KR20170106810A - Positive active material for rechargeable lithium battery, method of preparing the same, and rechargeable lithium battery including the same - Google Patents

Positive active material for rechargeable lithium battery, method of preparing the same, and rechargeable lithium battery including the same Download PDF

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Abstract

The present invention relates to a positive electrode active material for a rechargeable lithium battery, a method for preparing the same and a rechargeable lithium battery including the same. The positive electrode active material for a rechargeable lithium battery comprises a compound capable of reversible intercalation and deintercalation of lithium. The compound comprises Al, and is doped with M1 and M2. The M1 and M2 are independently at least one of metals selected from the group consisting of Zr, Ti, Mg, Ca, V, Zn, Mo, Ni, Co and Mn. M1 and M2 are different.

Description

리튬 이차 전지용 양극 활물질, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지{POSITIVE ACTIVE MATERIAL FOR RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY, METHOD OF PREPARING THE SAME, AND RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY INCLUDING THE SAME} TECHNICAL FIELD The present invention relates to a cathode active material for a lithium secondary battery, a method for producing the same, and a lithium secondary battery including the same. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001]

본 발명의 일 구현예는 리튬 이차 전지용 양극 활물질, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것이다.One embodiment of the present invention relates to a cathode active material for a lithium secondary battery, a method for producing the same, and a lithium secondary battery including the same.

최근 휴대용 전자기기의 소형화 및 경량화 추세와 관련하여 이들 기기의 전원으로 사용되는 전지의 고성능화 및 대용량화에 대한 필요성이 높아지고 있다.Recently, with regard to the tendency to miniaturize and lighten portable electronic devices, there is an increasing need for high performance and large capacity of batteries used as power sources for these devices.

전지는 양극과 음극에 전기 화학 반응이 가능한 물질을 사용함으로써 전력을 발생시키는 것이다. 이러한 전지 중 대표적인 예로는 양극 및 음극에서 리튬 이온이 인터칼레이션(intercalation)-디인터칼레이션(deintercalation) 될 때의 화학전위(chemical potential)의 변화에 의하여 전기 에너지를 생성하는 리튬 이차 전지가 있다.Cells generate electricity by using materials that can electrochemically react to the positive and negative electrodes. A typical example of such a battery is a lithium secondary battery that generates electrical energy by a change in chemical potential when intercalation-deintercalation of lithium ions occurs in the positive electrode and the negative electrode .

상기 리튬 이차 전지는 리튬 이온의 가역적인 인터칼레이션-디인터칼레이션이 가능한 물질을 양극과 음극 활물질로 사용하고, 상기 양극과 음극 사이에 유기 전해액 또는 폴리머 전해액을 충전시켜 제조한다.The lithium secondary battery is manufactured by using a material capable of reversible intercalation-deintercalation of lithium ions as a positive electrode and a negative electrode active material, and filling an organic electrolyte or a polymer electrolyte between the positive electrode and the negative electrode.

리튬 이차 전지의 양극 활물질로는 리튬 복합금속 화합물이 사용되고 있으며, 그 예로 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiMnO2 등의 복합금속 산화물들이 연구되고 있다. As a cathode active material of a lithium secondary battery, a lithium composite metal compound is used. For example, composite metal oxides such as LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNiO 2 and LiMnO 2 have been studied.

상기 양극 활물질 중 LiMn2O4, LiMnO2 등의 Mn계 양극 활물질은 합성하기도 쉽고, 값이 비교적 싸며, 과충전 시 다른 활물질에 비하여 열적 안정성이 가장 우수하고, 환경에 대한 오염이 낮아 매력이 있는 물질이기는 하나, 용량이 적다는 단점을 가지고 있다.Of the above cathode active materials, Mn-based cathode active materials such as LiMn 2 O 4 and LiMnO 2 are easy to synthesize and are relatively inexpensive and have excellent thermal stability compared to other active materials in overcharging, However, it has a disadvantage of low capacity.

LiCoO2는 양호한 전기 전도도와 약 3.7V 정도의 높은 전지 전압을 가지며, 사이클 수명 특성, 안정성 또한 방전 용량 역시 우수하므로, 현재 상업화되어 시판되고 있는 대표적인 양극 활물질이다. 그러나, LiCoO2는 가격이 비싸기 때문에 전지 가격의 30% 이상을 차지하므로 가격 경쟁력이 떨어지는 문제점이 있다.LiCoO 2 is a typical cathode active material commercially available and commercially available since it has good electric conductivity, high battery voltage of about 3.7 V, excellent cycle life characteristics, stability and discharge capacity. However, since LiCoO 2 is expensive, it accounts for more than 30% of the battery price, which causes a problem of poor price competitiveness.

또한, LiCoO2는 위에서 언급한 양극 활물질 중 가장 높은 방전 용량의 전지 특성을 나타내고 있으나, 합성하기 어려운 단점이 있다. 또한, 니켈의 높은 산화상태는 전지 및 전극 수명 저하의 원인이 되며, 자기 방전이 심하고 가역성이 떨어지는 문제가 있다. 아울러, 안정성 확보가 완전하지 않아서 상용화에 어려움을 겪고 있다.LiCoO 2 has the highest discharge capacity of the battery among the above-mentioned cathode active materials, but it has a disadvantage that it is difficult to synthesize. In addition, the high oxidation state of nickel causes a decrease in battery life and electrode life, and there is a problem that self discharge is severe and reversibility is low. In addition, it is difficult to commercialize it because the stability is not completely secured.

본 발명의 일 구현예는 수명 특성이 우수한 리튬 이차 전지용 양극 활물질, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지를 제공하는 것이다.One embodiment of the present invention provides a cathode active material for a lithium secondary battery having excellent life characteristics, a method for producing the same, and a lithium secondary battery including the same.

본 발명의 일 구현예는 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물;을 포함하고, 상기 화합물은 M1 및 M2로 도핑되어 있고, Al을 포함하는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 제공한다.An embodiment of the present invention includes a compound capable of reversible intercalation and deintercalation of lithium, wherein the compound is doped with M1 and M2, and contains Al. The cathode active material for a lithium secondary battery includes to provide.

(상기 M1 및 M2는 서로 독립적으로 Zr, Ti, Mg, Ca, V, Zn, Mo, Ni, Co 및 Mn으로 이루어진 군에서 선택된 금속 중 적어도 어느 하나이고, M1 및 M2는 서로 상이하다.)(M1 and M2 are at least any one selected from the group consisting of Zr, Ti, Mg, Ca, V, Zn, Mo, Ni, Co and Mn and M1 and M2 are different from each other.

상기 화합물은, 하기 화학식 1로 표시되는 리튬 복합 산화물을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질일 수 있다.The compound may be a cathode active material for a lithium secondary battery comprising a lithium composite oxide represented by the following general formula (1).

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Li[LizA(1-z-a-b-c)M1aM2bAlc]O2 Li [Li z A (1-ZaBc) M 1 a M 2 b Al c ] O 2

상기 화학식 1에서,In Formula 1,

A = NiαCoβMnγ이고, 상기 M1 및 M2는 서로 독립적으로 Zr, Ti, Mg, Ca, V, Zn, Mo, Ni, Co 및 Mn로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 원소이고, -0.05 ≤ z ≤ 0.1 및 0.001 ≤ a+b+c ≤ 0.03 이고, 0.7 ≤ α ≤ 0.9, 0.05≤ β≤0.2 및 0.01≤ γ≤0.15 이다.A = α Ni and Co β Mn γ, wherein M1 and M2 are independently selected from Zr, Ti, Mg, Ca, V, Zn, Mo, Ni, and at least one element selected from the group consisting of Co and Mn, -0.05 each other ? Z? 0.1 and 0.001? A + b + c? 0.03, 0.7??? 0.9, 0.05?? 0.2 and 0.01?? 0.15.

이 때, 상기 M은 Zr, Ti 또는 이들의 조합일 수 있다.At this time, the M may be Zr, Ti, or a combination thereof.

또한, 상기 화합물에서 Al은 도핑 되는 것 일 수 있다.Also, Al in the compound may be doped.

또한, 상기 화합물의 Al은 양극 활물질 내부 및 표면에 존재 하는 것 일 수 있다.In addition, Al of the compound may be present inside and on the surface of the cathode active material.

또한, 상기 화합물은 Al 및/또는 B을 포함하는 코팅층을 더 포함하는 것 일 수 있다.In addition, the compound may further comprise a coating layer comprising Al and / or B.

또한, 총 중량에 대하여 상기 코팅층의 중량비가 0.05 내지 0.5 일 수 있다.The weight ratio of the coating layer to the total weight may be 0.05 to 0.5.

본 발명의 다른 구현예는 리튬 공급 물질, 전이 금속 전구체, 및 M 공급 물질, Al 공급물질을 건식 혼합한 후, 제1혼합물을 소성하여 리튬 복합 화합물을 형성하는 단계; 상기 리튬 복합 화합물과, Al 공급 물질, 또는 B 공급 물질을 혼합하여, 상기 리튬 복합 화합물의 표면에 제2혼합물을 부착하는 단계; 상기 제2혼합물이 부착된 화합물을 열처리하는 단계; 및M 및 Al으로 도핑된 화합물을 포함하는 코어; 및 상기 코어의 표면에 위치하고, Al 또는 B를 포함하는 코팅층을 포함하는, 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 수득하는 단계를 포함하는, 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조방법을 제공한다.Another embodiment of the present invention is a method for preparing a lithium composite material, comprising: dry-mixing a lithium supply material, a transition metal precursor, and an M supply material, an Al supply material, and then firing the first mixture to form a lithium composite compound; Depositing a second mixture on the surface of the lithium composite compound by mixing the lithium composite compound with an Al supply material or a B supply material; Heat treating the compound to which the second mixture is attached; And a core doped with M and Al; And a coating layer disposed on the surface of the core and containing Al or B, to obtain a cathode active material for a lithium secondary battery.

(상기 M은 Zr, Ti, Mg, Ca, V, Zn, Mo, Ni, Co, Mn 또는 이들의 조합이다.)(M is Zr, Ti, Mg, Ca, V, Zn, Mo, Ni, Co, Mn or a combination thereof)

이 때, 제1혼합물을 소성하여 리튬 복합 화합물을 형성하는 단계에서, 소성 온도는 700 내지 1,050℃ 일 수 있다.At this time, in the step of firing the first mixture to form the lithium composite compound, the firing temperature may be 700 to 1,050 캜.

또한, 상기 제2혼합물이 부착된 화합물을 열처리하는 단계에서, 상기 열처리 온도는 300 내지 500℃ 일 수 있다.Further, in the step of heat-treating the compound to which the second mixture is attached, the heat treatment temperature may be 300 to 500 ° C.

본 발명의 또 다른 구현예는 전술한 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 포함하는 양극, 음극 활물질을 포함하는 음극; 및 전해질을 포함하는, 리튬 이차 전지를 제공한다.Another embodiment of the present invention is a negative electrode comprising a positive electrode and a negative electrode active material including the above-described positive electrode active material for a lithium secondary battery; And an electrolyte. ≪ IMAGE >

본 발명의 일 구현예에 따르면, 우수한 전지 특성을 갖는 리튬 이차 전지용 양극 활물질, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지를 제공할 수 있는 효과가 있다.According to one embodiment of the present invention, a cathode active material for a lithium secondary battery having excellent battery characteristics, a method for producing the same, and a lithium secondary battery including the same are provided.

도 1은 리튬 이차 전지의 개략도이다.
도 2는 전기화학적 임피던스 스펙트로스코피(Electrochemical Impedance Spectroscopy, EIS) 결과이다.
1 is a schematic view of a lithium secondary battery.
FIG. 2 shows electrochemical impedance spectroscopy (EIS) results.

이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited thereto, and the present invention is only defined by the scope of the following claims.

먼저, 본 발명의 일 구현예에서는, 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물;을 포함하고, 상기 화합물은 M1 및 M2로 도핑되어 있고, Al을 포함하는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 제공한다.First, in one embodiment of the present invention, there is provided a compound capable of reversible intercalation and deintercalation of lithium, wherein the compound is doped with M1 and M2 and contains Al. Thereby providing a cathode active material.

(상기 M1 및 M2는 서로 독립적으로 Zr, Ti, Mg, Ca, V, Zn, Mo, Ni, Co 및 Mn으로 이루어진 군에서 선택된 금속 중 적어도 어느 하나이고, M1 및 M2는 서로 상이하다.)(M1 and M2 are at least any one selected from the group consisting of Zr, Ti, Mg, Ca, V, Zn, Mo, Ni, Co and Mn and M1 and M2 are different from each other.

보다 상세하게, 상기 양극 활물질은 리튬 이차 전지의 전지적 특성을 향상시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 복합 도핑을 포함하는 양극 활물질은 도핑을 포함하지 않는 양극 활물질 보다 향상된 수명 특성을 가지는 양극 활물질을 제공할 수 있다. More specifically, the cathode active material can improve the battery characteristics of the lithium secondary battery. More specifically, according to one embodiment of the present invention, a cathode active material including composite doping can provide a cathode active material having improved lifetime characteristics than a cathode active material not containing doping.

상기 화합물은, 하기 화학식 1로 표시되는 리튬 복합 산화물을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질일 수 있다.The compound may be a cathode active material for a lithium secondary battery comprising a lithium composite oxide represented by the following general formula (1).

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Li[LizA(1-z-a-b-c)M1aM2bAlc]O2 Li [Li z A (1-ZaBc) M 1 a M 2 b Al c ] O 2

상기 화학식 1에서,In Formula 1,

A = NiαCoβMnγ이고, 상기 M1 및 M2는 서로 독립적으로 Zr, Ti, Mg, Ca, V, Zn, Mo, Ni, Co 및 Mn로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 원소이고, -0.05 ≤ z ≤ 0.1 및 0.005 ≤ a+b+c ≤ 0.05 이고, 0.7 ≤ α ≤ 0.9, 0.05≤ β≤0.2 및 0.01≤ γ≤0.15 이다.A = α Ni and Co β Mn γ, wherein M1 and M2 are independently selected from Zr, Ti, Mg, Ca, V, Zn, Mo, Ni, and at least one element selected from the group consisting of Co and Mn, -0.05 each other ? Z? 0.1 and 0.005? A + b + c? 0.05, 0.7??? 0.9, 0.05?? 0.2 and 0.01?? 0.15.

먼저, 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물은 M 으로 도핑된 것이되, 상기 M은 Zr, Ti, Mg, Ca, V, Zn, Mo, Ni, Co, Mn 또는 이들의 조합인 금속일 수 있다. First, a compound capable of reversible intercalation and deintercalation of lithium is doped with M, and M is at least one element selected from the group consisting of Zr, Ti, Mg, Ca, V, Zn, Mo, Ni, It can be a metal in combination.

일례로, 상기 M은 Zr, Ti 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.For example, the M may be Zr, Ti, or a combination thereof, but is not limited thereto.

상기 양극 활물질은 Ni 함량이 높은 Ni-rich 조성으로 고용량을 구현 할 수 있다. 그에 비해 수명 열화 현상이 있는 단점이 있다. 그에 따라 도핑에 의해 구조를 개선 하여 수명 특성을 개선 할 수 있다.The cathode active material may have a high Ni content and a high Ni content. There is a disadvantage in that the lifetime is deteriorated. Accordingly, the structure can be improved by doping to improve lifetime characteristics.

또한, 상기 화합물에서 Al은 도핑 되는 것 일 수 있다.Also, Al in the compound may be doped.

상기 양극 활물질은 Al을 포함하고, Al은 도핑이 되는 양극 활물질 일 수 있다. Al 도핑을 통해 Ni-rich의 단점인 상전이를 억제하고 내부와 표면부에 도핑 되어 NiO를 억제한다.The cathode active material may include Al, and Al may be a dopant cathode active material. Al doping suppresses the phase transition, which is a disadvantage of Ni-rich, and suppresses NiO by doping the inner and surface portions.

또한, 상기 화합물의 Al은 양극 활물질 내부 및 표면에 존재 하는 것 일 수 있다.In addition, Al of the compound may be present inside and on the surface of the cathode active material.

상기 Al은 양극 활물질 내부 및 표면에 존재하므로 내부에서의 구조 강화 뿐 아니라 표면에서 Al이 분포하게 되어 전해액과의 부반응을 억제하여 전지 특성을 향상 시킬 수 있다.Since the Al exists in the inside and on the surface of the cathode active material, Al is distributed on the surface as well as the internal structure, so that the side reaction with the electrolyte can be suppressed and the battery characteristics can be improved.

또한, 상기 화합물은 Al 및/또는 B을 포함하는 코팅층을 더 포함하는 것 일 수 있다.In addition, the compound may further comprise a coating layer comprising Al and / or B.

추가적으로 표면부 강화를 위하여 상기의 코팅층을 더 포함하여 전지 특성을 더 향상 시킬 수 있다.In addition, the coating layer may be further included to enhance the surface area, thereby further improving battery characteristics.

또한, 총 중량에 대하여 상기 코팅층의 중량비가 0.05 내지 0.5 일 수 있다. The weight ratio of the coating layer to the total weight may be 0.05 to 0.5.

한편, 본 발명의 다른 구현예에서는, 리튬 공급 물질, 전이 금속 전구체, 및 M 공급 물질, Al 공급물질을 건식 혼합한 후, 제1혼합물을 소성하여 리튬 복합 화합물을 형성하는 단계; 상기 리튬 복합 화합물과, Al 공급 물질, 또는 B 공급 물질을 혼합하여, 상기 리튬 복합 화합물의 표면에 제2혼합물을 부착하는 단계; 상기 제2혼합물이 부착된 화합물을 열처리하는 단계; 및M 및 Al으로 도핑된 화합물을 포함하는 코어; 및 상기 코어의 표면에 위치하고, Al 또는 B를 포함하는 코팅층을 포함하는, 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 수득하는 단계를 포함하는, 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조방법을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing a lithium secondary battery, comprising the steps of: dry mixing a lithium supply material, a transition metal precursor, and an M supply material, and an Al supply material; Depositing a second mixture on the surface of the lithium composite compound by mixing the lithium composite compound with an Al supply material or a B supply material; Heat treating the compound to which the second mixture is attached; And a core doped with M and Al; And a coating layer disposed on the surface of the core and containing Al or B, to obtain a cathode active material for a lithium secondary battery.

여기에서 상기 M은 Zr, Ti, Mg, Ca, V, Zn, Mo, Ni, Co, Mn 또는 이들의 조합일 수 있다.The M may be Zr, Ti, Mg, Ca, V, Zn, Mo, Ni, Co, Mn, or combinations thereof.

이 때, 상기 제1혼합물을 소성하여 리튬 복합 화합물을 형성하기 위한 효과적인 소성 온도는 700 내지 1,050 ℃ 일 수 있다.At this time, the effective firing temperature for firing the first mixture to form the lithium composite compound may be 700 to 1,050 ° C.

여기에서, 소성 온도가 700℃ 미만인 경우에는 상온 및 고온에서의 전지특성의 급격한 저하가 나타날 수 있다. 그리고, 소성 온도가 1,050℃ 초과인 경우에는 용량 및 용량 유지율의 급격한 저하가 일어날 수 있다.Here, when the firing temperature is lower than 700 캜, rapid deterioration of the battery characteristics at normal temperature and high temperature may occur. If the firing temperature is higher than 1,050 占 폚, the capacity and capacity retention rate may be drastically lowered.

또한, 상기 제2혼합물이 부착된 화합물을 열처리하기 위한 효과적인 소성 온도는 300 내지 500 일 수 있다.In addition, the effective firing temperature for heat-treating the compound to which the second mixture is attached may be 300 to 500. [

여기에서, 소성 온도가 300℃ 미만인 경우에는 코팅재와 양극 활물질 간의 반응성이 떨어져 코팅재의 유리(遊離) 등 코팅의 효과를 기대하기 어렵다. 또한, 소성 온도가 500℃ 초과인 경우에는 Al 및 B 공급 물질이 상기 화합물에 과도하게 부착됨으로써 전지의 초기 용량의 감소와 함께 상온, 고온 및 저온에서의 수명 특성 저하가 일어날 수 있다.Here, when the firing temperature is less than 300 ° C, the reactivity between the coating material and the cathode active material is low, and it is difficult to expect a coating effect such as free coating of the coating material. If the firing temperature is higher than 500 ° C, the Al and B supply materials are excessively adhered to the compound, so that the initial capacity of the battery may be decreased and the life characteristics may be deteriorated at room temperature, high temperature and low temperature.

제조된 양극 활물질에 대한 설명은 앞서 설명된 본 발명의 일 구현예와 동일하므로 구체적인 설명은 생략하도록 한다.The description of the manufactured positive electrode active material is the same as that of the embodiment of the present invention described above, so a detailed description thereof will be omitted.

본 발명의 또 다른 구현예에서는, 양극, 음극 및 전해질을 포함하는 리튬 이차 전지며, 상기 양극은 전류 집전체 및 상기 전류 집전체 상에 형성된 양극 활물질 층을 포함하고, 상기 양극 활물질 층은 전술한 양극 활물질을 포함하는 것인 리튬 이차 전지를 제공한다. In still another embodiment of the present invention, there is provided a lithium secondary battery including a positive electrode, a negative electrode and an electrolyte, wherein the positive electrode includes a current collector and a positive electrode active material layer formed on the current collector, A lithium secondary battery comprising a positive electrode active material.

상기 양극 활물질과 관련된 설명은 전술한 본 발명의 일 구현예와 동일하므로 생략하도록 한다. The description related to the cathode active material is the same as that of the above-described embodiment of the present invention, and thus will not be described.

상기 양극 활물질층은 바인더 및 도전재를 포함할 수 있다. The cathode active material layer may include a binder and a conductive material.

상기 바인더는 양극 활물질 입자들을 서로 잘 부착시키고, 또한 양극 활물질을 전류 집전체에 잘 부착시키는 역할을 하며, 그 대표적인 예로는 폴리비닐알콜, 카르복시메틸셀룰로즈, 히드록시프로필셀룰로즈, 디아세틸셀룰로즈, 폴리비닐클로라이드, 카르복실화된 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 에틸렌 옥사이드를 포함하는 폴리머, 폴리비닐피롤리돈, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이티드 스티렌-부타디엔 러버, 에폭시 수지, 나일론 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The binder serves to adhere the positive electrode active material particles to each other and to adhere the positive electrode active material to the current collector. Typical examples thereof include polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, diacetyl cellulose, polyvinyl Polyvinylpyrrolidone, polyurethane, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyethylene, polypropylene, styrene-acrylonitrile, styrene-butadiene rubber, Butadiene rubber, acrylated styrene-butadiene rubber, epoxy resin, nylon, and the like, but not limited thereto.

상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성 재료이면 어떠한 것도 사용가능하며, 그 예로 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 탄소섬유 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유 등의 금속계 물질; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 폴리머; 또는 이들의 혼합물을 포함하는 도전성 재료를 사용할 수 있다.The conductive material is used for imparting conductivity to the electrode. Any conductive material can be used without causing any chemical change in the battery. Examples of the conductive material include natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, Carbon-based materials such as black and carbon fiber; Metal powders such as copper, nickel, aluminum, and silver, or metal-based materials such as metal fibers; Conductive polymers such as polyphenylene derivatives; Or a mixture thereof may be used.

상기 음극은 집전체 및 상기 집전체 위에 형성된 음극 활물질층을 포함하며, 상기 음극 활물질층은 음극 활물질을 포함한다.The negative electrode includes a current collector and a negative active material layer formed on the current collector, and the negative active material layer includes a negative active material.

상기 음극 활물질로는 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션/디인터칼레이션 할 수 있는 물질, 리튬 금속, 리튬 금속의 합금, 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질, 또는 전이 금속 산화물을 포함한다. The negative electrode active material includes a material capable of reversibly intercalating / deintercalating lithium ions, a lithium metal, an alloy of lithium metal, a material capable of doping and dedoping lithium, or a transition metal oxide.

상기 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션/디인터칼레이션 할 수 있는 물질로는 탄소 물질로서, 리튬 이온 이차 전지에서 일반적으로 사용되는 탄소계 음극 활물질은 어떠한 것도 사용할 수 있으며, 그 대표적인 예로는 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 이들을 함께 사용할 수 있다. 상기 결정질 탄소의 예로는 무정형, 판상, 린편상(flake), 구형 또는 섬유형의 천연 흑연 또는 인조 흑연과 같은 흑연을 들 수 있고, 상기 비정질 탄소의 예로는 소프트 카본(soft carbon: 저온 소성 탄소) 또는 하드 카본(hard carbon), 메조페이스 피치 탄화물, 소성된 코크스 등을 들 수 있다.As a material capable of reversibly intercalating / deintercalating lithium ions, any carbonaceous anode active material commonly used in lithium ion secondary batteries can be used as the carbonaceous material. Typical examples thereof include crystalline carbon , Amorphous carbon, or a combination thereof. Examples of the crystalline carbon include graphite such as natural graphite or artificial graphite in the form of amorphous, plate-like, flake, spherical or fibrous type. Examples of the amorphous carbon include soft carbon (soft carbon) Or hard carbon, mesophase pitch carbide, fired coke, and the like.

상기 리튬 금속의 합금으로는 리튬과 Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Si, Sb, Pb, In, Zn, Ba, Ra, Ge, Al 및 Sn으로 이루어진 군에서 선택되는 금속의 합금이 사용될 수 있다.As the lithium metal alloy, a lithium-metal alloy may be selected from the group consisting of lithium, Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Si, Sb, Pb, In, Zn, Ba, An alloy of a selected metal may be used.

상기 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질로는 Si, SiOx(0 < x < 2), Si-Y 합금(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 전이금속, 희토류 원소 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 원소이며, Si은 아님), Sn, SnO2, Sn-Y(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 전이금속, 희토류 원소 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 원소이며, Sn은 아님) 등을 들 수 있고, 또한 이들 중 적어도 하나와 SiO2를 혼합하여 사용할 수도 있다. 상기 원소 Y로는 Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ti, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Po, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.As the material capable of doping and dedoping lithium, Si, SiOx (0 <x <2), Si-Y alloy (Y is an alkali metal, an alkaline earth metal, a Group 13 element, a Group 14 element, Sn, Sn-Y (wherein Y is at least one element selected from the group consisting of alkali metals, alkaline earth metals, Group 13 elements, Group 14 elements, transition metals, rare earth elements, and combinations thereof) Or an element selected from the group consisting of combinations thereof, but not Sn), and at least one of them may be mixed with SiO2. The element Y may be at least one element selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ti, Ge, P, As, Sb, Se, Te, Po, and combinations thereof.

상기 전이 금속 산화물로는 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물 등을 들 수 있다.Examples of the transition metal oxide include vanadium oxide, lithium vanadium oxide, and the like.

상기 음극 활물질 층은 또한 바인더를 포함하며, 선택적으로 도전재를 더욱 포함할 수도 있다.The negative electrode active material layer also includes a binder, and may optionally further include a conductive material.

상기 바인더는 음극 활물질 입자들을 서로 잘 부착시키고, 또한 음극 활물질을 전류 집전체에 잘 부착시키는 역할을 하며, 그 대표적인 예로 폴리비닐알콜, 카르복시메틸셀룰로즈, 히드록시프로필셀룰로즈, 폴리비닐클로라이드, 카르복실화된 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 에틸렌 옥사이드를 포함하는 폴리머, 폴리비닐피롤리돈, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이티드 스티렌-부타디엔 러버, 에폭시 수지, 나일론 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The binder serves to adhere the anode active material particles to each other and to adhere the anode active material to the current collector. Typical examples thereof include polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, polyvinyl chloride, Such as polyvinyl chloride, polyvinyl fluoride, polymers comprising ethylene oxide, polyvinyl pyrrolidone, polyurethane, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyethylene, polypropylene, styrene-butadiene rubber, Styrene-butadiene rubber, epoxy resin, nylon, and the like may be used, but the present invention is not limited thereto.

상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성 재료이면 어떠한 것도 사용가능하며, 그 예로 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 탄소섬유 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유 등의 금속계 물질; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 폴리머; 또는 이들의 혼합물을 포함하는 도전성 재료를 사용할 수 있다.The conductive material is used for imparting conductivity to the electrode. Any conductive material can be used without causing any chemical change in the battery. Examples of the conductive material include natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, Carbon-based materials such as black and carbon fiber; Metal powders such as copper, nickel, aluminum, and silver, or metal-based materials such as metal fibers; Conductive polymers such as polyphenylene derivatives; Or a mixture thereof may be used.

상기 집전체로는 구리 박, 니켈 박, 스테인레스강 박, 티타늄 박, 니켈 발포체(foam), 구리 발포체, 전도성 금속이 코팅된 폴리머 기재, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다.The collector may be selected from the group consisting of a copper foil, a nickel foil, a stainless steel foil, a titanium foil, a nickel foam, a copper foil, a polymer substrate coated with a conductive metal, and a combination thereof.

상기 전류 집전체로는 Al을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.As the current collector, Al may be used, but the present invention is not limited thereto.

상기 음극과 양극은 활물질, 도전재 및 결착제를 용매 중에서 혼합하여 활물질 조성물을 제조하고, 이 조성물을 전류 집전체에 도포하여 제조한다. 이와 같은 전극 제조 방법은 당해 분야에 널리 알려진 내용이므로 본 명세서에서 상세한 설명은 생략하기로 한다. 상기 용매로는 N-메틸피롤리돈 등을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The negative electrode and the positive electrode are prepared by mixing an active material, a conductive material and a binder in a solvent to prepare an active material composition, and applying the composition to a current collector. The method of manufacturing the electrode is well known in the art, and therefore, a detailed description thereof will be omitted herein. As the solvent, N-methylpyrrolidone or the like can be used, but it is not limited thereto.

상기 전해질은 비수성 유기 용매와 리튬염을 포함한다. The electrolyte includes a non-aqueous organic solvent and a lithium salt.

상기 비수성 유기 용매는 전지의 전기화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 한다. The non-aqueous organic solvent serves as a medium through which ions involved in the electrochemical reaction of the battery can move.

상기 비수성 유기용매로는 카보네이트계, 에스테르계, 에테르계, 케톤계, 알코올계, 또는 비양성자성 용매를 사용할 수 있다. 상기 카보네이트계 용매로는 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트(DPC), 메틸프로필 카보네이트(MPC), 에틸프로필 카보네이트(EPC), 메틸에틸 카보네이트(MEC), 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 부틸렌 카보네이트(BC) 등이 사용될 수 있으며, 상기 에스테르계 용매로는 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, n-프로필 아세테이트, 디메틸아세테이트, 메틸프로피오네이트, 에틸프로피오네이트, γ-부티로락톤, 데카놀라이드(decanolide), 발레로락톤, 메발로노락톤(mevalonolactone), 카프로락톤(caprolactone) 등이 사용될 수 있다. 상기 에테르계 용매로는 디부틸 에테르, 테트라글라임, 디글라임, 디메톡시에탄, 2-메틸테트라히드로퓨란, 테트라히드로퓨란 등이 사용될 수 있으며, 상기 케톤계 용매로는 시클로헥사논 등이 사용될 수 있다. 또한 상기 알코올계 용매로는 에틸알코올, 이소프로필 알코올 등이 사용될 수 있으며, 상기 비양성자성 용매로는 R-CN(R은 탄소수 2 내지 20의 직쇄상, 분지상, 또는 환 구조의 탄화수소기이며, 이중결합 방향 환 또는 에테르 결합을 포함할 수 있다) 등의 니트릴류 디메틸포름아미드 등의 아미드류, 1,3-디옥솔란 등의 디옥솔란류 설포란(sulfolane)류 등이 사용될 수 있다. The non-aqueous organic solvent may be a carbonate, ester, ether, ketone, alcohol, or aprotic solvent. Examples of the carbonate solvent include dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate (DPC), methyl propyl carbonate (MPC), ethyl propyl carbonate (EPC), methyl ethyl carbonate (MEC) EC), propylene carbonate (PC), and butylene carbonate (BC) may be used. As the ester solvent, methyl acetate, ethyl acetate, n-propyl acetate, dimethyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate ,? -butyrolactone, decanolide, valerolactone, mevalonolactone, caprolactone, and the like can be used. Examples of the ether solvent include dibutyl ether, tetraglyme, diglyme, dimethoxyethane, 2-methyltetrahydrofuran, and tetrahydrofuran. As the ketone solvent, cyclohexanone may be used have. As the alcoholic solvent, ethyl alcohol, isopropyl alcohol and the like can be used. As the aprotic solvent, R-CN (R is a linear, branched or cyclic hydrocarbon group having 2 to 20 carbon atoms, , A double bond aromatic ring or an ether bond), and dioxolanes such as 1,3-dioxolane, sulfolanes, and the like can be used.

상기 비수성 유기 용매는 단독으로 또는 하나 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 하나 이상 혼합하여 사용하는 경우의 혼합 비율은 목적하는 전지 성능에 따라 적절하게 조절할 수 있고, 이는 당해 분야에 종사하는 사람들에게는 널리 이해될 수 있다.The non-aqueous organic solvent may be used alone or in admixture of one or more. If the non-aqueous organic solvent is used in combination, the mixing ratio may be appropriately adjusted according to the desired cell performance. .

또한, 상기 카보네이트계 용매의 경우 환형(cyclic) 카보네이트와 사슬형(chain) 카보네이트를 혼합하여 사용하는 것이 좋다. 이 경우 환형 카보네이트와 사슬형 카보네이트는 1:1 내지 1:9의 부피비로 혼합하여 사용하는 것이 전해액의 성능이 우수하게 나타날 수 있다. In the case of the carbonate-based solvent, it is preferable to use a mixture of a cyclic carbonate and a chain carbonate. In this case, when the cyclic carbonate and the chain carbonate are mixed in a volume ratio of 1: 1 to 1: 9, the performance of the electrolytic solution may be excellent.

본 발명의 일 구현예에 따른 비수성 유기용매는 상기 카보네이트계 용매에 방향족 탄화수소계 유기용매를 더 포함할 수도 있다. 이때 상기 카보네이트계 용매와 방향족 탄화수소계 유기용매는 1:1 내지 30:1의 부피비로 혼합될 수 있다.The non-aqueous organic solvent according to an embodiment of the present invention may further include an aromatic hydrocarbon-based organic solvent in the carbonate-based solvent. In this case, the carbonate-based solvent and the aromatic hydrocarbon-based organic solvent may be mixed in a volume ratio of 1: 1 to 30: 1.

상기 방향족 탄화수소계 유기용매로는 하기 화학식 2의 방향족 탄화수소계 화합물이 사용될 수 있다.The aromatic hydrocarbon-based organic solvent may be an aromatic hydrocarbon-based compound represented by the following formula (2).

[화학식 2](2)

Figure pat00001
Figure pat00001

(상기 화학식 2에서, R1 내지 R6는 각각 수소, 할로겐, C1 내지 C10 알킬기, 할로알킬기 또는 이들의 조합이다.)(Wherein R 1 to R 6 are each hydrogen, halogen, a C1 to C10 alkyl group, a haloalkyl group, or a combination thereof)

상기 방향족 탄화수소계 유기용매는 벤젠, 플루오로벤젠, 1,2-디플루오로벤젠, 1,3-디플루오로벤젠, 1,4-디플루오로벤젠, 1,2,3-트리플루오로벤젠, 1,2,4-트리플루오로벤젠, 클로로벤젠, 1,2-디클로로벤젠, 1,3-디클로로벤젠, 1,4-디클로로벤젠, 1,2,3-트리클로로벤젠, 1,2,4-트리클로로벤젠, 아이오도벤젠, 1,2-디아이오도벤젠, 1,3-디아이오도벤젠, 1,4-디아이오도벤젠, 1,2,3-트리아이오도벤젠, 1,2,4-트리아이오도벤젠, 톨루엔, 플루오로톨루엔, 1,2-디플루오로톨루엔, 1,3-디플루오로톨루엔, 1,4-디플루오로톨루엔, 1,2,3-트리플루오로톨루엔, 1,2,4-트리플루오로톨루엔, 클로로톨루엔, 1,2-디클로로톨루엔, 1,3-디클로로톨루엔, 1,4-디클로로톨루엔, 1,2,3-트리클로로톨루엔, 1,2,4-트리클로로톨루엔, 아이오도톨루엔, 1,2-디아이오도톨루엔, 1,3-디아이오도톨루엔, 1,4-디아이오도톨루엔, 1,2,3-트리아이오도톨루엔, 1,2,4-트리아이오도톨루엔, 자일렌, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것이다.The aromatic hydrocarbon-based organic solvent is selected from the group consisting of benzene, fluorobenzene, 1,2-difluorobenzene, 1,3-difluorobenzene, 1,4-difluorobenzene, 1,2,3- , 1,2,4-trifluorobenzene, chlorobenzene, 1,2-dichlorobenzene, 1,3-dichlorobenzene, 1,4-dichlorobenzene, 1,2,3-trichlorobenzene, 4-trichlorobenzene, iodobenzene, 1,2-diiodobenzene, 1,3-diiodobenzene, 1,4-diiodobenzene, 1,2,3-triiodobenzene, 1,2,4 - triiodobenzene, toluene, fluorotoluene, 1,2-difluorotoluene, 1,3-difluorotoluene, 1,4-difluorotoluene, 1,2,3-trifluorotoluene, 1,2,4-trifluorotoluene, chlorotoluene, 1,2-dichlorotoluene, 1,3-dichlorotoluene, 1,4-dichlorotoluene, 1,2,3-trichlorotoluene, 1,2,4 - trichlorotoluene, iodotoluene, 1,2-diiodotoluene, 1,3-diiodotoluene, 1,4-diiodotol Yen, it is 1,2,3-tree-iodo toluene, 1,2,4-iodo toluene, xylene, and selected from the group consisting of.

상기 비수성 전해질은 전지 수명을 향상시키기 위하여 비닐렌 카보네이트 또는 하기 화학식 3의 에틸렌 카보네이트계 화합물을 더욱 포함할 수도 있다.The non-aqueous electrolyte may further include vinylene carbonate or an ethylene carbonate-based compound represented by the following formula (3) to improve battery life.

[화학식 3](3)

Figure pat00002
Figure pat00002

(상기 화학식 3에서, R7 및 R8는 각각 수소, 할로겐기, 시아노기(CN), 니트로기(NO2) 또는 C1 내지 C5 플루오로알킬기이고, 상기 R7과 R8 중 적어도 하나는 할로겐기, 시아노기(CN), 니트로기(NO2) 또는 C1 내지 C5의 플루오로알킬기이다.)(In Formula 3, R 7 and R 8 are each hydrogen, a halogen group, a cyano group (CN), nitro group (NO 2) or a C1 to a to C5 fluoroalkyl group, at least one of the R 7 and R 8 is a halogen A cyano group (CN), a nitro group (NO 2 ), or a C1 to C5 fluoroalkyl group.

상기 에틸렌 카보네이트계 화합물의 대표적인 예로는 디플루오로 에틸렌카보네이트, 클로로에틸렌 카보네이트, 디클로로에틸렌 카보네이트, 브로모에틸렌 카보네이트, 디브로모에틸렌 카보네이트, 니트로에틸렌 카보네이트, 시아노에틸렌 카보네이트 또는 플루오로에틸렌 카보네이트 등을 들 수 있다. 이러한 수명 향상 첨가제를 더욱 사용하는 경우 그 사용량은 적절하게 조절할 수 있다.Representative examples of the ethylene carbonate-based compound include diethylene carbonate, diethylene carbonate, dibromoethylene carbonate, nitroethylene carbonate, cyanoethylene carbonate, fluoroethylene carbonate, and the like, such as difluoroethylene carbonate, chloroethylene carbonate, dichloroethylene carbonate, . When such a life improving additive is further used, its amount can be appropriately adjusted.

상기 리튬염은 유기 용매에 용해되어, 전지 내에서 리튬 이온의 공급원으로 작용하여 기본적인 리튬 이차 전지의 작동을 가능하게 하고, 양극과 음극 사이의 리튬 이온의 이동을 촉진하는 역할을 하는 물질이다. 이러한 리튬염의 대표적인 예로는 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiC4F9SO3, LiClO4, LiAlO2, LiAlCl4, LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)(여기서, x 및 y는 자연수임), LiCl, LiI 및 LiB(C2O4)2(리튬 비스옥살레이토 보레이트(lithium bis(oxalato) borate; LiBOB)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상을 지지(supporting) 전해염으로 포함한다. 리튬염의 농도는 0.1 내지 2.0M 범위 내에서 사용하는 것이 좋다. 리튬염의 농도가 상기 범위에 포함되면, 전해질이 적절한 전도도 및 점도를 가지므로 우수한 전해질 성능을 나타낼 수 있고, 리튬 이온이 효과적으로 이동할 수 있다.The lithium salt is dissolved in an organic solvent to act as a source of lithium ions in the cell to enable operation of a basic lithium secondary battery and to promote the movement of lithium ions between the anode and the cathode. The lithium salt Representative examples are LiPF 6, LiBF 4, LiSbF 6 , LiAsF 6, LiC 4 F 9 SO 3, LiClO 4, LiAlO 2, LiAlCl 4, LiN (C x F 2x + 1 SO 2) (C y F 2y +1 SO 2) (where, x and y are natural numbers), LiCl, LiI, and LiB (C 2 O 4) 2 ( lithium bis oxalate reyito borate (lithium bis (oxalato) borate; LiBOB) is selected from the group consisting of The concentration of the lithium salt is preferably in the range of 0.1 to 2.0 M. When the concentration of the lithium salt is within the above range, the electrolyte has appropriate conductivity and viscosity Can exhibit excellent electrolyte performance, and lithium ions can effectively migrate.

리튬 이차 전지의 종류에 따라 양극과 음극 사이에 세퍼레이터가 존재할 수 도 있다. 이러한 세퍼레이터로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드 또는 이들의 2층 이상의 다층막이 사용될 수 있으며, 폴리에틸렌/폴리프로필렌 2층 세퍼레이터, 폴리에틸렌/폴리프로필렌/폴리에틸렌 3층 세퍼레이터, 폴리프로필렌/폴리에틸렌/폴리프로필렌 3층 세퍼레이터 등과 같은 혼합 다층막이 사용될 수 있음은 물론이다.Depending on the type of the lithium secondary battery, a separator may exist between the positive electrode and the negative electrode. The separator may be a polyethylene / polypropylene double layer separator, a polyethylene / polypropylene / polyethylene triple layer separator, a polypropylene / polyethylene / poly It is needless to say that a mixed multilayer film such as a propylene three-layer separator and the like can be used.

리튬 이차 전지는 사용하는 세퍼레이터와 전해질의 종류에 따라 리튬 이온 전지, 리튬 이온 폴리머 전지 및 리튬 폴리머 전지로 분류될 수 있고, 형태에 따라 원통형, 각형, 코인형, 파우치형 등으로 분류될 수 있으며, 사이즈에 따라 벌크 타입과 박막 타입으로 나눌 수 있다. 이들 전지의 구조와 제조방법은 이 분야에 널리 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략하도록 한다.The lithium secondary battery can be classified into a lithium ion battery, a lithium ion polymer battery, and a lithium polymer battery depending on the type of the separator and electrolyte used. The lithium secondary battery can be classified into a cylindrical shape, a square shape, a coin shape, Depending on the size, it can be divided into bulk type and thin type. The structure and the manufacturing method of these batteries are well known in the art, and a detailed description thereof will be omitted.

도 1에 본 발명의 리튬 이차 전지의 대표적인 구조를 개략적으로 나타내었다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 리튬 이차 전지(1)는 양극(3), 음극(2) 및 상기 양극(3)과 음극(2) 사이에 존재하는 세퍼레이터(4)에 함침된 전해액을 포함하는 전지 용기(5)와, 상기 전지 용기(5)를 봉입하는 봉입 부재(6)를 포함한다.FIG. 1 schematically shows a representative structure of the lithium secondary battery of the present invention. 1, the lithium secondary battery 1 includes an anode 3, a cathode 2, and an electrolyte impregnated in the separator 4 existing between the anode 3 and the cathode 2 , And a sealing member (6) for sealing the battery container (5).

이하 본 발명의 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명의 일 실시예 일 뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, examples and comparative examples of the present invention will be described. However, the following examples are only illustrative of the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention.

실시예Example

실시예 1Example 1

믹서에 NCM 복합 전이 금속수산화물(몰비는 Ni:Co:Mn = 80:10:10)과 분산된 ZrO2 분말과 TiO2 분말 및 Al(OH)3을 각각 100:0.2:0.3:0.15의 중량비로 건식 혼합한 후 소성하여, ZrO2 분말과 TiO2 분말 및 Al(OH)3이 복합 전이 금속 수산화물의 입자 표면에 균일하게 부착되도록 한 후, 상기 ZrO2 분말과 TiO2 분말 및 Al(OH)3이 표면에 균일하게 부착된 복합 전이 금속 수산화물 1몰에 대하여 LiOH이 1.025몰이 되는 비율(Li/Metal=1.025)로 LiOH을 넣고 건식 혼합하였다. 그리고, 건식 혼합된 분말을 750℃에서 10시간 동안 열처리하여 리튬 복합 화합물을 제조하였다.The mixture of NCM complex transition metal hydroxide (Ni: Co: Mn = 80:10:10), dispersed ZrO 2 powder, TiO 2 powder and Al (OH) 3 were mixed in a mixer at a weight ratio of 100: 0.2: 0.3: 0.15 After dry mixing and firing, ZrO 2 powder and TiO 2 Powder and Al (OH) 3 were allowed to uniformly adhere to the surface of the particles of the composite transition metal hydroxide, and then 1 mole of the complex transition metal hydroxide in which the ZrO 2 powder, TiO 2 powder and Al (OH) 3 were uniformly adhered to the surface (Li / Metal = 1.025) in which LiOH was 1.025 mol based on the amount of LiOH. Then, the dry mixed powder was heat-treated at 750 ° C for 10 hours to prepare a lithium composite compound.

실시예 2Example 2

믹서에 NCM 복합 전이 금속수산화물(몰비는 Ni:Co:Mn = 80:10:10)과 분산된 ZrO2 분말과 TiO2 분말 및 Al(OH)3을 각각 100:0.2:0.3:0.15의 중량비로 건식 혼합한 후 소성하여, ZrO2 분말과 TiO2 분말 및 Al(OH)3이 복합 전이 금속 수산화물의 입자 표면에 균일하게 부착되도록 한 후, 상기 ZrO2 분말과 TiO2 분말 및 Al(OH)3이 표면에 균일하게 부착된 복합 전이 금속 수산화물 1몰에 대하여 LiOH이 1.025몰이 되는 비율(Li/Metal=1.025)로 LiOH을 넣고 건식 혼합하였다. 그리고, 건식 혼합된 분말을 750℃에서 10시간 동안 열처리하여 리튬 복합 화합물을 제조하였다.The mixture of NCM complex transition metal hydroxide (Ni: Co: Mn = 80:10:10), dispersed ZrO 2 powder, TiO 2 powder and Al (OH) 3 were mixed in a mixer at a weight ratio of 100: 0.2: 0.3: 0.15 After dry mixing and firing, ZrO 2 powder and TiO 2 Powder and Al (OH) 3 were allowed to uniformly adhere to the surface of the particles of the composite transition metal hydroxide, and then 1 mole of the complex transition metal hydroxide in which the ZrO 2 powder, TiO 2 powder and Al (OH) 3 were uniformly adhered to the surface (Li / Metal = 1.025) in which LiOH was 1.025 mol based on the amount of LiOH. Then, the dry mixed powder was heat-treated at 750 ° C for 10 hours to prepare a lithium composite compound.

상기 제조된 리튬 복합 화합물을 상기 리튬 복합 화합물: B2O3 분말 = 100:0.2의 중량비율로 건식 혼합한 후 소성하여, 분산된 B2O3 분말이 상기 리튬 복합 화합물 표면에 균일하게 부착되도록 하였다. 그리고, 건식 혼합된 분말을 400 ℃에서 6시간 동안 열처리하여 양극 활물질을 제조하였다.The lithium composite compound thus prepared was dry mixed at a weight ratio of the lithium composite compound: B 2 O 3 powder = 100: 0.2 and then calcined to uniformly adhere the dispersed B 2 O 3 powder to the surface of the lithium composite compound Respectively. Then, the dry mixed powder was heat-treated at 400 ° C for 6 hours to prepare a cathode active material.

비교예 1Comparative Example 1

믹서에 NCM 복합 전이 금속수산화물(몰비는 Ni:Co:Mn = 80:10:10) 1몰에 대하여 LiOH이 1.025몰이 되는 비율(Li/Metal=1.025)로 LiOH을 넣고 건식 혼합하였다. 그리고, 건식 혼합된 분말을 750℃에서 10시간 동안 열처리하여 리튬 복합 화합물을 제조하였다.LiOH was added to the mixer at a ratio (Li / Metal = 1.025) of 1.0 mol of LiOH to 1 mol of NCM complex transition metal hydroxide (molar ratio Ni: Co: Mn = 80:10:10) and dry mixed. Then, the dry mixed powder was heat-treated at 750 ° C for 10 hours to prepare a lithium composite compound.

비교예 2Comparative Example 2

믹서에 NCM 복합 전이 금속수산화물(몰비는 Ni:Co:Mn = 80:10:10)과 분산된 ZrO2 분말과 TiO2 분말을 각각 100:0.2:0.3의 중량비로 건식 혼합한 후 소성하여, ZrO2 분말과 TiO2 분말이 복합 전이 금속 수산화물의 입자 표면에 균일하게 부착되도록 한 후, 상기 ZrO2 분말과 TiO2 분말이 표면에 균일하게 부착된 복합 전이 금속 수산화물 1몰에 대하여 LiOH이 1.025몰이 되는 비율(Li/Metal=1.025)로 LiOH을 넣고 건식 혼합하였다. 그리고, 건식 혼합된 분말을 750℃에서 10시간 동안 열처리하여 리튬 복합 화합물을 제조하였다.The NCM composite transition metal hydroxide (Ni: Co: Mn = 80: 10: 10), the dispersed ZrO 2 powder and the TiO 2 powder were dry mixed at a weight ratio of 100: 0.2: 0.3, 2 powder and TiO 2 The powder was uniformly adhered to the surface of the particles of the composite transition metal hydroxide and then the ratio of LiOH to LiO 2 / Li (metal / TiO 2) / TiO 2 powder was set such that the molar ratio of LiOH to one mole of the complex transition metal hydroxide to which the ZrO 2 powder and TiO 2 powder were uniformly adhered to the surface = 1.025) and dry mixed. Then, the dry mixed powder was heat-treated at 750 ° C for 10 hours to prepare a lithium composite compound.

코인셀의 제조Manufacture of Coin Cell

상기 실시예 및 비교예에서 제조된 양극 활물질 95중량%, 도전제로 카본 블랙(carbon black) 2.5중량%, 및 결합제로 PVDF 2.5중량%를 용제(솔벤트)인 N-메틸-2 피롤리돈(NMP) 5.0중량%에 첨가하여 양극 슬러리를 제조하였다. (Solvent) N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) was added to 95% by weight of the positive electrode active material prepared in the above Examples and Comparative Examples, 2.5% by weight of carbon black as a conductive agent and 2.5% ) To 5.0 wt% to prepare a positive electrode slurry.

상기 양극 슬러리를 두께 20 내지 40㎛의 양극 집전체인 알루미늄(Al) 박막에 도포 및 진공 건조하고 롤 프레스(roll press)를 실시하여 양극을 제조하였다.The positive electrode slurry was coated on an aluminum (Al) thin film as a positive electrode current collector having a thickness of 20 to 40 mu m, followed by vacuum drying and roll pressing to produce a positive electrode.

음극으로는 Li-금속을 이용하였다.Li-metal was used as the cathode.

이와 같이 제조된 양극과 Li-금속을 대극으로, 전해액으로는 1.15M LiPF6EC:DMC(1:1vol%)을 사용하여 코인 셀 타입의 반쪽 전지를 제조하였다.A coin-cell type half-cell was fabricated by using the thus prepared positive electrode and Li-metal as a counter electrode and using 1.15M LiPF6EC: DMC (1: 1 vol%) as an electrolyte solution.

실험예Experimental Example

실험예 1: 전지 특성 평가Experimental Example 1: Evaluation of Battery Characteristics

하기 [표 1]은 상기의 실시예 및 비교예의 23℃, 4.3V 초기 Formation, 45℃, 4.5V 1cyle, 20cycle, 30cycle 용량 및 수명특성 데이터이다.Table 1 below shows the capacity and life characteristic data of 4.3 V initial mold, 45 DEG C, 4.5 V 1 cycle, 20 cycle, 30 cycle, and 23 DEG C of the above Examples and Comparative Examples.

  방전용량 (mAh/g)Discharge capacity (mAh / g) 효율efficiency 1CY
방전용량
1CY
Discharge capacity
20CY
방전용량
20CY
Discharge capacity
30CY
방전용량
30CY
Discharge capacity
수명특성
(20CY/
1CY, %)
Life characteristics
(20CY /
1CY,%)
수명특성
(30CY/
1CY, %)
Life characteristics
(30CY /
1CY,%)
실시예1Example 1 202.46 202.46 88.86 88.86 216.27 216.27 195.06 195.06 177.54 177.54 90.2 90.2 82.1 82.1 실시예2Example 2 202.75 202.75 89.22 89.22 216.34 216.34 195.12 195.12 178.10 178.10 90.2 90.2 82.3 82.3 비교예1Comparative Example 1 204.12 204.12 88.42 88.42 218.02 218.02 188.21 188.21 160.24 160.24 86.3 86.3 73.5 73.5 비교예2Comparative Example 2 203.55 203.55 89.14 89.14 217.91 217.91 194.04 194.04 174.16 174.16 89.0 89.0 79.9 79.9

상기 [표 1]에서 알 수 있듯이, M1 및 M2로 도핑되어 있고, Al을 포함하는 실시예 1 내지 2는 비교예 1 내지 2에 비하여 수명특성에서 우수한 전지특성을 나타낸다. As can be seen from the above Table 1, Examples 1 and 2 which were doped with M1 and M2 and contained Al exhibited excellent battery characteristics in terms of life characteristics as compared with Comparative Examples 1 and 2.

보다 상세하게, Al을 포함하는 실시예는 M1 및 M2로 도핑되어 있는 비교예 2에 비하여 고온 및 고전압에서 우수한 수명 특성이 확인된다.More specifically, the example including Al shows good lifetime characteristics at high temperature and high voltage as compared with Comparative Example 2 doped with M1 and M2.

또한, 코팅층을 더 포함하는 실시예 2에서 더 뛰어난 전지 특성이 확인 된다.In addition, better cell characteristics were confirmed in Example 2 further comprising a coating layer.

실험예 2: 전기화학적 임피던스 스펙트로스코피(EIS) 분석Experimental Example 2: Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) Analysis

하기 도2 및 도 3은 상기의 실시예1과 비교예 2의 전기화학적 임피던스 스펙트로스코피(EIS) 분석 결과이다. Cycle이 진행 될수록 M1 및 M2로 도핑되어 있고 Al을 포함하는 실시예1에 비하여 비교예 2는 저항 값이 높음이 확인 된다.FIGS. 2 and 3 are electrochemical impedance spectroscopy (EIS) analysis results of Example 1 and Comparative Example 2, respectively. As the cycle progresses, it is confirmed that the resistance value of Comparative Example 2 is higher than that of Example 1 including Al and being doped with M1 and M2.

실험예Experimental Example 3: 전기화학적 임피던스  3: Electrochemical Impedance 스펙트로스코피Spectrocopy (EIS) 분석(EIS) analysis

하기 표2 는 상기의 실시예 1 및 비교예2의 X선 회절 분석 (XRD) 스펙트럼 분석 데이터이다. XRD 측정은 X선 회절법(UltimaⅣ, Rigaku 사)에 의하여 상온 25℃, CuKa, 전압 40kV, 전류 3mA, 10 ~ 90 deg, 스텝폭 0.01 deg, 스텝 스캔(step scan)으로 측정하였다.Table 2 below shows XRD spectrum analysis data of Example 1 and Comparative Example 2 described above. XRD measurements were carried out by X-ray diffraction (Ultima IV, Rigaku) at 25 ° C in room temperature, CuKa, voltage of 40 kV, current of 3 mA, 10 to 90 deg, step width of 0.01 deg and step scan.

  a축a axis c축c axis 실시예1Example 1 2.87162.8716 14.211214.2112 비교예2Comparative Example 2 2.87242.8724 14.209214,192

상기 표 2에서 비교예 2와 실시예 1을 비교해보면 a축은 감소하고, c축은 증가함이 확인 된다. 이는 Al이 도핑에 의해 발생한 결과 이다. Comparing Comparative Example 2 and Example 1 in Table 2, it is confirmed that the a axis decreases and the c axis increases. This is the result of Al doping.

그에 따라 구조 안정화 및 Li 이동의 용이성이 증가 된다.Thereby increasing the structural stability and ease of Li migration.

본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the following claims. As will be understood by those skilled in the art. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.

1: 리튬 이차 전지 2: 음극
3: 양극 4: 세퍼레이터
5: 전지 용기 6: 봉입 부재
1: lithium secondary battery 2: negative electrode
3: anode 4: separator
5: Battery container 6: Sealing member

Claims (11)

리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물;을 포함하고,
상기 화합물은 Al을 포함하고,
상기 화합물은 M1 및 M2로 도핑되어 있는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질:
상기 M1 및 M2는 서로 독립적으로 Zr, Ti, Mg, Ca, V, Zn, Mo, Ni, Co 및 Mn으로 이루어진 군에서 선택된 금속 중 적어도 어느 하나이고, M1 및 M2는 서로 상이하다.
A compound capable of reversible intercalation and deintercalation of lithium,
Said compound comprising Al,
Wherein the compound is doped with M &lt; 1 &gt; and M &lt; 2 &gt;. 2. A cathode active material for a lithium secondary battery,
M1 and M2 are independently at least one selected from the group consisting of Zr, Ti, Mg, Ca, V, Zn, Mo, Ni, Co, and Mn, and M1 and M2 are different from each other.
제 1 항에 있어서,
상기 화합물은, 하기 화학식 1로 표시되는 리튬 복합 산화물을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질:
[화학식 1]
Li[LizA(1-z-a-b-c)M1aM2bAlc]O2
상기 화학식 1에서,
A = NiαCoβMnγ이고, 상기 M1 및 M2는 서로 독립적으로 Zr, Ti, Mg, Ca, V, Zn, Mo, Ni, Co 및 Mn로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 원소이고, -0.05 ≤ z ≤ 0.1 및 0.001 ≤ a+b+c ≤ 0.03 이고, 0.5 ≤ α ≤ 0.9, 0.05≤ β≤0.2 및 0.01≤ γ≤0.3 이다.
The method according to claim 1,
The present invention provides a lithium secondary battery comprising a lithium composite oxide represented by the following general formula (1): &lt; EMI ID =
[Chemical Formula 1]
Li [Li z A (1-ZaBc) M 1 a M 2 b Al c ] O 2
In Formula 1,
A = α Ni and Co β Mn γ, wherein M1 and M2 are independently selected from Zr, Ti, Mg, Ca, V, Zn, Mo, Ni, and at least one element selected from the group consisting of Co and Mn, -0.05 each other ? Z? 0.1 and 0.001? A + b + c? 0.03, 0.5??? 0.9, 0.05?? 0.2 and 0.01?? 0.3.
제 1 항에 있어서,
상기 M은 Zr, Ti 또는 이들의 조합인, 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
The method according to claim 1,
And M is Zr, Ti or a combination thereof.
제 1 항에 있어서,
상기 화합물에서 Al은 도핑 원소인 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
The method according to claim 1,
Wherein Al in said compound is a doping element.
제 1 항에 있어서,
상기 화합물의 Al은 양극 활물질 내부 및 표면에 존재 하는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
The method according to claim 1,
Wherein the Al of the compound is present inside and on the surface of the cathode active material.
제 1 항에 있어서,
상기 화합물은 Al 및/또는 B을 포함하는 코팅층을 더 포함하는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
The method according to claim 1,
Wherein said compound further comprises a coating layer comprising Al and / or B. &lt; Desc / Clms Page number 24 &gt;
제 6 항에 있어서,
전체 양극 활물질의 총 중량에 대하여,
상기 코팅층은 0.05 내지 0.5 중량% 포함되는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
The method according to claim 6,
With respect to the total weight of the whole cathode active material,
Wherein the coating layer comprises 0.05 to 0.5% by weight of the coating layer.
리튬 공급 물질, 전이 금속 전구체, M 공급 물질, 및 Al 공급 물질을 건식 혼합하여 제1혼합물 제조 후, 이를 소성하여 리튬 복합 화합물을 형성하는 단계;
상기 리튬 복합 화합물과, Al 공급 물질, 및/또는 B 공급 물질을 혼합하여 제2혼합물을 제조 후, 상기 리튬 복합 화합물의 표면에 상기 제2혼합물을 부착하는 단계;
상기 제2혼합물이 부착된 화합물을 열처리하는 단계; 및
M 및 Al으로 도핑된 코어; 및 상기 코어의 표면에 위치하고, Al 및/또는 B를 포함하는 코팅층을 포함하는, 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 수득하는 단계;
를 포함하는, 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조방법.
(상기 M은 Zr, Ti, Mg, Ca, V, Zn, Mo, Ni, Co, Mn 또는 이들의 조합이다.)
Preparing a first mixture by dry mixing of a lithium supply material, a transition metal precursor, an M supply material, and an Al supply material, and then firing the mixture to form a lithium composite compound;
Preparing a second mixture by mixing the lithium composite compound with an Al supply material and / or a B supply material, and then attaching the second mixture to the surface of the lithium composite compound;
Heat treating the compound to which the second mixture is attached; And
A core doped with M and Al; And a coating layer disposed on the surface of the core and including Al and / or B, the method comprising: obtaining a cathode active material for a lithium secondary battery;
Wherein the positive electrode active material is a positive electrode active material.
(M is Zr, Ti, Mg, Ca, V, Zn, Mo, Ni, Co, Mn or a combination thereof)
제 8 항에 있어서,
리튬 공급 물질, 전이 금속 전구체, M 공급 물질, 및 Al 공급 물질을 건식 혼합하여 제1혼합물 제조 후, 이를 소성하여 리튬 복합 화합물을 형성하는 단계;에서,
소성 온도는 700 내지 1,050℃ 인, 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조방법.
9. The method of claim 8,
Preparing a first mixture by dry mixing of a lithium supply material, a transition metal precursor, an M supply material, and an Al supply material, and firing the mixture to form a lithium composite compound;
And the firing temperature is 700 to 1,050 占 폚.
제 8 항에 있어서,
상기 제2혼합물이 부착된 화합물을 열처리하는 단계;에서,
상기 열처리 온도는 300 내지 500℃ 인, 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조방법.
9. The method of claim 8,
Heat treating the compound to which the second mixture is attached,
Wherein the heat treatment temperature is 300 to 500 占 폚.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 포함하는 양극;
음극 활물질을 포함하는 음극; 및
전해질
을 포함하는, 리튬 이차 전지.
A positive electrode comprising the positive electrode active material for a lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 7;
A negative electrode comprising a negative electrode active material; And
Electrolyte
And a lithium secondary battery.
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