KR20210154134A - Lithium secondary battery - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a lithium secondary battery including a positive electrode, a negative electrode and a non-aqueous electrolyte, and more specifically, to a lithium secondary battery, wherein the positive electrode includes a positive electrode active material including a lithium-metal oxide in which at least one kind among metals has a continuous concentration gradient from a central unit to a surface unit, and the non-aqueous electrolyte includes lithium salt, a polyfunctional nitrile compound and an organic solvent, thereby improving high-temperature storage characteristics and lifespan characteristics.

Description

리튬 이차 전지{LITHIUM SECONDARY BATTERY}Lithium secondary battery {LITHIUM SECONDARY BATTERY}

본 발명은 리튬 이차전지에 관한 것이며, 보다 상세하게는 수명 특성 및 고전압 충전 특성이 우수한 리튬 이차 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a lithium secondary battery, and more particularly, to a lithium secondary battery having excellent lifespan characteristics and high voltage charging characteristics.

전자, 통신, 컴퓨터 산업의 급속한 발전에 따라, 캠코더, 휴대폰, 노트북PC 등과 같은 휴대용 전자통신 기기들이 눈부신 발전을 하고 있다. 이에 따라, 이들을 구동할 수 있는 동력원으로서 리튬 이차 전지의 수요가 나날이 증가하고 있다. 특히 친환경 동력원으로서 전기자동차, 무정전 전원장치, 전동공구 및 인공위성 등의 응용과 관련하여 국내는 물론 일본, 유럽 및 미국 등지에서 연구개발이 활발히 진행되고 있다.BACKGROUND With the rapid development of electronics, communication, and computer industries, portable electronic communication devices, such as camcorders, mobile phones, and notebook PCs, are admirably developing. Accordingly, the demand for lithium secondary batteries as a power source capable of driving them is increasing day by day. In particular, as an eco-friendly power source, R&D is being actively carried out in Japan, Europe, and the United States as well as in Korea in relation to the application of electric vehicles, uninterruptible power supplies, power tools, and satellites.

현재 적용되고 있는 이차전지 중에서 1990년대 초에 개발된 리튬 이차전지는 리튬이온을 흡장 및 방출할 수 있는 탄소재 등의 음극, 리튬 함유 산화물 등으로 된 양극 및 혼합 유기용매에 리튬염이 적당량 용해된 비수 전해액으로 구성되어 있다.Among the currently applied secondary batteries, the lithium secondary battery developed in the early 1990s contains an anode made of a carbon material capable of occluding and releasing lithium ions, a cathode made of lithium-containing oxide, etc., and lithium salt dissolved in an appropriate amount in a mixed organic solvent. It is composed of a non-aqueous electrolyte.

그런데, 리튬 이차전지의 응용 범위가 확대되면서 보다 긴 수명이 요구되고 있으며, 또한 전지의 용량이 커지면서 고전압에서의 충전 필요성도 커지고 있다. 그러나 고전압에서의 충전을 하게 되면 양극 활물질에 흡장 및 탈리되는 리튬 이온의 양이 많아지게 되어 양극 활물질의 구조에 불안정성을 크게 하고, 양극 표면에서 전해액의 분해를 촉진하므로, 전지의 수명을 저하시키게 되는 문제가 있다. 리튬 이차전지의 양극 활물질로서 사용되는 종래의 리튬 전이금속 산화물 또는 복합산화물은 수명 특성 및 고전압 충전에서의 한계가 존재한다.However, as the application range of the lithium secondary battery is expanded, a longer lifespan is required, and as the capacity of the battery increases, the need for charging at a high voltage is also increasing. However, when charging at a high voltage, the amount of lithium ions occluded and desorbed from the positive electrode active material increases, which increases the instability of the structure of the positive electrode active material, and promotes the decomposition of the electrolyte on the surface of the positive electrode, thereby reducing the life of the battery. there is a problem. Conventional lithium transition metal oxides or composite oxides used as positive electrode active materials for lithium secondary batteries have limitations in lifespan characteristics and high voltage charging.

이러한 문제를 해결하기 위해, 한국공개특허 제2006-0134631호는 코어부와 쉘부가 서로 다른 리튬 전이금속 산화물로 이루어지는 코어-쉘 구조의 양극 활물질을 개시한 바 있으나, 여전히 수명 특성의 향상 정도가 미흡할 뿐만 아니라 고전압에서의 충전 문제는 해결하지 못하고 있다.In order to solve this problem, Korean Patent Application Laid-Open No. 2006-0134631 discloses a cathode active material having a core-shell structure in which a core part and a shell part are made of different lithium transition metal oxides, but the improvement in lifespan characteristics is still insufficient. Not only that, but the charging problem at high voltage has not been solved.

특허문헌 1: 한국공개특허 제2006-0134631호Patent Document 1: Korean Patent Publication No. 2006-0134631

본 발명은 수명 특성이 우수하며, 고전압에서 충전 특성이 우수한 리튬 이차 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a lithium secondary battery having excellent lifespan characteristics and excellent charging characteristics at high voltage.

예시적인 실시예들에 따른 리튬 이차 전지는, 니켈을 함유하는 리튬 금속 산화물 입자를 포함하는 양극 활물질을 포함하는 양극; 상기 양극과 대향하는 음극; 및 리튬 염, 유기 용매 및 다관능 니트릴 화합물을 포함하는 전해액을 포함하고, 상기 리튬 금속 산화물 입자는 상기 리튬 금속 산화물 입자의 중심부 및 표면부 사이에, 니켈이 상기 중심부에서 상기 표면부 방향으로 감소하는 농도 경사를 갖는 농도 경사 구간을 포함하며, 상기 다관능 니트릴 화합물의 함량은 상기 비수 전해액 전체 100중량% 중 0.1 내지 10중량%일 수 있다.A lithium secondary battery according to exemplary embodiments may include a positive electrode including a positive electrode active material including lithium metal oxide particles containing nickel; a negative electrode opposite to the positive electrode; and an electrolyte solution including a lithium salt, an organic solvent, and a polyfunctional nitrile compound, wherein the lithium metal oxide particles are between the central portion and the surface portion of the lithium metal oxide particles, and nickel decreases from the central portion to the surface portion direction. It includes a concentration gradient section having a concentration gradient, and the content of the polyfunctional nitrile compound may be 0.1 to 10% by weight based on 100% by weight of the total non-aqueous electrolyte.

일 실시예에 있어서, 상기 리튬 금속 산화물 입자는 상기 농도 경사 구간에서, 일정한 농도를 갖는 금속을 더 함유할 수 있다.In an embodiment, the lithium metal oxide particles may further contain a metal having a constant concentration in the concentration gradient section.

일 실시예에 있어서, 상기 리튬 금속 산화물 입자는 상기 농도 경사 구간에서, 상기 중심부에서 상기 표면부 방향으로 증가하는 농도 경사를 갖는 금속을 더 함유할 수 있다.In an embodiment, the lithium metal oxide particles may further contain a metal having a concentration gradient increasing from the center to the surface portion in the concentration gradient section.

일 실시예에 있어서, 상기 리튬 금속 산화물 입자는 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.In one embodiment, the lithium metal oxide particles may be represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

LixM1aM2bM3cOy Li x M1 a M2 b M3 c O y

(식 중, M1은 Ni이고, M2 및 M3은 Co, Mn, Na, Mg, Ca, Ti, V, Cr, Cu, Zn, Ge, Sr, Ag, Ba, Zr, Nb, Mo, Al, Ga 및 B로 이루어진 군에서 선택되며, 0<x≤1.1, 2≤y≤2.02, 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, 0<a+b+c≤1임).(wherein M1 is Ni, M2 and M3 are selected from the group consisting of Co, Mn, Na, Mg, Ca, Ti, V, Cr, Cu, Zn, Ge, Sr, Ag, Ba, Zr, Nb, Mo, Al, Ga and B; 0<x≤1.1, 2≤y≤2.02, 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, 0<a+b+c≤1).

일 실시예에 있어서, 상기 농도 경사 구간에서, M2 및 M3 중 적어도 하나는 상기 중심부에서 상기 표면부 방향으로 증가하는 농도 경사를 가질 수 있다.In an embodiment, in the concentration gradient section, at least one of M2 and M3 may have a concentration gradient that increases from the central portion to the surface portion.

일 실시예에 있어서, 상기 농도 경사 구간에서, M2는 일정한 농도를 갖고, M3는 상기 중심부에서 상기 표면부 방향으로 증가하는 농도 경사를 가질 수 있다.In an embodiment, in the concentration gradient section, M2 may have a constant concentration, and M3 may have a concentration gradient that increases from the center to the surface portion.

일 실시예에 있어서, M2 및 M3은 각각 Co 및 Mn일 수 있다.In one embodiment, M2 and M3 may be Co and Mn, respectively.

일 실시예에 있어서, 0.6≤a≤0.95 및 0.05≤b+c≤0.4일 수 있다.In one embodiment, 0.6≤a≤0.95 and 0.05≤b+c≤0.4 may be.

일 실시예에 있어서, 0.7≤a≤0.9 및 0.1≤b+c≤0.3일 수 있다.In an embodiment, 0.7≤a≤0.9 and 0.1≤b+c≤0.3.

일 실시예에 있어서, 상기 리튬 금속 산화물 입자는 막대형(rod-type)의 1차 입자를 포함할 수 있다.In an embodiment, the lithium metal oxide particles may include rod-type primary particles.

일 실시예에 있어서, 상기 다관능 니트릴 화합물은 디니트릴 화합물, 트리니트릴 화합물 또는 이들의 혼합물일 수 있다.In one embodiment, the polyfunctional nitrile compound may be a dinitrile compound, a trinitrile compound, or a mixture thereof.

일 실시예에 있어서, 상기 농도 경사 구간은 상기 중심부로부터 상기 표면부까지 전체적으로 형성되어 있을 수 있다.In an embodiment, the concentration gradient section may be formed entirely from the central portion to the surface portion.

본 발명의 리튬 이차 전지는 연속적인 농도 경사를 갖는 금속을 포함하는 양극 활물질과 특정 첨가제를 포함하는 비수 전해액을 조합함으로써 수명 특성이 현저하게 개선되며, 고전압에서 충전 특성이 우수하다.The lithium secondary battery of the present invention has significantly improved lifespan characteristics and excellent charging characteristics at a high voltage by combining a positive electrode active material containing a metal having a continuous concentration gradient and a non-aqueous electrolyte containing a specific additive.

도 1은 실시예에 따른 리튬-금속 산화물의 농도 측정 위치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 실시예 1의 리튬-금속 산화물의 TEM 사진이다.
도 3은 비교예 1의 리튬-금속 산화물의 TEM 사진이다.
1 is a diagram schematically illustrating a position for measuring a concentration of a lithium-metal oxide according to an embodiment.
2 is a TEM photograph of the lithium-metal oxide of Example 1.
3 is a TEM photograph of the lithium-metal oxide of Comparative Example 1.

본 발명은 양극, 음극 및 비수 전해액을 포함하는 리튬 이차 전지에 있어서, 상기 양극은 금속 중 적어도 1종이 중심부에서 표면부까지 연속적인 농도 경사를 갖는 리튬-금속 산화물을 포함하는 양극 활물질을 포함하며, 상기 비수 전해액은 리튬염, 다관능 니트릴 화합물 및 유기용매를 포함함으로써, 고온 저장 특성 및 수명 특성이 개선된 리튬 이차 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a lithium secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte, wherein the positive electrode includes a positive active material comprising a lithium-metal oxide in which at least one of the metals has a continuous concentration gradient from the center to the surface portion, The non-aqueous electrolyte includes a lithium salt, a polyfunctional nitrile compound, and an organic solvent, and relates to a lithium secondary battery having improved high-temperature storage characteristics and lifespan characteristics.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하도록 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

양극 활물질cathode active material

본 발명에 따른 양극 활물질은 금속 중 적어도 1종이 중심부에서 표면부까지 연속적인 농도 경사를 갖는 리튬-금속 산화물을 포함한다. 이러한 양극 활물질은 농도 변화가 없는 양극 활물질에 비하여 고온 저장 특성이 우수할 뿐만 아니라 수명 특성이 탁월하다.The positive active material according to the present invention includes a lithium-metal oxide in which at least one of the metals has a continuous concentration gradient from the central portion to the surface portion. Such a positive active material has excellent high temperature storage characteristics as well as excellent lifespan characteristics compared to a positive electrode active material having no change in concentration.

본 발명에서 리튬-금속 산화물 중 금속이 중심부에서 표면부까지 연속적인 농도 경사를 갖는다는 것은, 리튬을 제외한 금속이 리튬-금속 산화물 입자의 중심부에서 표면부까지 일정한 경향으로 변화하는 농도 분포를 갖는 것을 의미한다. 일정한 경향이란 전체적인 농도 변화 추이가 감소 또는 증가되는 것을 의미하며, 일부 지점에서 그러한 추이와 반대되는 값을 갖는 것을 배제하는 것은 아니다. In the present invention, that the metal among lithium-metal oxides has a continuous concentration gradient from the center to the surface means that metals other than lithium have a concentration distribution that changes with a constant tendency from the center to the surface of the lithium-metal oxide particles. it means. A constant trend means that the overall concentration change trend decreases or increases, and does not exclude having a value opposite to the trend at some points.

본 발명에 있어서 입자의 중심부는 활물질 입자의 정중앙으로부터 반경 0.2㎛ 이내를 의미하며, 입자의 표면부는 입자의 최외각으로부터 0.2㎛ 이내를 의미한다.In the present invention, the central portion of the particle means within a radius of 0.2 μm from the center of the active material particle, and the surface portion of the particle means within 0.2 μm from the outermost part of the particle.

본 발명에 따른 양극 활물질은 농도 경사를 갖는 금속을 적어도 1종 포함한다. 따라서, 일 실시예로서, 중심부에서 표면부까지 농도가 증가하는 농도 경사 구간을 갖는 제1 금속과 중심부에서 표면부까지 농도가 감소하는 농도 경사 구간을 갖는 제2 금속을 포함할 수 있다. 상기 제1 금속 또는 제2 금속은 서로 독립적으로 1종 이상일 수 있다.The positive electrode active material according to the present invention includes at least one metal having a concentration gradient. Accordingly, as an embodiment, the first metal having a concentration gradient section in which the concentration increases from the center to the surface portion and the second metal having a concentration gradient section in which the concentration decreases from the center portion to the surface portion may be included. The first metal or the second metal may be independently of one another.

본 발명의 다른 실시예로서, 본 발명에 따른 양극 활물질은 중심부에서 표면부까지 일정한 농도를 갖는 금속을 포함할 수도 있다.As another embodiment of the present invention, the positive electrode active material according to the present invention may include a metal having a constant concentration from the center to the surface portion.

본 발명에 따른 양극 활물질의 구체적인 예로는 하기 화학식 1로 표시되는 리튬-금속 산화물을 들 수 있으며, 하기 화학식 1에서 M1, M2 및 M3 중 적어도 하나는 중심부에서 표면부까지 연속적인 농도 경사를 갖는다:Specific examples of the positive electrode active material according to the present invention include a lithium-metal oxide represented by the following formula (1), M1 in the following formula (1), At least one of M2 and M3 has a continuous concentration gradient from the center to the surface:

[화학식 1][Formula 1]

LixM1aM2bM3cOy Li x M1 a M2 b M3 c O y

(식 중, M1, M2 및 M3은 Ni, Co, Mn, Na, Mg, Ca, Ti, V, Cr, Cu, Zn, Ge, Sr, Ag, Ba, Zr, Nb, Mo, Al, Ga 및 B로 이루어진 군에서 선택되며, (wherein, M1, M2 and M3 are selected from the group consisting of Ni, Co, Mn, Na, Mg, Ca, Ti, V, Cr, Cu, Zn, Ge, Sr, Ag, Ba, Zr, Nb, Mo, Al, Ga and B becomes,

0<x≤1.1, 2≤y≤2.02, 0≤a≤1, 0≤b≤1, 0≤c≤1, 0<a+b+c≤1 임).0<x≤1.1, 2≤y≤2.02, 0≤a≤1, 0≤b≤1, 0≤c≤1, 0<a+b+c≤1).

본 발명의 일 실시예에 있어서, M1, M2 및 M3 중 적어도 하나는 중심부에서 표면부까지 농도가 증가하는 농도 경사 구간을 가지며, 나머지는 중심부에서 표면부까지 농도가 감소하는 농도 경사 구간을 가질 수 있다.In one embodiment of the present invention, M1, At least one of M2 and M3 may have a concentration gradient section in which the concentration increases from the central portion to the surface portion, and the rest may have a concentration gradient section in which the concentration decreases from the center portion to the surface portion.

본 발명의 다른 일 실시예에 있어서, M1, M2 및 M3 중 어느 하나는 중심부에서 표면부까지 농도가 증가하는 농도 경사 구간을 가지며, 다른 하나는 중심부에서 표면부까지 농도가 감소하는 농도 경사 구간을 가지며, 나머지 하나는 중심부에서 표면부까지 일정한 농도를 가질 수 있다.In another embodiment of the present invention, M1, One of M2 and M3 has a concentration gradient section in which the concentration increases from the center to the surface portion, the other has a concentration gradient section in which the concentration decreases from the center portion to the surface portion, and the other one has a constant concentration from the center to the surface portion. can have

본 발명의 구체적인 예시로서, M1, M2 및 M3은 각각 Ni, Co 및 Mn일 수 있다.As a specific example of the present invention, M1, M2 and M3 may be Ni, Co and Mn, respectively.

본 발명에 따른 리튬-금속 산화물은 상대적으로 니켈(Ni)의 함량이 많을 수 있다. 니켈을 사용할 경우 전지 용량 개선에 도움이 되는데, 종래의 양극 활물질 구조에서는 니켈의 함량이 많을 경우 수명이 전하되는 문제가 있으나, 본 발명에 따른 양극 활물질의 경우 니켈의 함량이 많아도 수명 특성이 저하되지 않는다. 따라서, 본 발명의 양극 활물질은 높은 용량을 유지하면서도 우수한 수명 특성을 나타낼 수 있다.The lithium-metal oxide according to the present invention may have a relatively high content of nickel (Ni). When nickel is used, it helps to improve battery capacity. In the conventional positive electrode active material structure, when the content of nickel is large, there is a problem in that the life is charged. does not Accordingly, the positive active material of the present invention may exhibit excellent lifespan characteristics while maintaining high capacity.

예를 들어, 본 발명에 따른 리튬-금속 산화물에 있어서, 니켈의 몰 비가 0.6 내지 0.95, 바람직하게는 0.7 내지 0.9 일 수 있다. 즉, 상기 화학식 1에서 M1이 Ni인 경우, 0.6≤a≤0.95 및 0.05≤b+c≤0.4일 수 있으며, 바람직하게는, 0.7≤a≤0.9 및 0.1≤b+c≤0.3일 수 있다.For example, in the lithium-metal oxide according to the present invention, the molar ratio of nickel may be 0.6 to 0.95, preferably 0.7 to 0.9. That is, when M1 in Formula 1 is Ni, 0.6≤a≤0.95 and 0.05≤b+c≤0.4, preferably, 0.7≤a≤0.9 and 0.1≤b+c≤0.3.

본 발명에 따른 리튬-금속 산화물은 그 입자 형상을 특별히 한정하지는 않으나 바람직하게는 1차 입자가 막대형(rod-type) 형상을 가질 수 있다. The lithium-metal oxide according to the present invention does not specifically limit the particle shape, but preferably, the primary particle may have a rod-type shape.

본 발명에 따른 리튬-금속 산화물은 그 입자 크기를 특별히 한정하지는 않으며, 예를 들면 3 내지 20㎛일 수 있다.The particle size of the lithium-metal oxide according to the present invention is not particularly limited, and may be, for example, 3 to 20 μm.

본 발명에 따른 양극 활물질은 전술한 리튬-금속 산화물에 코팅층을 더 구비할 수도 있다. 코팅층은 금속 또는 금속 산화물을 포함하여 이루어질 수 있는데, 예를 들면, Al, Ti, Ba, Zr, Si, B, Mg, P 및 이들의 합금을 포함하거나, 상기 금속의 산화물을 포함할 수 있다.The positive electrode active material according to the present invention may further include a coating layer on the above-described lithium-metal oxide. The coating layer may include a metal or a metal oxide. For example, it may include Al, Ti, Ba, Zr, Si, B, Mg, P and alloys thereof, or an oxide of the metal.

필요에 따라, 본 발명에 따른 양극 활물질은 전술한 리튬-금속 산화물이 금속 또는 금속 산화물로 도핑된 것일 수도 있다. 도핑 가능한 금속 또는 금속 산화물은 Al, Ti, Ba, Zr, Si, B, Mg, P 및 이들의 합금이거나, 상기 금속의 산화물일 수 있다.If necessary, the cathode active material according to the present invention may be doped with the above-described lithium-metal oxide with a metal or a metal oxide. The dopable metal or metal oxide may be Al, Ti, Ba, Zr, Si, B, Mg, P and alloys thereof, or an oxide of the metal.

본 발명에 따른 리튬-금속 산화물은 공침법을 사용하여 제조될 수 있다. The lithium-metal oxide according to the present invention may be prepared using a co-precipitation method.

이하에서는, 본 발명에 따른 양극 활물질의 제조 방법의 일 실시예를 설명하도록 한다.Hereinafter, an embodiment of a method for manufacturing a cathode active material according to the present invention will be described.

먼저, 농도가 서로 다른 금속 전구체 용액을 제조한다. 금속 전구체 용액은 양극 활물질에 포함될 적어도 1종의 금속의 전구체를 포함하는 용액이다. 금속 전구체는 통상적으로 금속의 할로겐화물, 수산화물, 산(acid)염 등을 예로 들 수 있다.First, metal precursor solutions having different concentrations are prepared. The metal precursor solution is a solution including a precursor of at least one metal to be included in the positive electrode active material. Metal precursors are typically halides, hydroxides, acid salts of metals, and the like.

제조되는 금속 전구체 용액은, 제조하려는 양극 활물질의 중심부의 조성의 농도를 갖는 전구체 용액 및 표면부의 조성에 해당하는 농도를 갖는 전구체 용액의 2종의 전구체 용액을 각각 얻는다. 예를 들어, 리튬 외에 니켈, 망간, 코발트를 포함하는 금속 산화물 양극 활물질을 제조하는 경우에는, 양극 활물질의 중심부 조성에 해당하는 니켈, 망간 및 코발트의 농도를 갖는 전구체 용액과 양극 활물질의 표면부 조성에 해당하는 니켈, 망간 및 코발트의 농도를 갖는 전구체 용액을 제조한다.The metal precursor solution to be prepared obtains two types of precursor solutions, a precursor solution having a concentration of the composition of the central portion of the positive electrode active material to be prepared, and a precursor solution having a concentration corresponding to the composition of the surface portion, respectively. For example, in the case of manufacturing a metal oxide positive active material containing nickel, manganese, and cobalt in addition to lithium, a precursor solution having concentrations of nickel, manganese, and cobalt corresponding to the central composition of the positive active material and the surface portion composition of the positive electrode active material Prepare a precursor solution having concentrations of nickel, manganese and cobalt corresponding to .

다음으로, 2종의 금속 전구체 용액을 혼합하면서 침전물을 형성한다. 상기 혼합 시, 2종의 금속 전구체 용액의 혼합비는 원하는 활물질 내의 농도 경사에 대응하도록 연속적으로 변화시킨다. 따라서, 침전물은 금속의 농도가 활물질 내의 농도 경사를 갖는다. 침전은 상기 혼합 시 킬레이트 시약과 염기를 가하여 수행될 수 있다.Next, a precipitate is formed while mixing the two kinds of metal precursor solutions. Upon mixing, the mixing ratio of the two metal precursor solutions is continuously changed to correspond to the concentration gradient in the desired active material. Thus, the precipitate has a concentration gradient in the concentration of the metal in the active material. Precipitation may be performed by adding a chelating reagent and a base upon mixing.

제조된 침전물은 열처리한 후 리튬염과 혼합하고 다시 열처리하면, 본 발명에 따른 양극 활물질을 얻을 수 있다.After the prepared precipitate is heat-treated, mixed with lithium salt and heat-treated again, the positive electrode active material according to the present invention can be obtained.

음극 활물질negative active material

본 발명에 따른 음극 활물질은 리튬 이온을 흡장 및 탈리할 수 있는, 당분야에서 공지된 것이 특별한 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들면 결정질 탄소, 비정질 탄소, 탄소 복합체, 탄소 섬유 등의 탄소 재료, 리튬 금속, 리튬과 다른 원소의 합금, 규소 또는 주석 등이 사용될 수 있다. 비결정질 탄소로는 하드카본, 코크스, 1500℃ 이하에서 소성한 메조카본 마이크로비드(mesocarbon microbead: MCMB), 메조페이스피치계 탄소섬유(mesophase pitch-based carbon fiber: MPCF) 등이 있다. 결정질 탄소로는 흑연계 재료가 있으며, 구체적으로는 천연흑연, 흑연화 코크스, 흑연화 MCMB, 흑연화 MPCF 등이 있다. 리튬과 합금을 이루는 다른 원소로는 알루미늄, 아연, 비스무스, 카드뮴, 안티몬, 실리콘, 납, 주석, 갈륨 또는 인듐이 사용될 수 있다.As the negative active material according to the present invention, any one known in the art capable of occluding and deintercalating lithium ions may be used without particular limitation. For example, a carbon material such as crystalline carbon, amorphous carbon, carbon composite material, carbon fiber, lithium metal, an alloy of lithium and other elements, silicon or tin may be used. Examples of the amorphous carbon include hard carbon, coke, mesocarbon microbead (MCMB) calcined at 1500° C. or lower, mesophase pitch-based carbon fiber (MPCF), and the like. As crystalline carbon, there are graphite-based materials, specifically natural graphite, graphitized coke, graphitized MCMB, graphitized MPCF, and the like. As another element alloying with lithium, aluminum, zinc, bismuth, cadmium, antimony, silicon, lead, tin, gallium or indium may be used.

비수 전해액non-aqueous electrolyte

비수 전해액은 전해질인 리튬염과 유기 용매를 포함하고, 다관능 니트릴 화합물을 더 포함한다.The non-aqueous electrolyte includes a lithium salt as an electrolyte and an organic solvent, and further includes a polyfunctional nitrile compound.

다관능 니트릴 화합물은 니트릴기를 적어도 2개 이상 포함하는 화합물을 의미하며, 예를 들면 디니트릴 화합물, 트리니트릴 화합물 또는 이들의 혼합물 일 수 있다.The polyfunctional nitrile compound refers to a compound including at least two nitrile groups, and may be, for example, a dinitrile compound, a trinitrile compound, or a mixture thereof.

다관능 니트릴 화합물은 본 발명에 따른 양극 활물질과 함께 사용하는 경우 수명 특성을 우수하게 유지함과 동시에 고온 충전 특성을 현저하게 개선할 수 있다는데, 이는 다관능 니트릴 화합물이 양극 활물질 표면에 흡착되어 전해액의 분해를 방지하는 것에 기인하는 것으로 판단되나, 이에 한정되어 해석되어서는 안된다.When the polyfunctional nitrile compound is used together with the positive electrode active material according to the present invention, it is possible to maintain excellent lifespan characteristics and remarkably improve the high temperature charging characteristics, which is that the polyfunctional nitrile compound is adsorbed on the surface of the positive electrode active material to decompose the electrolyte It is judged to be caused by preventing

본 발명에 따른 다관능 니트릴 화합물의 구체적인 예로는, 숙시노니트릴, 세바코니트릴, 글루타로니트릴, 아디포니트릴, 1,5-디사이노펜탄, 1,6-디시아노헥산, 1,7-디시아노헵탄, 1,8-디시아노옥탄, 1,9-디시아노노난, 1,10-디시아노데칸, 1,12-디시아노도데칸, 테트라메틸숙시노니트릴, 2-메틸글루타로니트릴, 2,4-디메틸글루타로니트릴, 2,2,4,4-테트라메틸글루타로니트릴, 1,4-디사이노펜탄, 2,5-디메틸-2,5-헥산디카르보니트릴, 2,6-디시아노헵탄, 2,7-디시아노옥탄, 2,8-디시아노노난, 1,6-디시아노데칸, 1,3,5-헥산트리카르보니트릴, 1,3,6-헥산트리카르보니트릴 등을 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 바람직하게는 숙시노니트릴, 글루타로니트릴, 아디포니트릴, 1,3,5-헥산트리카르보니트릴 및 1,3,6-헥산트리카르보니트릴로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나일 수 있다.Specific examples of the polyfunctional nitrile compound according to the present invention include succinonitrile, sebaconitrile, glutaronitrile, adiponitrile, 1,5-dicynopentane, 1,6-dicyanohexane, 1,7- Dicyanoheptane, 1,8-dicyanooctane, 1,9-dicyanononane, 1,10-dicyanodecane, 1,12-dicyanododecane, tetramethylsuccinonitrile, 2-methylglutaronitrile , 2,4-dimethylglutaronitrile, 2,2,4,4-tetramethylglutaronitrile, 1,4-dicynopentane, 2,5-dimethyl-2,5-hexanedicarbonitrile, 2, 6-dicyanoheptane, 2,7-dicyanooctane, 2,8-dicyanononane, 1,6-dicyanodecane, 1,3,5-hexanetricarbonitrile, 1,3,6-hexanetri Carbonitrile and the like may be used alone or in combination of two or more, but the present invention is not limited thereto. Preferably, it may be at least one selected from the group consisting of succinonitrile, glutaronitrile, adiponitrile, 1,3,5-hexanetricarbonitrile and 1,3,6-hexanetricarbonitrile.

본 발명에 따른 다관능 니트릴 화합물은 비수 전해액 전체 100중량%에 대하여 0.1 내지 10중량%로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 0.5 내지 7중량%, 보다 바람직하게는 1 내지 7중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 고전압 충전 성능이 우수하게 발휘될 수 있다.The polyfunctional nitrile compound according to the present invention may be included in an amount of 0.1 to 10% by weight, preferably 0.5 to 7% by weight, and more preferably 1 to 7% by weight based on 100% by weight of the total non-aqueous electrolyte. In the above range, high voltage charging performance may be excellently exhibited.

리튬염은 리튬 이차전지용 전해액에 통상적으로 사용되는 것들이 제한 없이 사용될 수 있으며, Li+X-로 표현할 수 있다. 이러한 리튬염의 음이온으로는 특별히 제한되지 않으나, F-, Cl-, Br-, I-, NO3 -, N(CN)2 -, BF4 -, ClO4 -, PF6 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N- , CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -, SCN- 및 (CF3CF2SO2)2N- 등을 예시할 수 있다.As the lithium salt, those commonly used in electrolytes for lithium secondary batteries may be used without limitation, and may be expressed as Li + X − . The anion of the lithium salt is not particularly limited, but F - , Cl - , Br - , I - , NO 3 - , N(CN) 2 - , BF 4 - , ClO 4 - , PF 6 - , (CF 3 ) 2 PF 4 - , (CF 3 ) 3 PF 3 - , (CF 3 ) 4 PF 2 - , (CF 3 ) 5 PF - , (CF 3 ) 6 P - , CF 3 SO 3 - , CF 3 CF 2 SO 3 - , (CF 3 SO 2 ) 2 N - , (FSO 2 ) 2 N - , CF 3 CF 2 (CF 3 ) 2 CO - , (CF 3 SO 2 ) 2 CH - , (SF 5 ) 3 C - , (CF 3 SO 2 ) 3 C - , CF 3 (CF 2 ) 7 SO 3 - , CF 3 CO 2 - , CH 3 CO 2 - , SCN and (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 N and the like can be exemplified.

유기 용매는 리튬 이차전지용 전해액에 통상적으로 사용되는 것들이 제한 없이 사용될 수 있으며, 대표적으로 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate, PC), 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate, EC), 디에틸 카보네이트(diethyl carbonate, DEC), 디메틸 카보네이트(dimethyl carbonate, DMC), 에틸메틸 카보네이트(EMC), 메틸프로필 카보네이트, 디프로필 카보네이트, 디메틸설퍼옥사이드, 아세토니트릴, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 비닐렌 카보네이트, 설포란, 감마-부티로락톤, 프로필렌 설파이트 및 테트라하이드로푸란으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물 등이 사용될 수 있다.As the organic solvent, those commonly used in electrolytes for lithium secondary batteries may be used without limitation, representatively propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl Carbonate (dimethyl carbonate, DMC), ethylmethyl carbonate (EMC), methylpropyl carbonate, dipropyl carbonate, dimethylsulfuroxide, acetonitrile, dimethoxyethane, diethoxyethane, vinylene carbonate, sulfolane, gamma-butyrolactone , any one selected from the group consisting of propylene sulfite and tetrahydrofuran, or a mixture of two or more thereof may be used.

이차 전지secondary battery

본 발명은 전술한 양극 활물질을 포함하는 양극, 음극 활물질을 포함하는 음극 및 전술한 비수 전해액을 이용하여 제조되는 리튬 이차 전지를 제공한다.The present invention provides a lithium secondary battery manufactured using the positive electrode including the positive electrode active material described above, the negative electrode including the negative electrode active material, and the non-aqueous electrolyte solution described above.

전술한 양극 활물질 및 비수 전해액을 포함하는 본 발명에 따른 리튬 이차 전지는 당분야에 적용되는 충전 전압으로 충전이 가능하며, 특히 4.3V 이상의 고전압에서 충전 특성이 우수하다. 예를 들면 충전 전압이 4.3 내지 4.5V인 경우에도 우수한 수명 특성을 발휘할 수 있다.The lithium secondary battery according to the present invention, including the above-described positive active material and non-aqueous electrolyte, can be charged at a charging voltage applied in the art, and has excellent charging characteristics, particularly at a high voltage of 4.3V or higher. For example, even when the charging voltage is 4.3 to 4.5V, excellent lifespan characteristics can be exhibited.

양극 및 음극은 각각 전술한 본 발명에 따른 양극 활물질 및 음극 활물질에 용매, 필요에 따라 바인더, 도전재, 분산재 등을 혼합 및 교반하여 합제를 제조한 후 이를 금속 재료의 집전체에 도포(코팅)하고 압축한 뒤 건조하여 제조할 수 있다.The positive electrode and the negative electrode are prepared by mixing and stirring the positive electrode active material and the negative electrode active material according to the present invention with a solvent and, if necessary, a binder, a conductive material, a dispersing material, etc. It can be manufactured by compression and drying.

바인더로는 당분야에서 사용되는 것이 특별한 제한 없이 사용될 수 있으며, 예를 들면, 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HFP), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride, PVDF), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate) 등의 유기계 바인더, 또는 스티렌-부타디엔 러버(SBR) 등의 수계 바인더를 카르복시메틸 셀룰로오스(CMC)와 같은 증점제와 함께 사용할 수 있다. As a binder, those used in the art may be used without particular limitation, for example, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HFP), polyvinylidene fluoride (polyvinylidenefluoride, PVDF), An organic binder such as polyacrylonitrile and polymethylmethacrylate, or an aqueous binder such as styrene-butadiene rubber (SBR) may be used together with a thickener such as carboxymethyl cellulose (CMC).

도전재로는 통상적인 도전성 탄소재가 특별한 제한 없이 사용될 수 있다.As the conductive material, a conventional conductive carbon material may be used without particular limitation.

금속 재료의 집전체는 전도성이 높고 상기 양극 또는 음극 활물질의 합제가 용이하게 접착할 수 있는 금속으로서, 전지의 전압 범위에서 반응성이 없는 것이면 어느 것이라도 사용할 수 있다. 양극 집전체의 비제한적인 예로는 알루미늄, 니켈 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있으며, 음극 집전체의 비제한적인 예로는 구리, 금, 니켈 또는 구리 합금 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있다.The current collector made of a metal material has high conductivity and is a metal to which the positive or negative electrode active material mixture can easily adhere, and any metal that has no reactivity in the voltage range of the battery may be used. Non-limiting examples of the positive electrode current collector include a foil made of aluminum, nickel, or a combination thereof, and non-limiting examples of the negative electrode current collector include copper, gold, nickel, or a copper alloy or a combination thereof. foil, etc.

양극과 음극 사이에는 세퍼레이터가 개재되는데, 세퍼레이터로는 종래에 세퍼레이터로 사용된 통상적인 다공성 고분자 필름, 예를 들어 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체 및 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름을 단독으로 또는 이들을 적층하여 사용할 수 있으며, 또는 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 세퍼레이터를 전지에 적용하는 방법으로는 일반적인 방법인 권취(winding) 이외에도 세퍼레이터와 전극의 적층(lamination, stack) 및 접음(folding) 등이 가능하다. A separator is interposed between the positive electrode and the negative electrode. As the separator, a conventional porous polymer film conventionally used as a separator, such as ethylene homopolymer, propylene homopolymer, ethylene/butene copolymer, ethylene/hexene copolymer, and ethylene/ A porous polymer film made of a polyolefin-based polymer such as a methacrylate copolymer may be used alone or by laminating them, or a conventional porous nonwoven fabric, for example, a nonwoven fabric made of high-melting glass fiber, polyethylene terephthalate fiber, etc. can be used, but is not limited thereto. As a method of applying the separator to a battery, in addition to winding, which is a general method, lamination, stacking, and folding of a separator and an electrode are possible.

전술한 본 발명의 리튬 이차전지용 비수 전해액은 양극, 음극 및 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터로 이루어진 전극 구조체에 주입하여 리튬 이차전지로 제조된다. 본 발명의 리튬 이차 전지의 외형은 특별한 제한이 없으나, 캔을 사용한 원통형, 각형, 파우치(pouch)형 또는 코인(coin)형 등이 될 수 있다.The non-aqueous electrolyte solution for a lithium secondary battery of the present invention is prepared by injecting it into an electrode structure comprising a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode to form a lithium secondary battery. The external shape of the lithium secondary battery of the present invention is not particularly limited, but may be a cylindrical shape using a can, a prismatic shape, a pouch type, or a coin type.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 이들 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 첨부된 특허청구범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 실시예에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다. Hereinafter, preferred embodiments are presented to help the understanding of the present invention, but these examples are merely illustrative of the present invention and do not limit the appended claims, and are within the scope and spirit of the present invention. It is obvious to those skilled in the art that various changes and modifications are possible, and it is natural that such variations and modifications fall within the scope of the appended claims.

실시예Example 1 One

<양극><Anode>

양극활물질로 전체 조성은 LiNi0 . 8Co0 . 1Mn0 . 1O2이며, 중심부 조성 LiNi0.84Co0.11Mn0.05O2에서부터 표면 조성 LiNi0 . 78Co0 . 10Mn0 . 12O2 까지 농도 경사를 갖는 리튬-금속 산화물(이하 CAM-10)을 사용하고, 도전재로 Denka Black, 바인더로 PVDF를 사용하고 92 : 5 : 3의 각각의 질량비 조성으로 양극 합제를 제조한 후, 이를 알루미늄 기재 위에 코팅, 건조, 프레스를 실시하여 양극을 제조하였다.As a cathode active material, the total composition is LiNi 0 . 8 Co 0 . 1 Mn 0 . 1 O 2 , and the surface composition LiNi 0 from the central composition LiNi 0.84 Co 0.11 Mn 0.05 O 2 . 78 Co 0 . 10 Mn 0 . A positive electrode mixture was prepared using lithium-metal oxide (hereinafter CAM-10) having a concentration gradient up to 12 O 2 , Denka Black as a conductive material, PVDF as a binder, and each mass ratio composition of 92: 5: 3 Then, it was coated, dried, and pressed on an aluminum substrate to prepare a positive electrode.

참고로, 제조된 리튬-금속 산화물의 농도 경사는 하기 표 1과 같으며, 농도 측정 위치는 도 1에 도시된 바와 같다. 측정 위치는 입자의 중심에서 표면까지의 거리 5㎛인 리튬-금속 산화물 입자에 대해서 표면부터 5/7 ㎛ 간격으로 측정하였다.For reference, the concentration gradient of the prepared lithium-metal oxide is shown in Table 1 below, and the concentration measurement position is as shown in FIG. 1 . The measurement positions were measured at intervals of 5/7 μm from the surface for lithium-metal oxide particles having a distance of 5 μm from the center of the particle to the surface.

위치location NiNi MnMn CoCo 1One 77.9777.97 11.9611.96 10.0710.07 22 80.9880.98 9.299.29 9.739.73 33 82.6882.68 77 10.3210.32 44 82.682.6 7.47.4 1010 55 82.5582.55 7.077.07 10.3710.37 66 83.2483.24 5.95.9 10.8610.86 77 84.3384.33 4.844.84 10.8310.83

<음극><Cathode>

음극 활물질로 천연 흑연(d002 3.358Å) 93중량%, 도전재로 flake type 도전재인 KS6 5중량%, 바인더로 SBR 1중량% 및 증점제 CMC 1중량%를 포함하는 음극 합제를 구리 기재 위에 코팅, 건조 및 프레스를 실시하여 음극을 제조하였다.A negative electrode mixture containing 93 wt% of natural graphite (d002 3.358Å) as an anode active material, 5 wt% of a flake type conductive material KS6 as a conductive material, 1 wt% of SBR as a binder, and 1 wt% of a CMC thickener is coated on a copper substrate and dried and press to prepare a negative electrode.

<전지 제조 및 상온 수명 특성 평가><Evaluation of battery manufacturing and room temperature life characteristics>

양극 극판과 음극 극판을 각각 적당한 사이즈로 Notching하여 적층하고 양극 극판과 음극 극판사이에 세퍼레이터(폴리에틸렌, 두께 25㎛)를 개재하여 셀을 구성하고, 양극의 탭부분과 음극의 탭부분을 각각 용접을 하였다. 용접된 양극/세퍼레이터/음극의 조합체를 파우치안에 넣고 전해액 주액부면을 제외한 3면을 실링을 하였다. 이때 탭이 있는 부분은 실링 부위에 포함시킨다. 나머지 한 부분으로 전해액을 주액하고 남은 한 면을 실링하고 12시간이상 함침을 시켰다. 전해액은 EC/EMC/DEC (25/45/30; 부피비)의 혼합 용매로 1M LiPF6 용액을 제조한 후, 비닐렌 카보네이트(VC) 1wt%, 1,3-프로펜설톤(PRS) 0.5wt%, 리튬 비스(옥살레이토)보레이트(LiBOB) 0.5wt% 및 숙시노니트릴(SN) 0.5wt%를 첨가한 것을 사용하였다. The positive and negative electrode plates are stacked by notching each of an appropriate size, and a separator (polyethylene, thickness 25㎛) is interposed between the positive and negative electrode plates to form a cell, and the tab of the positive electrode and the tab of the negative electrode are welded, respectively. did The welded anode/separator/cathode combination was placed in a pouch and sealed on three sides except for the electrolyte injection side. In this case, the part with the tab is included in the sealing part. After injecting electrolyte into the remaining part, the remaining side was sealed and impregnated for more than 12 hours. The electrolyte solution was prepared by preparing a 1M LiPF 6 solution with a mixed solvent of EC/EMC/DEC (25/45/30; volume ratio), then vinylene carbonate (VC) 1wt%, 1,3-propensultone (PRS) 0.5wt %, lithium bis(oxalato)borate (LiBOB) 0.5 wt% and succinonitrile (SN) 0.5 wt% were used.

이 후 Pre-charging을 0.25C에 해당하는 전류(2.5A)로 36분 동안 실시하였다. 1시간후에 Degasing을 하고 24시간이상 에이징을 실시한 후 화성충방전을 실시하였다(충전조건 CC-CV 0.2C 4.2V 0.05C CUT-OFF, 방전조건 CC 0.2C 2.5V CUT-OFF). 그 후 표준충방전을 실시하였다(충전조건 CC-CV 0.5C 4.2V 0.05C CUT-OFF, 방전조건 CC 0.5C 2.5V CUT-OFF).After that, pre-charging was performed for 36 minutes at a current (2.5A) corresponding to 0.25C. After 1 hour of degasing and aging for 24 hours or more, chemical charge and discharge were performed (charge condition CC-CV 0.2C 4.2V 0.05C CUT-OFF, discharge condition CC 0.2C 2.5V CUT-OFF). After that, standard charge/discharge was performed (charge condition CC-CV 0.5C 4.2V 0.05C CUT-OFF, discharge condition CC 0.5C 2.5V CUT-OFF).

제조된 셀로 충전(CC-CV 2.0C 4.2V 0.05C CUT-OFF) 및 방전(CC 2.0C 2.75V CUT-OFF)을 500회 반복한 후, 500회에서의 방전용량을 1회 방전용량 대비 %로 계산하여 상온 수명 특성을 측정하였다. 그 결과를 하기 표 3에 기재하였다.After repeating charging (CC-CV 2.0C 4.2V 0.05C CUT-OFF) and discharging (CC 2.0C 2.75V CUT-OFF) 500 times with the manufactured cell, the discharge capacity at 500 times is % compared to the one-time discharge capacity was calculated to measure room temperature lifespan characteristics. The results are shown in Table 3 below.

그 결과를 하기 표 2에 기재하였다.The results are shown in Table 2 below.

실시예Example 2-24 2-24

숙시노니트릴의 함량과 충전 전압을 하기 표 2에 따라 적용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 전지를 제조하고 수명 특성을 평가한 후, 그 결과를 표 2에 기재하였다.A battery was prepared in the same manner as in Example 1 and lifespan characteristics were evaluated in the same manner as in Example 1, except that the content of succinonitrile and the charging voltage were applied according to Table 2, and the results are shown in Table 2.

비교예comparative example 1 One

양극활물질로 입자 전체로 균일한 조성을 갖는 LiNi0 .8Co0 .1Mn0 .1O2(이하 CAM-20)을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 전지를 제조하고 수명 특성을 평가한 후, 그 결과를 표 3에 기재하였다.LiNi 0 .8 in the positive electrode active material having a uniform composition in the entire particle of Co 0 .1 Mn 0 .1 O 2 ( hereinafter CAM-20) to Example 1, the same manufacturing the cell and the life characteristics, except for using After evaluation, the results are shown in Table 3.

비교예comparative example 2-28 2-28

숙시노니트릴의 함량과 충전 전압을 하기 표 2에 따라 적용한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일하게 전지를 제조하고 수명 특성을 평가한 후, 그 결과를 표 3에 기재하였다.A battery was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 and lifespan characteristics were evaluated in the same manner as in Comparative Example 1, except that the content of succinonitrile and the charging voltage were applied according to Table 2, and the results are shown in Table 3.

양극
활물질
anode
active material
SN
(함량, wt%)
SN
(content, wt%)
충전 전압(V)Charging voltage (V) 수명(%)
(500cycle)
life span(%)
(500cycle)
실시예1Example 1 CAM-10CAM-10 0.50.5 4.24.2 8080 실시예2Example 2 CAM-10CAM-10 1.01.0 4.24.2 8080 실시예3Example 3 CAM-10CAM-10 3.03.0 4.24.2 79.579.5 실시예4Example 4 CAM-10CAM-10 5.05.0 4.24.2 7979 실시예5Example 5 CAM-10CAM-10 7.07.0 4.24.2 78.478.4 실시예6Example 6 CAM-10CAM-10 9.09.0 4.24.2 7474 실시예7Example 7 CAM-10CAM-10 0.50.5 4.34.3 6565 실시예8Example 8 CAM-10CAM-10 1.01.0 4.34.3 7171 실시예9Example 9 CAM-10CAM-10 3.03.0 4.34.3 7575 실시예10Example 10 CAM-10CAM-10 5.05.0 4.34.3 7676 실시예11Example 11 CAM-10CAM-10 7.07.0 4.34.3 7878 실시예12Example 12 CAM-10CAM-10 9.09.0 4.34.3 6565 실시예13Example 13 CAM-10CAM-10 0.50.5 4.44.4 5858 실시예14Example 14 CAM-10CAM-10 1.01.0 4.44.4 6262 실시예15Example 15 CAM-10CAM-10 3.03.0 4.44.4 7272 실시예16Example 16 CAM-10CAM-10 5.05.0 4.44.4 7474 실시예17Example 17 CAM-10CAM-10 7.07.0 4.44.4 7575 실시예18Example 18 CAM-10CAM-10 9.09.0 4.44.4 6161 실시예19Example 19 CAM-10CAM-10 0.50.5 4.54.5 2929 실시예20Example 20 CAM-10CAM-10 1.01.0 4.54.5 3535 실시예21Example 21 CAM-10CAM-10 3.03.0 4.54.5 4242 실시예22Example 22 CAM-10CAM-10 5.05.0 4.54.5 5151 실시예23Example 23 CAM-10CAM-10 7.07.0 4.54.5 6262 실시예24Example 24 CAM-10CAM-10 9.09.0 4.54.5 1010

양극
활물질
anode
active material
SN
(함량, wt%)
SN
(content, wt%)
충전 전압(V)Charging voltage (V) 수명(%)
(500cycle)
life span(%)
(500cycle)
비교예1Comparative Example 1 CAM-20CAM-20 00 4.24.2 7070 비교예2Comparative Example 2 CAM-20CAM-20 0.50.5 4.24.2 7070 비교예3Comparative Example 3 CAM-20CAM-20 1.01.0 4.24.2 7070 비교예4Comparative Example 4 CAM-20CAM-20 3.03.0 4.24.2 69.569.5 비교예5Comparative Example 5 CAM-20CAM-20 5.05.0 4.24.2 6969 비교예6Comparative Example 6 CAM-20CAM-20 7.07.0 4.24.2 68.868.8 비교예7Comparative Example 7 CAM-20CAM-20 9.09.0 4.24.2 6262 비교예8Comparative Example 8 CAM-20CAM-20 00 4.34.3 5050 비교예9Comparative Example 9 CAM-20CAM-20 0.50.5 4.34.3 5151 비교예10Comparative Example 10 CAM-20CAM-20 1.01.0 4.34.3 5252 비교예11Comparative Example 11 CAM-20CAM-20 3.03.0 4.34.3 5454 비교예12Comparative Example 12 CAM-20CAM-20 5.05.0 4.34.3 5656 비교예13Comparative Example 13 CAM-20CAM-20 7.07.0 4.34.3 5858 비교예14Comparative Example 14 CAM-20CAM-20 9.09.0 4.34.3 4545 비교예15Comparative Example 15 CAM-20CAM-20 00 4.44.4 3030 비교예16Comparative Example 16 CAM-20CAM-20 0.50.5 4.44.4 3131 비교예17Comparative Example 17 CAM-20CAM-20 1.01.0 4.44.4 3232 비교예18Comparative Example 18 CAM-20CAM-20 3.03.0 4.44.4 3434 비교예19Comparative Example 19 CAM-20CAM-20 5.05.0 4.44.4 3636 비교예20Comparative Example 20 CAM-20CAM-20 7.07.0 4.44.4 3838 비교예21Comparative Example 21 CAM-20CAM-20 9.09.0 4.44.4 2626 비교예22Comparative Example 22 CAM-20CAM-20 00 4.54.5 1010 비교예23Comparative Example 23 CAM-20CAM-20 0.50.5 4.54.5 1111 비교예24Comparative Example 24 CAM-20CAM-20 1.01.0 4.54.5 1212 비교예25Comparative Example 25 CAM-20CAM-20 3.03.0 4.54.5 1414 비교예26Comparative Example 26 CAM-20CAM-20 5.05.0 4.54.5 1616 비교예27Comparative Example 27 CAM-20CAM-20 7.07.0 4.54.5 1818 비교예28Comparative Example 28 CAM-20CAM-20 9.09.0 4.54.5 55

상기 표 2 및 표 3을 참고하면, 실시예들의 전지가 비교예들에 비해 더 우수한 수명특성 및 고전압 충전 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다.Referring to Tables 2 and 3, it can be seen that the batteries of Examples exhibit superior lifespan characteristics and high voltage charging characteristics compared to Comparative Examples.

구체적으로, 충전 전압이 4.2V인 경우에는 실시예가 수명 절대값이 비교예보다 크고 특히 수명 감소율이 비교예보다 적은 것을 알 수 있으며, 4.3V, 4.4V, 4.5V인 경우를 각각 비교해보면 실시예의 수명 절대값뿐만 아니라 수명 증가율이 현저한 것을 확인할 수 있다.Specifically, when the charging voltage is 4.2V, it can be seen that the absolute value of the lifetime of the Example is larger than that of the comparative example, and in particular, the life reduction rate is smaller than that of the comparative example. It can be seen that not only the absolute value of the lifetime but also the increase rate of the lifetime is remarkable.

또한, 충전 전압 4.3V이상에서 SN의 함량이 1 내지 7wt%인 경우에는 오히려 수명 특성이 증가하는 현상을 확인할 수 있으며, 특히 실시예에서는 수명 증가율이 비교예보다 더 큰 것을 확인할 수 있다.In addition, when the content of SN is 1 to 7wt% at a charging voltage of 4.3V or more, it can be confirmed that the lifespan characteristic is rather increased, and in particular, it can be confirmed that the lifespan increase rate is larger than that of the comparative example in Examples.

또한, 도 2 및 도 3에는 각각 실시예 1과 비교예 1의 양극 활물질 입자의 TEM 사진을 나타내었다. 도 2(실시예 1) 및 도 3(비교예 1)을 참고하면, 실시예의 양극 활물질 1차 입자가 막대형 형상을 하고 있는 반면, 비교예의 양극 활물질은 1차 입자가 구형에 가까운 형상을 하고 있는 것을 알 수 있다.In addition, TEM photographs of the positive active material particles of Example 1 and Comparative Example 1 are shown in FIGS. 2 and 3, respectively. Referring to FIGS. 2 (Example 1) and 3 (Comparative Example 1), the primary particles of the positive active material of the Example have a rod-like shape, whereas the positive active material of the Comparative Example has a shape close to a spherical shape, it can be seen that there is

실시예Example 25-24 25-24

다관능 니트릴 화합물의 종류(글루타로니트릴(GN), 아디포니트릴(AN), 1,3,5-헥산트리카르보니트릴(HTCN)) 및 충전 전압을 하기 표 4에 따라 적용한 것을 제외하고는, 실시예 9와 동일하게 전지를 제조하고 수명 특성을 평가한 후, 그 결과를 표 4에 기재하였다.Except for applying the type of polyfunctional nitrile compound (glutaronitrile (GN), adiponitrile (AN), 1,3,5-hexanetricarbonitrile (HTCN)) and charging voltage according to Table 4 below, A battery was manufactured in the same manner as in Example 9 and lifespan characteristics were evaluated, and the results are shown in Table 4.

양극
활물질
anode
active material
다관능 니트릴polyfunctional nitrile 충전 전압(V)Charging voltage (V) 수명(%)
(500cycle)
life span(%)
(500cycle)
종류Kinds (함량, wt%)(content, wt%) 실시예9Example 9 CAM-10CAM-10 SNSN 33 4.34.3 7575 실시예2Example 2 CAM-10CAM-10 GNGN 33 4.34.3 7474 실시예3Example 3 CAM-10CAM-10 ANAN 33 4.34.3 7575 실시예4Example 4 CAM-10CAM-10 HTCNHTCN 33 4.34.3 7575 실시예15Example 15 CAM-10CAM-10 SNSN 33 4.44.4 7272 실시예6Example 6 CAM-10CAM-10 GNGN 33 4.44.4 7373 실시예7Example 7 CAM-10CAM-10 ANAN 33 4.44.4 7272 실시예8Example 8 CAM-10CAM-10 HTCNHTCN 33 4.44.4 7373 실시예21Example 21 CAM-10CAM-10 SNSN 33 4.54.5 4242 실시예10Example 10 CAM-10CAM-10 GNGN 33 4.54.5 4141 실시예11Example 11 CAM-10CAM-10 ANAN 33 4.54.5 4242 실시예12Example 12 CAM-10CAM-10 HTCNHTCN 33 4.54.5 4242

표 4를 참고하면, 다양한 다관능 니트릴 화합물을 사용한 경우에도 숙시노니트릴과 유사한 성능을 나타내어, 우수한 수명 특성 및 고전압 충전 특성이 나타나는 것을 확인할 수 있다.Referring to Table 4, even when various polyfunctional nitrile compounds are used, similar performance to succinonitrile is shown, and it can be confirmed that excellent lifespan characteristics and high voltage charging characteristics appear.

Claims (12)

니켈을 함유하는 리튬 금속 산화물 입자를 포함하는 양극 활물질을 포함하는 양극;
상기 양극과 대향하는 음극; 및
리튬염, 유기 용매 및 다관능 니트릴 화합물을 포함하는 전해액을 포함하고,
상기 리튬 금속 산화물 입자는 상기 리튬 금속 산화물 입자의 중심부 및 표면부 사이에, 니켈이 상기 중심부에서 상기 표면부 방향으로 감소하는 농도 경사를 갖는 농도 경사 구간을 포함하며,
상기 다관능 니트릴 화합물의 함량은 상기 비수 전해액 전체 100중량% 중 0.1 내지 10중량%인, 리튬 이차 전지.
a positive electrode including a positive active material including lithium metal oxide particles containing nickel;
a negative electrode opposite to the positive electrode; and
An electrolyte solution comprising a lithium salt, an organic solvent, and a polyfunctional nitrile compound,
The lithium metal oxide particles include a concentration gradient section having a concentration gradient in which nickel decreases from the center to the surface portion between the central portion and the surface portion of the lithium metal oxide particles,
The content of the polyfunctional nitrile compound is 0.1 to 10% by weight of the total 100% by weight of the non-aqueous electrolyte, a lithium secondary battery.
청구항 1에 있어서, 상기 리튬 금속 산화물 입자는 상기 농도 경사 구간에서, 일정한 농도를 갖는 금속을 더 함유하는, 리튬 이차 전지.The lithium secondary battery of claim 1, wherein the lithium metal oxide particles further contain a metal having a constant concentration in the concentration gradient section. 청구항 1에 있어서, 상기 리튬 금속 산화물 입자는 상기 농도 경사 구간에서, 상기 중심부에서 상기 표면부 방향으로 증가하는 농도 경사를 갖는 금속을 더 함유하는, 리튬 이차 전지.The lithium secondary battery of claim 1 , wherein the lithium metal oxide particles further contain a metal having a concentration gradient that increases from the center to the surface portion in the concentration gradient section. 청구항 1에 있어서, 상기 리튬 금속 산화물 입자는 하기 화학식 1로 표시되는, 리튬 이차 전지:
[화학식 1]
LixM1aM2bM3cOy
(식 중, M1은 Ni이고, M2 및 M3은 Co, Mn, Na, Mg, Ca, Ti, V, Cr, Cu, Zn, Ge, Sr, Ag, Ba, Zr, Nb, Mo, Al, Ga 및 B로 이루어진 군에서 선택되며, 0<x≤1.1, 2≤y≤2.02, 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, 0<a+b+c≤1임).
The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the lithium metal oxide particles are represented by the following Chemical Formula 1:
[Formula 1]
Li x M1 a M2 b M3 c O y
(wherein M1 is Ni, M2 and M3 are selected from the group consisting of Co, Mn, Na, Mg, Ca, Ti, V, Cr, Cu, Zn, Ge, Sr, Ag, Ba, Zr, Nb, Mo, Al, Ga and B; 0<x≤1.1, 2≤y≤2.02, 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, 0<a+b+c≤1).
청구항 4에 있어서, 상기 농도 경사 구간에서, M2 및 M3 중 적어도 하나는 상기 중심부에서 상기 표면부 방향으로 증가하는 농도 경사를 갖는, 리튬 이차 전지.The lithium secondary battery of claim 4, wherein in the concentration gradient section, at least one of M2 and M3 has a concentration gradient that increases from the central portion to the surface portion. 청구항 4에 있어서, 상기 농도 경사 구간에서, M2는 일정한 농도를 갖고, M3는 상기 중심부에서 상기 표면부 방향으로 증가하는 농도 경사를 갖는, 리튬 이차 전지.The lithium secondary battery of claim 4 , wherein in the concentration gradient section, M2 has a constant concentration, and M3 has a concentration gradient that increases from the central portion to the surface portion. 청구항 4에 있어서, M2 및 M3은 각각 Co 및 Mn인, 리튬 이차 전지.The lithium secondary battery according to claim 4, wherein M2 and M3 are Co and Mn, respectively. 청구항 4에 있어서, 0.6≤a≤0.95 및 0.05≤b+c≤0.4인, 리튬 이차 전지.The lithium secondary battery according to claim 4, wherein 0.6≤a≤0.95 and 0.05≤b+c≤0.4. 청구항 4에 있어서, 0.7≤a≤0.9 및 0.1≤b+c≤0.3인, 리튬 이차 전지.The lithium secondary battery according to claim 4, wherein 0.7≤a≤0.9 and 0.1≤b+c≤0.3. 청구항 1에 있어서, 상기 리튬 금속 산화물 입자는 막대형(rod-type)의 1차 입자를 포함하는, 리튬 이차 전지.The lithium secondary battery of claim 1, wherein the lithium metal oxide particles include rod-type primary particles. 청구항 1에 있어서, 상기 다관능 니트릴 화합물은 디니트릴 화합물, 트리니트릴 화합물 또는 이들의 혼합물인, 리튬 이차 전지.The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the polyfunctional nitrile compound is a dinitrile compound, a trinitrile compound, or a mixture thereof. 청구항 1에 있어서, 상기 농도 경사 구간은 상기 중심부로부터 상기 표면부까지 전체적으로 형성된, 리튬 이차 전지.The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the concentration gradient section is formed entirely from the central portion to the surface portion.
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