KR20080057817A - Electrode comprising reducing agent of halogen acid and secondary battery comprising the same - Google Patents

Electrode comprising reducing agent of halogen acid and secondary battery comprising the same Download PDF

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Abstract

An electrode is provided to improve high-temperature storage characteristics and high-temperature performances of a battery. An electrode includes inorganic particles selected from the group comprising NiO, CoO, MnO, MnO2, Co2O3, CaCO3, and talc. The inorganic particles reduce a concentration of halogen acid in a battery through a neutralization reaction with the halogen acid present in the battery. The inorganic particles are used as an element of an electrode material or as a coating component of the prefabricated electrode. A secondary battery includes a positive electrode, a negative electrode, an electrolyte, and a separator, wherein the positive electrode, negative electrode, or both electrodes is the fabricated electrode.

Description

할로겐산 저감제를 포함하는 전극 및 상기 전극을 포함하는 이차 전지{ELECTRODE COMPRISING REDUCING AGENT OF HALOGEN ACID AND SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}Electrode including a halogen acid reducing agent and a secondary battery comprising the electrode TECHNICAL FIELD

도 1은 실험예 1에서 측정된 시간 경과에 따른 HF의 농도 graph이다.1 is a graph of the concentration of HF over time measured in Experimental Example 1.

도 2는 실험예 2에서 측정된 (a) 물의 농도; 및 (b) HF의 농도 비교 graph이다.2 is (a) the concentration of water measured in Experimental Example 2; And (b) HF concentration graph.

도 3은 실험예 3에서 측정된 사이클 수명에 따른 전지의 잔존 용량 graph이다.3 is a graph of remaining capacity of a battery according to cycle life measured in Experimental Example 3. FIG.

본 발명은 할로겐산 저감제를 포함하는 전극을 구비하여 전지의 고온 저장 특성이 향상된 이차 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a secondary battery having an electrode including a halogen acid reducing agent and having improved high temperature storage characteristics thereof.

최근 전자 장비의 소형화 및 경량화가 실현되고 휴대용 전자 기기의 사용이 일반화됨에 따라, 고에너지 밀도를 갖는 리튬 이차 전지에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. Recently, as miniaturization and light weight of electronic equipment have been realized and the use of portable electronic devices has become common, research on lithium secondary batteries having high energy density has been actively conducted.

리튬 이차 전지는 리튬 이온의 삽입 및 탈리가 가능한 물질을 음극 및 양극 으로 사용하고, 상기 양극과 음극 사이에 전해액을 충전시켜 제조되며, 상기 양극 및 음극에서 리튬 이온이 삽입 및 탈리될 때의 산화, 환원 반응에 의하여 전기적 에너지가 생성된다. 그러나, 이차 전지의 성능 향상에 있어서 여전히 많은 연구가 요구되며, 이 중 전지의 고온 저장 특성은 매우 중요한 부분이다. The lithium secondary battery is manufactured by using a material capable of inserting and detaching lithium ions as a negative electrode and a positive electrode, and filling an electrolyte solution between the positive electrode and the negative electrode, oxidizing when lithium ions are inserted and desorbed from the positive electrode and the negative electrode, Electrical energy is generated by the reduction reaction. However, much research is still required in improving the performance of a secondary battery, and the high temperature storage characteristics of the battery are very important.

이차 전지에서는 전해질 염으로 LiBF4, LiPF6, LiClO4등의 할로겐 음이온을 포함하는 리튬염을 일반적으로 사용하는데, 상기 리튬염은 전극 또는 전해액 속에 존재하는 수분과 반응하여 강산인 할로겐산(HX: X는 F, Cl, Br, I )을 형성하여 전지 내 바람직하지 않은 부반응을 발생시킬 수 있다. 즉, 상기에서 생성된 HF는 양(兩) 전극 물질, 특히 양극활물질을 용출(dissolution)시켜 퇴화시킬 뿐만 아니라 양극 표면에 불화리튬(LiF)을 형성함으로써, 결과적으로 전기 저항이 증가시키는 문제가 있다. 특히, 할로겐산 형성 속도 및 할로겐산에 의한 전극의 용출 속도는 고온하에서 상승하므로, 전지의 고온 저장 특성에 커다란 문제를 야기한다.In secondary batteries, lithium salts containing halogen anions such as LiBF 4 , LiPF 6 , and LiClO 4 are generally used as electrolyte salts. The lithium salts react with moisture present in electrodes or electrolytes to form a strong acid, halogen acid (HX: X may form F, Cl, Br, I), which may cause undesirable side reactions in the cell. That is, the HF produced above not only degenerates by dissolution of the positive electrode material, in particular the positive electrode active material, but also forms lithium fluoride (LiF) on the surface of the positive electrode, resulting in an increase in electrical resistance. . In particular, the rate of halogen acid formation and the rate of dissolution of the electrode by the halogen acid rises under high temperature, which causes a great problem in the high temperature storage characteristics of the battery.

상기와 같은 문제를 해결하기 위하여, 전지의 전해액, 분리막, 또는 전극의 일 구성 성분으로 할로겐산과 중화 반응할 수 있는 화합물을 사용하는 방법이 제시되었으나, 상기 중화 반응 결과물로 생성된 물이 다시 전해질 염과 반응하여 할로겐산을 형성하는 것을 방지하기 위하여 그 사용량을 매우 제한하는 경향이 있었다.In order to solve the above problems, a method of using a compound capable of neutralizing reaction with a halogen acid as a component of an electrolyte, a separator, or an electrode of a battery has been proposed, but the water produced as a result of the neutralization reaction is again an electrolyte salt. The amount of use tended to be very limited in order to prevent the formation of halogen acid by reaction with.

본 발명자들은 전술한 문제점을 해결하기 위해서, 할로겐산(HX: X= F, Cl, Br, I)과 중화 반응할 수 있는 무기 입자로서 반응 결과물로 생성된 물이 더 이상 할로겐산 형성 반응에 재사용(recycle)되지 않게 하는 무기 입자, 보다 자세하게는 NiO, CoO, MnO, MnO2, Co2O3, CaCO3, 활석(talc), 또는 이들의 혼합물을 포함하는 전극을 사용하면, 전지의 고온 저장 특성 및 고온 성능을 향상시킬 수 있다는 것을 발견하였다.In order to solve the above-mentioned problems, the inventors of the present invention, as inorganic particles capable of neutralizing reaction with halogen acid (HX: X = F, Cl, Br, I), the water produced as a result of the reaction is no longer reused in the reaction of forming a halogen acid. High temperature storage of the battery when using electrodes containing inorganic particles, more particularly NiO, CoO, MnO, MnO 2 , Co 2 O 3 , CaCO 3 , talc, or mixtures thereof, that prevents recycling It has been found that the properties and high temperature performance can be improved.

이에, 본 발명은 상기 무기 입자를 포함하는 전극 및 상기 전극을 포함하는 이차 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an electrode including the inorganic particles and a secondary battery including the electrode.

본 발명은 NiO, CoO, MnO, MnO2, Co2O3, CaCO3 및 활석(talc)으로 이루어진 군에서 선택된 무기입자를 포함하는 전극; 및 상기 전극을 포함하는 전기 화학 소자를 제공한다.The present invention provides an electrode comprising an inorganic particle selected from the group consisting of NiO, CoO, MnO, MnO 2 , Co 2 O 3 , CaCO 3 and talc; And it provides an electrochemical device comprising the electrode.

또한 본 발명은 NiO, CoO, MnO, MnO2, Co2O3, CaCO3 및 활석(talc)으로 이루어진 군에서 선택된 무기입자로 구성된 이차 전지용 할로겐산 저감제를 제공한다. In another aspect, the present invention provides a halogen acid reducing agent for a secondary battery composed of inorganic particles selected from the group consisting of NiO, CoO, MnO, MnO 2 , Co 2 O 3 , CaCO 3 and talc (talc).

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated in detail.

본 발명은 할로겐산(HX: X= F, Cl, Br, I)과 중화 반응할 수 있는 무기 입자로서 NiO, CoO, MnO, MnO2, Co2O3, CaCO3, 활석(talc) 또는 이들의 혼합물을 포함하는 전극을 사용하여, 전지 내 할로겐산의 농도를 감소시킴과 동시에 상기 중화 반응 결과물로 생성된 물이 더 이상 할로겐산 형성 반응에 재사용(recycle)되지 않게 하는 것이 특징이다.The present invention is an inorganic particle capable of neutralization reaction with halogen acid (HX: X = F, Cl, Br, I), NiO, CoO, MnO, MnO 2 , Co 2 O 3 , CaCO 3 , talc or these An electrode comprising a mixture of is characterized in that the concentration of halogen acid in the cell is reduced while the water produced as a result of the neutralization reaction is no longer recycled to the halogen acid formation reaction.

전해질 염으로 주로 사용되는 리튬 불화염, 예컨대 LiPF6와 수분과의 반응은 일반적으로 하기 반응식 (1) 및 (2)의 메커니즘을 따르며, 이때 상온에서는 하기 반응식 (1)의 반응이 무시될 수 있는 것으로 알려졌다.The reaction of lithium fluoride salts such as LiPF 6 with moisture, which is mainly used as the electrolyte salt, generally follows the mechanism of the following reaction formulas (1) and (2), where the reaction of the following reaction formula (1) can be neglected at room temperature. It is known.

[반응 메커니즘][Reaction Mechanism]

LiPF6 → LiF + PF5 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ (1)LiPF 6 → LiF + PF 5 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ (1)

PF5 + H2O → POF3 + 2HF ‥‥‥‥‥‥‥‥(2)PF 5 + H 2 O → POF 3 + 2HF ‥‥‥‥‥‥‥‥‥ (2)

한편, Journal of Fluorine Chemistry 126 (2005) 27 ~ 31에서는 상기 반응식 (2)의 결과물인 HF가 상기 반응식 (1)의 반응의 정촉매로 작용한다고 보고되었다.On the other hand, in Journal of Fluorine Chemistry 126 (2005) 27-31, it was reported that HF, which is the result of Scheme (2), acts as a cocatalyst for the reaction of Scheme (1).

본 발명은 상기 반응식 (1)의 반응이 상온에서는 무시 가능하지만, 고온에서는 LiPF6의 불안정성이 커져 상기 반응식 (1)의 반응 속도가 상기 LiPF6와 수분과의 전체 반응 속도에 영향을 미칠 수 있다는 점; 및 상기 반응식 (1)의 반응 속도는 촉매로서 작용하는 HF의 농도에 영향을 받는다는 점에 착안하였다.In the present invention, the reaction of Scheme (1) is negligible at room temperature, but the instability of LiPF 6 increases at high temperatures, so that the reaction rate of Scheme (1) may affect the overall reaction rate between LiPF 6 and water. point; And the reaction rate of Scheme (1) is influenced by the concentration of HF acting as a catalyst.

즉, 1)본 발명은 할로겐산(HX: X= F, Cl, Br, I)과 중화 반응할 수 있는 무기 입자, NiO, CoO, MnO, MnO2, Co2O3, CaCO3, 활석(talc) 또는 이들의 혼합물을 전극에 도입하여 전지 내 할로겐산의 농도를 감소시킬 수 있다. 따라서, 할로겐산에 의한 양(兩) 전극 물질, 특히 양극활물질의 용출 및 퇴화를 방지할 수 있으며, 나아가 전지의 수명 성능을 향상시킬 수도 있다.That is, 1) the present invention is inorganic particles capable of neutralization reaction with halogen acid (HX: X = F, Cl, Br, I), NiO, CoO, MnO, MnO 2 , Co 2 O 3 , CaCO 3 , talc ( talc) or mixtures thereof may be introduced into the electrode to reduce the concentration of halogen acid in the cell. Therefore, elution and degeneration of the positive electrode material, in particular the positive electrode active material, by the halogen acid can be prevented, and the lifespan performance of the battery can also be improved.

2)또한, 상기 반응식 (1)의 반응은 정촉매인 할로겐산의 농도에 영향을 받으므로, 본 발명에서는 상기 무기 입자들에 의해 전지 내 할로겐산의 농도가 감소되어 상기 반응식 (1)의 반응 속도는 매우 느려진다. 따라서, 불화리튬(LiF)의 생성 양이 감소될 수 있으며, 불화리튬(LiF)에 의한 전기 저항의 증가를 방지할 수 있다.2) In addition, since the reaction of the reaction formula (1) is affected by the concentration of the halide acid as a cocatalyst, in the present invention, the concentration of the halogen acid in the battery is reduced by the inorganic particles, so that the reaction rate of the reaction formula (1) is reduced. Is very slow. Therefore, the amount of lithium fluoride (LiF) produced can be reduced, and an increase in electrical resistance due to lithium fluoride (LiF) can be prevented.

게다가, 상기 반응식 (1)의 반응 속도는 매우 느려져, 그 후속 반응인 반응식 (2)의 반응이 진행되기 어려우므로, 본 발명에서는 중화 반응에 의해 생성된 물에 의해 지속적으로 할로겐산이 생성될 우려가 적을 뿐 아니라, 본 발명에서 도입되는 NiO, CoO, MnO, MnO2, Co2O3, CaCO3, 및 활석(talc)은 우수한 수분 흡착력을 갖는 무기 입자이므로, 전지 내 물을 흡착하여, 물과 전해질 염과의 반응을 방지할 수 있다. 또한, 고온하에서 상기 반응식 (1)의 반응은 전체 반응속도에 대해 크게 기여하므로, 본 발명은 전지의 고온 저장 특성을 향상시킬 수 있다. In addition, since the reaction rate of Reaction Scheme (1) is very slow, and the reaction of Reaction Scheme (2), which is a subsequent reaction, is difficult to proceed, in the present invention, there is a concern that halogen acid is continuously generated by the water produced by the neutralization reaction. In addition, since NiO, CoO, MnO, MnO 2 , Co 2 O 3 , CaCO 3 , and talc introduced in the present invention are inorganic particles having excellent water adsorption capacity, they adsorb water in a battery, The reaction with the electrolyte salt can be prevented. In addition, the reaction of the reaction formula (1) under high temperature contributes greatly to the overall reaction rate, the present invention can improve the high temperature storage characteristics of the battery.

본 발명의 전극에 도입되는 무기 입자는 NiO, CoO, MnO, MnO2, Co2O3, CaCO3, 또는 활석(talc)이며, 이들은 단독 또는 혼합하여 사용될 수 있다. 이 중 활석은 화학식 Mg3(OH)2Si4O10의 화합물로서 할로겐산과 중화 반응하는 것 외에, 전지 내 할로겐산을 흡착하여 전지 내 할로겐산의 농도를 감소시킬 수 있다. 이는 활석이 기공이 잘 발달되어 내부 표면적이 큰 입자로 흡착력이 뛰어나며, 할로겐산과 같이 극성이 큰 산성분자일수록 더 쉽게 흡착될 수 있기 때문이다.The inorganic particles introduced to the electrode of the present invention are NiO, CoO, MnO, MnO 2 , Co 2 O 3 , CaCO 3 , or talc, which may be used alone or in combination. Among these, talc is a compound of the formula Mg 3 (OH) 2 Si 4 O 10 , in addition to neutralization with the halogen acid, it can adsorb the halogen acid in the battery to reduce the concentration of the halogen acid in the battery. This is because talc has excellent pores due to the well developed pores, and the adsorption power is excellent, and acid molecules having a higher polarity such as halogen acids can be more easily adsorbed.

본 발명에서는 전극에 도입된 무기 입자의 중화 반응 또는 흡착에 의해 HX의 농도가 감소하게 되는데, 이때 감소된 전지 내 HX(X = F, Cl, Br, I)의 잔존 농도는 50ppm이하인 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.In the present invention, the concentration of HX decreases due to the neutralization reaction or adsorption of the inorganic particles introduced to the electrode, wherein the residual concentration of HX (X = F, Cl, Br, I) in the battery is preferably 50 ppm or less. However, the present invention is not limited thereto.

본 발명에서 사용되는 무기 입자의 크기는 제한이 없으나 10nm 내지 100μm 인 것이 바람직하다. 10nm미만인 경우 제조가 어려울 뿐 아니라, 상기 무기입자가 전극 내에 형성하는 기공의 크기가 너무 작아서 전극의 충분한 성능 발휘를 저해할 수 있다. 한편, 100㎛를 초과하는 경우 전극에 균일한 두께로 도입되기 어려우며, 최종 제조되는 전극의 두께가 증가되어 소자의 크기가 증가하거나 또는 전극활물질의 사용량 감소로 인한 전기 용량 저하가 초래될 수 있다.The size of the inorganic particles used in the present invention is not limited but is preferably 10nm to 100μm. If it is less than 10nm, not only manufacturing is difficult, but also the size of pores formed in the electrode by the inorganic particles is too small may inhibit the performance of the electrode sufficient. On the other hand, if it exceeds 100㎛ it is difficult to introduce a uniform thickness to the electrode, the thickness of the final electrode is increased may increase the size of the device or may lead to a reduction in the electrical capacity due to the reduced amount of the electrode active material.

상기 무기 입자의 함량은 전기화학소자의 제반 성능을 향상시키고자 하는 목표에 따라 조절가능하나, 특히 전극활물질 100 중량부 대비 0.01 내지 30 중량부가 바람직하다. 0.01 중량부 미만일 경우, 전지의 고온 저장 특성의 향상 효과가 미미하며, 30 중량부를 초과할 경우, 전기 용량 및 성능 저하가 초래될 수 있기 때문이다.The content of the inorganic particles can be adjusted according to the goal to improve the overall performance of the electrochemical device, in particular 0.01 to 30 parts by weight relative to 100 parts by weight of the electrode active material. If it is less than 0.01 part by weight, the effect of improving the high temperature storage characteristics of the battery is insignificant, and if it exceeds 30 parts by weight, it is because the electric capacity and performance may be deteriorated.

본 발명의 전극은 전술한 무기 입자를 전극 재료로 병용하여 이루어질 수 있으며, 기제조된 전극 표면에 코팅하여 이루어질 수도 있다. The electrode of the present invention may be made by using the above-described inorganic particles in combination with an electrode material, or may be formed by coating a surface of a prepared electrode.

본 발명에 따라 전극을 제조하는 방법은 특별히 제한되지 않으나, 일 실시예로서 당업계에 알려진 통상적인 방법 즉, 양극활물질 또는 음극활물질을 포함하는 전극 슬러리를 전류 집전체 상에 도포 및 건조하여 제조된다. 이때 선택적으로 도전제 및/또는 바인더를 소량 첨가할 수 있다.The method for manufacturing the electrode according to the present invention is not particularly limited, but is prepared by applying and drying a conventional method known in the art as an example, that is, an electrode slurry including a positive electrode active material or a negative electrode active material on a current collector. . In this case, a small amount of a conductive agent and / or a binder may be optionally added.

양극활물질은 종래 이차 전지의 양극에 사용될 수 있는 통상적인 양극활물질이 사용 가능하며, 이의 비제한적인 예로는 LiMxOy(M = Co, Ni, Mn, CoaNibMnc)와 같은 리튬 전이금속 복합산화물(예를 들면, LiMn2O4 등의 리튬 망간 복합산화물, LiNiO2 등의 리튬 니켈 산화물, LiCoO2 등의 리튬 코발트 산화물 및 이들 산화물의 망간, 니켈, 코발트의 일부를 다른 전이금속 등으로 치환한 것 또는 리튬을 함유한 산화바나듐 등) 또는 칼코겐 화합물(예를 들면, 이산화망간, 이황화티탄, 이황화몰리브덴 등) 등이 있다. 바람직하게는 LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMn2O4, Li(NiaCobMnc)O2(0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, a+b+c=1), LiNi1-YCoYO2, LiCo1-YMnYO2, LiNi1-YMnYO2 (여기에서, 0≤Y<1), Li(NiaCobMnc)O4(0<a<2, 0<b<2, 0<c<2, a+b+c=2), LiMn2-zNizO4, LiMn2-zCozO4(여기에서, 0<Z<2), LiCoPO4, LiFePO4 또는 이들의 혼합물 등이 있다. The positive electrode active material may be a conventional positive electrode active material that can be used for the positive electrode of a conventional secondary battery, non-limiting examples of lithium such as LiM x O y (M = Co, Ni, Mn, Co a Ni b Mn c ) Transition metal composite oxides (for example, lithium manganese composite oxides such as LiMn 2 O 4 , lithium nickel oxides such as LiNiO 2 , lithium cobalt oxides such as LiCoO 2 , and some of the manganese, nickel and cobalt oxides of these oxides And the like, or a vanadium oxide containing lithium) or a chalcogen compound (for example, manganese dioxide, titanium disulfide, molybdenum disulfide, and the like). Preferably LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , Li (Ni a Co b Mn c ) O 2 (0 <a <1, 0 <b <1, 0 <c <1, a + b + c = 1), LiNi 1-Y Co Y O 2 , LiCo 1-Y Mn Y O 2 , LiNi 1-Y Mn Y O 2 (where 0 ≦ Y <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-z Ni z O 4 , LiMn 2-z Co z O 4 ( Here, 0 <Z <2), LiCoPO 4 , LiFePO 4, or a mixture thereof is mentioned.

음극활물질은 종래 이차 전지의 음극에 사용될 수 있는 통상적인 음극활물질이 사용 가능하며, 이의 비제한적인 예로는 리튬 금속 또는 리튬 합금, 탄소, 석유코크(petroleum coke), 활성화 탄소(activated carbon), 그래파이트(graphite) 또는 기타 탄소류 등의 리튬 흡착물질 등이 있다. 양극 전류집전체의 비제한적인 예로는 알루미늄, 니켈 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있으며, 음극 전류집전체의 비제한적인 예로는 구리, 금, 니켈 또는 구리 합금 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있다.The negative electrode active material may be a conventional negative electrode active material that can be used for the negative electrode of a conventional secondary battery, non-limiting examples of lithium metal or lithium alloy, carbon, petroleum coke, activated carbon, graphite lithium adsorbents such as graphite or other carbons. Non-limiting examples of the positive electrode current collector is a foil made by aluminum, nickel or a combination thereof, and non-limiting examples of the negative electrode current collector by copper, gold, nickel or copper alloy or a combination thereof Foils produced.

바인더로는 통상적인 결합제를 사용할 수 있으며, 이의 비제한적인 예로는 PVDF(polyvinylidene fluoride) 또는 SBR(styrene butadiene rubber) 등이 있다. Conventional binders may be used, and non-limiting examples thereof include polyvinylidene fluoride (PVDF) or styrene butadiene rubber (SBR).

또한, 본 발명은 양극, 음극, 분리막 및 전해액을 포함하는 이차 전지에 있어서, 상기 양극, 음극 또는 양(兩) 전극은 본 발명의 무기 입자가 포함된 전극인 것이 특징인 이차 전지를 제공한다.The present invention also provides a secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, a separator, and an electrolyte, wherein the positive electrode, the negative electrode, or the positive electrode is an electrode containing the inorganic particles of the present invention.

상기 이차 전지로는 리튬 이차 전지가 바람직하며, 이의 비제한적인 예로는 리튬 금속 이차 전지, 리튬 이온 이차 전지, 리튬 폴리머 이차 전지 또는 리튬 이온 폴리머 이차 전지 등이 있다. The secondary battery is preferably a lithium secondary battery, and non-limiting examples thereof include a lithium metal secondary battery, a lithium ion secondary battery, a lithium polymer secondary battery, or a lithium ion polymer secondary battery.

본 발명의 이차 전지는 당 기술 분야에 알려진 통상적인 방법에 따라 제조될 수 있다. 이의 일 실시예를 들면, 본 발명에 따라 제조된 음극과 양극 사이에 분리막을 개재(介在)시켜 조립한 후, 전해액을 주입함으로써 제조될 수 있다.The secondary battery of the present invention can be prepared according to conventional methods known in the art. For example, after the assembly between the negative electrode and the positive electrode prepared according to the present invention by interposing a separator (介 在), it can be prepared by injecting an electrolyte solution.

상기 전해액은 당업계에 알려진 통상적인 전해액 성분, 예컨대 전해질염과 전해액 용매를 포함한다. 이때, 전해질 염은 A+B-와 같은 구조의 염으로서, A+는 Li+, Na+, K+와 같은 알칼리 금속 양이온 또는 이들의 조합으로 이루어진 이온을 포함하고, B-는 PF6 -, BF4 -, Cl-, Br-, I-, ClO4 -, AsF6 -, CH3CO2 -, CF3SO3 -, N(CF3SO2)2 -, C(CF2SO2)3 -와 같은 음이온 또는 이들의 조합으로 이루어진 이온을 포함하는 염이다. The electrolyte includes conventional electrolyte components known in the art, such as electrolyte salts and electrolyte solvents. At this time, the electrolyte salt is A + B - A salt of the structure, such as, A + is Li +, Na +, and comprising an alkali metal cation or an ion composed of a combination thereof, such as K +, B - is PF 6 -, BF 4 -, Cl -, Br -, I -, ClO 4 -, AsF 6 -, CH 3 CO 2 -, CF 3 SO 3 -, N (CF 3 SO 2) 2 -, C (CF 2 SO 2) Salts containing ions consisting of anions such as 3 or combinations thereof.

전해액 용매는 당 업계에 알려진 통상적인 유기 용매, 예컨대 환형 또는 선형 카보네이트, 에스테르, 에테르, 케톤계 유기 용매가 사용 가능하다. 상기 전해액 용매의 비제한적인 예로는 프로필렌 카보네이트(PC), 에틸렌 카보네이트(EC), 디에틸카보네이트(DEC), 디메틸카보네이트(DMC), 디프로필카보네이트(DPC), 메틸프로필카보네이트(MPC), 디메틸설폭사이드, 아세토니트릴, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 테트라하이드로퓨란, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 에틸메틸카보네이트(EMC), 부티 로락톤, 감마 부티로락톤(GBL), 발레로락톤, 카프로락톤, 플루오르에틸렌 카보네이트(FEC), 포름산 메틸, 포름산 에틸, 포름산 프로필, 초산 메틸, 초산 에틸, 초산 프로필, 초산 펜틸, 프로피온산 메틸, 프로피온산 에틸, 프로피온산 프로필, 프로피온산 부틸 또는 이들의 할로겐 유도체 등이 있다. 이들 전해액 용매는 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.The electrolyte solvent may be a conventional organic solvent known in the art, such as cyclic or linear carbonates, esters, ethers, ketone organic solvents. Non-limiting examples of the solvent solvent is propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), dipropyl carbonate (DPC), methyl propyl carbonate (MPC), dimethyl sulfoxide Said, acetonitrile, dimethoxyethane, diethoxyethane, tetrahydrofuran, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), ethylmethylcarbonate (EMC), butyrolactone, gamma butyrolactone (GBL), valerian Rolactone, caprolactone, fluoroethylene carbonate (FEC), methyl formate, ethyl formate, propyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, pentyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, propyl propionate, butyl propionate or halogen derivatives thereof Etc. These electrolyte solvents can be used individually or in mixture of 2 or more types.

본 발명에서 사용될 수 있는 분리막은 특별한 제한이 없으나, 다공성 분리막이 사용 가능하며, 예를 들면 폴리프로필렌계, 폴리에틸렌계, 폴리올레핀계 다공성 분리막 등이 있다. 또는 무기물 입자가 도입된 다공성 분리막도 사용 가능하다.The separator that can be used in the present invention is not particularly limited, but a porous separator may be used, for example, a polypropylene-based, polyethylene-based, or polyolefin-based porous separator. Alternatively, a porous separator into which inorganic particles are introduced may also be used.

상기의 방법으로 제작된 이차 전지의 외형은 제한이 없으나, 캔을 사용한 원통형, 각형, 파우치(pouch)형 또는 코인(coin)형 등이 될 수 있다. The shape of the secondary battery manufactured by the above method is not limited, but may be cylindrical, square, pouch type or coin type using a can.

나아가, 본 발명은 NiO, CoO, MnO, MnO2, Co2O3, CaCO3, 및 활석(talc)으로 이루어진 군에서 선택된 무기입자로 구성된 이차 전지용 할로겐산(HX: X= F, Cl, Br, I) 저감제를 제공한다. 상기 무기 입자는 중화 반응 또는 흡착을 통하여 전지 내 할로겐산의 농도를 감소시킬 수 있다. 상기 무기 입자는 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.Furthermore, the present invention is a halogen acid for a secondary battery (HX: X = F, Cl, Br consisting of inorganic particles selected from the group consisting of NiO, CoO, MnO, MnO 2 , Co 2 O 3 , CaCO 3 , and talc) , I) provide a reducing agent. The inorganic particles may reduce the concentration of halogen acid in the battery through neutralization reaction or adsorption. The said inorganic particle can be used individually or in mixture.

이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 이들에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples. However, the following examples are for illustrating the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

실시예 1Example 1

1-1. 양극의 제조.1-1. Preparation of the anode.

양극 활물질로 LiCoO2 89 중량%, 할로겐산 저감제로서 NiO 3중량%, 도전제로 카본 블랙(carbon black) 4 중량%, 결합제로 PVDF 4 중량%를 용제인 N-메틸-2 피롤리돈(NMP)에 첨가하여 양극 혼합물 슬러리를 제조하였다. 상기 양극 혼합물 슬러리를 두께가 20㎛인 양극 집전체의 알루미늄(Al) 박막에 도포 및 건조를 통하여 양극을 제조한 후, 롤 프레스(roll press)를 실시하였다. 89 wt% of LiCoO 2 as positive electrode active material, NiO as halogen acid reducing agent A positive electrode mixture slurry was prepared by adding 3% by weight, 4% by weight of carbon black as a conductive agent and 4% by weight of PVDF as a binder to a solvent, N-methyl-2 pyrrolidone (NMP). The positive electrode mixture slurry was coated on a thin film of aluminum (Al) of a positive electrode current collector having a thickness of 20 μm and manufactured to produce a positive electrode, followed by roll press.

1-2. 음극의 제조.1-2. Preparation of the negative electrode.

음극 활물질로 탄소 분말, 결합재로 폴리비닐리덴플로라이드(PVdF), 도전재로 카본 블랙 (carbon black)을 각각 96 중량%, 3 중량%, 1 중량%로 하여 용제인 N-메틸-2 피롤리돈(NMP)에 첨가하여 음극 혼합물 슬러리를 제조하였다. 상기 음극 혼합물 슬러리를 두께가 10 ㎛인 음극 집전체인 구리(Cu) 박막에 도포, 건조를 통하여 음극을 제조한 후 롤 프레스(roll press)를 실시하였다. N-methyl-2 pyrroli as a solvent by using carbon powder as a negative electrode active material, polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder, and carbon black as a conductive material at 96% by weight, 3% by weight, and 1% by weight, respectively. A negative electrode mixture slurry was prepared by adding to NMP. The negative electrode mixture slurry was coated on a copper (Cu) thin film, which is a negative electrode current collector having a thickness of 10 μm, to prepare a negative electrode through drying, and then roll press was performed.

1-3. 리튬 이차 전지의 제조1-3. Fabrication of Lithium Secondary Battery

상기에서 제조된 양극, 상기 음극 및 폴리프로필렌 /폴리에틸렌/폴리프로필렌(PP/PE/PP)으로 구성된 분리막을 스태킹(stacking) 방식을 이용하여 조립하였으며, 조립된 전지에 1M의 리튬헥사플로로포스페이트 (LiPF6)가 용해된 에틸렌카보네이트/프로필렌카보네이트/디에틸카보네이트 (EC:PC:DEC=30:20:50 중량%) 전해액을 주입하여 리튬 이차 전지를 제조하였다.A separator consisting of the positive electrode, the negative electrode, and polypropylene / polyethylene / polypropylene (PP / PE / PP) prepared above was assembled using a stacking method, and 1M lithium hexafluorophosphate ( A lithium secondary battery was prepared by injecting an ethylene carbonate / propylene carbonate / diethyl carbonate (EC: PC: DEC = 30: 20: 50 wt%) electrolyte solution in which LiPF 6 ) was dissolved.

실시예 2Example 2

양극 제조시 NiO 대신 CoO를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일 한 방법으로 리튬 이차 전지를 제조하였다. A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that CoO was used instead of NiO in preparing the cathode.

실시예 3Example 3

양극 제조시 NiO 대신 MnO를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차 전지를 제조하였다. A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that MnO was used instead of NiO in preparing the cathode.

실시예 4Example 4

양극 제조시 NiO 대신 MnO2를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차 전지를 제조하였다. A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that MnO 2 was used instead of NiO in preparing the cathode.

실시예 5Example 5

양극 제조시 NiO 대신 Co2O3를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차 전지를 제조하였다. A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that Co 2 O 3 was used instead of NiO in preparing the cathode.

실시예 6Example 6

양극 제조시 NiO 대신 CaCO3를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차 전지를 제조하였다. A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that CaCO 3 was used instead of NiO in preparing the cathode.

실시예 7Example 7

양극 제조시 NiO 대신 활석(talc)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차 전지를 제조하였다. A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that talc was used instead of NiO when preparing the cathode.

비교예 1Comparative Example 1

양극 제조시 NiO 를 사용하지 않은 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차 전지를 제조하였다. A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that NiO was not used to prepare the cathode.

실험예Experimental Example 1  One

할로겐산이 존재하는 전지 내 환경과 유사한 조건하에서 본 발명에 사용되는 무기 입자의 할로겐산 저감 효과를 평가하기 위하여, 하기와 같은 실험을 실시하였다.In order to evaluate the effect of reducing the halogen acid of the inorganic particles used in the present invention under conditions similar to those in the battery environment in which the halogen acid is present, the following experiment was conducted.

프로필렌 카보네이트 50 g에 HF를 2000ppm의 농도로 용해시키고, 여기에 NiO, CoO, MnO, MnO2, Co2O3, CaCO3, 활석(talc)을 각각 투입하여, 시간 경과에 따라 HF의 농도를 측정하였다. 그 결과를 도 1에 도시하였다.HF was dissolved in 50 g of propylene carbonate at a concentration of 2000 ppm, and NiO, CoO, MnO, MnO 2 , Co 2 O 3 , CaCO 3 and talc were added to each other. Measured. The results are shown in FIG.

실험 결과, 본 발명의 무기 입자가 사용되는 경우 HF의 농도가 현저히 감소되는 효과가 있음이 나타났다. 이로부터 상기 무기 입자의 HF와의 중화 반응 및/또는 HF의 흡착 등에 의해, 전지 내 HF의 농도 감소가 유의적으로 이루어질 수 있음을 알 수 있었다.As a result of the experiment, when the inorganic particles of the present invention is used, the concentration of HF was found to be remarkably reduced. From this, it was found that the concentration of HF in the battery can be significantly reduced by neutralization reaction with HF and / or adsorption of HF.

실험예 2. HF 농도 및 물의 함량 비교 평가Experimental Example 2 Comparative Evaluation of HF Concentration and Water Content

전지 내 환경과 유사한 조건하에서 본 발명에 사용되는 무기 입자의 할로겐산 저감 효과 및 전지 내 물의 HF 재생성 여부를 평가하기 위하여, 하기와 같은 실험을 실시하였다.In order to evaluate the effect of reducing the halogen acid of the inorganic particles used in the present invention and HF regeneration of water in the battery under conditions similar to those in the battery environment, the following experiment was conducted.

에틸렌 카보네이트(EC): 에틸메틸 카보네이트(EMC) = 1:2의 부피비를 갖는 1M LiPF6 용액에 NiO, CoO, MnO, MnO2, Co2O3, CaCO3, 활석(talc)을 각각 3g 투입하였으며, 이의 대조군으로는 상기 무기 입자를 사용하지 않은 용액; 및 상기 무기 입자 대신 MgO, Al2O3, zeolite를 사용한 용액을 사용하였다. 25 ℃에서 1시간 경과 후 상기 용액 내 물의 농도를 측정한 후, 65 ℃에서 15일간 방치한 후 상기 용액 내 물의 농도 및 HF 농도를 측정하였다. 그 결과를 도 2의 (a) 및 (b)에 도시하였다.Ethylene carbonate (EC): 3 g of NiO, CoO, MnO, MnO 2 , Co 2 O 3 , CaCO 3 , and talc were added to 1M LiPF 6 solution having a volume ratio of ethylmethyl carbonate (EMC) = 1: 2. As a control thereof, a solution without using the inorganic particles; And a solution using MgO, Al 2 O 3 , zeolite instead of the inorganic particles. After 1 hour at 25 ° C., the concentration of water in the solution was measured, and after 15 days at 65 ° C., the concentration of water and HF concentration were measured. The results are shown in (a) and (b) of FIG. 2.

실험 결과, MgO, Al2O3을 포함하는 대조군 용액에서 65 ℃에서 15일간 방치한 후 용액 내 HF의 농도가 매우 높게 나타나, 상기 MgO, Al2O3는 전지 내 할로겐산 저감 효과가 미미함을 알 수 있었다.As a result, in the control solution containing MgO, Al 2 O 3 After leaving for 15 days at 65 ℃, the concentration of HF in the solution was very high, the MgO, Al 2 O 3 has little effect of reducing the halogen acid in the battery And it was found.

또한, zeolite를 포함하는 대조군 용액에서는 65 ℃에서 15일간 방치한 후 용액 내 HF 농도가 낮게 나타났으나, 65 ℃에서 15일간 방치 후의 물의 농도가 초기 물의 농도에 비하여 훨씬 높게 나타났다. 이는 zeolite lattice 내에 trap 되어 있던 물 분자가 고온 하에서 시간의 경과에 따라 전해액으로 용출되기 때문으로 추정되며, 이로부터 zeolite 의 수분 흡착력이 고온에서 감소됨을 알 수 있었다. 따라서, zeolite를 포함하는 전극을 전지에 사용하는 경우, 고온하에서 전해액 내의 수분량이 높아짐을 예측할 수 있다. 또한, 이 경우, 상기 물의 전기분해로 인해 가스가 발생하여 전지의 내압이 증가되거나, 상기 물과 전해질염이 반응하여 불산이 형성됨으로써 전극을 용출시킬 우려가 있다. In addition, in the control solution containing zeolite, the HF concentration in the solution was lower after 15 days at 65 ° C., but the concentration of water after 15 days at 65 ° C. was much higher than that of the initial water. This is presumably because the water molecules trapped in the zeolite lattice are eluted into the electrolyte solution over time under high temperature. Therefore, when the electrode containing zeolite is used in the battery, it can be expected that the amount of moisture in the electrolyte is increased at high temperatures. In this case, gas may be generated due to the electrolysis of the water, thereby increasing the internal pressure of the battery, or reacting the water with the electrolyte salt to form hydrofluoric acid, thereby eluting the electrode.

본 발명의 무기 입자가 사용된 경우, 초기 물의 농도 및 65 ℃에서 15일간 방치 후의 물의 농도가 비슷한 수준으로 나타나고, 65 ℃에서 15일간 방치한 후 용액 내 HF 농도는 매우 낮은 수준을 보였다. 이로부터 본 발명의 무기 입자가 사용된 경우 전지의 고온 저장시, 전지 내 물이 더 이상 HF 형성 반응에 재사 용(recycle)되지 않고, 전지 내에서 물의 형태로 존재함을 알 수 있었다. 또한, 본 발명에 따른 무기 입자가 사용하는 경우, 고온에서 HF의 생성 및 이로 인한 전극활물질의 용출 또는 그외 부반응이 억제되어, 전지의 고온 저장 특성을 향상시킬 수 있음을 예측할 수 있었다.When the inorganic particles of the present invention were used, the initial water concentration and the water concentration after 15 days of standing at 65 ° C. appeared to be at similar levels, and the HF concentration in the solution after standing for 15 days at 65 ° C. showed a very low level. From this, it was found that when the inorganic particles of the present invention were used, water in the battery was no longer recycled to the HF formation reaction during the high temperature storage of the battery, but existed in the form of water in the battery. In addition, when the inorganic particles according to the present invention are used, it was predicted that the formation of HF at high temperature and the dissolution of the electrode active material or other side reactions thereof were suppressed, thereby improving the high temperature storage characteristics of the battery.

실험예 3. 리튬 이차 전지의 고온 성능 평가Experimental Example 3. High Temperature Performance Evaluation of Lithium Secondary Battery

실시예 1, 비교예 1 내지 비교예 4에서 제조된 전지를 사용하여 45 ℃에서 사이클 수명에 따른 잔존 방전 용량를 측정하였고, 그 결과를 도 3에 나타내었다.Using the batteries prepared in Example 1, Comparative Examples 1 to 4, the residual discharge capacity according to the cycle life at 45 ℃ was measured, the results are shown in FIG.

각 전지를 1C으로 4.2V까지 충전한 후, 전지 용량 5%의 전류까지 전압을 유지하여 충전하였다. 방전은 각 전지를 1C으로 3V까지 방전하였으며, 이러한 충전/방전을 1회라고 하였다.Each battery was charged to 4.2 V at 1 C, and then charged at a voltage up to a current of 5% battery capacity. Discharge discharged each battery to 3V at 1 C, and this charge / discharge was called once.

실험 결과, 본 발명에 따른 무기 입자를 포함하는 전극을 사용한 실시예 1 내지 7의 전지는 사이클 수명이 클수록 통상적인 전극을 사용한 비교예 1의 전지에 비하여 더 높은 용량을 보였다. 이로부터, 본 발명에 따른 무기 입자를 포함하는 전극을 사용하는 경우, 전지의 고온 성능을 향상시킬 수 있음을 확인할 수 있었다.As a result of the experiment, the battery of Examples 1 to 7 using the electrode containing the inorganic particles according to the present invention showed a higher capacity than the battery of Comparative Example 1 using the conventional electrode, the longer the cycle life. From this, it was confirmed that the high temperature performance of the battery can be improved when using the electrode containing the inorganic particles according to the present invention.

본 발명은 할로겐산(HX: X= F, Cl, Br, I)과 중화 반응할 수 있는 무기 입자로서 반응 결과물로 생성된 물이 더 이상 할로겐산 형성 반응에 재사용(recycle)되지 않게 하는 무기 입자, 보다 자세하게는 NiO, CoO, MnO, MnO2, Co2O3, CaCO3, 활석(talc) 또는 이들의 혼합물을 포함하는 전극을 사용함으로써, 전지의 고온 저장 특성 및 고온 성능을 향상시킬 수 있다.The present invention is an inorganic particle capable of neutralizing a reaction with halogen acid (HX: X = F, Cl, Br, I), and the inorganic particle which prevents the water produced as a result of the reaction from being recycled to the halogen acid formation reaction anymore. In more detail, by using an electrode including NiO, CoO, MnO, MnO 2 , Co 2 O 3 , CaCO 3 , talc, or a mixture thereof, high temperature storage characteristics and high temperature performance of the battery can be improved. .

Claims (6)

NiO, CoO, MnO, MnO2, Co2O3, CaCO3, 및 활석(talc)으로 이루어진 군에서 선택된 무기 입자를 포함하는 전극.An electrode comprising inorganic particles selected from the group consisting of NiO, CoO, MnO, MnO 2 , Co 2 O 3 , CaCO 3 , and talc. 제1항에 있어서, 상기 무기 입자는 전지 내 존재하는 할로겐산과 중화 반응을 통하여 전지 내 할로겐산의 농도를 감소시키는 것이 특징인 전극.The electrode of claim 1, wherein the inorganic particles reduce the concentration of halogen acid in the battery through a neutralization reaction with the halogen acid present in the battery. 제1항에 있어서, 상기 무기 입자를 전극 재료의 구성 성분으로 사용하거나 또는 기제조된 전극의 코팅 성분으로 사용하여 제조된 것이 특징인 전극.The electrode according to claim 1, wherein the inorganic particles are prepared by using the inorganic particles as a constituent of an electrode material or as a coating component of a prepared electrode. 양극, 음극, 전해액 및 분리막을 포함하는 이차 전지에 있어서, In a secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, an electrolyte and a separator, 상기 양극, 음극 또는 양(兩) 전극은 제1항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 기재된 전극인 것이 특징인 이차 전지.The secondary battery, wherein the positive electrode, the negative electrode, or the positive electrode is the electrode according to any one of claims 1 to 3. 제4항에 있어서, 상기 이차 전지는 리튬 이차 전지인 전지.The battery of claim 4, wherein the secondary battery is a lithium secondary battery. NiO, CoO, MnO, MnO2, Co2O3, CaCO3, 및 활석(talc)으로 이루어진 군에서 선택된 무기입자로 구성된 이차 전지용 할로겐산 저감제.A halogen acid reducing agent for a secondary battery composed of inorganic particles selected from the group consisting of NiO, CoO, MnO, MnO 2 , Co 2 O 3 , CaCO 3 , and talc.
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