KR20140119620A - Precusor for lithium rich active material and lithium rich active material made by the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 리튬 과량 양극활물질 제조용 전구체 및 이에 의하여 제조된 리튬 과량 양극활물질에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 종래 리튬 과량 양극활물질의 문제점을 개선하여, 용량 특성 및 수명 특성이 크게 개선된 새로운 리튬 과량 양극활물질 제조용 전구체 및 이에 의하여 제조된 리튬 과량 양극활물질에 관한 것이다.
The present invention relates to a precursor for the production of a lithium-excess cathode active material and a lithium-over-capacity cathode active material prepared thereby, and more particularly to a lithium-excess cathode active material having improved lithium- A precursor for producing an active material, and a lithium-over-capacity cathode active material produced thereby.
리튬 배터리는 비교적 높은 에너지 밀도로 인해 가전제품에 널리 이용되고 있다. 충전 가능한 배터리는 이차 전지로도 불리며, 리튬 이온 이차 전지는 일반적으로 리튬을 도입하는 음극 물질을 포함한다. Lithium batteries are widely used in consumer electronics due to their relatively high energy density. A rechargeable battery is also referred to as a secondary battery, and a lithium ion secondary battery generally includes a cathode material that introduces lithium.
현재, 리튬 이온 이차전지의 양극 활물질로는, 층상 구조(layered structure)의 LiCoO2와 같은 리튬-함유 코발트 산화물, 층상 구조의 LiNiO2와 같은 리튬-함유 니켈 산화물, 스피넬 결정구조의 LiMn2O4와 같은 리튬-함유 망간 산화물 등이 사용되고 있고, 음극 활물질로는, 흑연계 재료가 주로 사용되고 있다.At present, as the positive electrode active material of the lithium ion secondary battery, lithium-containing cobalt oxide such as LiCoO2 of a layered structure, lithium-containing nickel oxide such as LiNiO2 of a layered structure, LiMn 2 O 4 of a spinel crystal structure Lithium-containing manganese oxide, and the like are used. As the negative electrode active material, a graphite-based material is mainly used.
LiCoO2은 우수한 사이클 특성 등 제반 물성이 우수하여 현재 많이 사용되고 있지만, 안전성이 낮으며, 원료로서 코발트의 자원적 한계로 인해 고가이고 전기자동차 등과 같은 분야의 동력원으로 대량 사용하는 데에는 한계가 있다. LiNiO2은 제조방법에 따른 특성상, 합리적인 비용으로 실제 양산공정에 적용하기에 어려움이 있다.LiCoO2 is widely used today because it has excellent physical properties such as excellent cycle characteristics, but its safety is low, and it is expensive due to the resource limit of cobalt as a raw material, and there is a limit to mass use as a power source for fields such as electric vehicles. LiNiO 2 is difficult to apply to actual mass production process at a reasonable cost due to its characteristics depending on the manufacturing method.
반면에, LiMnO2, LiMn2O4 등의 리튬 망간 산화물은 원료로서 자원이 풍부하고 환경친화적인 망간을 사용한다는 장점을 가지고 있으므로, LiCoO2를 대체할 수 있는 양극 활물질로서 많은 관심을 모으고 있다. 그러나, 이들 리튬 망간 산화물 역시 사이클 특성 등이 나쁘다는 단점을 가지고 있다. LiMnO2은 초기 용량이 작고, 일정한 용량에 이를 때까지 수십 회의 충방전 사이클이 필요하다는 단점이 있다.On the other hand, lithium manganese oxides such as LiMnO 2 and LiMn 2 O 4 have the advantage of using manganese which is rich in resources and environment-friendly as a raw material, and thus attracts much attention as a cathode active material that can replace LiCoO 2 . However, these lithium manganese oxides also have a disadvantage of poor cycle characteristics and the like. LiMnO 2 has a disadvantage in that the initial capacity is small and dozens of charge-discharge cycles are required until a certain capacity is reached.
또한, LiMn2O4은 사이클이 계속됨에 따라 용량 저하가 심각하고, 특히 50℃ 이상의 고온에서 전해액의 분해, 망간의 용출 등으로 인해 사이클 특성이 급격히 저하되는 단점이 있다.In addition, LiMn 2 O 4 has a disadvantage in that the cycle capacity is seriously deteriorated as the cycle continues, and in particular, at a high temperature of 50 ° C or higher, the cycle characteristics are drastically lowered due to decomposition of the electrolytic solution and elution of manganese.
근래에 Li2MnO3 를 도입하여 층상계 양극활물질의 안정성을 높이면서 이론적 가용 용량을 증가시키고자 하는 제안이 있다. 이러한 양극 활물질은 충전 시 4.3V 내지 4.6V의 고전압 구간에서 평탄구간을 나타내는 특성을 가진다. 이러한 평탄구간은 Li2MnO3 의 결정구조로부터 리튬(Li)과 산소(O)가 탈리되면서 음극에 리튬이 삽입되는 구간으로 알려져 있다. Li2MnO3는 리튬 전지에서 삽입 전극(insertion electrode)으로서 사용될 수 없다. 왜냐하면 이웃하는 8면 구조와 맞대고 있는 4면 구조의 삽입 공간이 추가적인 리튬을 수용하기에는 비효율적으로 바람직하지 않기 때문이다. 망간 이온은 4가이며, 실제 퍼텐셜에서는 쉽게 산화되지 않기 때문에, 리튬 추출이 가능하지 않다. 그러나, Materials Research Bulletin(Volume 26, page 463 (1991))에서 Rossouw 외 다수에 의하면, Li2 - xMnO3 -x/2를 생산하기 위한 화학 처리에 의해 Li2MnO3 구조로부터 Li2O를 제거함으로써, Li2MnO3이 전기화학적으로 활성될 수 있으며, 이러한 프로세스는 약간의 H+ - Li+ 이온 교환을 동반한다. Journal of Power Sources(Volume 80, page 103 (1999))에서 Kalyani 외 다수에 의해, 그리고 Chemistry of Materials( Volume 15, page 1984, (2003))에서 Robertson 외 다수에 의해 보고된 바에 의하면, 리튬 전지에서 Li2O을 제거함으로써 Li2MnO3이 또한 전기화학적으로 활성될 수 있으나, 이러한 활성된 전극은 리튬 전지에서의 성능이 바람직하지 못하다. Recently, there is a proposal to increase the theoretical available capacity by increasing the stability of the layered positive electrode active material by introducing Li 2 MnO 3 . Such a cathode active material exhibits a flat section at a high voltage section of 4.3 V to 4.6 V at the time of charging. This flat region is known as a region where lithium (Li) and oxygen (O) are separated from the crystal structure of Li 2 MnO 3 and lithium is inserted into the cathode. Li 2 MnO 3 can not be used as an insertion electrode in a lithium battery. This is because the insertion space of the four-sided structure facing the neighboring eight-sided structure is not desirable inefficiently to accommodate additional lithium. Lithium extraction is not possible because the manganese ion is quaternary and is not easily oxidized at the actual potential. However, according to Rossouw et al in the Materials Research Bulletin (Volume 26, page 463 (1991)), Li 2 - x MnO 3 -x / 2 Li 2 O from Li 2 MnO 3 structure by a chemical treatment to produce the By removal, Li 2 MnO 3 can be electrochemically activated, and this process is accompanied by some H + - Li + ion exchange. Reported by Robertson et al. In Kalyani et al., Journal of Power Sources (Volume 80, page 103 (1999)) and in Chemistry of Materials (Volume 15, page 1984, (2003) Li 2 MnO 3 can also be electrochemically activated by removing Li 2 O, but the performance of such an activated electrode in a lithium battery is undesirable.
이와 같이 Li2 - xMnO3 -x/2 전극이 홀로 사용될 경우, 리튬 전지의 사이클링동안 용량을 손해 보는 경향이 있더라도, U.S. 특허 6,677,082와 6,680,143에서는 복합 전극, 예를 들면 Li2MnO3 와 LiMO2 성분이 모두 층상 타입 구조를 갖는 xLi2MnO3·(l-x)LiMO2 (M=Mn, Ni, Co) 등의 두 가지 성분의 전극 시스템에서 사용될 때는 개선된 전기화학적 속성에서는 높은 효율성을 지닐 수 있다는 것이 나타나 있다. Although the Li 2 - x MnO 3 - x / 2 electrode alone tends to lose its capacity during cycling of the lithium battery, US Pat. Nos. 6,677,082 and 6,680,143 disclose a composite electrode such as Li 2 MnO 3 And LiMO 2 components are used in an electrode system of two components such as xLi 2 MnO 3. (Lx) LiMO 2 (M = Mn, Ni, Co) having a layered structure, the improved electrochemical properties provide high efficiency It can be seen that
그러나, 이와 같은 복합 전극 구조의 양극활물질의 경우에도 4.3V 내지 4.6V의 고전압 구간에서의 리튬과 산소의 탈리로 인해 전기화학적으로 활성을 갖고, 상기 평탄구간의 존재로 인하여 용량을 증가시킬 수는 있지만, 전지 내부에 발생한 산소 기체로 인해 고전압에서의 전해액의 분해 및 가스 발생 가능성이 높고, 반복된 충방전을 통해 결정구조가 물리적, 화학적으로 변형됨으로써 레이트 특성이 저하되므로, 결과적으로 전지의 성능을 저하시키는 문제점이 있다.However, the cathode active material having such a composite electrode structure is electrochemically active due to desorption of lithium and oxygen at a high voltage range of 4.3 V to 4.6 V, and the capacity can be increased due to the existence of the flat section However, there is a high possibility of decomposition of electrolyte and gas generation at a high voltage due to oxygen gas generated inside the battery, and the crystal structure is physically and chemically deformed through repeated charge and discharge, thereby deteriorating the rate characteristic. As a result, .
또한, 방전전압의 말단구간이 낮아져, 휴대폰으로 사용될 경우 용량에 기여를 하지 못하거나, 자동차에 사용될 경우 출력(power)이 낮아 사용 불가능한 충전심도(SOC) 영역이 되기 때문에, 실제 전지에서 고출력화를 이룰 수 없다는 문제점을 가지고 있다.In addition, since the terminal region of the discharge voltage is lowered, the battery can not contribute to the capacity when used in a cellular phone, or when the battery is used in an automobile, the battery is in an unusable region of charge (SOC) It can not be achieved.
따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
Therefore, there is a high need for a technique capable of fundamentally solving such problems.
본 발명은 상기와 같은 종래 리튬 과량 양극활물질의 문제점을 개선하여, 용량 특성 및 수명 특성이 크게 개선된 리튬 과량 양극활물질 제조용 전구체 및 이에 의하여 제조된 리튬 과량 양극활물질을 제공하는 것을 목적으로 한다.
It is an object of the present invention to provide a precursor for the production of a lithium-excess cathode active material having improved capacity characteristics and life characteristics, and to provide a lithium-over-capacity cathode active material as described above.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 하기 화학식 1로 표시되는 리튬 과량 양극활물질 제조용 전구체를 제공한다. The present invention provides a precursor for the production of a lithium-excess cathode active material represented by the following general formula (1).
[화학식 1] NiαMnβ- yCoγ-δAlδAyCO3 [Chemical Formula 1] Ni α Mn y Co β- γ-δ A δ Al y CO 3
(상기 화학식 1에서, A는 Ti, Zr 중 선택되는 4가 이온이고, α는 0.05 내지 0.4 이고, β는 0.5 내지 0.8 이고, γ는 0 내지 0.4 이고, δ는 0.001 내지 0.1 이고, y 는 0.001 내지 0.1 이다)
(Wherein A is a tetravalent ion selected from Ti and Zr,? Is 0.05 to 0.4,? Is 0.5 to 0.8,? Is 0 to 0.4,? Is 0.001 to 0.1, y is 0.001 Lt; / RTI >
본 발명은 또한, 상기 리튬 이차 전지용 양극 활물질 전구체로부터 얻어지고 하기 화학식 2로 표시되는 리튬 과량 양극 활물질을 제공한다. The present invention also provides a lithium-excess cathode active material obtained from the cathode active material precursor for lithium secondary batteries and represented by the following formula (2).
[화학식 2] Li1+xNiαMnβ-yCoγ-δAlδAyO2 ???????? Li 1 + x Ni ? Mn ? -Y Co ? -Δ Al ? A y O 2 ?????
상기 화학식 2에서, x는 0.2 내지 0.7 이고, A는 Ti, Zr 중 선택된 4가 이온이고, α는 0.05 내지 0.4 이고, β는 0.5 내지 0.8 이고, γ는 0 내지 0.4 이고, δ는 0.001 내지 0.1 이고, y 는 0.001 내지 0.1 이다.X is from 0.2 to 0.7, A is selected tetravalent ion of Ti and Zr,? Is 0.05 to 0.4,? Is 0.5 to 0.8,? Is 0 to 0.4,? Is 0.001 to 0.1 And y is 0.001 to 0.1.
본 발명에 의한 양극활물질은 xLiMAlδO2·(1-x)Li2Mn1 - yAyO3 (0<x<1, M' 은 Ni, Co, 및 Mn의 조합이고, A는 Ti, Zr 중 선택된 4가 이온임)으로 표시되는 것을 특징으로 한다. 즉, 본 발명에 의한 양극활물질은 LiMAlδO2 로 표시되는 층상계와 Li2Mn1-yAyO3 로 표시되는 층상계로 구성되고, LiMAlδO2 로 표시되는 층상계에서 알루미늄이 Co 를 치환하고, Li2MnyO3 로 표시되는 층상계에서 이종 금속 A 가 Mn 을 치환함에 따라 Li2MnO3의 전기 화학적 활성화에 이종 금속 A가 관여하여 고전압 수명 특성을 개선시키는 효과를 나타냄과 동시에 Mn 의 용출을 방지하는 효과를 나타낸다. The positive electrode active material according to the present invention xLiMAl δ O 2 · (1- x) Li 2 Mn 1 - a combination of y A y O 3 (0 < x <1, M ' is Ni, Co, and Mn, A is Ti , And Zr). That is, the positive electrode active material according to the present invention is composed of a layer-phase represented by the layer-phase and Li 2 Mn 1-y A y O 3 represented by LiMAl δ O 2, the aluminum in the layer offset represented by LiMAl δ O 2 Co is substituted and the dissimilar metal A substitutes for Mn in the layer system represented by Li 2 Mn y O 3 , thereby exhibiting the effect of improving the high-voltage lifetime characteristics by involvement of the dissimilar metal A in the electrochemical activation of Li 2 MnO 3 And at the same time, the elution of Mn is prevented.
그러나, 이종 금속 A 가 Co 자리를 과량으로 치환하는 경우 Co 함량 감소에 따른 출력 및 용량 저하가 나타날 수 있으므로, Al의 치환량은 0.001 내지 0.1 이 바람직하고, 이종 금속 A로 Mn 을 과량으로 치환하는 경우 오히려 용량 감소를 야기하므로 이종 금속 A 의 치환량은 0.001 내지 0.1 이 바람직하며, 0.02 내지 0.05 인 것이 더욱 바람직하다. However, when the dissimilar metal A substitutes for the Co moiety excessively, the output and capacity decrease may occur as the Co content decreases. Therefore, the substitution amount of Al is preferably 0.001 to 0.1, and when the dissimilar metal A is substituted with Mn in excess The substitution amount of the dissimilar metal A is preferably 0.001 to 0.1, more preferably 0.02 to 0.05.
본 발명에 의한 양극활물질에 있어서, 상기 Al 의 함유량 δ와 Li 의 함유량 x, 이종금속 A 의 함유량 y 사이에는 다음과 같은 관계식을 만족하는 것을 특징으로 한다. In the cathode active material according to the present invention, the following relation is satisfied between the content of Al, the content x of Li and the content y of the dissimilar metal A:
x ≥δx?
y ≥δy?
본 발명에 의한 양극활물질은 층상구조의 복합체(composite) 또는 고용체(solid solution) 형태인 것을 특징으로 한다.
The cathode active material according to the present invention is characterized by being in the form of a composite or solid solution of a layered structure.
본 발명에 의한 리튬 과량 양극활물질 제조용 전구체 및 이에 의하여 제조된 리튬 과량 양극활물질은 탄산염 전구체 제조시 첨가되는 금속의 종류 및 첨가량을 조절함으로써 고전압 용량이 향상됨과 동시에 수명 특성이 개선된 전지를 제조할 수 있다.
The precursor for the lithium-overbased cathode active material according to the present invention and the lithium-over-capacity cathode active material produced thereby can improve the high-voltage capacity and improve the life characteristics of the battery by controlling the kind and amount of the metal added in the production of the carbonate precursor have.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에서 제조된 전구체의 SEM 사진 및 EDS 를 측정한 결과를 나타낸다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 다른 실시예에서 제조된 전구체의 SEM 사진 및 EDS 를 측정한 결과를 나타낸다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에서 제조된 리튬 과량 양극활물질의 SEM 사진 및 EDS 를 측정한 결과를 나타낸다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 다른 실시예에서 제조된 리튬 과량 양극활물질의 의 SEM 사진 및 EDS 를 측정한 결과를 나타낸다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에서 제조된 리튬 과량 양극활물질을 이용하는 코인셀(Coin half cell)에 대한 충방전 특성을 측정한 결과를 나타낸다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예에서 제조된 리튬 과량 양극활물질을 이용하는 코인셀(Coin half cell)에 대한 수명 특성을 측정한 결과를 나타낸다. FIGS. 1 and 2 show SEM photographs and EDS measurements of precursors prepared in one embodiment of the present invention.
FIGS. 3 and 4 show SEM photographs and EDS measurements of the precursor prepared in another embodiment of the present invention. FIG.
FIGS. 5 and 6 show SEM photographs and EDS measurements of the lithium-excessive cathode active material prepared in one embodiment of the present invention.
FIGS. 7 and 8 show SEM photographs and EDS measurements of the lithium-excessive cathode active material prepared in another embodiment of the present invention.
9 and 10 illustrate the results of measurement of the charge / discharge characteristics of a coin half cell using the lithium oversized cathode active material prepared in one embodiment of the present invention.
FIGS. 11 and 12 illustrate results of measurement of lifetime characteristics for a coin half cell using the lithium oversized cathode active material manufactured in an embodiment of the present invention. FIG.
이하에서는 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명이 이하의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples. However, the present invention is not limited by the following examples.
<< 실시예Example >> 전구체 합성Precursor synthesis
황산니켈 6수화물(NiSO4·6H2O)과 황산코발트 7수화물(CoSO4·7H2O), 황산망간 수화물(MnSO4·7H2O), 알루미늄 화합물로서 황산알루미늄, 이종 금속으로서 TiO2 를 혼합한 금속 혼합용액을 공침 반응기에 투입하고, 착화제로서 28% 암모니아수 및 탄산염 화합물로서 Na2CO3 를 사용하여 pH 를 8 내지 10 으로 조절하면서 반응기에 지속적으로 공급하여 50 시간 동안 공침반응을 실시하고, 반응기 내의 슬러리 용액을 여과 및 고순도의 증류수로 세척 후 110℃, 12시간 진공 오븐에서 건조하여 니켈코발트망간알루미늄티탄 금속복합탄산염 화합물을 얻었다. 얻어진 전이금속 복합 탄산염 화합물의 조성은 Ni0 .2Co0 .07Mn0 .67Al0 .03Ti0 .03CO3 이었다.Nickel sulfate hexahydrate (NiSO 4 .6H 2 O), cobalt sulfate heptahydrate (CoSO 4 .7H 2 O), manganese sulfate hydrate (MnSO 4 .7H 2 O), aluminum sulphate as an aluminum compound, TiO 2 as a dissimilar metal The mixed metal solution was introduced into a coprecipitation reactor, and 28% ammonia water as a complexing agent and Na 2 CO 3 as a carbonate compound were continuously supplied to the reactor while adjusting the pH to 8 to 10, followed by a coprecipitation reaction for 50 hours The slurry solution in the reactor was filtered and washed with high purity distilled water and dried in a vacuum oven at 110 ° C for 12 hours to obtain a nickel cobalt manganese aluminum titanium composite metal carbonate compound. The composition of the transition metal complex carbonate compound was Ni 0 .2 Co 0 .07 Mn 0 .67
상기 표 1에서와 같은 조성비로 이종 금속이 포함되는 금속 혼합 용액을 제조한 것을 제외하고는 상기와 동일하게 하여 실시예 2 내지 4 및 비교예 1 내지 5 의 전구체를 합성하였다.
The precursors of Examples 2 to 4 and Comparative Examples 1 to 5 were synthesized in the same manner as described above, except that a metal mixed solution containing a dissimilar metal was prepared in the composition ratio as shown in Table 1 above.
<< 실험예Experimental Example > > SEMSEM 사진 및 Photos and EDSEDS 측정 Measure
상기 실시예 3 의 조성으로 제조된 전구체의 SEM 사진 및 EDS 를 측정한 결과를 도 1 및 도 2 에 나타내고, 상기 실시예 4 의 조성으로 제조된 전구체의 SEM 사진 및 EDS 를 측정한 결과를 도 3 및 도 4에 나타내었다. SEM photographs and EDS measurements of precursors prepared with the composition of Example 3 are shown in Figs. 1 and 2, and SEM photographs and EDS of the precursors prepared with the composition of Example 4 are shown in Fig. 3 And FIG. 4, respectively.
도 1 및 도 3의 SEM 측정 결과에서 표면에 코팅된 Al2O3 가 응집되는 것을 확인할 수 있고, 도 2 및 도 4의 EDS 측정 결과로부터 도핑된 Al 및 Mg 이 입자 전체에 고르게 도핑되는 것을 확인할 수 있다.
1 and 3, the surface-coated Al 2 O 3 And it is confirmed from the EDS measurement results of FIGS. 2 and 4 that the doped Al and Mg are uniformly doped into the entire grain.
<< 실시예Example > > 양극활물질Cathode active material 합성 synthesis
상기 실시예 1 내지 4 및 비교예에서 제조된 탄산염 전구체와 리튬 화합물로서 Li2CO3 를 당량비로 혼합하고, 900℃ 에서 열처리 후 분쇄하여 리튬 과량 양극활물질을 합성하였다.
The carbonate precursors prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Examples were mixed with Li 2 CO 3 in an equivalent ratio as a lithium compound, and the mixture was heat-treated at 900 ° C. and pulverized to synthesize a lithium-excessive cathode active material.
<< 실험예Experimental Example > > SEMSEM 사진 및 Photos and EDSEDS 측정 Measure
상기 실시예 3 의 조성으로 제조된 양극활물질의 SEM 사진 및 EDS 를 측정한 결과를 도 5 및 도 6 에 나타내고, 상기 실시예 4 의 조성으로 제조된 양극활물질의 SEM 사진 및 EDS 를 측정한 결과를 도 7 및 도 8에 나타내었다.
SEM photographs and EDS of the cathode active material prepared in the composition of Example 3 are shown in FIGS. 5 and 6, and SEM photographs and EDS of the cathode active material prepared in the composition of Example 4 are shown in FIG. 7 and 8.
<< 실험예Experimental Example > 전지특성 측정> Measurement of battery characteristics
상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 의 조성으로 제조된 리튬 과량 양극활물질을 카본블랙과 결착제인 PVDF[Poly(vinylidene fluoride)]와 94:3:3의 중량비로 유기용매인 NMP와 혼합하여 슬러리를 제조하였다. The lithium excessive amount of the cathode active material prepared in the compositions of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 was mixed with carbon black and PVDF [poly (vinylidene fluoride)] as a binder in a weight ratio of 94: 3: 3 with NMP as an organic solvent, .
상기 슬러리를 두께 20 ㎛ 의 Al foil에 도포한 후 건조하여 양극을 제조하였다. 상기 양극과 함께 음극으로 금속 리튬과 분리막으로 다공성 폴리에틸렌 필름(Cell Guard 2502)을 사용하여 CR2016 코인 반쪽셀(Coin half cell)을 조립하였고, 전해액으로는 1.1M LiPF6 EC/EMC/DEC 용액을 사용하였다. The slurry was coated on Al foil having a thickness of 20 탆 and dried to prepare a positive electrode. A CR2016 coin half cell was fabricated using a porous polyethylene film (Cell Guard 2502) as a negative electrode and a porous polyethylene film (Cell Guard 2502) as a separator. The electrolyte solution was a 1.1M LiPF 6 EC / EMC / DEC solution Respectively.
이와 같이 제조된 전지의 방전 용량 및 수명 특성을 측정하고 아래 표 2 및 도 3에 나타내었다. The discharge capacity and lifetime characteristics of the battery thus prepared were measured and shown in Table 2 and FIG. 3 below.
/ mAhg-1 Discharge capacity
/ mAhg-1
상온수명
/ %After 50 times
Normal temperature service life
/%
표 2 및 도 3 에서 보는 바와 같이 본 발명의 실시예에 의하여 제조된 리튬 과량 양극활물질의 경우 비교예에서보다 방전 용량 및 수명 특성이 개선되는 것을 알 수 있다.
As shown in Table 2 and FIG. 3, the lithium oversolding cathode active material prepared according to the example of the present invention shows improved discharge capacity and lifetime characteristics as compared with the comparative example.
상기 실시예 3, 4 의 조성으로 제조된 리튬 과량 양극활물질을 이용하는 CR2016 코인셀(Coin half cell)에 대한 충방전 특성을 측정한 결과는 도 9 내지 도 10 에 나타내었다.
The charging / discharging characteristics of the CR2016 coin half cell using the lithium excessive amount of the cathode active material prepared in the compositions of Examples 3 and 4 were measured, and the results are shown in FIG. 9 to FIG.
<< 실험예Experimental Example > 수명특성 측정> Life characteristics measurement
상기 실험예에서 제조된 실시예 3, 4 의 조성으로 제조된 리튬 과량 양극활물질을 이용하는 CR2016 코인셀(Coin half cell)에 대해 수명 특성을 측정하고 그 결과를 도 11 및 도 12에 나타내었다. The lifetime characteristics of the CR2016 coin half cell using the lithium excessive amount of the cathode active material prepared in the examples 3 and 4 prepared in the above Experimental Example were measured and the results are shown in FIG. 11 and FIG.
도 11 및 도 12에서 상기 본 발명의 실시예 3, 4 의 조성으로 제조된 리튬 과량 양극활물질을 이용하는 CR2016 코인셀(Coin half cell)의 경우 40 사이클까지 용량이 유지되는 것을 확인할 수 있다.
In FIGS. 11 and 12, it can be seen that the capacity of the CR2016 coin half cell using the lithium-excessive cathode active material prepared according to the compositions of Examples 3 and 4 of the present invention is maintained up to 40 cycles.
<< 실험예Experimental Example > 입자 강도 측정> Particle strength measurement
상기 실시예 3 및 4의 조성으로 제조된 리튬 과량 양극활물질 및 비교예 1 및 2 의 조성으로 제조된 리튬 과량 양극활물질에 대해 입자 강도를 측정하고 그 결과를 아래 표 3에 나타내었다. Particulate strength of the lithium-excessive cathode active material prepared in the compositions of Examples 3 and 4 and the lithium-excessive cathode active material prepared in the compositions of Comparative Examples 1 and 2 were measured, and the results are shown in Table 3 below.
Claims (7)
[화학식 1] NiαMnβ-yCoγ-δAlδAyCO3
(상기 화학식 1에서, A는 Mg, Ti, 및 Zr 으로 이루어진 그룹에서 선택되고, α는 0.05 내지 0.4 이고, β는 0.5 내지 0.8 이고, γ는 0 내지 0.4 이고, δ는 0.001 내지 0.1 이고, y 는 0.001 내지 0.1 이다)
A precursor for the production of a lithium-excessive amount of a cathode active material represented by the following formula (1).
[Chemical Formula 1] Ni α Mn β-γ-δ y Co y Al δ A CO 3
(Wherein A is selected from the group consisting of Mg, Ti and Zr,? Is 0.05 to 0.4,? Is 0.5 to 0.8,? Is 0 to 0.4,? Is 0.001 to 0.1, y Is 0.001 to 0.1)
상기 양극활물질 제조용 전구체의 입경은 5 내지 25 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 리튬 과량 양극활물질 제조용 전구체.
The method according to claim 1,
Wherein the precursor for producing a cathode active material has a particle diameter of 5 to 25 占 퐉.
[화학식 2] Li1 + xNiαMnβ- yCoγ-δAlδAyO2
(상기 화학식 2에서, x는 0.2 내지 0.7 이고, A는 Mg, Ti, 및 Zr 으로 이루어진 그룹에서 선택되고, α는 0.05 내지 0.4 이고, β는 0.5 내지 0.8 이고, γ는 0 내지 0.4 이고, δ는 0.001 내지 0.1 이고, y 는 0.001 내지 0.1 이다)
A lithium-excessive amount of the cathode active material, which is produced by the precursor for producing a lithium-excessive amount of the cathode active material according to claim 1 or 2, and is represented by the following formula (2).
[Chemical Formula 2] Li x Ni 1 + α β- Mn y Co γ-δ A δ Al y O 2
X is from 0.2 to 0.7, A is selected from the group consisting of Mg, Ti, and Zr,? Is from 0.05 to 0.4, beta is from 0.5 to 0.8, y is from 0 to 0.4, and? Is 0.001 to 0.1, and y is 0.001 to 0.1)
상기 양극활물질은 xLiMAlδO2·(1-x)Li2Mn1 - yAyO3 (0<x<1, M' 은 Ni, Co, 및 Mn의 조합이고, A는 Mg, Ti, 및 Zr 으로 이루어진 그룹에서 선택되는 금속이고, δ는 0.001 내지 0.1 이고, y 는 0.001 내지 0.1 이다)으로 표시되는 것을 특징으로 하는 리튬 과량 양극활물질.
The method of claim 3,
The positive electrode active material is xLiMAl δ O 2 · (1- x) Li 2 Mn 1 - a combination of y A y O 3 (0 < x <1, M ' is Ni, Co, and Mn, A is Mg, Ti, And Zr, wherein? Is from 0.001 to 0.1, and y is from 0.001 to 0.1. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
상기 리튬 과량 양극 활물질은 층상구조의 복합체 또는 고용체 형태인 것을 특징으로 하는 리튬 과량 양극 활물질.
The method of claim 3,
Wherein the lithium excessive amount of the positive electrode active material is in the form of a composite or solid solution of a layered structure.
상기 Al 의 함유량 δ와 Li 의 함유량 x, 이종금속 A 의 함유량 y 사이에는 다음과 같은 관계식을 만족하는 것을 특징으로 하는 리튬 과량 양극 활물질.
x ≥δ
y ≥δ
The method of claim 3,
Wherein the following relationship is satisfied between the content of Al, the content x of Li, and the content of y of the dissimilar metal A:
x?
y?
상기 리튬 과량 양극 활물질의 입자 강도가 115 이상인 것을 특징으로 하는 리튬 과량 양극 활물질.The method of claim 3,
Wherein the lithium overbased cathode active material has a particle strength of 115 or more.
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