KR20100061349A - Positive electrode for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery including same - Google Patents
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Abstract
Description
리튬 이온 이차 전지용 양극 및 이를 포함하는 리튬 이온 이차 전지에 관한 것인다. It relates to a positive electrode for a lithium ion secondary battery and a lithium ion secondary battery comprising the same.
최근, 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 등에 사용할 수 있는 리튬 이온 이차 전지에 대해 더 한층 고용량이 요구되고 있고, 이러한 고용량, 고에너지 밀도를 실현하기 위해 충전 전압을 높게 설정함으로써 양극의 이용율을 향상시켜 고용량화를 실현하려는 시도가 이루지고 있다. Recently, a higher capacity is required for a lithium ion secondary battery that can be used in a mobile phone or a notebook computer. To realize such a high capacity and high energy density, a high charging voltage is set to improve the utilization rate of the positive electrode to achieve high capacity. Attempts are being made.
예를 들면, 양극 활물질로서 LiMn2O4 등의 리튬망간계 산화물이 사용되면 충방전에 수반되는 리튬 이온의 삽입 반응에 의해 금속 망간으로 석출된다. 상술한 바와 같이 금속 망간이 음극에서 퇴적되고 축적되면, 세퍼레이터(separator)의 파손 또는 음극의 열화에 의해 리튬 이온 이차 전지의 사이클 특성이 저하된다. For example, when a lithium manganese oxide such as LiMn 2 O 4 is used as the positive electrode active material, it is precipitated into metal manganese by the insertion reaction of lithium ions accompanying charge and discharge. As described above, when metal manganese is deposited and accumulated in the negative electrode, the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery are degraded due to breakage of the separator or deterioration of the negative electrode.
이와 같이 양극 활물질로부터 금속이 용출되면, 상기 금속이 음극에 퇴적되거나 세퍼레이터가 산화되므로 리튬 이온 이차 전지가 열화되는 문제가 있다. 이러한 전이금속의 용출은 고전압, 고온에서 현저하므로, 상기 전이금속의 용출에 수반하는 열화도 고전압, 고온에서 더욱 현저하다. 상기 열화에 의해 리튬 이온 이차 전지의 임피던스(저항)가 증가되어 사이클 특성이 저하된다. As such, when the metal is eluted from the positive electrode active material, the metal is deposited on the negative electrode or the separator is oxidized, thereby deteriorating the lithium ion secondary battery. Since the dissolution of such transition metal is remarkable at high voltage and high temperature, the degradation accompanying the dissolution of the transition metal is more remarkable at high voltage and high temperature. Due to the deterioration, the impedance (resistance) of the lithium ion secondary battery is increased, and the cycle characteristics are lowered.
상술한 문제를 해결하기 위해, 양극과 세퍼레이터 사이에 아라미드 수지(전방향족 폴리아미드 수지를 의미함)층을 개재시켜 전해액, 음극 또는 세퍼레이터의 열화를 억제하는 방법이 시도되었다. 그러나, 상기 방법으로는 아라미드 수지층과 접하지 않는 양극 내부의 양극 활물질로부터 금속이 용출되는 것을 억제할 수는 없다. In order to solve the above-mentioned problem, the method of suppressing deterioration of electrolyte solution, a negative electrode, or a separator was tried through the aramid resin (meaning an wholly aromatic polyamide resin) layer between a positive electrode and a separator. However, the above method cannot prevent the metal from eluting from the positive electrode active material inside the positive electrode not in contact with the aramid resin layer.
본 발명의 일 측면은 고전압, 고온 하에서 충방전하여도 양극 활물질을 안정된 상태로 유지할 수 있고, 우수한 사이클 특성을 발현할 수 있는 리튬 이온 이차 전지용 양극을 제공하기 위한 것이다. One aspect of the present invention is to provide a positive electrode for a lithium ion secondary battery that can maintain a positive electrode active material in a stable state even when charging and discharging under high voltage and high temperature, and can exhibit excellent cycle characteristics.
본 발명의 다른 측면은 상기 양극을 포함하는 리튬 이온 이차 전지를 제공하기 위한 것이다. Another aspect of the present invention is to provide a lithium ion secondary battery comprising the positive electrode.
본 발명의 일 측면에 따른 리튬 이온 이차 전지용 양극은 양극 활물질을 함 유하는 양극 전극, 음극 활물질을 함유하는 음극 전극을 포함하는 리튬 이온 이차 전지에 사용하는 것으로, 상기 양극은 리튬망간계 화합물 코어 및 상기 리튬망간계 화합물 코어 상에 위치하는 내열성 폴리머를 포함하고, 상기 내열성 폴리머는 유리전이온도(Tg)가 약 80 내지 약 400 ℃인 것이다. The positive electrode for a lithium ion secondary battery according to an aspect of the present invention is used in a lithium ion secondary battery including a positive electrode containing a positive electrode active material and a negative electrode containing a negative electrode active material, the positive electrode is a lithium manganese compound core and And a heat resistant polymer positioned on the lithium manganese compound core, wherein the heat resistant polymer has a glass transition temperature (Tg) of about 80 to about 400 ° C.
상기 유리전이온도(Tg)가 약 80 내지 약 400 ℃인 내열성 폴리머는 폴리아미드(PA) 수지, 폴리이미드(PI) 수지, 폴리아미드이미드(PAI) 수지, 폴리아크릴로니트릴(PAN) 수지, 폴리설폰(PS) 수지, 폴리벤조이미다졸(PBI) 수지, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 수지, 또는 이들의 공중합체, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 상기 폴리아미드 수지는 전방향족(wholly aromatic) 폴리아미드계 수지일 수 있다. 상기 내열성 폴리머 수지 함량은 상기 리튬망간계 화합물 100중량부를 기준으로 약 0.01 중량부 내지 약 3 중량부일 수 있다. The heat resistant polymer having a glass transition temperature (Tg) of about 80 to about 400 ° C. may include polyamide (PA) resin, polyimide (PI) resin, polyamideimide (PAI) resin, polyacrylonitrile (PAN) resin, poly It may be selected from the group consisting of sulfone (PS) resin, polybenzoimidazole (PBI) resin, polytetrafluoroethylene (PTFE) resin, or copolymers thereof, and combinations thereof. The polyamide resin may be a wholly aromatic polyamide-based resin. The heat resistant polymer resin content may be about 0.01 part by weight to about 3 parts by weight based on 100 parts by weight of the lithium manganese compound.
상기 내열성 폴리머를 위치시키는 경우, 상기 내열성 폴리머층의 평균 두께는 약 0.002 내지 약 0.5 ㎛일 수 있다.When positioning the heat resistant polymer, the average thickness of the heat resistant polymer layer may be about 0.002 to about 0.5 μm.
또한 본 발명의 다른 일 측면에 따른 리튬이온 이차전지용 양극은 리튬망간계 화합물 코어 및 상기 망간계 화합물 코어 상에 위치하는 내열성 폴리머 및 무기 금속 화합물을 포함하고, 상기 내열성 폴리머는 유리전이온도가 약 80 내지 약 400 ℃인 것이다. In addition, according to another aspect of the present invention, a cathode for a lithium ion secondary battery includes a lithium manganese compound core and a heat resistant polymer and an inorganic metal compound positioned on the manganese compound core, and the heat resistant polymer has a glass transition temperature of about 80 degrees. To about 400 ° C.
상기 내열성 폴리머는 폴리아미드(PA) 수지, 폴리이미드(PI) 수지, 폴리아미드이미드(PAI) 수지, 폴리아크릴로니트릴(PAN) 수지, 폴리설폰(PS) 수지, 폴리벤조이미다졸(PBI) 수지, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 수지 또는 이들의 공중합체, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 상기 폴리아미드 수지는 전방향족(wholly aromatic) 폴리아미드계 수지일 수 있다. 상기 내열성 폴리머 수지 함량은 상기 리튬망간계 화합물 100중량부를 기준으로 약 0.01 중량부 내지 약 3 중량부일 수 있다. The heat resistant polymer is polyamide (PA) resin, polyimide (PI) resin, polyamideimide (PAI) resin, polyacrylonitrile (PAN) resin, polysulfone (PS) resin, polybenzoimidazole (PBI) resin , Polytetrafluoroethylene (PTFE) resins or copolymers thereof, and combinations thereof. The polyamide resin may be a wholly aromatic polyamide-based resin. The heat resistant polymer resin content may be about 0.01 part by weight to about 3 parts by weight based on 100 parts by weight of the lithium manganese compound.
상기 무기 금속 화합물은 산화물, 수산화물, 질화물, 할로겐화물, 황화물 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있다. 상기 무기 금속 화합물의 금속은 Al, Ti, Zr, Mg, Si, Li, Zn, La, Nb, Ta, Ge, Y, Se, B 또는 이들의 조합에서 선택될 수 있다. 상기 무기 금속 화합물은 Li2+2xZn1-xGeO4(여기서 0<x<1), Li4-3xGaxGeO4(여기서 0<x<1), La2/3-xLi3xTiO3 (0·.03≤x≤0.167), La1/3-xLi3xTaO3(0.025≤x≤0.167), La1/3-xLi3xNbO3(0≤x≤0.06), La1.3Li1.7Al0.3(PO4)3, LiAlTa(PO4)3, LiAl0.4Ge1.6(PO4)3, Li1.4Ti1.6Y0.4(PO4)3, Li2O·SeO2·B2O3, LiCl·Li1.4M2(PO4)3(여기서 M은 Al, Ti, Ge 또는 이들의 혼합물), LixPOyNz(여기서 x=2.9, y=3.3, z=0.46), LixBOyNz(여기서 0<x<1, 0<y<1, 0<z<1), Li2S·P2O5, Li2S·SiS2, Li2S·SiS2·LixMO4 (여기서 M은 Si, P, Ge 또는 이들의 혼합물, 0<x<1), Li2S·SiS2·Li3PO4, Li2S·SiS2·xMSy (여기서 M은 Sn, Ta, Ti 또는 이들의 혼합물, 0<x<1), Li2S·SiS2·Li3N, Li3N·SiS2, 또는 이들의 조합에서 선택될 수 있다. The inorganic metal compound may be selected from the group consisting of oxides, hydroxides, nitrides, halides, sulfides, and combinations thereof. The metal of the inorganic metal compound may be selected from Al, Ti, Zr, Mg, Si, Li, Zn, La, Nb, Ta, Ge, Y, Se, B, or a combination thereof. The inorganic metal compound is Li 2 + 2x Zn 1-x GeO 4 (where 0 <x <1), Li 4-3x Ga x GeO 4 (here 0 <x <1), La 2 / 3-x Li 3x TiO 3 (0..03≤x≤0.167), La 1 / 3-x Li 3x TaO 3 (0.025≤x≤0.167), La 1 / 3-x Li 3x NbO 3 (0≤x≤0.06), La 1.3 Li 1.7 Al 0.3 (PO 4 ) 3 , LiAlTa (PO 4 ) 3 , LiAl 0.4 Ge 1.6 (PO 4 ) 3 , Li 1.4 Ti 1.6 Y 0.4 (PO 4 ) 3 , Li 2 OSeO 2 B 2 O 3 , LiCl-Li 1.4 M 2 (PO 4 ) 3 , where M is Al, Ti, Ge or mixtures thereof, Li x PO y N z (where x = 2.9, y = 3.3, z = 0.46), Li x BO y N z (where 0 <x <1, 0 < y <1, 0 <z <1), Li 2 S · P 2 O 5, Li 2 S · SiS 2, Li 2 S · SiS 2 · Li x MO 4 (wherein M is Si, P, Ge or a mixture thereof, 0 <x <1), Li 2 S · SiS 2 · Li 3 PO 4, Li 2 S · SiS 2 · xMS y ( wherein M is Sn, Ta, Ti or mixtures thereof, 0 <x <1), Li 2 S.SiS 2 .Li 3 N, Li 3 N.SiS 2 , or a combination thereof.
상기 내열성 폴리머와 무기 금속 화합물의 혼합비는 상기 내열성 폴리머 5 내지 50중량부 대 상기 무기 금속 화합물 95 내지 50중량부일 수 있다. 상기 내열성 폴리머와 무기 금속 화합물이 함께 병용되는 경우, 상기 내열성 폴리머 및 무기 금속 화합물 층의 평균 두께는 약 0.002 내지 약 0.5 ㎛일 수 있다. The mixing ratio of the heat resistant polymer and the inorganic metal compound may be 5 to 50 parts by weight of the heat resistant polymer to 95 to 50 parts by weight of the inorganic metal compound. When the heat resistant polymer and the inorganic metal compound are used together, the average thickness of the heat resistant polymer and the inorganic metal compound layer may be about 0.002 to about 0.5 μm.
본 발명의 또 다른 일 측면은 상기 리튬 이온 이차 전지용 양극을 포함하는 리튬 이온 이차 전지를 제공한다. Another aspect of the invention provides a lithium ion secondary battery comprising the positive electrode for the lithium ion secondary battery.
고전압, 고온 하에서 충방전하여도 리튬망간계 화합물을 안정된 상태로 유지할 수 있고, 양극의 열화를 억제해서 우수한 사이클 특성을 발현할 수 있는 리튬 이온 이차 전지용 양극을 제공할 수 있다. Even when charging and discharging under high voltage and high temperature, the lithium manganese-based compound can be maintained in a stable state, and a positive electrode for a lithium ion secondary battery capable of suppressing deterioration of the positive electrode and expressing excellent cycle characteristics can be provided.
또한, 망간의 용출이 억제되어, 양극뿐만 아니라 세퍼레이터 및 음극의 열화도 억제할 수 있다. In addition, elution of manganese can be suppressed, and deterioration of not only the positive electrode but also the separator and the negative electrode can be suppressed.
이하 보다 상세하게 설명한다. It demonstrates in detail below.
본 발명의 일 구현예에 따른 리튬 이온 이차 전지용 양극은 리튬망간계 화합물 코어 및 상기 리튬망간계 화합물 코어 상에 위치하는 내열성 폴리머를 포함하고, 상기 내열성 폴리머는 유리전이온도(Tg)가 약 80 내지 약 400 ℃인 것이다. A positive electrode for a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention includes a lithium manganese compound core and a heat resistant polymer positioned on the lithium manganese compound core, and the heat resistant polymer has a glass transition temperature (Tg) of about 80 to about 80 ° C. It is about 400 ° C.
상기 리튬망간계 화합물은 리튬 이온의 가역적인 인터칼레이션/디인터칼레이션 반응에 의해 활물질의 구조적 안정성과 용량이 정해지는 리튬 인터칼레이션 화합물이다. 상기 리튬망간계 화합물은 예를 들어 하기 화학식 1 내지 화학식 4으로 표시되는 화합물 또는 이들의 조합에서 선택될 수 있다. The lithium manganese compound is a lithium intercalation compound in which the structural stability and capacity of the active material are determined by a reversible intercalation / deintercalation reaction of lithium ions. The lithium manganese compound may be selected from, for example, a compound represented by Formula 1 to Formula 4 or a combination thereof.
[화학식 1][Formula 1]
LixMn1 - yMyA2 Li x Mn 1 - y M y A 2
[화학식 2][Formula 2]
LixMn1 - yMyO2 - zXz Li x Mn 1 - y M y O 2 - z X z
[화학식 3](3)
LixMn2O4-zXz Li x Mn 2 O 4-z X z
[화학식 4][Formula 4]
LixMn2 - yM'yA4 Li x Mn 2 - y M ' y A 4
상기 식에서, 0.95≤x≤1.1, 0≤y≤0.7, 0≤z≤0.5, 0≤α≤2이고, M'는 Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V 및 희토류 원소로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소이며, A는 O, F, S 및 P로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소이고, X는 F, S 및 P로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소이다. Wherein 0.95≤x≤1.1, 0≤y≤0.7, 0≤z≤0.5, 0≤α≤2, M 'is Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V and rare earth At least one element selected from the group consisting of elements, A is at least one element selected from the group consisting of O, F, S and P, and X is at least one element selected from the group consisting of F, S and P Element.
상기 리튬망간계 화합물은 단독으로 사용시 충방전이 진행됨에 따라 전해액으로 망간이 용출되고 용출된 망간 성분은 음극 활물질, 예컨대 탄소재료의 표면에 석출되어 음극 활물질로부터 전자를 받아서 환원반응에 의해 전해액이 음극 활물질 상에서 분해되는 것을 촉진시켜 전지의 저항을 증가시켜 전지의 열화가 발생하게 되는 문제점이 있다. 따라서, 상기 음극 활물질 표면에 석출된 망간이 리튬 이온 전지에서 가역 용량을 급격히 감소시키는 것을 볼 수 있다. 이러한 망간 성분의 석출은 고온 보존시 더욱 심각하게 나타난다. As the lithium manganese compound is used alone, as the charge and discharge proceeds, manganese is eluted with the electrolyte, and the eluted manganese component is deposited on the surface of the negative electrode active material, such as a carbon material, and receives electrons from the negative electrode active material. There is a problem that deterioration of the battery occurs by promoting decomposition of the active material to increase the resistance of the battery. Therefore, it can be seen that manganese deposited on the surface of the negative electrode active material rapidly decreases the reversible capacity in the lithium ion battery. Precipitation of such manganese components is more severe when stored at high temperature.
그러나, 본 발명의 일 구현예에 따라 상기 리튬망간계 화합물 코어 상에 내열성 폴리머를 위치시키면, 양극판 표면에 존재하는 리튬망간계 화합물뿐만 아니라 양극판 내부에 존재하는 리튬망간계 화합물에 대해서도 망간의 용출을 억제할 수 있다. 이에 의해 전해액의 분해 반응이 완화되어 망간의 용출, 석출에 수반하는 열화, 가스 발생 등이 억제되어, 고전압, 고온 하에서 충방전하여도 우수한 사이클 특성을 발현할 수 있다.However, when the heat-resistant polymer is placed on the lithium manganese compound core according to one embodiment of the present invention, not only the lithium manganese compound present on the surface of the positive electrode plate but also the lithium manganese compound present inside the positive electrode plate are not dissolved. It can be suppressed. As a result, the decomposition reaction of the electrolyte solution is alleviated, so that elution of manganese, deterioration associated with precipitation, gas generation, and the like are suppressed, and excellent cycle characteristics can be expressed even when charging and discharging under high voltage and high temperature.
상기 리튬망간계 화합물의 코어 입자 상에는 상기 유리전이온도가 약 80 내지 약 400 ℃인 내열성 폴리머가 위치한다. 상기 내열성 폴리머는 상기 유리전이온도가 약 80 내지 약 400 ℃인 내열성 폴리머는 예를 들어 폴리아미드(PA) 수지, 폴리이미드(PI) 수지, 폴리아미드이미드(PAI) 수지, 폴리아크릴로니트릴(PAN) 수지, 폴리설폰(PS) 수지, 폴리벤조이미다졸(PBI) 수지, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 수지 또는 이들의 공중합체로 이루어진 군에서 하나 이상 선택될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 내열성 폴리머의 유리전이온도는 예를 들어, 상기 폴리아크릴로니트릴(PAN) 수지의 유리전이온도는 약 87℃이고, 상기 폴리아미드이미드(PAI) 수지의 유리전이온도는 약 293℃이고, 상기 폴리설폰(PS) 수지의 유리전이온도는 약 185℃이고, 상기 폴리벤조이미다졸(PBI) 수지의 유리전이온도는 약 270℃이다.A heat resistant polymer having a glass transition temperature of about 80 ° C. to about 400 ° C. is positioned on the core particles of the lithium manganese compound. The heat resistant polymer may be a heat resistant polymer having a glass transition temperature of about 80 to about 400 ° C., for example, a polyamide (PA) resin, a polyimide (PI) resin, a polyamideimide (PAI) resin, or a polyacrylonitrile (PAN). ), Polysulfone (PS) resins, polybenzoimidazole (PBI) resins, polytetrafluoroethylene (PTFE) resins or copolymers thereof. More specifically, the glass transition temperature of the heat resistant polymer is, for example, the glass transition temperature of the polyacrylonitrile (PAN) resin is about 87 ℃, the glass transition temperature of the polyamideimide (PAI) resin is about 293 ℃, the glass transition temperature of the polysulfone (PS) resin is about 185 ℃, the glass transition temperature of the polybenzoimidazole (PBI) resin is about 270 ℃.
상기 폴리아미드 수지는 전방향족 폴리아미드계 수지일 수 있다. 상기 전방향족 폴리아미드계 수지의 예로는 비제한적으로 폴리(페닐렌테레프탈아미드), 폴리(벤즈아미드), 폴리(4,4'-벤즈아닐리도테레프탈아미드), 폴리(페닐렌-4,4'-바이 페닐렌 디카르본산아미드), 폴리(페닐렌-2,6-나프탈렌디카르본산아미드), 폴리(2-클로로-페닐렌테레프탈아미드), 페닐렌테레프탈아미드/2,6-클로로페닐렌테레프탈아미드 다중합체 등의 전방향족 폴리아미드계 수지(이하 아라미드 수지라고 한다)를 들 수 있다. The polyamide resin may be a wholly aromatic polyamide-based resin. Examples of the wholly aromatic polyamide-based resin include, but are not limited to, poly (phenylene terephthalamide), poly (benzamide), poly (4,4'-benzanilidedoterphthalamide), poly (phenylene-4,4 ' Biphenylene dicarboxylic acid amide), poly (phenylene-2,6-naphthalenedicarboxylic acid amide), poly (2-chloro-phenylene terephthalamide), phenylene terephthalamide / 2,6-chlorophenylene The wholly aromatic polyamide-type resin (henceforth aramid resin), such as a terephthalamide polypolymer, is mentioned.
상기 아라미드 수지는 융점이 약 180℃ 이상이며, 내열성이 우수하다. 상기 아라미드 수지의 광학 특성은 메타 또는 파라일 수 있고, 단독으로 또는 2종 이상이 병용될 수 있다. Melting | fusing point of the said aramid resin is about 180 degreeC or more, and is excellent in heat resistance. The optical properties of the aramid resin may be meta or para, and may be used alone or in combination of two or more.
상기 리튬망간계 화합물 코어 상에 상기 내열성 폴리머를 위치시킴으로써, 예를 들어 리튬망간계 화합물일 경우 망간의 용출이 억제되어 양극의 열화가 억제되고, 동시에 용출된 망간에 의해 야기되는 세퍼레이터 및 음극의 열화도 완화된다. 이로 인해 고전압, 고온 하에서 리튬 이온 이차 전지의 사이클 특성을 향상시킬 수 있다.By placing the heat resistant polymer on the lithium manganese compound core, for example, in the case of a lithium manganese compound, the elution of manganese is suppressed and the deterioration of the positive electrode is suppressed, and the separator and the negative electrode deteriorated caused by the eluted manganese simultaneously. Is also alleviated. For this reason, the cycling characteristics of a lithium ion secondary battery can be improved under high voltage and high temperature.
상기 리튬망간계 화합물 코어 상에 상기 유리전이온도가 약 80 내지 약 400 ℃인 내열성 폴리머를 위치시키는 방법은 특별히 한정되어 있지 않다. 예를 들어, 상기 리튬망간계 화합물 코어와 상기 내열성 폴리머를 기계적으로 분쇄하여 결합시키는 기계적인 합금, 상기 리튬망간계 화합물 코어와 상기 내열성 폴리머나 상기 무기 금속 화합물을 혼합한 뒤 가열하는 건식법, 상기 리튬망간계 화합물 코어를 상기 내열성 폴리머나 상기 무기 금속 화합물을 함유하는 코팅액에 침지하는 습식법 중 어느 것이어도 좋다. The method of placing the heat resistant polymer having the glass transition temperature of about 80 to about 400 ° C. on the lithium manganese compound core is not particularly limited. For example, a mechanical alloy that mechanically pulverizes and binds the lithium manganese compound core and the heat resistant polymer, a dry method in which the lithium manganese compound core and the heat resistant polymer or the inorganic metal compound are mixed and heated, and the lithium The wet method of immersing a manganese compound core in the coating liquid containing the said heat resistant polymer or the said inorganic metal compound may be sufficient.
상기 내열성 폴리머 수지는 상기 리튬망간계 화합물 100 중량부를 기준으로 약 0.01 중량부 내지 약 3 중량부로 사용한다. 상기 범위 내에서, 내열성이 향상되며 활물질 표면에 상기 무기 금속 화합물을 균일하게 코팅할 수 있는 점이 좋다. The heat resistant polymer resin is used in about 0.01 parts by weight to about 3 parts by weight based on 100 parts by weight of the lithium manganese compound. Within this range, the heat resistance is improved and the inorganic metal compound may be uniformly coated on the surface of the active material.
상기 리튬망간계 화합물 코어 상에 위치하는 상기 내열성 폴리머 층은 약 0.002 내지 약 0.5 ㎛의 두께를 갖는다. 상기 내열성 폴리머 층의 두께가 상기 범위 내에 속하면, 상기 리튬망간계 화합물의 코어 상에 상기 내열성 폴리머 층을 코팅할 때 연속적인(continuous) 코팅 효과가 있으므로, 내열 특성이 고루 분포되는 점이 좋다. The heat resistant polymer layer located on the lithium manganese based compound core has a thickness of about 0.002 to about 0.5 μm. When the thickness of the heat resistant polymer layer is within the above range, there is a continuous coating effect when coating the heat resistant polymer layer on the core of the lithium manganese-based compound, it is preferable that the heat resistance characteristics are evenly distributed.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 리튬망간계 화합물의 코어 입자 상에는 상기 유리전이온도가 약 80 내지 약 400 ℃인 내열성 폴리머뿐만 아니라 무기 금속 화합물을 함께 위치시킬 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the inorganic metal compound as well as the heat resistant polymer having the glass transition temperature of about 80 to about 400 ° C. may be placed on the core particles of the lithium manganese compound.
상기 리튬망간계 화합물 및 상기 유리전이온도가 약 80 내지 약 400 ℃인 내열성 폴리머에 관한 설명은 상술한 바와 같으므로 중복 설명은 생략한다. Since the description of the lithium manganese-based compound and the heat-resistant polymer having the glass transition temperature of about 80 to about 400 ° C. is the same as described above, redundant descriptions are omitted.
상기 무기 금속 화합물의 예로는 산화물, 수산화물, 질화물, 할로겐화물 및 황화물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 화합물; 또는 Al, Ti, Zr, Mg, Si, Li, Zn, La, Nb, Ta, Ge, Y, Se, B 또는 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 금속 원소를 함유하는 화합물을 들 수 있다. 상기 무기 금속 화합물은 내열성이 우수하고 전해액 함침성을 향상시키는 효과를 기대할 수 있기 때문에, 상기 무기 금속 화합물을 병용하는 경우, 내열성 및 이온 전도 효과를 동시에 향상시킬 수 있는 점이 좋다. Examples of the inorganic metal compound include at least one compound selected from the group consisting of oxides, hydroxides, nitrides, halides and sulfides; Or compounds containing at least one metal element selected from the group consisting of Al, Ti, Zr, Mg, Si, Li, Zn, La, Nb, Ta, Ge, Y, Se, B, or a combination thereof. have. Since the said inorganic metal compound is excellent in heat resistance and can expect the effect which improves electrolyte impregnation, when using the said inorganic metal compound together, it is good that the heat resistance and an ion conduction effect can be improved simultaneously.
상기 무기 금속 화합물은 예를 들어, Li2 +2 xZn1 -xGeO4(여기서 0<x<1), Li4 -3xGaxGeO4(여기서 0<x<1), La2 /3- xLi3xTiO3 (0·.03≤x≤0.167), La1 /3- xLi3xTaO3(0.025≤x≤0.167), La1 /3- xLi3xNbO3(0≤x≤0.06), La1 .3Li1 .7Al0 .3(PO4)3, LiAlTa(PO4)3, LiAl0.4Ge1.6(PO4)3, Li1 .4Ti1 .6Y0 .4(PO4)3, Li2O·SeO2·B2O3, LiCl·Li1 .4M2(PO4)3(여기서 M은 Al, Ti, Ge 또는 이들의 혼합물), LixPOyNz(여기서 x=2.9, y=3.3, z=0.46), LixBOyNz(여기서 0<x<1, 0<y<1, 0<z<1), Li2S·P2O5, Li2S·SiS2, Li2S·SiS2·LixMO4 (여기서 M은 Si, P, Ge 또는 이들의 혼합물, 0<x<1), Li2S·SiS2·Li3PO4, Li2S·SiS2·xMSy (여기서 M은 Sn, Ta, Ti 또는 이들의 혼합물, 0<x<1), Li2S·SiS2·Li3N, Li3N·SiS2, 또는 이들의 조합에서 선택될 수 있다. The inorganic metal compound may, for example, Li 2 +2 x Zn 1 -x GeO 4 ( where 0 <x <1), Li 4 -3x Ga x GeO 4 ( where 0 <x <1), La 2/3 - x Li 3x TiO 3 (0 · .03≤x≤0.167), La 1 / 3x Li 3x TaO 3 (0.025≤x≤0.167), La 1 / 3x Li 3x NbO 3 (0≤x≤ 0.06), La 1 .3 Li 1 .7 Al 0 .3 (PO 4) 3, LiAlTa (PO 4) 3, LiAl 0.4 Ge 1.6 (PO 4) 3, Li 1 .4 Ti 1 .6 Y 0 .4 (PO 4) 3, Li 2 O · SeO 2 · B 2 O 3, LiCl·Li 1 .4 M 2 (PO 4) 3 ( where M is Al, Ti, Ge or a mixture thereof), Li x PO y N z (where x = 2.9, y = 3.3, z = 0.46), Li x BO y N z (where 0 <x <1, 0 <y <1, 0 <z <1), Li 2 S · P 2 O 5 , Li 2 S.SiS 2 , Li 2 S.SiS 2 .Li x MO 4 (where M is Si, P, Ge or mixtures thereof, 0 <x <1), Li 2 S.SiS 2 .Li 3 PO 4, Li 2 S · SiS 2 · xMS y ( wherein M is Sn, Ta, Ti or mixtures thereof, 0 <x <1), Li 2 S · SiS 2 · Li 3 N, Li 3 N · SiS 2 , or a combination thereof.
상기 내열성 폴리머와 상기 무기 금속 화합물과의 혼합비는 상기 내열성 폴리머 5 내지 50중량부 대 상기 무기 금속 화합물 95 내지 50중량부인 것이 좋고, 보다 좋게는 상기 내열성 폴리머 10 내지 30중량부 대 상기 무기 금속 화합물 90 내지 70중량부이며, 더욱 좋게는 상기 내열성 폴리머 15 내지 25중량부 대 상기 무기 금속 화합물 85 내지 75중량부이다. 특히 상기 무기 금속 화합물은 상기 범위로 포함되는 경우, 리튬망간계 화합물의 코어 상에 위치하는 코팅층의 면적이 지나치게 치밀해지는 것을 예방할 수 있어 리튬 이온 이차 전지의 성능 개선 효과가 보다 향상되는 것으로 생각된다. 또한 전해액 함침효과도 향상시킬 수 있을 뿐만 아 니라, 이온 전도성 효과 및 내열효과 측면에서도 이롭다. The mixing ratio of the heat resistant polymer and the inorganic metal compound is preferably 5 to 50 parts by weight of the heat resistant polymer to 95 to 50 parts by weight of the inorganic metal compound, and more preferably 10 to 30 parts by weight of the heat resistant polymer to the inorganic metal compound 90 To 70 parts by weight, more preferably 15 to 25 parts by weight of the heat resistant polymer to 85 to 75 parts by weight of the inorganic metal compound. In particular, when the inorganic metal compound is included in the above range, the area of the coating layer located on the core of the lithium manganese compound can be prevented from becoming too dense, and the effect of improving the performance of the lithium ion secondary battery is considered to be further improved. In addition, the electrolyte impregnation effect can be improved as well as advantageous in terms of ion conductivity effect and heat resistance effect.
상기 리튬망간계 화합물 코어 상에 상기 내열성 폴리머 및 상기 무기 금속 화합물을 병용해서 위치시키는 방법은 특별히 한정되어 있지 않다. 예를 들어, 상기 리튬망간계 화합물 코어와 상기 내열성 폴리머나 상기 무기 금속 화합물을 기계적으로 분쇄하여 결합시키는 기계적인 합금, 상기 리튬망간계 화합물 코어와 상기 내열성 폴리머나 상기 무기 금속 화합물을 혼합한 뒤 가열하는 건식법, 상기 리튬망간계 화합물 코어를 상기 내열성 폴리머나 상기 무기 금속 화합물을 함유하는 코팅액에 침지하는 습식법 중 어느 것이어도 좋다. 또한 상기 양극 활물질 입자로부터 양극판을 제작한 후, 상기 양극판을 폴리아미드 수지나 무기 금속 화합물을 함유하는 코팅액에 침지시켜 상기 양극판에 포함된 양극 활물질 입자를 피복할 수도 있다. The method of using together and positioning the said heat resistant polymer and the said inorganic metal compound on the said lithium manganese type compound core is not specifically limited. For example, a mechanical alloy which mechanically pulverizes and binds the lithium manganese compound core and the heat resistant polymer or the inorganic metal compound, and heats after mixing the lithium manganese compound core and the heat resistant polymer or the inorganic metal compound Any of the dry method and the wet method in which the lithium manganese compound core is immersed in the coating liquid containing the heat resistant polymer or the inorganic metal compound may be used. After the production of the positive electrode plate from the positive electrode active material particles, the positive electrode plate may be dipped in a coating solution containing a polyamide resin or an inorganic metal compound to coat the positive electrode active material particles contained in the positive electrode plate.
또한, 상기 리튬망간계 화합물 코어 상에 위치하는 상기 내열성 폴리머 및 무기 금속 화합물 복합층은 역시 약 0.002 내지 약 0.5 ㎛의 두께를 갖는다. 상기 범위 내에서, 상술한 바와 마찬가지로 연속적인 코팅 효과가 있으므로, 내열 특성이 고루 분포되는 점이 좋다. In addition, the heat resistant polymer and the inorganic metal compound composite layer positioned on the lithium manganese compound core also have a thickness of about 0.002 to about 0.5 μm. Within the above range, there is a continuous coating effect as described above, it is good that the heat resistance characteristics are evenly distributed.
리튬망간계 화합물 코어 상에 유리전이온도가 약 80 내지 약 400 ℃인 내열성 폴리머 및 무기 금속 화합물과 병용해서 위치시키는 경우, 상기 코어 상에 위치된 층이 지나치게 두꺼워지면 양극과 전해액의 반응이 저해되므로 용량 저하를 초래한다. 이 때문에, 상기 코어 상에 위치된 층의 평균 두께는 약 0.002㎛ 내지 약 0.5㎛ 이하가 좋고, 약 0.002㎛ 내지 약 0.2㎛ 이하인 것이 더욱 좋다. 상기 두께 는 TEM(transmission electron micryscopy)으로 측정할 수 있다. 즉, TEM 사진을 촬영하면, 상기 리튬망간계 활물질 코어와 상기 내열성 폴리머 또는 상기 내열성 폴리머와 무기 금속 화합물의 쉘 부분을 구별할 수 있는 바, 상기 쉘 부분의 두께의 최소치 및 최대치를 여러 번, 예를 들어 10회씩 측정하여 평균값을 계산하여 측정한다. When placed in combination with a heat-resistant polymer and an inorganic metal compound having a glass transition temperature of about 80 to about 400 ° C. on the lithium manganese compound core, when the layer located on the core becomes too thick, the reaction between the anode and the electrolyte is inhibited. Resulting in a decrease in capacity. For this reason, the average thickness of the layer located on the core is preferably about 0.002 µm to about 0.5 µm or less, more preferably about 0.002 µm to about 0.2 µm or less. The thickness can be measured by transmission electron micryscopy (TEM). That is, by taking a TEM photograph, the lithium manganese-based active material core and the heat resistant polymer or the shell portion of the heat resistant polymer and the inorganic metal compound can be distinguished from each other. For example, measure 10 times and calculate the average value.
또한 상기 양극 활물질로부터 이루어지는 양극판 위에 유리전이온도가 약 80 내지 약 400 ℃인 내열성 폴리머를 포함하는 층을 형성할 수 있으며, 상기 내열성 폴리머와 함께 무기 금속 화합물을 포함하는 층을 위치시킬 수도 있다. In addition, a layer including a heat resistant polymer having a glass transition temperature of about 80 ° C. to about 400 ° C. may be formed on the cathode plate made of the cathode active material, and a layer including an inorganic metal compound may be disposed together with the heat resistant polymer.
본 발명의 일 구현예는 상기 리튬 이온 이차 전지용 양극을 포함하는 리튬 이온 이차 전지를 제공한다. 이하 본 발명의 일 구현예에 따른 리튬 이온 이차 전지에 대하여 설명한다. One embodiment of the present invention provides a lithium ion secondary battery including the positive electrode for a lithium ion secondary battery. Hereinafter, a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention will be described.
본 실시예에 따른 리튬 이온 이차 전지의 예로는 코인 형, 버튼 형, 시트 형, 실린더 형, 편평 형, 각 형 등의 형태를 가질 수 있으며, 상기 리튬 이온 이차 전지는 양극, 음극, 전해질, 세퍼레이터 등으로 구성될 수 있다. Examples of the lithium ion secondary battery according to the present embodiment may have a coin type, a button type, a sheet type, a cylinder type, a flat type, a square type, and the like, and the lithium ion secondary battery may be a positive electrode, a negative electrode, an electrolyte, or a separator. And the like.
상기 리튬 이온 이차 전지용 양극은 상술한 바와 같으므로 동일한 설명은 생략한다. Since the positive electrode for a lithium ion secondary battery is as described above, the same description is omitted.
상기 음극의 예로는 흑연계 탄소 재료, 실리콘, 주석, 실리콘 합금, 주석 합금, 산화 규소, 리튬 바나듐 산화물 등을 활성물질로 하는 것을 들 수 있고, 그 중에서도 특히 실리콘, 주석, 실리콘 합금, 주석 합금 등 리튬과 합금가능한 화합물, 또는 산화 규소, 리튬 바나듐 산화물 등을 활성 물질로 하는 것이 바람직하다. Examples of the negative electrode include graphite-based carbon materials, silicon, tin, silicon alloys, tin alloys, silicon oxides, lithium vanadium oxide, and the like as active materials, and in particular, silicon, tin, silicon alloys, tin alloys, and the like. It is preferable to use a compound alloyable with lithium, or silicon oxide, lithium vanadium oxide, or the like as the active material.
흑연계 탄소 재료의 용량 밀도가 약 560 내지 약 630 mAh/cm3인 것에 비하여, 실리콘, 주석, 실리콘 합금, 주석 합금, 산화 규소, 리튬 바나듐 산화물 등의 용량 밀도는 약 850 mAh/cm3 이상이며, 이들을 사용함으로써 전지의 소형화 및 고용량화를 도모할 수 있다. 한편, 이들의 음극 활물질은 단독으로 사용되거나 2종 이상이 병용될 수 있다. The capacity density of silicon, tin, silicon alloy, tin alloy, silicon oxide, lithium vanadium oxide, etc. is about 850 mAh / cm 3 or more, while the capacity density of graphite-based carbon material is about 560 to about 630 mAh / cm 3 . By using these, the battery can be miniaturized and high in capacity. On the other hand, these negative electrode active materials may be used alone or in combination of two or more thereof.
상기 양극 및 음극은 전술한 활성물질로 된 분말에, 예를 들어 전기 도전재, 바인더, 필러, 분산제, 이온 전기 도전재 등의 첨가제를 적당히 선택하여 배합하여도 좋다. The positive electrode and the negative electrode may be appropriately selected and blended with the powder of the above-mentioned active material, for example, an additive such as an electrically conductive material, a binder, a filler, a dispersant, and an ion electrically conductive material.
상기 전기 도전재의 예로는 흑연, 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙(KETJEN BLACK), 탄소 섬유, 금속분 등을 들 수 있고, 상기 바인더의 예로는 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴플로라이드(PVdF), 폴리에틸렌 등을 들 수 있다. Examples of the electrically conductive material include graphite, carbon black, acetylene black, KETJEN BLACK, carbon fiber, and metal powder. Examples of the binder include polytetrafluoroethylene and polyvinylidene fluoride (PVdF). And polyethylene.
상기 양극 또는 음극의 제조는, 예를 들어 전기의 활성물질과 각종 첨가제와의 혼합물을 물이나 유기 용매 등의 용매에 첨가해서 슬러리 또는 페이스트(paste)화하고, 수득된 슬러리 또는 페이스트를 닥터 블레이드법 등을 이용해서 전극지지 기판에 도포하고, 건조하고, 압연 롤 등으로 압착/압축화하여 제조할 수 있다. In the production of the positive electrode or the negative electrode, for example, a mixture of an electrically active substance and various additives is added to a solvent such as water or an organic solvent to form a slurry or paste, and the obtained slurry or paste is obtained by a doctor blade method. It can apply | coat to an electrode support board | substrate using etc., dry, and it can manufacture by crimping | compressing / compressing with a rolling roll etc.
상기 전극지지 기판의 예는 구리, 니켈, 스테인리스강 등으로 제조된 박, 시트 또는 네트, 및 탄소섬유로 제조된 시트 또는 네트 등으로 구성된 것을 들 수 있다. 한편, 전극지지 기판을 이용하지 않고, 팰릿형에 압착/압축화 형성해서 음극 을 제조할 수 있다. Examples of the electrode support substrate may include a foil, a sheet or net made of copper, nickel, stainless steel, or the like, and a sheet or net made of carbon fiber. On the other hand, a cathode can be manufactured by crimping / compressing and forming a pallet type, without using an electrode support substrate.
상기 전해질의 예로는, 유기 용매에 리튬 염을 용해시킨 비수 전해액, 폴리머 전해질, 무기 고체 전해질, 폴리머 전해질과 무기 고체 전해질과의 복합 재료 등을 들 수 있다. Examples of the electrolyte include a nonaqueous electrolyte in which lithium salt is dissolved in an organic solvent, a polymer electrolyte, an inorganic solid electrolyte, a composite material of a polymer electrolyte and an inorganic solid electrolyte, and the like.
상기 비수 전해액의 용매의 예로는, 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 비닐렌 카보네이트 등의 환형 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트 등의 쇄상 카보네이트; γ-부틸 락톤 등의 γ-락톤류: 1,2-디메톡시에탄, 1,2-디에톡시에탄, 에톡시메톡시에탄 등의 쇄상 에테르류: 테트라하이드로퓨란 류의 환형 에테르류: 아세토니트릴 등의 니트릴류 등을 들 수 있다. 이들의 용매는 단독으로 사용되거나, 2종 이상을 혼합하여 사용될 수 있다. Examples of the solvent of the nonaqueous electrolytic solution include chain carbonates such as cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate and vinylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate and methyl ethyl carbonate; γ-lactones such as γ-butyl lactone: chain ethers such as 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane and ethoxymethoxyethane: cyclic ethers of tetrahydrofuran: acetonitrile and the like Nitriles, and the like. These solvents may be used alone or in combination of two or more thereof.
상기 비수 전해액의 용질인 리튬 염으로서는, 예를 들면, LiAsF6, LiBF4, LiPF6, LiAlCl4, LiClO4, LiCF3SO3, LiSbF6, LiSCN, LiCl, LiC6H5SO3, LiN(CF3SO2)2, LiC(CF3SO2)3, LiC4P9SO3 등을 들 수 있다. Examples of the lithium salt that is the solute of the nonaqueous electrolyte include LiAsF 6 , LiBF 4 , LiPF 6 , LiAlCl 4 , LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , LiSbF 6 , LiSCN, LiCl, LiC 6 H 5 SO 3 , LiN ( CF 3 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiC 4 P 9 SO 3 , and the like.
상기 세퍼레이터의 예로는 폴리프로필렌이나 폴리에틸렌 등의 폴리올레핀으로부터 이루어지는 다공질 막을 들 수 있다. 또한 상기 다공질 막 상에 폴리아미드층을 설치해도 좋고, 이는 무기 금속 화합물이 포함된 폴리아미드층이어도 좋다. Examples of the separator include a porous membrane made of polyolefin such as polypropylene or polyethylene. Furthermore, a polyamide layer may be provided on the porous membrane, and this may be a polyamide layer containing an inorganic metal compound.
이하 본 발명의 실시예 및 비교예를 기재한다. 이러한 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 양태로 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기 실시예만에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, examples and comparative examples of the present invention are described. The following examples are described in more detail as one preferred embodiment of the present invention, but the present invention is not limited to the following examples.
(실시예 1) (Example 1)
폴리이미드(PI) 수지 0.25 중량%를 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)에 용해시킨 용액에 입자 크기가 약 10㎛인 LiMn2O4 약 94.75 중량%를 넣고 교반 장치로 교반하였다. 그 후 여과하여 용액과 고형물을 분리하고, 상기 고형물을 160℃로 진공 건조시켰다. 상기 LiMn2O4 코어 상에 위치된 층의 두께는 약 0.005㎛이었다. 상기 고형물을 아세틸렌 블랙 및 폴리비닐리덴플로라이드(PVdF)와 함께 94:3:3으로 혼합하여 양극 활물질 슬러리를 수득하고, 상기 슬러리를 알루미늄 기재 상에 코팅하여 양극을 제조하였다. About 94.75% by weight of LiMn 2 O 4 having a particle size of about 10 μm was added to a solution in which 0.25% by weight of polyimide (PI) resin was dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) and stirred with a stirring apparatus. Thereafter, the solution and the solid were separated by filtration, and the solid was vacuum dried at 160 ° C. The thickness of the layer located on the LiMn 2 O 4 core was about 0.005 μm. The solid was mixed with acetylene black and polyvinylidene fluoride (PVdF) at 94: 3: 3 to obtain a positive electrode active material slurry, and the slurry was coated on an aluminum substrate to prepare a positive electrode.
흑연 분말 약 3 중량%와 바인더로 폴리비닐리덴플로라이드(PVdF) 3 중량%를 N-메틸-2-피롤리돈을 첨가하여 음극 활물질 슬러리를 형성하여, 음극 집전체인 구리박에 도포하여 음극을 제조하였다. N-methyl-2-pyrrolidone was added to about 3% by weight of graphite powder and 3% by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder to form a negative electrode active material slurry, which was then coated on a copper foil which is a negative electrode current collector. Was prepared.
상기 제조된 양극 및 음극에 폴리프로필렌으로 된 세퍼레이터를 개재시키고, 비수 전해질을 주입하여 코인(coin)형 리튬이온이차전지를 제조하였다. 상기 비수 전해질은 에틸렌카보네이트 대 디에틸카보네이트를 3:7의 비율로 혼합하여 만든 혼합 용매에 LiPF6이 1.50몰/L의 농도로 용해된 비수 전해액을 사용하여 제조되었다. A polypropylene separator was interposed between the prepared positive and negative electrodes, and a nonaqueous electrolyte was injected to prepare a coin-type lithium ion secondary battery. The nonaqueous electrolyte was prepared using a nonaqueous electrolyte in which LiPF 6 was dissolved at a concentration of 1.50 mol / L in a mixed solvent prepared by mixing ethylene carbonate and diethyl carbonate in a ratio of 3: 7.
(실시예 2) (Example 2)
LiMn2O4 입자 표면 상에 내열성 폴리머 PI 및 무기 금속 화합물 LiAlTa(PO4)3를 중량비 1:3으로 혼합 후 코팅하여 실시예 1과 동일하게 양극을 제조하고, 상기 수득된 양극을 포함하여 실시예 1과 동일하게 리튬이차전지를 제조하였다. A positive electrode was prepared in the same manner as in Example 1 by mixing and coating a heat-resistant polymer PI and an inorganic metal compound LiAlTa (PO 4 ) 3 in a weight ratio of 1: 3 on the LiMn 2 O 4 particle surface, and including the obtained positive electrode. A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1.
(실시예 3) (Example 3)
LiNi0 .5Co0 .2Mn0 .3O2 입자 표면 상에 내열성 폴리머 PI를 코팅하여 실시예 1과 동일하게 양극을 제조하고, 상기 수득된 양극을 포함하여 실시예 1에서와 동일하게 리튬이차전지를 제조하였다. LiNi 0 .5 Co 0 .2 Mn 0 .3 O 2 particles to prepare a positive electrode in the same manner as in Example 1 by coating a heat-resistant polymer PI on the surface and in the same manner as in Example 1 with lithium include the above-obtained positive electrode A secondary battery was prepared.
(실시예 4)(Example 4)
LiNi0 .5Co0 .2Mn0 .3O2 입자 표면 상에 내열성 폴리머 PI 및 무기 금속 화합물 LiAlTa(PO4)3를 중량비 1:3으로 혼합 후 코팅하여 실시예 1과 동일하게 양극을 제조하고, 상기 수득된 양극을 포함하여 실시예 1과 동일하게 리튬이차전지를 제조하였다. LiNi 0 .5 Co 0 .2 Mn 0 .3 O 2 particle surface a heat-resistant polymer and the inorganic metal compound to the PI LiAlTa (PO 4) 3 weight ratio of 1: Preparation Example 1, a positive electrode was coated in the same manner and then mixed with 3 And, a lithium secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1 including the obtained positive electrode.
(비교예 1)(Comparative Example 1)
LiMn2O4과 카본계 도전재 아세틸렌 블랙, 그리고 PVdF 바인더를 94:3:3으로 혼합하여 양극 슬러리를 제작하여 알루미늄 기재에 코팅하여 양극을 제조하고, 상기 양극을 포함하여 실시예 1과 동일하게 리튬이온이차전지를 제조하였다. LiMn 2 O 4 , carbon-based conductive material acetylene black, and PVdF binder were mixed at 94: 3: 3 to prepare a positive electrode slurry and coated on an aluminum substrate to prepare a positive electrode, the same as in Example 1 including the positive electrode. A lithium ion secondary battery was prepared.
(비교예 2)(Comparative Example 2)
LiNi0 .5Co0 .2Mn0 .3O2와 카본계 도전재 아세틸렌 블랙, 그리고 PVdF 바인더를 94:3:3으로 혼합하여 양극 슬러리를 제작하여 알루미늄 기재에 코팅하여 양극을 제조하고, 상기 양극을 포함하여 실시예 1과 동일하게 리튬이온이차전지를 제조하였다. LiNi 0 .5 Co 0 .2 Mn 0 .3 to O 2 and the carbon-based conductive material of acetylene black and PVdF binder 94: 3: 3 to produce a mixture with the positive electrode slurry to produce a positive electrode was coated on an aluminum substrate, wherein A lithium ion secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1 including a positive electrode.
(전지 성능 평가)(Battery performance evaluation)
상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 2에 따라 제조된 코인형 리튬이차전지의 충방전 실험을 행하였다. 우선 충방전 전류 밀도를 0.1C로 하고 충전 종지 전압을 4.3V(Li/Li+), 방전 종지 전압을 3.0V(Li/Li+)로 한 충방전 실험을 1회 시행하였다. Charge and discharge experiments of the coin-type lithium secondary batteries prepared according to Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 2 were performed. First, a charge and discharge experiment was performed with a charge and discharge current density of 0.1C, a charge end voltage of 4.3V (Li / Li +), and a discharge end voltage of 3.0V (Li / Li +).
뒤이어, 충방전 전류 밀도를 0.2C, 0.5C로 하고 각각의 전류밀도를 상기의 충방전 종지 전압 조건으로 각각 1회씩 시행한 후 1.0C의 전류밀도 조건으로 50회 시행하였다. 상기 충방전 실험은 모두 60℃ 고온 챔버에서 이루어졌다.Subsequently, the charge and discharge current densities were 0.2C and 0.5C, and each current density was performed once each under the above charge and discharge termination voltage conditions, and then, 50 times were performed under the current density conditions of 1.0C. The charge and discharge experiments were all made in a 60 ℃ high temperature chamber.
모든 충방전은 정전류로 행하였다. 총 50사이클의 시험을 완료한 후 첫번째 사이클의 방전용량(초기용량) 및 충방전효율(방전용량/충전용량, 초기효율)을 구하였다. 그리고 50 사이클의 방전 용량을 0.1C 첫 사이클의 방전 용량으로 나누는 용량 비(50th/1st)를 구하여 용량 유지율로 하였다. 평가는 동일한 바인더 조성물에 대해 3 개 이상의 코인형 리튬이차전지를 제작하여 평가한 후, 평균값으로 정하였다. 이들의 결과를 하기 표 1에 기재하였다.All charging and discharging were performed by constant current. After completion of a total of 50 cycles of tests, the discharge capacity (initial capacity) and charge / discharge efficiency (discharge capacity / charge capacity, initial efficiency) of the first cycle were determined. Then, the capacity ratio (50th / 1st), which is divided by the discharge capacity of 50 cycles by the discharge capacity of the first cycle of 0.1C, was obtained to obtain a capacity retention rate. Evaluation was made as an average value after producing and evaluating three or more coin-type lithium secondary batteries about the same binder composition. The results are shown in Table 1 below.
[표 1]TABLE 1
상기 표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예 1 내지 4에 따라 유리전이온도(Tg)가 80 내지 400 ℃인 내열성 폴리머 또는 상기 내열성 폴리머와 함께 무기 금속 화합물을 병용하여 리튬망간계산화물 입자를 코팅하여 제조된 리튬이온이차전지는 비교예 1 내지 2에 따라 제조된 리튬이온이차전지에 비하여 전지의 성능이 우수한 것을 확인할 수 있다. As can be seen in Table 1, the lithium manganese oxide particles are coated by using a heat-resistant polymer having a glass transition temperature (Tg) of 80 to 400 ° C. or an inorganic metal compound together with the heat-resistant polymer according to Examples 1 to 4. The lithium ion secondary battery prepared by comparing the lithium ion secondary battery prepared according to Comparative Examples 1 to 2 it can be confirmed that the excellent performance of the battery.
좀 더 구체적으로, 리튬 망간계 화합물 코어로서 LiMn2O4를 사용한 실시예 1, 2 및 비교예 1을 비교하여 보면, LiMn2O4를 단독으로 사용한 비교예 1에 비하여, LiMn2O4 입자 표면에 내열성 폴리머를 코팅한 실시예 1과 LiMn2O4 입자 표면에 내열성 폴리머 및 무기 금속 화합물을 함께 코팅한 실시예 2의 전지의 용량 유지율이 약 30% 정도 유리한 것을 확인할 수 있다. More specifically, when comparing Examples 1, 2 and Comparative Example 1 using LiMn 2 O 4 as a lithium manganese compound core, LiMn 2 O 4 particles compared to Comparative Example 1 using LiMn 2 O 4 alone It can be seen that the capacity retention rate of the battery of Example 1 in which the heat-resistant polymer is coated on the surface and the heat-resistant polymer and the inorganic metal compound are coated on the surface of the LiMn 2 O 4 particles is about 30%.
또한, 리튬 망간계 화합물 코어로서 LiNi0 .5Co0 .2Mn0 .3O2를 사용한 실시예 3, 4 및 비교예 2를 비교해 보면, LiNi0 .5Co0 .2Mn0 .3O2를 단독으로 사용한 비교예 2에 비하여, LiNi0 .5Co0 .2Mn0 .3O2 입자 표면에 내열성 폴리머를 코팅한 실시예 3과 LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 입자 표면에 내열성 폴리머 및 무기 금속 화합물을 함께 코팅한 실시예 4의 전지의 용량 유지율이 약 10% 정도 유리한 것을 알 수 있다. Further, as a lithium manganese-based compound core LiNi 0 .5 Co 0 .2 Mn 0 .3 O performed using 2 A comparison of the Examples 3 and 4 and Comparative Example 2, LiNi 0 .5 Co 0 .2 Mn 0 .3 O compared to Comparative example 2 using 2 alone, LiNi 0 .5 Co 0 .2 Mn 0 .3 O 2 coated with the heat-resistant polymer particles carried on the surface example 3 and LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 heat-resistant polymer to the particle surface And it can be seen that the capacity retention rate of the battery of Example 4 coated with an inorganic metal compound is about 10% advantageous.
따라서, 상기 리튬 망간계 화합물의 코어 상에 내열성 폴리머 또는 내열성 폴리머와 무기 금속 화합물을 위치시킨 양극 활물질을 사용하여 리튬이차전지를 제조하는 경우, 상기 리튬 망간계 화합물로부터 망간 용출을 억제하는 효과로 인하여 전지의 성능이 향상되는 상기 실시예 및 비교예를 통하여 알 수 있다. Therefore, when manufacturing a lithium secondary battery using a positive electrode active material having a heat-resistant polymer or a heat-resistant polymer and an inorganic metal compound on the core of the lithium manganese-based compound, due to the effect of suppressing elution of manganese from the lithium manganese-based compound It can be seen through the above examples and comparative examples that the performance of the battery is improved.
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