KR20150060065A - Lithium secondary battery of improved output - Google Patents

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KR20150060065A
KR20150060065A KR1020130144029A KR20130144029A KR20150060065A KR 20150060065 A KR20150060065 A KR 20150060065A KR 1020130144029 A KR1020130144029 A KR 1020130144029A KR 20130144029 A KR20130144029 A KR 20130144029A KR 20150060065 A KR20150060065 A KR 20150060065A
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최상규
박진영
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주식회사 엘지화학
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Abstract

The present invention relates to a lithium secondary battery, including a positive electrode with a positive electrode mixture, a negative electrode with a negative electrode mixture, and a non-aqueous electrolyte solution, wherein the positive electrode is a conductive material and comprises (i) nanosized carbon based particles and (ii) carbon based fibers having a length which is one to three times longer than that of average particle size to directly connect positive electrode particles electrically; and the negative electrode is a negative electrode active material and comprises (i) carbon based active materials and (ii) a lithium titanium oxide (LTO). Therefore, the lithium secondary battery has a high energy density and accordingly has high capacity, thereby having excellent output and lifespan properties.

Description

출력 특성이 향상된 리튬 이차전지{LITHIUM SECONDARY BATTERY OF IMPROVED OUTPUT}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a lithium secondary battery having improved output characteristics,

본 발명은 출력 특성이 향상된 리튬 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a lithium secondary battery having improved output characteristics.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지에 대한 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중에서도 높은 에너지 밀도와 작동 전위를 나타내고, 사이클 수명이 길며, 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다.As technology development and demand for mobile devices have increased, there has been a rapid increase in demand for secondary batteries as energy sources. Among such secondary batteries, lithium secondary batteries, which exhibit high energy density and operating potential, long cycle life, Batteries have been commercialized and widely used.

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 활발하게 진행되고 있으며, 일부 상용화 단계에 있다.In recent years, there has been a growing interest in environmental issues, and as a result, electric vehicles (EVs) and hybrid electric vehicles (HEVs), which can replace fossil-fueled vehicles such as gasoline vehicles and diesel vehicles, And the like. Although a nickel metal hydride (Ni-MH) secondary battery is mainly used as a power source for such an electric vehicle (EV) and a hybrid electric vehicle (HEV), a lithium secondary battery having a high energy density, a high discharge voltage, Research is being actively carried out and it is in the stage of commercialization.

이러한 리튬 이차전지는 일반적으로 전극 활물질로서 리튬 전이금속 산화물을 포함하는 양극과 카본계 활물질을 포함하는 음극 및 다공성 분리막으로 이루어진 전극조립체에 리튬 전해질이 함침되어 있는 구조로 이루어져 있다. 양극은 리튬 전이금속 산화물을 포함하는 양극 합제를 알루미늄 호일에 코팅하여 제조되며, 음극은 카본계 활물질을 포함하는 음극 합제를 구리 호일에 코팅하여 제조된다. Such a lithium secondary battery generally has a structure in which a lithium electrolyte is impregnated into an electrode assembly composed of a cathode including a lithium transition metal oxide as an electrode active material and a cathode and a porous separator including a carbonaceous active material. The positive electrode is prepared by coating a positive electrode mixture containing a lithium transition metal oxide on an aluminum foil, and the negative electrode is prepared by coating a copper foil with a negative electrode mixture containing a carbonaceous active material.

상기 양극 합제와 음극 합제에는 활물질의 전기전도성을 향상시키기 위하여 도전재가 첨가된다. 특히, 양극 활물질로 사용되는 리튬 전이금속 산화물은 본질적으로 전기전도성이 낮으므로, 양극 합제에는 도전재가 필수적으로 첨가되고 있다. 도전재 중에서도, 양극 합제의 전도성을 증가시키기 위하여 미립자 형상의 도전재가 일반적으로 사용되고 있는데, 이러한 미립자 형상의 도전재는 양극 합제의 두께를 감소시키기 위하여 압축하는 과정에서 로딩 밀도를 크게 하지 못하는 단점을 가지고 있다.To the positive electrode mixture and the negative electrode mixture, a conductive material is added to improve the electrical conductivity of the active material. In particular, since the lithium transition metal oxide used as the cathode active material is inherently low in electric conductivity, a conductive material is essentially added to the cathode mixture. Among the conductive materials, a particulate conductive material is generally used in order to increase the conductivity of the cathode mixture. Such a particulate conductive material has a disadvantage in that the loading density can not be increased during compression in order to reduce the thickness of the cathode mixture .

한편, 기존 음극재료로 활용되고 있는 탄소계 물질은 충방전시 층상 구조 내에 삽입된 일부 리튬 이온의 비가역 용량이 발생하고, 음극 표면에 리튬 화합물이 생성됨으로써 충방전의 반복에 따라 리튬의 가역 용량이 점차 감소되어, 방전 용량이 감소하고 사이클(cycle) 열화가 발생한다는 문제가 있다. 또한, 극 저온에서의 전기 전도성이 떨어져 고출력을 내기 어렵고, 부피팽창의 문제 등을 안고 있다.On the other hand, the carbonaceous material used as a conventional negative electrode material has irreversible capacity of some lithium ions inserted into the layered structure during charging and discharging, and a lithium compound is generated on the surface of the negative electrode, There is a problem that the discharge capacity decreases and cycle deterioration occurs. In addition, the electrical conductivity at extremely low temperatures is low, which makes it difficult to produce high output, and has a problem of volume expansion.

이러한 문제를 해결하기 위하여 리튬 티탄산화물(Lithium titanate)을 음극재료로서 사용하려는 시도도 있으나, 리튬 티타늄 산화물은 단위 중량당 용량이 작고, 에너지 밀도가 낮다는 단점이 있다.To solve this problem, attempts have been made to use lithium titanate as a cathode material, but lithium titanium oxide has a disadvantage in that the capacity per unit weight is small and the energy density is low.

이와 관련하여, 일부 선행기술들에서는 탄소계 물질과 리튬 티타늄 산화물을 포함하는 음극 재료를 제안하고 있다.In this connection, some prior art proposes a cathode material comprising a carbon-based material and lithium titanium oxide.

예를 들어, 일부 선행기술에서는 주된 음극재로서 탄소재료와 보조적 활물질로서 리튬 티탄 복합 산화물을 포함하는 기술을 개시하고 있고, 또 다른 선행기술에서는 적어도 1 종의 융점 0℃ 이하의 락톤을 포함하는 비수 전해액을 포함하는 리튬 이차전지로서, 음극 활물질로 리튬이온의 흡장 및 방출이 가능한 탄소재료와 티탄산 리튬을 포함하고, 음극 활물질의 총량에 대한 탄소재료의 함유률이 80~99 중량%이고, 티탄산 리튬의 함유률이 1~20 중량%인 리튬 이차전지를 개시하고 있다. For example, some prior arts disclose a technique that includes a carbon material as a main negative electrode material and a lithium titanium composite oxide as an auxiliary active material. In another prior art, at least one non-aqueous solution containing a lactone having a melting point of 0 ° C or lower A lithium secondary battery comprising an electrolytic solution, the lithium secondary battery comprising a negative electrode active material, a carbon material capable of intercalating and deintercalating lithium ions and lithium titanate, wherein the content of the carbon material with respect to the total amount of the negative electrode active material is 80 to 99% Of 1 to 20% by weight based on the total weight of the lithium secondary battery.

그러나, 상기 기술들에서 탄소재료와 리튬 티타늄 산화물은 단순히 혼합된 상태로 존재함으로써 탄소재료의 리튬 이온 이동도가 여전히 낮은 상태이므로, 반응 속도가 저하되고 대전류 특성이 낮다는 문제가 있다.However, in the above technologies, since the carbon material and the lithium titanium oxide are simply mixed, the lithium ion mobility of the carbon material is still low, so that the reaction rate is lowered and the large current characteristic is low.

따라서, 탄소재료와 리튬 티타늄 산화물 각각의 단점을 보완하면서도 내부 저항이 낮고 소망하는 수준의 높은 전기 전도도를 가지며 출력 특성을 가지는 이차전지의 구성이 아직 제안되지 못하고 있다.Therefore, a configuration of a secondary battery having a low internal resistance, a high level of electrical conductivity, and an output characteristic at a desired level has not yet been proposed while compensating for the disadvantages of each of the carbon material and the lithium titanium oxide.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art and the technical problems required from the past.

본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 양극 도전재로서, 나노 크기의 탄소계 입자, 및 탄소계 파이버를 사용하고, 음극 활물질로서, 탄소계 활물질 및 리튬 티타늄 산화물(Lithium Titanium Oxide: LTO)을 사용하여 리튬 이차전지를 제조하는 경우, 내부 저항이 감소하여 전지의 출력 및 수명 특성을 현저히 향상시킬 수 있음을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.The inventors of the present application have conducted intensive research and various experiments and have succeeded in various experiments and have succeeded in carrying out the present invention by using nano-sized carbon-based particles and carbon fiber as the positive electrode conductive material, It has been found that when a lithium secondary battery is manufactured using lithium titanium oxide (LTO), the internal resistance is reduced and the output and lifetime characteristics of the battery can be remarkably improved. Thus, the present invention has been accomplished.

따라서, 본 발명에 따른 리튬 이차전지는 양극 합제를 포함하는 양극, 음극 합제를 포함하는 음극, 및 비수 전해액으로 이루어진 리튬 이차전지에 있어서, 상기 양극은 도전재로서, (i) 나노 크기의 탄소계 입자, 및 (ii) 양극 활물질 입자들을 전기적으로 직접 연결할 수 있도록 양극 활물질의 평균 입경을 기준으로 1 내지 3 배의 길이를 가진 탄소계 파이버를 포함하고; 상기 음극은 음극 활물질로서, (i) 탄소계 활물질 및 (ii) 리튬 티타늄 산화물(Lithium Titanium Oxide: LTO)을 포함하는 것으로 구성되어 있다.Therefore, the lithium secondary battery according to the present invention is a lithium secondary battery comprising a positive electrode containing a positive electrode material mixture, a negative electrode including a negative electrode material mixture, and a nonaqueous electrolyte solution, wherein the positive electrode is a conductive material comprising: (i) And (ii) carbon-based fibers having a length of 1 to 3 times the average particle diameter of the cathode active material so as to electrically connect the cathode active material particles directly; The negative electrode is composed of (i) a carbonaceous active material and (ii) lithium titanium oxide (LTO) as an anode active material.

상기 탄소계 파이버의 입경은, 1 나노미터 내지 1000 나노미터, 길이는 1 나노미터 내지 106 나노미터일 수 있고, 상세하게는 상기탄소계 파이버의 입경은 10 나노미터 내지 100 나노미터, 길이는 10 나노미터 내지 105 나노미터일 수 있다.The carbon-based fiber may have a particle diameter of 1 to 1,000 nanometers and a length of 1 to 10 6 nanometers. In detail, the carbon fiber may have a particle diameter of 10 to 100 nanometers, May be between 10 nanometers and 10 5 nanometers.

상기 탄소계 파이버는 카본 나노 튜브, 카본 나노 혼, 및 카본 나노 파이버로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있으며, 상세하게는 카본 나노 파이버일 수 있다.The carbon-based fiber may be at least one selected from the group consisting of carbon nanotubes, carbon nanofhons, and carbon nanofibers, and more specifically carbon nanofibers.

상기 탄소계 입자의 함량은 양극 합제 총 중량을 기준으로 1 내지 30 %이고, 탄소계 파이버의 함량은 양극 합제 총 중량을 기준으로 0.1 내지 5 중량%일 수 있고, 상세하게는 0.2 내지 2 중량%일 수 있다.The content of the carbon-based particles is 1 to 30% based on the total weight of the positive electrode mixture, and the content of the carbon-based fiber may be 0.1 to 5% by weight, more specifically 0.2 to 2% Lt; / RTI >

상기 리튬 티탄산 화합물는 상세하게는 LixTiyO4 (0.5≤x≤3; 1≤y≤2.5)로 표현되는 화합물일 수 있고, 상세하게는 Li1.33Ti1.67O4일 수 있다.Specifically, the lithium titanate compound may be a compound represented by Li x Ti y O 4 (0.5? X? 3; 1 ? Y? 2.5), and specifically may be Li 1.33 Ti 1.67 O 4 .

이러한 리튬 티탄산 화합물는 음극 합제 총 중량을 기준으로 0.1 내지 30 중량%로 포함될 수 있다.Such a lithium titanate compound may be contained in an amount of 0.1 to 30% by weight based on the total weight of the negative electrode mixture.

상기 리튬 티탄산 화합물 입자는 탄소계 활물질의 평균 입경에 대하여 0.1 ~ 20%의 평균 입경을 가질 수 잇다The lithium titanate compound particles may have an average particle size of 0.1 to 20% based on the average particle size of the carbonaceous active material

상기 양극은 상기 바인더와 탄소계 입자를 함께 용매에 분산시킨 뒤, 탄소계 파이버를 넣고, 여기 추가로 양극 활물질을 분산시켜 제조된 슬러리를 양극 집전체 상에 도포한 후 건조 및 압연하여 제조될 수 있다.The anode may be prepared by dispersing the binder and the carbon-based particles together in a solvent, then adding the carbon-based fiber, further dispersing the cathode active material, applying the slurry on the cathode current collector, followed by drying and rolling have.

본 발명은 또한, 상기 리튬 이차전지를 단위전지로 포함하는 전지모듈을 제공하고, 상기 전지모듈을 포함하는 전지팩을 제공한다.The present invention also provides a battery module including the lithium secondary battery as a unit cell, and a battery pack including the battery module.

상기 전지팩은 디바이스의 전원으로 사용될 수 있고, 상기 디바이스의 구체적인 예로는, 컴퓨터, 휴대폰, 파워 툴(power tool) 등의 소형 디바이스와, 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 등의 중대형 디바이스를 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The battery pack can be used as a power source of a device. Specific examples of the device include a small device such as a computer, a mobile phone, a power tool, and a power tool powered by an electric motor. An electric vehicle including an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV), and the like; An electric motorcycle including an electric bike (E-bike) and an electric scooter (E-scooter); An electric golf cart; Power storage systems, and the like, but are not limited thereto.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 리튬 이차전지는 양극 도전재로서 나노 크기의 탄소계 입자 및, 양극 활물질을 전기적으로 연결하는 소정의 길이를 가지는 탄소계 파이버를 사용하여 양극의 전기 전도성을 향상시키고, 음극 활물질로서 탄소계 활물질 및 리튬 티타늄 산화물(Lithium Titanium Oxide: LTO)을 사용함으로써 이온 전도도를 높일 수 있어 내부 저항이 감소하므로, 상기 조합을 포함하는 리튬 이차전지는 출력 및 수명 특성이 향상될 뿐만 아니라 높은 에너지 밀도를 나타낼 수 있다. INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, the lithium secondary battery of the present invention improves the electrical conductivity of a positive electrode using nano-sized carbon particles and a carbon fiber having a predetermined length electrically connecting the positive electrode active material, , The use of a carbonaceous active material and lithium titanium oxide (LTO) as a negative electrode active material can increase the ionic conductivity and reduce the internal resistance. Therefore, the lithium secondary battery including the combination has improved output and lifetime characteristics But can represent high energy density.

따라서, 본 발명에 따른 리튬 이차전지는 양극 합제를 포함하는 양극, 음극 합제를 포함하는 음극, 및 비수 전해액으로 이루어진 리튬 이차전지에 있어서, 상기 양극은 도전재로서, (i) 나노 크기의 탄소계 입자, 및 (ii) 양극 활물질 입자들을 전기적으로 직접 연결할 수 있도록 양극 활물질의 평균 입경을 기준으로 1 내지 3 배의 길이를 가진 탄소계 파이버를 포함하고; 상기 음극은 음극 활물질로서, (i) 탄소계 활물질 및 (ii) 리튬 티타늄 산화물(Lithium Titanium Oxide: LTO)을 포함하는 것으로 구성되어 있다.Therefore, the lithium secondary battery according to the present invention is a lithium secondary battery comprising a positive electrode containing a positive electrode material mixture, a negative electrode including a negative electrode material mixture, and a nonaqueous electrolyte solution, wherein the positive electrode is a conductive material comprising: (i) And (ii) carbon-based fibers having a length of 1 to 3 times the average particle diameter of the cathode active material so as to electrically connect the cathode active material particles directly; The negative electrode is composed of (i) a carbonaceous active material and (ii) lithium titanium oxide (LTO) as an anode active material.

앞서 설명한 바와 같이, 양극 합제에서는 전기 전도성을 증가 시키기 위하여 일반적으로 구 체인 형상을 가지는 도전재를 첨가한다. 그러나, 이러한 구 체인 형상의 도전재는 양극 활물질과 균일하게 혼합되기 어려우므로 양극 합제 내에서 전기적 도전성의 편차가 발생하게 되어 셀 간 성능의 불균일성을 초래하게 된다. 그러나, 본 발명에서는 도전재로서, 나노 크기의 탄소계 입자 이외에 소정의 길이를 가진 탄소계 파이버를 포함하므로, 도전재가 양극 합제 내에 균일하게 혼합될 수 있어 양극 활물질 입자들이 전기적으로 연결되어 전기 전도도가 향상될 수 있으므로 내부 저항이 감소할 수 있다.As described above, in the positive electrode material mixture, a conductive material having a generally chain-like shape is added in order to increase the electrical conductivity. However, since the conductive material having the spherical chain shape is difficult to be uniformly mixed with the cathode active material, the electrical conductivity of the anode mixture is varied, resulting in non-uniformity of inter-cell performance. However, in the present invention, as the conductive material, since the carbon-based fiber having a predetermined length is included in addition to the nano-sized carbon-based particles, the conductive material can be uniformly mixed in the positive electrode material mixture so that the positive electrode active material particles are electrically connected, The internal resistance can be reduced.

음극 활물질로서 일반적으로 사용되는 탄소계 활물질은 방전용량이 높은 반면에, 고전류 특성 및 사이클 특성이 낮은 단점이 있었다. 그러나 본 발명에서는 음극 활물질로서 LTO를 첨가하며, 이러한 LTO는 작동 전위가 약 1.5 V 정도로 전해질 분해 전압보다 높아 저항을 증가시키는 SEI 막의 형성을 유발하지 않으므로 레이트 특성 및 고전류 특성이 향상될 수 있다.The carbon-based active material generally used as the negative electrode active material has disadvantages in that the discharge capacity is high, but the high current characteristics and cycle characteristics are low. However, in the present invention, LTO is added as an anode active material, and the LTO has an operating potential of about 1.5 V, which is higher than the decomposition voltage of the electrolyte, so that formation of the SEI film which increases the resistance is not caused, so that the rate characteristic and the high current characteristic can be improved.

더욱이, LTO는 그 자체로 산화 환원 사이트로 반응에 참여할 수 있으므로 전지의 용량 저하를 최소화하면서도 LTO 입자가 탄소계 활물질과 직접 접촉하고 있어서 이온 전도도가 높고 출력 특성이 우수하다.Moreover, LTO itself can participate in the reaction as a redox site, so that the LTO particles directly contact with the carbonaceous active material while minimizing the deterioration of the capacity of the battery, so that the ionic conductivity is high and the output characteristic is excellent.

이와 같이, 본원발명에 따른 이차전지는 양극 도전재로서 소정의 길이를 가지는 탄소계 파이버를 사용하여 전기 전도도를 향상시키고, 음극 활물질로서 LTO를 사용하여 이온 전도도를 향상시키므로, 상기 물질들의 조합에 의한 시너지 효과로 전지의 저항이 효과적으로 감소될 수 있다. 따라서, 각각의 물질을 사용함으로써 얻을 수 있는 레이트 및 수명 특성 등을 단순히 합한 정도를 뛰어넘은 우수한 전지의 제반 특성을 달성할 수 있다.As described above, since the secondary battery according to the present invention improves the electric conductivity by using the carbon fiber having a predetermined length as the positive electrode conductive material and improves the ion conductivity by using LTO as the negative electrode active material, The synergistic effect can effectively reduce the resistance of the battery. Therefore, it is possible to achieve all of the excellent characteristics of the battery which exceed the merits of the rate and lifetime characteristics obtained by using the respective materials and the like.

본 발명에 따른 이차전지에서 탄소계 입자는 나노미터 수준에서 다양한 크기를 가질 수 있다. In the secondary battery according to the present invention, the carbon-based particles may have various sizes at the nanometer level.

상기 탄소계 파이버의 입경은 1 나노미터 내지 1000 나노미터 입경을 가질 수 있고 길이는 1 나노미터 내지 106 나노미터일 수 있다. 좀 더 상세하게는 상기 탄소계 파이버의 입경은 10 나노미터 내지 100 나노미터의 입경을 가질 수 있고, 길이는 10 나노미터 내지 105 나노미터일 수 있다. The carbon-based fibers may have a particle diameter of 1 nm to 1000 nm and a length of 1 nm to 10 6 nm. More specifically, the carbon-based fiber may have a particle diameter of 10 nanometers to 100 nanometers and a length of 10 nanometers to 10 5 nanometers.

상기 탄소계 파이버는 양극 활물질을 양극 합제 내에서 도전재가 균일하게 혼합될 수 있도록 도와주므로, 양극 활물질 입자의 크기에 따라 상기 정의된 범위 안에서 다양한 입경 및 길이를 가질 수 있다.Since the carbonaceous fiber helps the conductive material to be mixed uniformly in the cathode mixture, the carbon fiber may have various particle diameters and lengths within the defined range according to the size of the cathode active material particles.

즉, 상기 양극 활물질 입자는 사용하는 물질에 따라 다양한 입경을 가질 수 있으며, 이에 따라 탄소계 파이버도 다양한 길이를 가질 수 있으므로 양극 활물질을 효율적으로 전기적 연결을 할 수 있다. 다만, 양극 활물질의 입자의 크기가 너무 작은 경우, 입자간 응집에 의하여 분산성이 저하될 염려가 있고, 반대로 입자 크기가 너무 큰 경우, 도전재 입자 표면과의 접촉면이 적어지게 되므로 수십 나노 내지 수백 나노 크기를 가지는 것이 바람직하다.That is, the cathode active material particles may have various particle diameters depending on the material used, and accordingly, the carbon fiber may have various lengths, so that the cathode active material can be electrically connected efficiently. However, when the size of the particles of the cathode active material is too small, the dispersibility may decrease due to intergranular agglomeration. On the contrary, when the particle size is too large, the contact surface with the conductive material particle surface becomes small, It is preferable to have a nano-size.

상기 탄소계 파이버는 카본 나노 튜브, 카본 나노 혼, 및 카본 나노 파이버로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있으며, 상세하게는 카본 나노 파이버일 수 있다.The carbon-based fiber may be at least one selected from the group consisting of carbon nanotubes, carbon nanofhons, and carbon nanofibers, and more specifically carbon nanofibers.

상기 탄소계 입자의 함량은 양극 합제 총 중량을 기준으로 1 내지 30 %이고, 탄소계 파이버의 함량은 양극 합제 총 중량을 기준으로 0.1 내지 5 중량%일 수 있으며, 상세하게는 0.1 내지 2 중량%일 수 있다. The content of the carbon-based particles may be from 1 to 30% based on the total weight of the positive electrode material mixture, and the content of the carbon-based fibers may be from 0.1 to 5% by weight based on the total weight of the positive electrode material mixture, Lt; / RTI >

특히, 탄소계 파이버의 경우 지나치게 양이 적으면 양극 활물질을 충분히 연결할 수 없어 도전성이 낮아지게 되고, 지나치게 양이 많으면 제조 공정상 어려움이 따를 수 있으며, 전극 합제 내에 양극 활물질의 양이 상대적으로 감소하여 전지의 용량 저하를 초래할 수 있어 바람직하지 않다. In particular, in the case of the carbon-based fibers, if the amount is too small, the cathode active material can not be sufficiently connected and the conductivity becomes low. If the amount is too large, the production process may be complicated, and the amount of the cathode active material The capacity of the battery may be lowered.

이러한 탄소계 입자는, 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 등을 들 수 있으며, 상세하게는 카본계 물질이 사용될 수 있다.Such a carbon-based particle is not particularly limited as long as it has electrical conductivity without causing a chemical change in the battery, and examples thereof include graphite such as natural graphite and artificial graphite; Carbon black such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber; Metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; Conductive whiskey such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Polyphenylene derivatives, and the like. In particular, carbon-based materials can be used.

상기 양극 활물질은 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+yMn2-yO4 (여기서, y 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-yMyO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, y = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-yMyO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, y = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.The cathode active material is not particularly limited and includes, for example, a layered compound such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), or a compound substituted with one or more transition metals; Lithium manganese oxides such as Li 1 + y Mn 2-y O 4 (where y is 0 to 0.33), LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 and LiMnO 2 ; Lithium copper oxide (Li 2 CuO 2 ); Vanadium oxides such as LiV 3 O 8 , LiFe 3 O 4 , V 2 O 5 and Cu 2 V 2 O 7 ; Formula LiNi 1-y M y O 2 ( where, the M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B or Ga, y = 0.01 ~ 0.3 Im) Ni site type lithium nickel oxide which is represented by; Formula LiMn 2-y M y O 2 ( where, M = Co, Ni, Fe , Cr, and Zn, or Ta, y = 0.01 ~ 0.1 Im) or Li 2 Mn 3 MO 8 (where, M = Fe, Co, Ni, Cu, or Zn); LiMn 2 O 4 in which a part of Li in the formula is substituted with an alkaline earth metal ion; Disulfide compounds; Fe 2 (MoO 4 ) 3 , and the like. However, the present invention is not limited to these.

한편, 상기 음극 활물질로서, 탄소계 활물질은 리튬 이온의 흡장 및 탈리가 가능한 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 결정질 탄소계 화합물, 비정질 탄소계 화합물, 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 상기 결정질 탄소계 화합물의 대표적인 예로는 흑연(graphite)을 들 수 있으며, 이러한 흑연계 결정질 탄소로는, 예를 들어, 포테이토 형상 또는 MCMB(MesoCarbon MicroBead) 형상의 인조 흑연, 또는 엣지(Edge) 부위를 완만하게 만들기 위해 표면 처리를 행한 천연 흑연 등을 들 수 있다. 또한, 상기 비정질 탄소계 화합물은 탄소원자들이 무정형 결정구조를 가지고 있는 물질로서, 예를 들어, 페놀수지 또는 퓨란수지를 열분해한 난흑연화 탄소(hard carbon), 코크스, 니들 코크스 또는 피치(Pitch)를 탄화한 이흑연화 탄소(soft carbon) 등을 들 수 있다. On the other hand, as the negative electrode active material, the carbonaceous active material is not particularly limited as long as it can absorb and desorb lithium ions, and may be a crystalline carbon-based compound, an amorphous carbon-based compound, or a mixture thereof. Examples of the crystalline carbon-based compound include graphite. Examples of the graphite-based crystalline carbon include artificial graphite having a shape of potato or MCMB (Meso Carbon MicroBead) or an edge portion And natural graphite surface-treated to make it gentle. The amorphous carbon-based compound is a substance having carbon atoms in an amorphous crystal structure. For example, the amorphous carbon-based compound may be a hard carbon, a coke, a needle coke, or a pitch coke obtained by pyrolyzing a phenol resin or a furan resin. And soft carbon obtained by carbonizing carbon black.

하나의 상세한 예에서, 상기 탄소계 활물질은 밀도 및 도전성이 우수하기 때문에 용량이 크고, 에너지 밀도가 높아 출력 및, 레이트(rate) 특성이 양호한 천연 및 인조의 흑연과, 출력 및 레이트 특성이 역시 우수한 난 흑연화 탄소의 혼합물일 수 있다.In one specific example, the carbon-based active material has a high capacity and high energy density due to its excellent density and conductivity, so that natural and artificial graphite having excellent output and rate characteristics, and excellent output and rate characteristics I can be a mixture of graphitized carbon.

상기 탄소계 활물질은 소망하는 전지 용량 및 에너지 밀도를 얻기 위하여 적정량을 넣어야 하는 바, 예를 들어, 음극 합제 총 중량에 대하여 1 내지 90 중량%, 상세하게는 10 내지 70 중량%가 포함될 수 있다.The carbonaceous active material may contain an appropriate amount to obtain a desired battery capacity and energy density. For example, the carbonaceous active material may include 1 to 90% by weight, more preferably 10 to 70% by weight based on the total weight of the negative electrode material mixture.

상기 리튬 티타늄 산화물은 상세하게는 LixTiyO4 (0.5≤x≤3; 1≤y≤2.5)로 표현되는 화합물로서, 예를 들어, Li0.8Ti2.2O4, Li2.67Ti1.33O4, LiTi2O4, Li1.33Ti1.67O4, Li1.14Ti1.71O4 등을 들 수 있으나, 이들만으로 한정되는 것은 아니다. 더욱 상세하게는, 충방전시 결정 구조의 변화가 적고 가역성이 우수한 스피넬 구조를 갖는 것으로서, Li1.33Ti1.67O4일 수 있다. Specifically, the lithium titanium oxide is a compound represented by Li x Ti y O 4 (0.5? X? 3; 1 ? Y? 2.5), for example, Li 0.8 Ti 2.2 O 4 , Li 2.67 Ti 1.33 O 4 , LiTi 2 O 4 , Li 1.33 Ti 1.67 O 4 , and Li 1.14 Ti 1.71 O 4 , but the present invention is not limited thereto. More specifically, it may be Li 1.33 Ti 1.67 O 4 having a spinel structure with less change in crystal structure during charge and discharge and excellent reversibility.

이러한 리튬 티탄산 화합물는 앞서 설명한 바와 같이, 탄소계 활물질과 직접적으로 접촉하고 있으므로, 리튬 이온의 이동 경로로서 작용하여 이온 전도성이 향상되고, 결정 구조가 안정적이므로, 충방전에 수반하는 비수 전해액의 분해 등에 기인하는 리튬의 탈리에 의한 사이클 열화를 억제할 수 있다. As described above, since the lithium titanate compound is in direct contact with the carbonaceous active material, the lithium titanate compound acts as a transport path of lithium ions to improve ionic conductivity and has a stable crystal structure. As a result, It is possible to suppress cycle deterioration due to lithium desorption.

상기 리튬 티탄산 화합물를 제조하는 방법은 당업계에 공지되어 있으므로 본 명세서에는 그에 관한 자세한 내용은 생략한다.Since the method for preparing the lithium titanate compound is well known in the art, detailed description thereof will be omitted herein.

상기 리튬 티탄산 화합물의 함량이 너무 많을 경우, 상대적으로 탄소계 활물질의 함량이 적어지게 되는 바, 전지 용량 및 에너지 밀도가 저하될 수 있고, 작동 전위가 지나치게 높아져 양극에서 리튬 이온의 방출로 인해 결정 구조의 붕괴 및 방전 용량의 저하가 발생할 수 있으므로 문제가 있고, 반대로 너무 적은 경우, 리튬 티타늄 산화물의 첨가에 따른 효과를 기대하기 어렵기 때문에 바람직하지 않다. 이를 고려하여 리튬 티타늄 산화물는 음극 합제 총 중량에 대하여, 상세하게는 0.1 ~ 30 중량%, 더욱 상세하게는 0.1 ~ 10 중량%로 첨가할 수 있다.When the content of the lithium titanic acid compound is too large, the content of the carbonaceous active material becomes relatively small. As a result, the battery capacity and the energy density may be lowered and the operating potential becomes excessively high. And the discharge capacity may be lowered. On the other hand, when the amount is too small, it is difficult to expect the effect of addition of the lithium titanium oxide. In consideration of this, the lithium titanium oxide may be added in an amount of 0.1 to 30% by weight, more specifically 0.1 to 10% by weight, based on the total weight of the anode mix.

본 발명에서, 리튬 티탄산 화합물 입자는 탄소계 활물질의 평균 입경에 대하여 0.1 ~ 20%의 평균 입경, 상세하게는 0.5 ~ 15%의 평균 입경을 가진다. In the present invention, the lithium titanic acid compound particles have an average particle size of 0.1 to 20%, more specifically 0.5 to 15%, based on the average particle size of the carbonaceous active material.

이는, 상기 탄소계 활물질의 평균 입경에 대한 LTO의 평균 입경 비율이 너무 크면, 탄소계 활물질의 표면에 탄소계 활물질와의 접촉 면적이 낮아지게 되어 충분한 이온 전도성 향상을 발휘하기 어렵고, 탄소계 활물질에 대한 전해액의 접촉면적이 증가하여 전해액 분해반응과 SEI 막의 형성 반응이 일어날 수 있으며, 반대로 LTO의 평균 입경 비율이 너무 작으면, LTO 입자들 간의 응집력이 커지게 되어 탄소계 활물질의 표면에 균일하게 분포되기 어려울 수 있기 때문이다. This is because if the ratio of the average particle size of LTO to the average particle size of the carbonaceous active material is too large, the contact area with the carbonaceous active material on the surface of the carbonaceous active material becomes low and it is difficult to exhibit sufficient ion conductivity improvement. The electrolyte solution decomposition reaction and the SEI film formation reaction may occur. On the other hand, if the average particle size ratio of LTO is too small, cohesion between the LTO particles becomes large and uniformly distributed on the surface of the carbonaceous active material It can be difficult.

상기 탄소계 활물질의 입경이 너무 큰 경우에는 음극재의 부피 밀도가 저하되는 문제가 있고, 반대로 평균 입경이 너무 작은 경우에는 음극재의 비가역 용량이 높아지며 소망하는 방전 용량을 기대하기 어려우므로 바람직하지 않다. When the particle diameter of the carbonaceous active material is too large, the bulk density of the negative electrode material decreases. On the contrary, when the average particle diameter is too small, irreversible capacity of the negative electrode material becomes high and it is difficult to expect a desired discharge capacity.

따라서, 하나의 상세한 예에서, 상기 탄소계 활물질는 5 내지 25 ㎛의 평균 입경을 가질 수 있고, 더욱 상세하게는, 10 내지 20 ㎛의 평균 입경을 가질 수 있다. LTO의 평균 입경은 상기 입경 비율을 만족하는 범위 내에서 선택됨은 물론이다. Therefore, in one specific example, the carbon-based active material may have an average particle size of 5 to 25 mu m, and more specifically, an average particle size of 10 to 20 mu m. It is needless to say that the average particle diameter of LTO is selected within a range that satisfies the particle diameter ratio.

본 발명에서 상기 양극 합제에는 양극 활물질과 도전재 이외에 바인더, 충진제 등에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 성분들이 포함되어 있을 수 있으며, 상세하게는 도전재와 바인더를 모두 포함하고 있다.In the present invention, the cathode mixture may contain one or more components selected from a binder, a filler, and the like in addition to the cathode active material and the conductive material, and more specifically, it includes both the conductive material and the binder.

상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 합제 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가될다. 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 공중합제 등을 들 수 있다.The binder is a component that assists in binding of the active material to the conductive material and bonding to the current collector, and is usually added in an amount of 1 to 30 wt% based on the total weight of the positive electrode material mixture. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene , Polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butylene rubber, fluorine rubber, and various copolymers.

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 중합제; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다. 충진제의 함량은 양극 합제 전체 중량을 기준으로 0.1 내지 15 중량%로 포함될 수 있다. The filler is optionally used as a component for suppressing expansion of the anode, and is not particularly limited as long as it is a fibrous material without causing a chemical change in the battery. Examples of the filler include olefin-based polymerizers such as polyethylene and polypropylene; Fibrous materials such as glass fibers and carbon fibers are used. The content of the filler may be 0.1 to 15% by weight based on the total weight of the positive electrode material mixture.

상기 양극은 상기 바인더와 탄소계 입자를 함께 용매에 분산시킨 뒤, 탄소계 파이버를 넣고, 여기 추가로 양극 활물질을 분산시켜 제조된 슬러리를 양극 집전체 상에 도포한 후 건조 및 압연하여 제조될 수 있다.The anode may be prepared by dispersing the binder and the carbon-based particles together in a solvent, then adding the carbon-based fiber, further dispersing the cathode active material, applying the slurry on the cathode current collector, followed by drying and rolling have.

상기 전극 슬러리의 제조시에 사용되는 용매의 상세한 예로는 디메틸설폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO), 알코올, N-메틸피롤리돈(NMP), 아세톤 등을 들 수 있으며, 이러한 용매는 전극 합제 전체 중량을 기준으로 400 중량%까지 사용할 수 있고 건조 과정에서 제거된다.Specific examples of the solvent used in the preparation of the electrode slurry include dimethyl sulfoxide (DMSO), alcohol, N-methylpyrrolidone (NMP), and acetone. Can be used up to 400% by weight and removed in the drying process.

상기 양극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 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.The cathode current collector is generally made to have a thickness of 3 to 500 mu m. Such a positive electrode collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change to the battery, and may be formed on the surface of stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon or aluminum or stainless steel Carbon, nickel, titanium, silver, or the like may be used. The current collector may have fine irregularities on the surface thereof to increase the adhesive force of the cathode active material, and various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a nonwoven fabric are possible.

본 발명은 또한 상기 양극과, 음극, 분리막, 및 리튬염 함유 비수 전해액으로 구성된 리튬 이차전지를 제공한다. The present invention also provides a lithium secondary battery comprising the positive electrode, the negative electrode, the separator, and a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt.

상기 음극은, 예를 들어, 음극 집전체 상에 음극 활물질을 포함하고 있는 음극 합제를 도포한 후 건조하여 제조되며, 상기 음극 합제에는, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 포함될 수 있다.The negative electrode is prepared, for example, by coating a negative electrode mixture containing a negative electrode active material on a negative electrode collector and then drying the mixture. The negative electrode mixture may contain the above-described components as required.

상기 음극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 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.The negative electrode collector is generally made to have a thickness of 3 to 500 mu m. The negative electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical change in the battery. Examples of the negative electrode current collector include copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon, copper or stainless steel Surface-treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like, aluminum-cadmium alloy, or the like can be used. In addition, like the positive electrode collector, fine unevenness can be formed on the surface to enhance the bonding force of the negative electrode active material, and it can be used in various forms such as films, sheets, foils, nets, porous bodies, foams and nonwoven fabrics.

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.The separation membrane is interposed between the anode and the cathode, and an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength is used. The pore diameter of the separator is generally 0.01 to 10 mu m and the thickness is generally 5 to 300 mu m. Such separation membranes include, for example, olefinic polymers such as polypropylene, which are chemically resistant and hydrophobic; A sheet or nonwoven fabric made of glass fiber, polyethylene or the like is used. When a solid electrolyte such as a polymer is used as an electrolyte, the solid electrolyte may also serve as a separation membrane.

상기 리튬염 함유 비수계 전해액은 전해액과 리튬염으로 이루어져 있으며, 상기 전해액으로는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.The lithium salt-containing nonaqueous electrolyte solution is composed of an electrolyte solution and a lithium salt. As the electrolyte solution, a nonaqueous organic solvent, an organic solid electrolyte, and an inorganic solid electrolyte may be used.

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.Examples of the non-aqueous organic solvent include N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, gamma -Butyrolactone, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydroxyfuran, 2-methyltetrahydrofuran, dimethylsulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, dimethylformamide, dioxolane , Acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, triester phosphate, trimethoxymethane, dioxolane derivatives, sulfolane, methylsulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate Nonionic organic solvents such as tetrahydrofuran derivatives, ethers, methyl pyrophosphate, ethyl propionate and the like can be used.

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.Examples of the organic solid electrolyte include a polymer electrolyte such as a polyethylene derivative, a polyethylene oxide derivative, a polypropylene oxide derivative, a phosphate ester polymer, an agitation lysine, a polyester sulfide, a polyvinyl alcohol, a polyvinylidene fluoride, A polymer containing an ionic dissociation group and the like may be used.

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.Examples of the inorganic solid electrolyte include Li 3 N, LiI, Li 5 NI 2 , Li 3 N-LiI-LiOH, LiSiO 4 , LiSiO 4 -LiI-LiOH, Li 2 SiS 3 , Li 4 SiO 4 , Nitrides, halides and sulfates of Li such as Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH and Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 can be used.

상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.The lithium salt is a material that is readily soluble in the non-aqueous electrolyte, for example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4, LiBF 4, LiB 10 Cl 10, LiPF 6, LiCF 3 SO 3, LiCF 3 CO 2, LiAsF 6, LiSbF 6, LiAlCl 4, CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2) 2 NLi, chloroborane lithium, lower aliphatic carboxylic acid lithium, lithium tetraphenyl borate and imide have.

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), FEC(Fluoro-Ethlene carbonate) 등을 더 포함시킬 수 있다.For the purpose of improving the charge / discharge characteristics and the flame retardancy, the electrolytic solution is preferably mixed with an organic solvent such as pyridine, triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylenediamine, glyme, Benzene derivatives, sulfur, quinone imine dyes, N-substituted oxazolidinones, N, N-substituted imidazolidines, ethylene glycol dialkyl ethers, ammonium salts, pyrrole, 2-methoxyethanol, . In some cases, halogen-containing solvents such as carbon tetrachloride and ethylene trifluoride may be further added to impart nonflammability. In order to improve the high-temperature storage characteristics, carbon dioxide gas may be further added. FEC (Fluoro-Ethylene carbonate, PRS (propene sultone), FEC (fluoro-ethylene carbonate), and the like.

본 발명은 또한, 상기 이차전지를 단위전지로 포함하는 전지모듈을 제공하고, 상기 전지모듈을 포함하는 전지팩을 제공한다.The present invention also provides a battery module including the secondary battery as a unit cell, and a battery pack including the battery module.

상기 전지팩은 고온 안정성 및 긴 사이클 특성과 높은 레이트 특성 등이 요구되는 디바이스의 전원으로 사용될 수 있고, 상기 디바이스의 구체적인 예로는, 컴퓨터, 휴대폰, 파워 툴(power tool) 등의 소형 디바이스와, 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 등의 중대형 디바이스를 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The battery pack may be used as a power source for devices requiring high temperature stability, long cycle characteristics, and high rate characteristics. Examples of the battery pack include small devices such as a computer, a mobile phone, and a power tool, A power tool powered by the motor; An electric vehicle including an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV), and the like; An electric motorcycle including an electric bike (E-bike) and an electric scooter (E-scooter); An electric golf cart; Power storage systems, and the like, but are not limited thereto.

이러한 리튬 이차전지, 이를 단위전지로 포함하는 중대형 전지모듈 및 전지팩의 구조 및 제조방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 그에 대한 자세한 설명을 본 명세서에서는 생략한다.
Such a lithium secondary battery, a middle- or large-sized battery module including the same as a unit battery, and a structure and a manufacturing method of the battery pack are well known in the art, and a detailed description thereof will be omitted herein.

본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims.

Claims (18)

양극 합제를 포함하는 양극, 음극 합제를 포함하는 음극, 및 비수 전해액으로 이루어진 리튬 이차전지에 있어서,
상기 양극은 도전재로서, (i) 나노 크기의 탄소계 입자, 및 (ii) 양극 활물질 입자들을 전기적으로 직접 연결할 수 있도록 양극 활물질의 평균 입경을 기준으로 1 내지 3 배의 길이를 가진 탄소계 파이버를 포함하고;
상기 음극은 음극 활물질로서, (i) 탄소계 활물질 및 (ii) 리튬 티타늄 산화물(Lithium Titanium Oxide: LTO)을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
A lithium secondary battery comprising a positive electrode including a positive electrode mixture, a negative electrode including a negative electrode mixture, and a nonaqueous electrolyte,
The positive electrode is a conductive material which is composed of (i) nano-sized carbon-based particles, and (ii) carbon-based fibers having a length of 1 to 3 times based on the average particle diameter of the positive electrode active material so as to electrically connect the positive- ;
The lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the negative electrode comprises an anode active material (i) a carbonaceous active material and (ii) lithium titanium oxide (LTO).
제 1 항에 있어서, 상기 탄소계 파이버의 입경은 1 나노미터 내지 1000 나노미터, 길이는 1 나노미터 내지 106 나노미터인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the carbon-based fiber has a particle diameter of 1 nanometer to 1000 nanometers and a length of 1 nanometer to 10 6 nanometers. 제 1 항에 있어서, 상기 탄소계 파이버의 입경은 10 나노미터 내지 100 나노미터, 길이는 10 나노미터 내지 105 나노미터인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the carbon-based fiber has a particle diameter of 10 nanometers to 100 nanometers and a length of 10 nanometers to 10 5 nanometers. 제 1 항에 있어서, 상기 탄소계 파이버는 카본 나노 튜브, 카본 나노 혼, 및 카본 나노 파이버로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지. The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the carbon-based fibers are at least one selected from the group consisting of carbon nanotubes, carbon nanofhons, and carbon nanofibers. 제 1 항에 있어서, 상기 탄소계 파이버는 카본 나노 파이버인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the carbon-based fiber is a carbon nanofiber. 제 1 항에 있어서, 상기 탄소계 입자의 함량은 양극 합제 총 중량을 기준으로 1 내지 30 % 인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the content of the carbon-based particles is 1 to 30% based on the total weight of the positive electrode material mixture. 제 1 항에 있어서, 상기 탄소계 파이버의 함량은 양극 합제 총 중량을 기준으로 0.1 내지 5 중량%인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the content of the carbon fiber is 0.1 to 5 wt% based on the total weight of the positive electrode material mixture. 제 1 항에 있어서, 상기 탄소계 파이버의 함량은 양극 합제 총 중량을 기준으로 0.2 내지 2 중량%인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the content of the carbon fiber is 0.2 to 2% by weight based on the total weight of the positive electrode material mixture. 제 1 항에 있어서, 상기 리튬 티탄산 화합물의 화학식은 LixTiyO4 (0.5≤x≤3, 1≤y≤2.5)로 표시되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the formula of the lithium titanate compound is represented by Li x Ti y O 4 (0.5? X? 3, 1 ? Y? 2.5). 제 1 항에 있어서, 상기 리튬 티탄산 화합물의 화학식은 Li1.33Ti1.67O4로 표시되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the formula of the lithium titanate compound is Li 1.33 Ti 1.67 O 4 . 제 1 항에 있어서, 상기 리튬 티탄산 화합물은 음극 합제 총 중량을 기준으로 0.1 내지 30 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the lithium titanic acid compound is contained in an amount of 0.1 to 30% by weight based on the total weight of the negative electrode mixture. 제 1 항에 있어서, 상기 리튬 티탄산 화합물은 음극 합제 총 중량을 기준으로 0.1 내지 10 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the lithium titanic acid compound is contained in an amount of 0.1 to 10% by weight based on the total weight of the negative electrode material mixture. 제 1 항에 있어서, 상기 리튬 티탄산 화합물는 탄소계 활물질의 평균 입경에 대하여 0.1 내지 20%의 평균 입경을 갖는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the lithium titanic acid compound has an average particle diameter of 0.1 to 20% with respect to an average particle diameter of the carbonaceous active material. 제 1 항에 있어서, 상기 양극은 바인더와 탄소계 입자를 용매에 분산시킨 뒤, 탄소계 파이버를 넣고, 여기에 추가로 양극 활물질을 분산시켜 제조된 슬러리를 집전체에 도포하여 제조되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.The positive electrode according to claim 1, wherein the positive electrode is manufactured by dispersing a binder and a carbon-based particle in a solvent, then adding a carbon-based fiber, and further dispersing the positive electrode active material, Lithium secondary battery. 제 1 항에 따른 리튬 이차전지를 단위전지로 포함하는 것을 특징으로 하는 전지모듈. A battery module comprising the lithium secondary battery according to claim 1 as a unit cell. 제 15 항에 따른 전지모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.A battery pack comprising the battery module according to claim 15. 제 16 항에 따른 전지팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.A device comprising a battery pack according to claim 16. 제 17 항에 있어서, 상기 디바이스는 컴퓨터, 휴대폰, 파워 툴(power tool), 전기자동차(Electric Vehicle: EV), 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 전기 이륜차, 전기 골프 카트, 또는 전력저장용 시스템인 것을 특징으로 하는 디바이스.18. The system of claim 17, wherein the device is a computer, a mobile phone, a power tool, an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle, a plug- Lt; / RTI > system.
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CN114497558A (en) * 2021-12-27 2022-05-13 东莞新能源科技有限公司 Electrochemical device and electronic device

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