

양극 첨가제로서, 상기 제조예 2에서 제조된 LiVO3를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 이차전지를 제조하였다.A secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that LiVO 3 prepared in Preparation Example 2 was used as a positive electrode additive.

<실시예 3: LiV<Example 3: LiV 33 OO 88 , 양극 합제층 내 5 중량%로 포함>, included at 5% by weight in the anode mixture layer>

양극 활물질 Li(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2, 도전재인 Denka black, 바인더인 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride: PVDF), 및 상기 제조예 1에서 제조된 양극 첨가제 LiV3O8이 중량비 91:2:2:5를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 이차전지를 제조하였다.The positive electrode active material Li(Ni 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 )O 2 , the conductive material Denka black, the binder polyvinylidene fluoride (PVDF), and the positive electrode additive LiV prepared in Preparation Example 1. A secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the 3 O 8 weight ratio of 91:2:2:5 was used.

<실시예 4: LiVO<Example 4: LiVO 33 , 양극 합제층 내 5 중량%로 포함>, included at 5% by weight in the anode mixture layer>

양극 활물질 Li(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2, 도전재인 Denka black, 바인더인 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride: PVDF), 및 상기 상기 제조예 2에서 제조된 LiVO3이 중량비 91:2:2:5를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 이차전지를 제조하였다.Cathode active material Li(Ni 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 )O 2 , conductive material Denka black, binder polyvinylidene fluoride (PVDF), and LiVO 3 prepared in Preparation Example 2 above. A secondary battery was manufactured in the same manner as Example 1, except that the weight ratio of 91:2:2:5 was used.

<실시예 5: LiV<Example 5: LiV 33 OO 88 , 양극 합제층 내 10 중량%로 포함>, included at 10% by weight in the anode mixture layer>

양극 활물질 Li(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2, 도전재인 Denka black, 바인더인 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride: PVDF), 및 상기 제조예 1에서 제조된 양극 첨가제 LiV3O8이 중량비 86:2:2:10를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 이차전지를 제조하였다.The positive electrode active material Li(Ni 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 )O 2 , the conductive material Denka black, the binder polyvinylidene fluoride (PVDF), and the positive electrode additive LiV prepared in Preparation Example 1. A secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the 3 O 8 weight ratio of 86:2:2:10 was used.

<실시예 6 내지 10: 실시예 1 내지 5의 각 이차전지에 대해, 방전부터 시작하는 활성화 공정을 적용><Examples 6 to 10: Applying an activation process starting from discharge to each secondary battery in Examples 1 to 5>

상기 실시예 1 내지 5에 따라 제조된 각 이차전지를 상온에서 3일간 방치하여 전해질이 충분히 함침되도록 한 뒤 2.0V에 도달할 때까지 0.05C로 1시간 방전하고, 4.35V에 도달할 때까지 0.1C로 10시간 충전한 후 상온에서 2일간 방치하여 에이징 하였다.Each secondary battery manufactured according to Examples 1 to 5 was left at room temperature for 3 days to sufficiently impregnate the electrolyte, then discharged at 0.05C for 1 hour until it reached 2.0V, and then discharged at 0.1C until it reached 4.35V. After charging with C for 10 hours, it was left at room temperature for 2 days to age.

<비교예 1: 양극 첨가제 불포함><Comparative Example 1: No anode additive>

양극 활물질 Li(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2, 도전재인 Denka black, 및 바인더인 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride: PVDF)가 중량비 96:2:2를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 이차전지를 제조하였다.Except that the positive electrode active material Li(Ni 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 )O 2 , the conductive material Denka black, and the binder polyvinylidene fluoride (PVDF) were used at a weight ratio of 96:2:2. Then, a secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1.

<비교예 2: TiO<Comparative Example 2: TiO 2,2, 양극 합제층 내 2 중량%로 포함> Included at 2% by weight in the anode mixture layer>

양극 활물질 Li(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2, 도전재인 Denka black, 바인더인 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride: PVDF) 및 양극 첨가제 TiO2가 중량비 94:2:2:2를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 이차전지를 제조하였다.The positive electrode active material Li(Ni 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 )O 2 , the conductive material Denka black, the binder polyvinylidene fluoride (PVDF), and the positive electrode additive TiO 2 have a weight ratio of 94:2:2. A secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that :2 was used.

<비교예 3: V<Comparative Example 3: V 22 OO 5,5, 양극 합제층 내 2 중량%로 포함> Included at 2% by weight in the anode mixture layer>

양극 활물질 Li(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2, 도전재인 Denka black, 바인더인 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride: PVDF) 및 양극 첨가제 V2O5가 중량비 94:2:2:2를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 이차전지를 제조하였다.The positive electrode active material Li(Ni 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 )O 2 , the conductive material Denka black, the binder polyvinylidene fluoride (PVDF), and the positive electrode additive V 2 O 5 have a weight ratio of 94:2. A secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that :2:2 was used.

<비교예 4 내지 6: 비교예 1 내지 3 의 각 이차전지에 대해, 방전부터 시작하는 활성화 공정을 적용><Comparative Examples 4 to 6: Applying the activation process starting from discharge to each secondary battery of Comparative Examples 1 to 3>

상기 비교예 1 내지 3 에 따라 제조된 각 이차전지를 상온에서 3일간 방치하여 전해질이 충분히 함침되도록 한 뒤 4.35V에 도달할 때까지 0.1C로 10시간 충전한 후 상온에서 2일간 방치하여 에이징 하였다.Each secondary battery manufactured according to Comparative Examples 1 to 3 was left at room temperature for 3 days to sufficiently impregnate the electrolyte, then charged for 10 hours at 0.1C until it reached 4.35 V, and then left at room temperature for 2 days to age. .

<비교예 7: 실시예 1의 이차전지에 대해, 충전부터 시작하는 활성화 공정을 적용><Comparative Example 7: Applying the activation process starting from charging to the secondary battery of Example 1>

상기 실시예 1 에 따라 제조된 이차전지를 상온에서 3일간 방치하여 전해질이 충분히 함침되도록 한 뒤 4.35V에 도달할 때까지 0.1C로 10시간 충전한 후 상온에서 2일간 방치하여 에이징 하였다.The secondary battery manufactured according to Example 1 was left at room temperature for 3 days to sufficiently impregnate the electrolyte, then charged for 10 hours at 0.1C until it reached 4.35 V, and then left at room temperature for 2 days to age.

<비교예 8: 비교예 1의 이차전지에 대해, 충전부터 시작하는 활성화 공정을 적용><Comparative Example 8: Applying the activation process starting from charging to the secondary battery of Comparative Example 1>

상기 비교예 1 에 따라 제조된 이차전지를 상온에서 3일간 방치하여 전해질이 충분히 함침되도록 한 뒤 4.35V에 도달할 때까지 0.1C로 10시간 충전한 후 상온에서 2일간 방치하여 에이징 하였다.The secondary battery manufactured according to Comparative Example 1 was left at room temperature for 3 days to sufficiently impregnate the electrolyte, then charged for 10 hours at 0.1C until it reached 4.35 V, and then left at room temperature for 2 days to age.

<실험예 1><Experimental Example 1>

전술한 일 구현예의 양극 첨가제 적용에 따른 효과를 비교하기 위하여, 방전부터 시작하는 활성화 공정을 적용한 실시예 6 내지 10 및 비교예 4 내지 6의 특성을 비교하였다.In order to compare the effects of applying the positive electrode additive of the above-described embodiment, the characteristics of Examples 6 to 10 and Comparative Examples 4 to 6, which applied an activation process starting from discharge, were compared.

구체적으로, 실시예 6 내지 10 및 비교예 4 내지 6의 각 전지에 대해, 3 V ~ 4.35 V 구간에서 0.1 C로 충방전을 실시하여, 초기 방전용량을 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 이후, 0.3C 충전 및 0.5C 방전을 100회 실시한 후, 1회 방전 용량 대비 100회의 방전 용량 유지율을 계산하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. Specifically, for each battery of Examples 6 to 10 and Comparative Examples 4 to 6, charging and discharging was performed at 0.1 C in the range of 3 V to 4.35 V, the initial discharge capacity was measured, and the results are shown in Table 1 below. It was. Afterwards, after performing 0.3C charging and 0.5C discharging 100 times, the discharge capacity maintenance ratio for 100 times compared to 1 time discharge capacity was calculated, and the results are shown in Table 1 below.

양극 첨가제anode additive 리튬 금속 이차전지 평가Lithium metal secondary battery evaluation 종류type 양극 합제층 내 함량
(중량%)
Content in anode mixture layer
(weight%)
1회 방전 용량One-time discharge capacity 100회 충방전 후 용량유지율Capacity maintenance rate after charging and discharging 100 times
실시예 6Example 6 LiV3O8 LiV 3 O 8 22 52.3 mAh52.3mAh 66.0%66.0% 실시예 7Example 7 LiVO3 LiVO 3 22 52.2 mAh52.2mAh 67.2%67.2% 실시예 8Example 8 LiV3O8 LiV 3 O 8 55 51.1 mAh51.1mAh 65.1%65.1% 실시예 9Example 9 LiVO3 LiVO 3 55 52.4 mAh52.4mAh 69.1%69.1% 실시예 10Example 10 LiV3O8 LiV 3 O 8 1010 47.3 mAh47.3mAh 61.8%61.8% 비교예 4Comparative Example 4 -- -- 53.4 mAh53.4mAh 54.1%54.1% 비교예 5Comparative Example 5 TiO2 TiO 2 22 51.8 mAh51.8mAh 53.7%53.7% 비교예 6Comparative Example 6 V2O5 V 2 O 5 22 52.2 mAh52.2mAh 51.2%51.2%

전술한 일 구현예의 양극 첨가제는, 전지 활성화(formation) 공정의 방전 전압에서, 양극 활물질보다도 우선적으로 리튬 이온을 수용할 수 있는 것이다. The positive electrode additive of the above-described embodiment is capable of accepting lithium ions preferentially over the positive electrode active material at the discharge voltage of the battery activation (formation) process.

이에, 상기 일 구현예의 양극 첨가제를 사용한 리튬 금속 전지의 활성화 공정을 방전부터 시작하면, 리튬 금속 음극의 부동태막 하부에 위치한 리튬 금속이 리튬 이온의 형태로 방전되어 상기 일 구현예의 양극 첨가제로 이동하면서, 리튬 금속 음극의 부동태막까지 탈리될 수 있다.Accordingly, when the activation process of the lithium metal battery using the positive electrode additive of the embodiment begins with discharge, the lithium metal located at the bottom of the passivation film of the lithium metal negative electrode is discharged in the form of lithium ions and moves to the positive electrode additive of the embodiment. , even the passivation film of the lithium metal anode may be detached.

그 결과, 리튬 금속 음극 표면의 균일성이 확보되어, 활성화 공정 이후 충방전 과정에서도 리튬 금속 음극 표면에의 리튬 이온 탈리/전착이 원활하게 이루어지고, 전지 수명(용량 유지율)이 개선될 수 있는 것이다.As a result, the uniformity of the surface of the lithium metal anode is ensured, smooth lithium ion desorption/deposition on the surface of the lithium metal anode even during the charge and discharge process after the activation process, and battery life (capacity maintenance rate) can be improved. .

상기 표 1은, 전술한 일 구현예의 양극 첨가제를 적용한 리튬 금속 전지의 활성화를 방전부터 시작하는 경우, 활성화 공정 이후 최초(1회) 방전 용량 증가 및 수명 특성 증가에 유리한 결과를 입증한다.Table 1 above demonstrates that when activation of a lithium metal battery to which the positive electrode additive of the above-described embodiment is applied starts from discharge, the results are advantageous for increasing the initial (one time) discharge capacity and lifespan characteristics after the activation process.

나아가, 상기 일 구현예의 양극 첨가제를 특정량 사용하는 실시예 6내지 9의 경우에는, 실시예 10에 비하여, 상기 일 구현예의 양극 첨가제를 사용하지 않는 수준으로 방전 용량의 저하도 크지 않음을 확인할 수 있다. 이를 고려하여, 상기 일 구현예의 양극 첨가제 함량을 결정할 수 있다.Furthermore, in the case of Examples 6 to 9 using a specific amount of the positive electrode additive of the embodiment, it can be confirmed that the decrease in discharge capacity is not significant compared to Example 10 to the level without using the positive electrode additive of the embodiment. there is. Considering this, the positive electrode additive content of the embodiment can be determined.

한편, 상기 일 구현예의 첨가제를 사용하지 않은 비교예 4에서는, 리튬 금속 음극에 있어서 (부동태막 하부의) 리튬의 손실이 발생하고, 리튬 금속 표면의 덴드라이트 형성 등에 의해 수명 특성이 현저히 저하됨을 확인할 수 있고, 양극 첨가제로서 금속 산화물을 사용하는 비교예 5 내지 6 역시 한 리튬 이온의 삽입/탈리 역할을 수행하지 못해, 수명 특성의 향상이 이루어지지 않은 것을 알 수 있다.On the other hand, in Comparative Example 4 in which the additive of the above embodiment was not used, it was confirmed that loss of lithium (under the passivation film) occurred in the lithium metal negative electrode and the lifespan characteristics were significantly reduced due to dendrite formation on the surface of the lithium metal. It can be seen that Comparative Examples 5 to 6 using a metal oxide as a positive electrode additive also did not perform the role of insertion/desorption of lithium ions, and thus the lifespan characteristics were not improved.

<실험예 2><Experimental Example 2>

방전부터 시작하는 활성화 공정을 적용한 실시예 6 및 비교예 4, 그리고 충전부터 시작하는 활성화 공정을 적용한 비교예 7 및 8을 비교하였다.Example 6 and Comparative Example 4, which applied an activation process starting from discharge, and Comparative Examples 7 and 8, which applied an activation process starting from charging, were compared.

각각의 방식으로 활성화된 전지에 대해, 실험예 1과 동일한 방식으로 1회 방전 용량 및 100회 충방전 후 용량유지율을 평가하였고, 평가 결과는 하기 표 2에 나타내었다.For the batteries activated in each method, one-time discharge capacity and capacity maintenance rate after 100 charge and discharge were evaluated in the same manner as in Experimental Example 1, and the evaluation results are shown in Table 2 below.

양극 첨가제anode additive 활성화 공정activation process 리튬 금속 이차전지 평가Lithium metal secondary battery evaluation 종류type 양극 합제층 내 함량
(중량%)
Content in anode mixture layer
(weight%)
1회 방전 용량One-time discharge capacity 100회 충방전 후 용량유지율Capacity maintenance rate after charging and discharging 100 times
실시예 6Example 6 LiV3O8 LiV 3 O 8 22 방전부터 시작Start with discharge 52.3 mAh52.3mAh 66.0%66.0% 비교예 7Comparative Example 7 LiV3O8 LiV 3 O 8 22 충전부터 시작Start with charging 52.0 mAh52.0mAh 55.0 %55.0% 비교예 4Comparative Example 4 -- -- 방전부터 시작Start with discharge 53.4 mAh53.4mAh 54.1%54.1% 비교예 8Comparative Example 8 -- -- 충전부터 시작Start with charging 55.1 mAh55.1mAh 56.9 %56.9%

전술한 일 구현예의 양극 첨가제를 사용하여 리튬 금속 전지를 제조하더라도, 제조된 리튬 금속 전지의 활성화 공정을 충전부터 시작하면, 리튬 금속 음극의 부동태막 하부에 위치한 리튬 금속은 리튬 이온으로 방전되지 못하고, 부동태막은 리튬 금속 음극으로부터 탈리되지 못할 수 있다.Even if a lithium metal battery is manufactured using the positive electrode additive of the above-described embodiment, when the activation process of the manufactured lithium metal battery begins with charging, the lithium metal located at the bottom of the passivation film of the lithium metal negative electrode cannot be discharged into lithium ions, The passivation film may not be detached from the lithium metal anode.

상기 표 2은, 상기 일 구현예의 양극 첨가제를 사용하더라도, 방전부터 시작하는 활성화 공정을 적용한 경우에 대비하여(실시예 6), 충전부터 시작하는 활성화 공정을 적용한 경우(비교예 7), 양극 첨가제 사용에 따른 실효성이 없음을 입증한다.Table 2 above shows that, even if the positive electrode additive of the embodiment is used, the positive electrode additive in case of applying the activation process starting from discharge (Example 6) and when applying the activation process starting from charging (Comparative Example 7) It is proven that the use is not effective.

한편, 상기 일 구현예의 양극 첨가제를 사용하지 않은 리튬 금속 전지에 대해, 충전부터 시작하는 활성화 공정을 적용한 경우(비교예 8), 방전부터 시작하는 활성화 공정을 적용한 경우(비교예 4)에 대비하여, 오히려 활성화 공정 이후 최초(1회) 방전 용량이 증가하고, 수명 특성도 증가한 것을 확인할 수 있다. 다만, 상기 일 구현예의 양극 첨가제를 사용하여 방전부터 시작하는 활성화 공정을 적용한 경우(실시예 6)보다는, 활성화 공정 이후 최초(1회) 방전 용량이 낮고, 수명 특성도 열위하다.On the other hand, for the lithium metal battery without using the positive electrode additive of the above embodiment, in contrast to the case where the activation process starting from charging was applied (Comparative Example 8) and the activation process starting from discharging (Comparative Example 4), , Rather, it can be seen that the initial (one-time) discharge capacity increases after the activation process, and the lifespan characteristics also increase. However, compared to the case where the activation process starting from discharge is applied using the positive electrode additive of the above embodiment (Example 6), the initial (one time) discharge capacity after the activation process is low and the lifespan characteristics are also inferior.

이와 같은 결과로부터, 상기 일 구현예의 양극 첨가제를 사용하여 리튬 금속 전지를 제조하고, 방전부터 시작하는 활성화 공정을 적용할 경우, 활성화 공정 이후 최초(1회) 방전 용량 및 수명 특성을 현저하게 증가시키는 시너지 효과가 있음을 알 수 있다.From these results, when a lithium metal battery is manufactured using the positive electrode additive of the above embodiment and an activation process starting from discharge is applied, the initial (one-time) discharge capacity and life characteristics after the activation process are significantly increased. It can be seen that there is a synergistic effect.

여기서, 편의상 상기 일 구현예의 양극 첨가제로 LiV3O8(제조예 1)를 사용한 경우만 실험하였으나, LiVO3(제조예 2) 등 다른 양극 첨가제를 사용한 경우에도 방전부터 시작하는 활성화 공정을 적용할 경우, 활성화 공정 이후 최초(1회) 방전 용량 및 수명 특성을 현저하게 증가시키는 시너지 효과가 있을 것으로 추론된다. Here, for convenience, only the case where LiV 3 O 8 (Preparation Example 1) was used as the positive electrode additive in the above embodiment was tested. However, even when other positive electrode additives such as LiVO 3 (Preparation Example 2) were used, the activation process starting from discharge can be applied. In this case, it is inferred that there will be a synergistic effect that significantly increases the initial (one time) discharge capacity and life characteristics after the activation process.

<실험예 3><Experimental Example 3>

실시예 6 및 비교예 4의 각 전지에 대해, SOC 100%에서의 AC 저항을 측정하고, 0.3 C 충전 및 0.5C 방전을 100회 실시한 후의 AC 저항을 측정하여, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.For each battery of Example 6 and Comparative Example 4, the AC resistance at SOC 100% was measured, and the AC resistance was measured after 0.3 C charging and 0.5 C discharging 100 times, and the results are shown in Table 3 below. It was.

이 때, AC 저항은 Hioki 저항 측정 기기를 이용하여, 1KHz에서 각 전지의 저항을 측정한 값이다.At this time, AC resistance is the value measured by measuring the resistance of each battery at 1 KHz using a Hioki resistance measurement device.

양극 첨가제anode additive 리튬 금속 이차전지의 저항Resistance of lithium metal secondary battery 종류type 양극 합제층 내 함량
(중량%)
Content in anode mixture layer
(weight%)
활성화 공정 직후 저항
(Ohm)
Resistance immediately after activation process
(Ohm)
100 회 충방전 후 저항
(Ohm)
Resistance after charging and discharging 100 times
(Ohm)
활성화 공정 직후 대비 100 회 충방전 후의 저항 증가율 (%)Resistance increase rate after charging and discharging 100 times compared to immediately after the activation process (%)
실시예 6Example 6 LiV3O8 LiV 3 O 8 22 0.5140.514 0.7550.755 46.946.9 비교예 4Comparative Example 4 -- -- 0.6510.651 1.2781.278 96.396.3

한편, 상기 일 구현예의 양극 첨가제를 사용하여 제조된 리튬 금속 전지에 대해, 방전부터 시작하는 활성화 공정을 적용(실시예 6)한 직후 AC 저항을 측정하면, 리튬 금속 음극 표면의 균일성이 확보된 것에 기인하여, 낮은 저항값이 확인될 수 있다. 그 이후 100 회 충방전을 진행하더라도, 균일성이 확보된 리튬 금속 음극 표면에의 리튬 이온 탈리/전착은 매 사이클마다 원활하게 이루어지고, 100 회 충방전 후 저항을 측정하더라도 비교적 낮은 범위의 저항이 유지되는 것을 확인할 수 있다.Meanwhile, when the AC resistance was measured immediately after applying the activation process starting from discharge (Example 6) to the lithium metal battery manufactured using the positive electrode additive of the above embodiment, uniformity of the lithium metal negative electrode surface was secured. Due to this, a low resistance value can be confirmed. Even after charging and discharging 100 times, lithium ion desorption/deposition on the surface of the lithium metal cathode with guaranteed uniformity occurs smoothly in each cycle, and even if the resistance is measured after charging and discharging 100 times, the resistance is in a relatively low range. You can confirm that it is maintained.

그에 반면, 상기 일 구현예의 양극 첨가제를 사용하지 않고 제조된 리튬 금속 전지에 대해, 방전부터 시작하는 활성화 공정을 적용하더라도 (비교예 4), 양극 첨가제의 부재로 인하여 리튬 금속 음극 표면의 균일성이 확보되지 못한 결과, 활성화 공정 직후의 저항값이 커진다. 이처럼 리튬 금속 음극 표면의 균일성이 확보되지 못한 상태에서 리튬 이온의 탈리/전착은 불균일하게 이루어지고, 점차 리튬 금속 음극 표면에서의 전해액과의 부반응은 증대되며, 이러한 부반응이 매 사이클마다 누적되면서, 100 회 충방전 후 리튬 금속 전지의 저항값은 더욱 커질 수 있다.On the other hand, even if an activation process starting from discharge is applied to the lithium metal battery manufactured without using the positive electrode additive of the above embodiment (Comparative Example 4), the uniformity of the lithium metal negative electrode surface is poor due to the absence of the positive electrode additive. As a result of this failure, the resistance value immediately after the activation process increases. In this state, the uniformity of the surface of the lithium metal cathode is not secured, the desorption/electrodeposition of lithium ions occurs unevenly, and side reactions with the electrolyte solution on the surface of the lithium metal cathode gradually increase, and as these side reactions accumulate with each cycle, After charging and discharging 100 times, the resistance value of a lithium metal battery may increase further.

상기 표 3은, 활성화 공정을 방전부터 시작하더라도, 상기 일 구현예의 양극 첨가제의 사용 여부에 따라, 리튬 금속 전지의 초기 저항값, 장기 구동 후 저항값, 및 저항 증가율이 달라짐을 입증한다.Table 3 above demonstrates that even if the activation process starts from discharge, the initial resistance value, resistance value after long-term operation, and resistance increase rate of the lithium metal battery vary depending on whether or not the positive electrode additive of the embodiment is used.

Claims (13)

리튬 금속 산화물을 포함하는 양극 첨가제; 및 양극 활물질;을 포함하는 양극, 리튬 금속 음극, 및 전해질을 포함하는, 리튬 금속 이차전지를 제조하는 단계;
1.8 V 이상 내지 3.0V 이하의 범위에 도달할 때까지, 상기 리튬 금속 이차전지를 방전하는 단계;
4.2V 내지 4.6V의 범위에 도달할 때까지, 상기 방전된 리튬 금속 이차전지를 충전하는 단계; 및
상기 충전된 리튬 금속 이차전지를 숙성(aging)하는 단계; 를 포함하고,
상기 양극 첨가제는,
하기 화학식 1로 표시되는 것인,
리튬 금속 이차전지의 활성화 방법:
[화학식 1]
LixMyAz
상기 화학식 1에서,
M은 Ti 또는 V이고,
A는 O 이고,
0.8 ≤x≤3.2, 0.8≤y≤3.2, 2.8≤z≤8.2이며,
상기 y 및 z는, M의 산화수 및 A의 산화수에 따라 결정된다.
A positive electrode additive containing lithium metal oxide; and a positive electrode active material; manufacturing a lithium metal secondary battery comprising a positive electrode, a lithium metal negative electrode, and an electrolyte;
Discharging the lithium metal secondary battery until it reaches a range of 1.8 V or more to 3.0 V or less;
Charging the discharged lithium metal secondary battery until it reaches a range of 4.2V to 4.6V; and
Aging the charged lithium metal secondary battery; Including,
The positive electrode additive is,
Represented by the formula 1 below,
How to activate a lithium metal secondary battery:
[Formula 1]
Li x M y A z
In Formula 1,
M is Ti or V,
A is O,
0.8 ≤x≤3.2, 0.8≤y≤3.2, 2.8≤z≤8.2,
The y and z are determined according to the oxidation number of M and the oxidation number of A.
제1항에 있어서,
상기 방전 단계에서, 상기 양극 첨가제는,
상기 양극 활물질보다도 우선적으로 리튬 이온을 삽입하는 것인,
리튬 금속 이차전지의 활성화 방법.
According to paragraph 1,
In the discharging step, the positive electrode additive is,
Inserting lithium ions preferentially over the positive electrode active material,
Activation method of lithium metal secondary battery.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 양극 첨가제는,
하기 화학식 1-1 또는 1-2로 표시되는 것인,
리튬 금속 이차전지의 활성화 방법:
[화학식 1-1]
Lix1My1Oz1
상기 화학식 1-1에서,
M은 Ti 또는 V이고,
0.8 ≤x1≤1.2, 2.8≤y1≤3.2, 7.8≤z1≤8.2 이고,
[화학식 1-2] Lix2My2Oz2
상기 화학식 1-2에서, M은 Ti 또는 V이고, 0.8 ≤x2≤1.2, 0.8≤y2≤1.2, 2.8≤z2≤3.2이다.
According to paragraph 1,
The positive electrode additive is,
Represented by the following formula 1-1 or 1-2,
How to activate a lithium metal secondary battery:
[Formula 1-1]
Li x1 M y1 O z1
In Formula 1-1,
M is Ti or V,
0.8 ≤x1≤1.2, 2.8≤y1≤3.2, 7.8≤z1≤8.2,
[Formula 1-2] Li x2 M y2 O z2
In Formula 1-2, M is Ti or V, and 0.8≤x2≤1.2, 0.8≤y2≤1.2, 2.8≤z2≤3.2.
제1항에 있어서,
상기 양극 첨가제는,
LiV3O8 및 LiVO3로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 화합물을 포함하는 것인,
리튬 금속 이차전지의 활성화 방법.
According to paragraph 1,
The positive electrode additive is,
Containing at least one compound selected from the group consisting of LiV 3 O 8 and LiVO 3 ,
Activation method of lithium metal secondary battery.
제1항에 있어서,
상기 방전 단계는,
1/50C 이상 내지 1C 이하의 정전류를 사용하여 수행되는 것인,
리튬 금속 이차전지의 활성화 방법.
According to paragraph 1,
The discharge step is,
It is performed using a constant current of 1/50C or more and 1C or less,
Activation method of lithium metal secondary battery.
제1항에 있어서,
상기 방전 단계는,
3분 이상 내지 5시간 이하 동안 수행되는 것인,
리튬 금속 이차전지의 활성화 방법.
According to paragraph 1,
The discharge step is,
performed for at least 3 minutes and up to 5 hours,
Activation method of lithium metal secondary battery.
제1항에 있어서,
상기 방전 단계의 종지 전압은,
2.0V 내지 2.5V로 하는 것인,
리튬 금속 이차전지의 활성화 방법.
According to paragraph 1,
The end voltage of the discharge step is,
2.0V to 2.5V,
Activation method of lithium metal secondary battery.
제1항에 있어서,
상기 충전 단계는,
1/10 C 이상 내지 1/3 C 이하의 정전류를 사용하여 수행되는 것인,
리튬 금속 이차전지의 활성화 방법.
According to paragraph 1,
The charging step is,
which is performed using a constant current of 1/10 C or more and 1/3 C or less,
Activation method of lithium metal secondary battery.
제1항에 있어서,
상기 충전 단계는,
30분 이상 내지 15 시간 이하 동안 수행되는 것인,
리튬 금속 이차전지의 활성화 방법.
According to paragraph 1,
The charging step is,
performed for at least 30 minutes and up to 15 hours,
Activation method of lithium metal secondary battery.
제1항에 있어서,
상기 충전 단계의 종지 전압은,
4.2V 이상 내지 4.6V로 하는 것인,
리튬 금속 이차전지의 활성화 방법.
According to paragraph 1,
The end voltage of the charging step is,
4.2V or more to 4.6V,
Activation method of lithium metal secondary battery.
제1항에 있어서,
상기 양극은,
양극 집전체; 및
상기 양극 집전체의 일면 또는 양면에 위치하고, 상기 양극 첨가제 및 상기 양극 활물질을 포함하는, 양극 합제층;을 포함하는,
리튬 금속 이차전지의 활성화 방법.
According to paragraph 1,
The anode is,
positive electrode current collector; and
A positive electrode mixture layer located on one or both sides of the positive electrode current collector and containing the positive electrode additive and the positive electrode active material,
Activation method of lithium metal secondary battery.
제12항에 있어서,
상기 양극 첨가제는,
상기 양극 합제층의 전체 중량(100 중량%) 중, 0.1 내지 25 중량%으로 포함되는 것인,
리튬 금속 이차전지의 활성화 방법.
According to clause 12,
The positive electrode additive is,
It is contained in 0.1 to 25% by weight of the total weight (100% by weight) of the positive electrode mixture layer,
Activation method of lithium metal secondary battery.
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