KR20130116809A - 이차전지용 전극 활물질 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 이차전지용 전극 활물질로서, 화학식 1로 표시되는 리튬 금속 산화물의 표면에 탄소 코팅을 하여, 도전성을 향상시킨 이차전지용 전극 활물질을 제공한다.
LiaM’bO4-cAc (1)
상기 식에서, M’은 Ti, Sn, Cu, Pb, Sb, Zn, Fe, In, Al 및 Zr로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 원소이고;
a 및 b는 0.1≤a≤4; 0.2≤b≤4의 범위에서 M’의 산화수(oxidation number)에 따라 결정되며;
c는 0≤c<0.2의 범위에서 산화수에 따라 결정되고;
A는 -1 또는 -2가의 하나 이상의 음이온이다.

Description

이차전지용 전극 활물질 및 그 제조방법 {Electrode Active Material for Secondary Battery and the Method for Preparing the Same}
본 발명은 이차전지용 전극 활물질로서, 특정 화학식으로 표시되는 리튬 금속 산화물의 표면에 탄소 코팅을 하여, 도전성을 향상시킨 이차전지용 전극 활물질에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지에 대해 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중에서도 높은 에너지 밀도와 작동 전위를 나타내고, 사이클 수명이 길며, 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다.
또한, 최근에는 환경문제에 대한 관심이 커짐에 따라 대기오염의 주요 원인의 하나인 가솔린 차량, 디젤 차량 등 화석연료를 사용하는 차량을 대체할 수 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 이러한 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로는 주로 니켈 수소금속(Ni-MH) 이차전지가 사용되고 있지만, 높은 에너지 밀도, 높은 방전 전압 및 출력 안정성의 리튬 이차전지를 사용하는 연구가 활발히 진행되고 있으며, 일부 상용화 되어 있다.
리튬 이차전지는 전극 집전체 상에 각각 활물질이 도포되어 있는 양극과 음극 사이에 다공성의 분리막이 개재된 전극조립체에 리튬염을 포함하는 비수계 전해질이 함침되어 있는 구조로 이루어져 있다.
현재 리튬 이차전지용 음극으로는 카본계 물질이 주로 사용되고 있다. 그러나, 상기 카본계 물질은 리튬 대비 0V의 낮은 전위를 가짐으로써, 전해액을 환원시켜 가스를 발생시키는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 전위가 상대적으로 높은 리튬 금속 산화물을 음극 활물질로 사용하기도 한다.
그러나, 이 경우에도 전극 합제에 도전성을 향상시키기 위하여, 도전재를 사용하는데, 주로 표면적 등을 극대화시킨 활성 카본(activated carbon)을 사용한다. 도전재로 쓰이는 이러한 활성 카본이 전해액과 부반응을 일으킬 수 있다. 특히, 상기 리튬 금속 산화물 중 리튬 티타늄 산화물의 경우, 100% 충전 시 전위가 급격히 떨어지는 현상이 발생하는 바, 이 때 카본계 물질이 반응을 할 수 있다.
따라서, 전지 작동 시 전해액 부반응을 방지할 수 있는 기술, 특히 도전성이 불량한 리튬 티타늄 산화물을 전극 활물질로 사용하면서 상기와 같은 문제를 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 매우 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 특정 화학식으로 표시되는 리튬 금속 산화물의 표면에 탄소 코팅을 하여, 도전성을 향상시키는 경우, 별도의 도전재를 사용하지 않아도 되므로 상기 소망하는 효과를 달성할 수 있는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
따라서, 본 발명은 이차전지용 전극 활물질로서, 하기 화학식 1로 표시되는 리튬 금속 산화물의 표면에 탄소 코팅을 하여, 도전성을 향상시킨 이차전지용 전극 활물질을 제공한다.
LiaM’bO4-cAc (1)
상기 식에서, M’은 Ti, Sn, Cu, Pb, Sb, Zn, Fe, In, Al 및 Zr로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 원소이고;
a 및 b는 0.1≤a≤4; 0.2≤b≤4의 범위에서 M’의 산화수(oxidation number)에 따라 결정되며;
c는 0≤c<0.2의 범위에서 산화수에 따라 결정되고;
A는 -1 또는 -2가의 하나 이상의 음이온이다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 화학식 1의 리튬 금속 산화물은 하기 화학식 2로 표시되는 리튬 티타늄 산화물(LTO)일 수 있고, 구체적으로 Li0.8Ti2.2O4, Li2.67Ti1.33O4, LiTi2O4, Li1.33Ti1.67O4, Li1.14Ti1.71O4 등 일 수 있으나, 리튬 이온을 흡장/방출할 수 있는 것이면 그 조성 및 종류에 있어 별도의 제한은 없으며, 더욱 상세하게는, 충방전시 결정 구조의 변화가 적고 가역성이 우수한 스피넬 구조의 Li1.33Ti1.67O4 또는 LiTi2O4일 수 있다.
LiaTibO4 (2)
상기 식에서, 0.5≤a≤3, 1≤b≤2.5 이다.
특히, 상기 리튬 티타늄 산화물은 급속 충전에 우수한 성능을 발휘하기 때문에, 최근 중대형 전지팩용 전극 활물질로 주목받고 있다. 그러나, 상기 리튬 티타늄 산화물은 자체의 도전성이 낮다는 단점이 있다. 따라서, 이를 보완하기 위하여, 리튬 티타늄 산화물의 표면에 도전성이 우수한 탄소를 코팅함으로써 상기와 같은 단점을 극복할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 리튬 금속 산화물의 표면에 코팅되는 탄소는 별도의 도전재로 주로 사용되는 활성 탄소가 아니라 유기물을 탄화시켜 제조되는 탄소일 수 있고, 따라서 상기 탄소의 전구체는 유기물일 수 있다.
상기 도전재로 주로 사용되는 활성 탄소는 음극 활물질로서 리튬 금속 산화물, 특히, 리튬 티타늄 산화물이 사용되는 경우, 100% 충전 시 전위가 낮아지면서 리튬과 반응할 수 있고, 이 경우, 카본을 활물질로 사용하는 경우와 마찬가지로 전해액 분해 반응 등으로 인하여 이차전지의 안전성을 저하시킬 수 있기 때문에 바람직하지 않다.
상기 유기물은 탄화되어 탄소를 리튬 금속 산화물의 표면에 코팅할 수 있는 것이면 어느 것이나 가능하지만, 예를 들면, Sucrose 또는 Lactose일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 탄소는 리튬 금속 산화물의 표면 전부 또는 일부에 코팅될 수 있고, 이 때, 탄소의 코팅 두께는 상세하게는, 0.1 내지 10 ㎛이고, 더욱 상세하게는 1 내지 5 ㎛일 수 있다. 상기 범위에서, 탄소가 리튬 금속 산화물의 표면에 균일하게 코팅될 수 있고, 리튬 이온의 탈리 및 삽입이 적절하게 일어날 수 있어 소망하는 수준 이상의 전기 화학적 특성을 가질 수 있으므로 바람직하다.
본 발명은 상기 전극 활물질을 포함하고, 추가 도전재를 포함하지 않는 이차전지용 전극 합제를 제공한다.
상기 전극 활물질은 도전성이 우수한 탄소가 표면에 코팅되어 있음으로써, 추가 도전재를 포함하지 않아도 전기화학적 성능이 저하되지 않는다.
본 발명은 또한, 상기 전극 합제가 전극 집전체에 도포되어 있는 이차전지용 전극을 제공한다. 상기 이차전지용 전극은 양극 또는 음극일 수 있다.
상기 리튬 금속 산화물이 리튬 티타늄 산화물인 경우 리튬 대비 전위가 높아서 양극 활물질로도 사용될 수 있고, 음극 활물질로도 사용될 수 있다. 상세하게는, 상기 리튬 티타늄 산화물을 음극 활물질로 사용하는 것을 들 수 있다. 이 경우, 카본을 음극 활물질로 사용하여 발생하는 안전성 문제를 해결할 수 있어 바람직하다.
따라서, 상기 이차전지용 전극은 음극 활물질을 포함하는 음극일 수 있다.
본 발명은 상기 전극을 포함하는 이차전지, 상세하게는, 양극과 음극 사이에 분리막이 개재된 구조의 전극조립체에 리튬염 함유 전해액이 함침되어 있는 구조로 이루어진 리튬 이차전지를 제공한다.
상기 이차전지용 양극은 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조 및 프레싱하여 제조되며, 필요에 따라서는 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.
상기 양극 집전체는 일반적으로 3 ~ 500 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테리인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.
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; LiNixMn2-xO4로 표현되는 스피넬 구조의 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 리튬 금속 산화물의 높은 전위에 대응하여 고전위 산화물인 스피넬 구조의 리튬 망간 복합 산화물을 양극 활물질로 사용할 수 있고, 상기 리튬 망간 복합 산화물은 하기 화학식 3으로 표시될 수 있다.
LixMyMn2-yO4-zAz (3)
상기 식에서, 0.9≤x≤1.2, 0<y<2, 0≤z<0.2이고,
M은 Al, Mg, Ni, Co, Fe, Cr, V, Ti, Cu, B, Ca, Zn, Zr, Nb, Mo, Sr, Sb, W, Ti 및 Bi로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 원소이며;
A는 -1 또는 -2가의 하나 이상의 음이온이다.
상세하게는, 상기 리튬 망간 복합 산화물은 하기 화학식 4로 표시되는 리튬 니켈 망간 복합 산화물(Lithium Nickel Manganese complex Oxide: LNMO)일 수 있으며, 더욱 상세하게는 LiNi0.5Mn1.5O4 또는 LiNi0.4Mn1.6O4일 수 있다.
LixNiyMn2-yO4 (4)
상기 식에서, 0.9≤x≤1.2, 0.4≤y≤0.5이다.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 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.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 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.
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.
반면에, 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질로 탄소 코팅된 리튬 금속 산화물을 도포, 건조 및 프레싱하여 제조되며, 필요에 따라 상기에서와 같은 바인더, 충진제 등이 선택적으로 더 포함될 수 있다.
상기 음극 집전체는 일반적으로 3 ~ 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.
상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 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.
상기 리튬염 함유 전해액은 전해액과 리튬염으로 이루어져 있으며, 상기 전해액으로는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용되지만 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 비수계 유기용매로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.
상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합제 등이 사용될 수 있다.
상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.
상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.
또한, 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있으며, FEC(Fluoro-Ethylene Carbonate), PRS(Propene sultone) 등을 더 포함시킬 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, LiPF6, LiClO4, LiBF4, LiN(SO2CF3)2 등의 리튬염을, 고유전성 용매인 EC 또는 PC의 환형 카보네이트와 저점도 용매인 DEC, DMC 또는 EMC의 선형 카보네이트의 혼합 용매에 첨가하여 리튬염 함유 비수계 전해질을 제조할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 이차전지를 단위전지로 포함하는 전지모듈을 제공하고, 상기 전지모듈을 포함하는 전지팩을 제공한다.
상기 전지팩은 고온 안정성 및 긴 사이클 특성과 높은 레이트 특성 등이 요구되는 디바이스의 전원으로 사용될 수 있다.
상기 디바이스의 구체적인 예로는 전지적 모터에 의해 동력을 받아 움직이는 파워 툴(power tool); 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 등을 포함하는 전기차; 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter)를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(electric golf cart); 전력저장용 시스템 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 이차전지용 전극 활물질은 표면에 탄소 코팅이 되어 별도의 도전재를 사용하지 않으므로, 전해액 환원 등으로 인한 안전성 문제를 해소할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 실험예 1에 따른 용량 유지율 및 저항 증가율의 실험 결과를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명에 따른 실시예들을 참조하여 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
음극의 제조
음극 활물질용 전구체 분말과 탄산리튬(Li2CO3)을 혼합한 후 탄소 공급원으로 수크로오즈(sucrose)를 3중량부 혼합 후에 2 내지 5℃/min의 승온 속도로 800℃에서 15시간 동안 하소하여 탄소 코팅된 음극 활물질(Li1.33Ti1.67O4/C)을 제조하고, 음극 활물질(Li1.33Ti1.67O4/C) 및 바인더(PVdF)를 93: 7의 중량비로 NMP에 넣고 믹싱하여 음극 합제를 제조한 후, 20 ㎛ 두께의 구리 호일에 상기 음극 합제를 200 ㎛ 두께로 코팅하고, 압연 및 건조하여 음극을 제조하였다.
이차전지의 제조
LiNi0.5Mn1.5O4를 양극 활물질로 사용하고 도전재(Denka black), 바인더(Solef6020)를 각각 88: 8.5: 3.5 의 중량비로 NMP에 넣고 믹싱하여 양극 합제를 제조한 후 20 ㎛ 두께의 알루미늄 호일에 코팅하고, 압연 및 건조하여 양극을 제조하였다.
이렇게 제조된 양극과 상기 음극 사이에 분리막(두께: 20 ㎛)을 개재하여 전극조립체를 제조한 후, 상기 전극조립체를 파우치형 전지케이스에 수납하고, 1 M의 LiPF6이 포함된 카보네이트 계열의 복합 용액을 전해질로 주입한 다음, 밀봉하여 리튬 이차전지를 제조하였다.
<비교예 1 >
상기 실시예 1에 있어서, 탄소가 코팅되지 않은 음극 활물질(Li1.33Ti1.67O4), 도전재(Denka black), 바인더(PVdF)를 91.5.: 3: 5.5의 중량비로 NMP에 넣고 믹싱하여 음극 합제를 제조한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 리튬 이차전지를 제조하였다.
<실험예 1>
상기 실시예 1 및 비교예 1에 따른 이차전지를 2 V ~ 3.35 V 구간에서 1C로 충방전을 실시하여 용량 및 방전 저항을 측정하고, 상기 전지들을 60℃에서 4주 동안 SOC 100%로 저장한 후, 용량 및 방전 저항을 다시 측정하여 그 결과를 하기 표 1 및 도 1에 나타내었다.
1st discharge 60℃, 4week, SOC 100% 용량 증감
(%)		 저항 증감(%)
1C 용량 (mAh) 방전 저항
(mΩ)		 1C 용량 (mAh) 방전 저항
(mΩ)
실시예 1 18.23 1.91 17.98 2.79 98.62 145.95
비교예 1 19.47 1.70 18.27 2.34 93.83 137.42
표 1 및 도 1을 참조하면, 실시예 1의 이차전지는 초기 저항 및 저항 증가율 측면에서는 비교예 1의 이차전지보다 높은 반면, 고온 저장에 따른 용량 감소율이 낮음을 알 수 있다.
실시예 1의 초기 저항 및 저항 증가율이 비교예 1보다 높게 나타나는 이유는, 바인더의 함량이 비교예 1 에 비해 2% 가량 높은 반면, 도전재가 포함되어 있지 아니하고, 탄소 코팅으로 인해 탄소에 흡착된 수분의 영향으로 파악된다. 반면에, 실시예 1의 이차전지는 탄소 코팅에 의해 별도로 도전재가 필요하지 않고, 따라서 LTO의 전극 활물질과 전해액 계면에서 발생할 수 있는 부반응이 최소화됨에 따라 고온 저장에 따른 용량 유지 특성이 향상되는 효과를 발휘한다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 상기 내용을 바탕을 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (16)

  1. 이차전지용 전극 활물질로서, 하기 화학식 1로 표시되는 리튬 금속 산화물의 표면에 탄소 코팅을 하여, 도전성을 향상시킨 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 활물질:
    LiaM’bO4-cAc (1)
    상기 식에서, M’은 Ti, Sn, Cu, Pb, Sb, Zn, Fe, In, Al 및 Zr로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 원소이고;
    a 및 b는 0.1≤a≤4; 0.2≤b≤4의 범위에서 M’의 산화수(oxidation number)에 따라 결정되며;
    c는 0≤c<0.2의 범위에서 산화수에 따라 결정되고;
    A는 -1 또는 -2가의 하나 이상의 음이온이다.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 화학식 1의 리튬 금속 산화물은 하기 화학식 2로 표시되는 리튬 티타늄 산화물(Lithium Titanium Oxide: LTO)인 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 활물질:
    LiaTibO4 (2)
    상기 식에서, 0.5≤a≤3, 1≤b≤2.5 이다.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 리튬 티타늄 산화물은 Li1.33Ti1.67O4 또는 LiTi2O4인 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 활물질.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 탄소의 전구체는 유기물인 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 활물질.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 유기물은 Sucrose 또는 Lactose인 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 활물질.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 탄소는 0.1 내지 10 ㎛의 두께로 코팅되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 활물질.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 탄소는 리튬 금속 산화물의 표면 전부 또는 일부에 코팅되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 활물질.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 전극 활물질을 포함하고, 추가 도전재를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 합제.
  9. 제 8 항에 따른 전극 합제를 집전체에 도포한 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 전극은 음극인 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극.
  11. 제 9 항에 따른 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 이차전지는 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  13. 제 12 항에 따른 이차전지를 단위전지로 포함하는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  14. 제 13 항에 따른 전지모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  15. 제 14 항에 따른 전지팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 디바이스는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장용 시스템인 것을 특징으로 하는 디바이스.
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