KR20150050151A - 2 이상의 도전성 물질을 포함하는 리튬이차전지용 양극재 슬러리 및 이를 이용한 리튬이차전지 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의하면 양극활물질에 2 종류의 상이한 도전성 물질을 포함하는 3성분계 층상 산화물과 스피넬 구조의 금속 산화물의 혼합 양극재를 제공하여, 상기 혼합 양극재 내의 입자들이 도전성 물질과 고르게 섞일 수 있으며, 효율적으로 혼합 공정을 거칠 수 있음으로써 상기 혼합 양극재 슬러리는 적은 용매를 투입하면서도 높은 고형분 함량을 가지고 양극 집전체에 도포가 용이한 점도를 가질 수 있는, 리튬이차전지 양극재 슬러리 및 이를 이용한 리튬이차전지를 제공한다.

Description

2 이상의 도전성 물질을 포함하는 리튬이차전지용 양극재 슬러리 및 이를 이용한 리튬이차전지{POSITIVE ELECTRODE MATERIAL SLURRY FOR A LITHIUM SECONDARY BATTERY COMPRISE AT LEAST TWO CONDUCTIVE MATERIAL AND LITHIUM SECONDARY BATTERY USING SAME}

본 발명은 2이상의 도전성 물질을 포함하는 리튬이차전지용 양극재 슬러리와 이를 이용한 리튬이차전지에 대한 것이다.

각종 전자기기의 소형화 경량화 및 전기자동자 시장의 확대로 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 이러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 전압을 갖고 사이클 수명이 길며, 자기 방전율이 낮은 리튬이차전지가 상용화 되어 널리 사용되고 있다. 또한, 환경문제에 대한 관심이 커짐에 따라 대기 오염의 주요 원인 중 하나인 가솔린 차량, 디젤 차량 등 화석 연료를 사용하는 차량을 대체할 수 있는 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 등에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 최근에는 이러한 전기 자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 동력원으로도 높은 에너지 밀도와 방전 전압을 갖는 리튬이차전지를 사용하는 연구가 활발히 진행되고 있다.

기존 대표적 양극활물질인 LiCoO₂의 경우 에너지 밀도의 증가와 출력 특성의 실용 한계치에 도달하고 있고 특히, 고에너지 밀도 응용 분야에 사용될 경우 그 구조적 불안정성으로 인하여 고온 충전상태에서 구조 변성과 더불어 구조내의 산소를 방출하여 전지내의 전해질과 발열 반응을 일으켜 전지 폭발의 주원인이 된다. 이러한 LiCoO₂의 불안전성을 개선하기 위하여 층상 결정구조의 LiMnO₂, 스피넬 결정구조의 LiMn₂O₄ 등의 리튬함유 망간 산화물과 리튬함유 니켈 산화물(LiNiO₂)의 사용이 고려되어 왔으며, 최근에는 Ni, Mn, Co의 3성분계 층상 산화물을 사용하는 것에 대한 연구가 꾸준히 진행되어 왔다.

그러나 상기 3성분계 층상 산화물은 구성상 불안전성의 문제점을 가지고 있었으며, 이를 개선하기 위하여 종래 스피넬 구조의 금속 산화물을 상기 층상구조의3성분계 양극활물질과 혼합하는 기술이 알려져 있다.

상기 3 성분계 층상 산화물 및 스피넬 구조의 금속 산화물을 혼합한 양극활물질 슬러리의 경우 혼합 공정에서 도전성을 위한 도전재의 혼합시 다량의 용매와 다수의 도전재를 필요하였으며 다량의 도전재를 이용하였기에 비용 및 공정상의 면에서 문제점을 가지고 있었다.

본 발명은 상기 스피넬 구조의 금속 산화물과 층상 구조의 3성분계 금속 산화물의 혼합 양극활물질에 크기와 종류가 상이한 2종류의 도전재를 포함하여 혼합 공정을 개선하고, 종래보다 적은 용매에, 소량의 도전재로도 기존 양극재 슬러리와 대비하여 높은 고형분 함량을 유지하면서도 양극집전체에 도포가 용이한 점도를 유지할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위한 것으로서, 양극활물질, 도전재, 바인더, 용매를 포함하고, 상기 양극활물질 : 도전재 : 바인더의 중량비는 상기 양극활물질, 도전재, 바인더의 총 중량 대비 80~90 중량%: 4∼10 중량%: 1∼10 중량%이고, 상기 양극활물질 총 중량 대비 용매의 중량은 70~80 중량부 이며, 상기 도전재는 제1도전재 및 제2 도전재를 포함하는 것인 이차전지 양극재 슬러리를 제공한다.

상기 양극활물질은3성분계 리튬함유 금속 산화물 및 스피넬 구조의 금속 산화물을 포함하는 것일 수 있으며, 예를 들면 상기 3성분계 리튬함유 금속 산화물은 상기 3성분계 리튬함유 금속 산화물은 LiNi_{0 .8}Co_{0 .1}Mn_{0 .1}O₂, LiNi_{0 .6}Co_{0 .2}Mn_{0 .2}O_{2 ,} 및LiNi_{1 /3}Co_{1 /3}Mn_{1 /3}O₂로 이루어진 군에서 선택되는 1종일 수 있고, 상기 스피넬 구조의 금속 산화물은 LiMn₂O₄일 수 있다.

상기 제1 도전재는 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙으로 이루어진 카본블랙 및 뎅카블랙으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 본 발명의 일 실시예는 덴카(Denka) 블랙일 수 있다. 또한 상기 제1 도전재는 평균 입경이 50~110㎚일 수 있으며, 상기 양극활물질, 도전재, 바인더의 총 중량 대비 2~5 중량%일 수 있다.

상기 제2 도전재는 천연 또는 인조 흑연 분말일 수 있으며, 상기 흑연분말은 구상이며 평균 입경이 4~6㎛이고, 상기 양극활물질, 도전재, 바인더의 총 중량 대비 2~5 중량%일 수 있다.

본 발명은 또한 상기 양극재 슬러리를 포함하는 이차전지용 양극을 제공할 수 있으며, 이 양극재를 이용한 리튬이차전지를 제공할 수 있다.

또한 본 발명은, 상기 이차전지용 양극을 포함하는 리튬이차전지를 제공한다. 상기 리튬이차전지는 중대형 디바이스의 전원인 전지 모듈의 단위전지로 사용되는 것일 수 있으며, 이 때, 상기 중대형 디바이스는 파워 툴(power tool), 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 및 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV)를 포함하는 전기차; E-bike, E-scooter를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(Electric golf cart); 전기트럭; 전기 상용차 또는 전력 저장용 시스템인 것일 수 있다.

본 발명에 따른 양극활물질은 2 종류의 상이한 도전성 물질을 포함하는 3성분계 층상 산화물과 스피넬 구조의 금속 산화물의 혼합 양극재를 제공하여, 상기 혼합 양극재 내의 입자들이 도전성 물질과 고르게 섞일 수 있으며, 효율적으로 혼합 공정을 거칠 수 있음으로써 상기 혼합 양극재 슬러리는 적은 용매를 투입하면서도 양극집전체에 도포가 용이한 리튬이차전지 양극재 슬러리를 제공한다.

상기와 같은 종래 기술의 문제 및 기술적 과제를 해결하기 위하여 이하, 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명은 일 실시예에서 본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위한 것으로서, 양극활물질, 도전재, 바인더, 용매를 포함하고, 상기 양극활물질 : 도전재 : 바인더의 중량비는 상기 양극활물질, 도전재, 바인더의 총 중량 대비80~90 중량%: 4∼10 중량%: 1∼10 중량%이고, 상기 양극활물질 총 중량 대비 용매의 중량은 70~90 중량부 이며, 상기 도전재는 제1도전재 및 제2도전재를 포함하는 것인 이차전지 양극재 슬러리를 제공한다.

상기 양극활물질은3성분계 리튬함유 금속 산화물 및 스피넬 구조의 금속 산화물을 포함하는 것일 수 있다.

상기 3성분계 리튬함유 금속 산화물은 LiNi_{0 .8}Co_{0 .1}Mn_{0 .1}O₂, LiNi_{0 .6}Co_{0 .2}Mn_{0 .2}O_{2 ,} 및LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂로 이루어진 군에서 선택되는 1종일 수 있으며 본 발명의 일 실시예의 경우에는 LiNi_{1 /3}Co_{1 /3}Mn_{1 /3}O₂을 이용할 수 있다.

상기 스피넬 구조의 금속산화물은 LiMn₂O₄일 수 있으며, 상기 3성분계와의 혼합 양극재 총 중량 대비 30 내지 80 중량%로 포함하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 50 내지 70 중량% 일 수 있다.

스피넬 함량이 50 중량% 이하일 경우는 안정성 확보 측면에서, 70중량% 이상일 경우 3성분계 금속 산화물의 낮은 함량으로 인해 전지 용량의 확보가 어려울 수 있다.

이러한 3성분계 금속 산화물과 스피넬 구조의 금속 산화물의 혼합 양극재는 상기 혼합 양극재 전체의 도전성을 개선하기 위하여 도전재를 포함함이 일반적이나, 상기 혼합 양극재에 일반적인 방법으로 1종의 도전재를 첨가할 경우, 상기 혼합 양극재의 도전성 개선 효과가 미비함은 물론, 나아가 상기 혼합 양극재에 1 종의 도전재를 쓰는 경우 미립자상인 도전재가 2종의 양극활물질 혼합재에 고루 섞이기 위하여 용매를 과량 사용하여야 하며, 양극활물질의 도전성을 얻기 위하여 다량의 도전재를 필요로하고, 상기 혼합 양극재를 제조하기 위한 혼합공정에서 많은 시간이 필요하였다.

즉, 혼합되는 성분 간에 입자의 크기 또는 표면적의 차이가 클 경우, 코팅되는 도전재가 표면적이 큰 어느 한쪽 성분으로 편중될 수 있으며, 도전재의 평균 입경은 수십~ 수백㎚로서, 양극활물질들의 평균 입경인 수십㎛에 비하여 매우 작기 때문에 이로 인하여 상기 도전재가 양극활물질 사이에 균일하게 배열되지 못하고, 뭉쳐지거나 한 부분에 편중될 수 있어서, 저항이 발현되어 도전성이 낮아지는 결과가 발생될 수 있다. 이와 같은 현상은 도전재의 양을 계속적으로 늘리더라도 마찬가지이기 때문에, 과량의 용매 사용 등 혼합 공정에서의 문제점의 주된 원인 중의 하나였다.

따라서 본 발명에서는 3성분계와 올리빈 혼합 양극재 내에서 도전재가 어느 한쪽으로 편중되지 않고 고르게 분포하여 도전성이 향상된 3성분계와 올리빈 혼합 양극재를 제공하기 위하여, 1제 도전재 및 제2 도전재로서 상이한 크기의 도전성 물질을 2종이상 포함할 수 있다.

구체적으로, 본 발명의 일 실시예에서 상기 제1 도전재는 일반적으로 리튬이차전지 양극활물질 내에 투입할 수 있는 도전재이며 예를 들면, 카본 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 피네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블래 및 덴카 블랙으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상 일수 있으며, 본 발명의 일 실시예에서는 덴카 블랙을 이용할 수 있다.

상기 제1 도전재는 평균 입경이 30~110㎚ 이며, 바람직하게는 60~100㎚ 일 수 있다. 평균 입경이 30㎚ 보다 작으면 입자 크기가 너무 미소하여, 양극활물질 사이에 분산이 어렵고, 평균 입경이 110㎚ 보다 크면 양극활물질의 공극률에 따른 도전재의 배치에 있어서, 그 크기가 너무 크기 때문에 고르게 분산되지 못할 수 있다.

상기 제1 도전재는 상기 양극활물질, 도전재, 바인더의 총 중량 대비 2~5 중량%일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서의 상기 제2 도전재는 구상의 흑연 분말 일 수 있다. 즉, 상기 제1 도전재와 함께 상기 제2 도전재로서 구상의 흑연 분말이 혼합 양극활물질에 분포되는 경우, 제1 도전재 보다 큰 크기를 갖는 제2 도전재가 양극활물질의 빈 공간에 배치됨으로써, 혼합 공정에서의 도전성 탄소와 구상의 흑연 분말과 같이, 입자의 크기가 상이한 도전재를 동시에 적용하는 경우, 도전재들이 혼합 양극재를 구성하는 어느 한쪽 성분으로만 편중되는 현상을 억제할 수 있고, 혼합 양극재 내에 고르게 분포될 수 있게 되며, 또한 3성분계와 올리빈의 표면에만 도전재들이 분포하는 것이 아니라 상기 양 물질의 접촉 부분에도 도전재가 충분하게 분포되어, 상기 3성분계 금속 산화물과 스피넬 구조의 금속 산화물과의 도전성의 향상에 기여한다.

이에 따라 상기 혼합 양극재의 전기 전도성을 높이고 저항을 낮춤으로써 출력이 향상되는 효과를 얻을 수 있게 된다. 또한, 상기 제1 및 제2 도전재를 혼합한 양극활물질의 경우 크기가 작은 제1 도전재와 크기가 상대적으로 큰 제2 도전재의 혼합으로 인하여 상기 혼합 양극활물질로부터 제조되는 양극재 슬러리의 경우 적은 용매를 이용하고서도 혼합 공정을 용이하게 진행할 수 있다.

구체적으로 상기 흑연 분말은 천연이나 인조 흑연분말 등을 제한되지 않는다. 이때, 상기 흑연분말의 양이 너무 적으면 2 종의 도전재를 혼합하여 양극재 슬러리의 원하는 점도를 얻기 어렵고, 반대로 너무 많으면 흑연 분말의 크기에 의해 상대적으로 양극활물질 및 제1 도전재의 양이 적어져서 이차전지의 용량이 감소할 수 있는바, 상기 흑연분말은 혼합 양극재의 총 중량 대비 2 중량% 내지 5 중량%일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 제1 도전재 및 제2 도전재를 이용하여 양극 혼합 슬러리를 제조하는 경우, 상기와 같이 평균 입경 등이 상이함으로써, 양극활물질 내에 균일하게 혼합되어, 혼합 공정후의 고형분의 함량의 높아질 수 있다. 즉, 상기 고형분의 함량이 높아지면서 단위시간당 생산할 수 있는 혼합 슬러리의 양이 증대된다. 상기 고형분 함량은 일반적으로 상기 상기 양극활물질, 도전재, 바인더 및 용매를 포함하는 양극재 슬러리에서 투입한 용매 대비 양극활물질, 도전재, 바인더의 중량이 60~65 중량%인 것을 의미한다. 여기서 상기 60~65중량% 의 고형분 함량은 상기 양극재 슬러리가 양극집전체 상에 용이하게 도포 될 수 있는 상온 환경에서의 15000~30000cp점도 범위 내에서를 말한다. 상기 고형분 함량이 65중량% 이상으로 높아질수록 상기 슬러리의 점도는 증가하게 된다. 슬러리의 점도가 증가됨으로써, 이송 용이성 확보 및 양극집전체에의 코팅 공정시 유동성 확보 측면에서의 문제점이 발생할 수 있고, 상기 고형분 함량이 60 중량% 이하인 경우 제조된 양극재 슬러리의 점도가 너무 낮아져서 양극집전체 상에 도포가 용이하지 않을 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제1 도전재 및 제2 도전재를 이용하는 경우에는 기존의 1종의 도전재를 이용하는 경우보다, 고형분 함량이 높으면서도, 양극집전체에 도포가 용이한 점도를 구현할 수 있으며, 따라서 양극활물질 슬러리의 이송이 원활하며, 양극재 슬러리를 보다 효율적으로 코팅할 수 있다.

더하여 상기 양극재 슬러리의 점도는 일반적으로 양극 집전체에 도포되기 위하여 상온(23℃)에서 15000~30000cp의 점도를 갖는다. 상기 점도가 15000cp 미만이면 양극 집전체에 도포시 점도가 너무 낮아 상기 양극재 슬러리가 유실되거나, 바르게 도포되지 않을 수 있고, 상기 점도가 30000cp 을 초과하면 높은 점도로 인하여 양극 집전체에 도포시 층이 발생할 수 있고, 생성되는 양극의 두께가 두꺼워 질 수 있다.

상기 혼합 양극재 슬러리의 제조방법은 특별히 한정되지 아니하고 공지의 양극재 제조방법을 이용할 수 있으며, 구체적으로는 용매에 바인더, 상기 양극활물질 혼합물, 상기 제1 도전재 및 제2 도전재를 포함하여 슬러리를 제조하는 방법 등으로 제조될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

상기 양극활물질 슬러리의 용매로서는 종래 공지의 양극활물질 슬러리에 이용되는 것이 가능하나, 본 발명의 일 실시예에 따른 양극재 슬러리의 용매는 N-메틸 피롤리돈일 수 있다. 상기 용매는 본 발명의 일 실시예에 따른 양극활물질 총 중량 대비 중량은 70중량부 내지 80 중량부 일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 양극재 슬러리의 상기 바인더는 3성분계 및 올리빈과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 상기 양극활물질, 도전재, 바인더의 총 중량 대비 1 내지 10 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, 스틸렌 부티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.

상기 양극재 슬러리에는 선택적으로 충진제를 더 포함할 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, 탄소 섬유 등의 섬유 상 물질이 사용된다.

본 발명은 또한 상기 혼합 양극재가 집전체 상에 도포되어 있는 이차전지용 양극을 제공한다.

이차전지용 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 상기 양극활물질 및 도전재, 바인더, 충진제 등을 N-메틸피롤리돈(NMP) 등의 용매에 혼합하여 만들어진 슬러리를 양극 집전체 상에 도포한 후 건조 및 압연하여 제조될 수 있다.

상기 양극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포제, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.

본 발명은 또한 상기 양극과, 음극, 분리막, 및 리튬염 함유 비수 전해액으로 구성된 리튬이차전지를 제공한다.

상기 음극은, 예를 들어, 음극 집전체 상에 음극 활물질을 포함하고 있는 음극 합제를 도포, 건조하여 제작된다.

상기 음극 집전체는 일반적으로 3 내지 500㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 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 음극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 내지 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 내지 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 비수계 전해액은, 비수 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 비수 전해액으로는 비수계 유기 용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.

상기 비수계 유기 용매로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 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 카보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 프로피온산 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 중합체 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, 리튬염으로는 LiPF₆, LiAsF₆, LiCF₃SO₃, LiN(CF₃SO₂)₂, LiBF₄, LiBF₆, LiSbF₆, LiN(C₂F₅SO₂)₂, LiAlO₄, LiAlCl₄, LiSO₃CF_{3 ,} LiClO_{4 ,} Li(CF₃SO₂)(C₂F₅SO₂)N 및 Li(SO₂F)₂N 등이 사용될 수 있다.

또한, 비수계 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠유도체, 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 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 이차전지는 소형 디바이스의 전원으로 사용되는 전지셀에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 다수의 전지셀들을 포함하는 중대형 전지모듈에 단위 전지로도 바람직하게 사용될 수 있다.

상기 중대형 디바이스의 바람직한 예로는 파워 툴(power tool); 전기차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기차(Hybrid Electric Vehicle, HEV) 및 플러그인 하이브리드 전기차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV)를 포함하는 전기차; E-bike, E-scooter를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(Electric golf cart); 전기 트럭; 전기 상용차 또는 전력 저장용 시스템 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.

이하에서는 실시예를 통해 본 발명의 내용을 더욱 상술하지만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

<양극재 슬러리의 제조>

실시예 1

양극활물질로서 LiNi_{1 /3}Co_{1 /3}Mn_{1 /3}O₂를 양극활물질, 도전재, 바인더의 총 중량 대비 61.6중량%, LiMn₂O₄를 26.4 중량 %, 제1 도전제로 덴카 블랙 3.25 중량%, 제2 도전재로 인조 흑연 분말 3.25중량% 바인더로 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVdF) 5.5 중량%를, 용매로서 양극활물질 100kg기준으로 72.653kg의 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)에 첨가하여 양극 혼합물 슬러리를 제조하였다.

비교예 1

상기 도전제로 덴카 블랙 1종 만을 6.5 중량% 투입하고 용매로서 양극활물질 100kg기준으로 89.286kg의 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)에 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 마찬가지로 하여 양극 혼합물 슬러리를 제조하였다.

<실험예>

상기에서 제조된 양극 혼합물 슬러리의 고형분의 비율 및 점도를 측정하였다. 결과를 표 1에 나타내었다.

상기 점도 측정은 Brookfield LV2+, 64Pin, 12rpm으로, 상온(23℃)에서 3분간 측정하였다.

	실시예 1	비교예 1
고형분	61%	56%
점도	19576cP(22.8℃)	22,175 (23.1℃)

상기와 같이 제1 도전재 및 제2 도전재를 투입한 실시예 1은 비교예 1 보다 적은 용매로도, 23℃(상온)에서 비교예 1보다 높은 고형분 함량과 상기 슬러리가 양극 집전체에 용이하게 도포될 수 있는 수준인 20000cp에 가까운 점도를 유지할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

Claims (15)

1. 양극활물질, 도전재, 바인더, 용매를 포함하고,
   상기 양극활물질: 도전재: 바인더의 중량비는 상기 양극활물질, 도전재, 바인더의 총 중량 대비 80~90 중량%: 4∼10 중량%: 1∼10 중량% 이고,
   상기 양극활물질 총 중량 대비 상기 용매의 중량은 70~80 중량부 이며,
   상기 도전재는 제1도전재 및 제2도전재를 포함하는 것인 이차전지 양극재 슬러리.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 양극활물질은 3성분계 리튬함유 금속 산화물 및 스피넬 구조의 금속 산화물을 포함하는 것인 이차전지 양극재 슬러리.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 3성분계 리튬함유 금속 산화물은 LiNi_{0 .8}Co_{0 .1}Mn_{0 .1}O₂, LiNi_{0 .6}Co_{0 .2}Mn_{0 .2}O_{2 ,} 및LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂로 이루어진 군에서 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는 이차전지 양극재 슬러리.
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 스피넬 구조의 금속 산화물은 LiMn₂O₄인 것을 특징으로 하는 이차전지 양극재 슬러리.
5. 청구항 2에 있어서,
   상기 스피넬 구조의 금속 산화물은 3성분계 리튬함유 금속 산화물과의 혼합 양극활물질 총 중량 대비 50 내지 70 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 이차전지 양극재 슬러리.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 도전재는 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙으로 이루어진 카본블랙 및 덴카 블랙으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것인 이차전지 양극재 슬러리.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 제1 도전재는 덴카 블랙(Denka black)인 것인 이차전지 양극재 슬러리.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 도전재는 평균 입경이 50~110㎚인 것인 이차전지 양극재 슬러리.
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 도전재는 상기 양극활물질, 도전재, 바인더의 총 중량 대비 2~5 중량%인 것인 이차전지 양극재 슬러리.
10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 도전재는 천연 또는 인조 흑연 분말인 것인 이차전지 양극재 슬러리.
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 흑연분말은 구상이며 평균 입경이 4~6㎛인 것인 이차전지 양극재 슬러리.
12. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 도전재는 상기 양극활물질, 도전재, 바인더의 총 중량 대비 2~5 중량%인 것인 이차전지 양극재 슬러리.
13. 청구항 1 내지 12항 중 어느 한 항 기재의 이차전지 양극재 슬러리는 그 점도가 15000~30000cp이고, 상기 양극재 슬러리 총 중량을 기준으로 고형분 함량이 60중량%~65중량%인 것인 이차전지 양극재 슬러리.
14. 청구항 1 내지 12항 중 어느 한 항 기재의 이차전지 양극재 슬러리를 포함하는 이차전지용 양극재
15. 청구항 14 기재의 이차전지용 양극재을 포함하는 리튬이차전지.