KR20220026519A - Cobalt free positive active material for lithium secondary battery, and lithium secondary battery comprising the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 무코발트 양극활물질 및 이를 포함하는 리튬이차전지에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 코발트를 포함하지 않은 금속원소로 이루어져 있으며 층상형 구조를 갖는 무코발트 양극활물질 및 이를 포함하는 리튬이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a cobalt-free positive electrode active material and a lithium secondary battery containing the same, and more particularly, to a cobalt-free positive electrode active material made of a metal element not containing cobalt and having a layered structure, and a lithium secondary battery including the same will be.
스마트폰, MP3 플레이어, 태블릿 PC와 같은 휴대용 모바일 전자 기기의 발전으로, 전기 에너지를 저장할 수 있는 이차 전지에 대한 수요가 폭발적으로 증가하고 있다. 특히, 전기 자동차, 중대형 에너지 저장 시스템, 및 고 에너지 밀도가 요구되는 휴대 기기의 등장으로, 리튬 이차 전지에 대한 수요가 증가하고 있는 실정이다. With the development of portable mobile electronic devices such as smart phones, MP3 players, and tablet PCs, the demand for secondary batteries capable of storing electrical energy is increasing explosively. In particular, with the advent of electric vehicles, medium and large energy storage systems, and portable devices requiring high energy density, the demand for lithium secondary batteries is increasing.
이러한, 리튬 이차 전지에 대한 수요의 증가로, 리튬 이차 전지에 사용되는 양극활물질에 대한 연구 개발이 진행되고 있다. 예를 들어, 대한민국 특허공개공보 제10-2014-0119621호(출원번호 제10-2013-0150315호)에는 리튬 과량 양극활물질 제조용 전구체를 이용하여, 전구체에서 치환되는 금속의 종류 및 조성을 조절하고, 첨가되는 금속의 종류 및 첨가량을 조절하여, 고전압 용량 및 장수명 특성을 갖는 이차전지가 개시되어 있다.With such an increase in demand for lithium secondary batteries, research and development for positive electrode active materials used in lithium secondary batteries is in progress. For example, in Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2014-0119621 (Application No. 10-2013-0150315), a precursor for manufacturing an excess lithium positive electrode active material is used to control the type and composition of the metal substituted in the precursor, and add A secondary battery having high voltage capacity and long life characteristics by controlling the type and amount of metal to be used is disclosed.
본 발명의 목적은 코발트를 포함하지 않는 층상형 구조를 갖는 양극활물질로 고전압에서 전기화학적 특성 및 사이클 성능이 향상된 무코발트 양극활물질 및 이를 포함하는 리튬이차전지를 제공하기 위한 것이다.An object of the present invention is to provide a cobalt-free positive electrode active material having a layered structure that does not contain cobalt and having improved electrochemical properties and cycle performance at high voltage, and a lithium secondary battery including the same.
또한, 본 발명의 니켈, 망간, 리튬 이외의 첨가금속 등에 의한 효과가 향상된 무코발트 양극활물질 및 이를 포함하는 리튬이차전지를 제공하기 위함이다.In addition, it is to provide a cobalt-free positive electrode active material having an improved effect by an additive metal other than nickel, manganese, and lithium of the present invention and a lithium secondary battery including the same.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 상술된 것에 제한되지 않는다.The technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above.
상기 기술적 과제를 해결하기 본 발명은 양극활물질 및 양극을 제공한다. In order to solve the above technical problem, the present invention provides a positive electrode active material and a positive electrode.
일 실시예에 따르면, 아래 화학식 1로 표시되는 층상구조(layered structure)로 이루어지는 것인 리튬이차전지용 양극활물질을 포함한다.According to one embodiment, it includes a positive electrode active material for a lithium secondary battery that is composed of a layered structure represented by the following Chemical Formula 1.
[화학식 1][Formula 1]
Lia1Nix1Mny1O2 Li a1 Ni x1 Mn y1 O 2
(상기 화학식 1에서, 0.95≤a1≤1.15, x1+y1=1, 0.5≤x1≤0.99, 0.01≤y1≤0.5임)(In Formula 1, 0.95≤a1≤1.15, x1+y1=1, 0.5≤x1≤0.99, 0.01≤y1≤0.5)
일 실시예에 따르면, 아래 화학식 1로 표시되는 층상구조(layered structure)로 이루어지고, 양극전위를 기준으로 4.4V 이상의 전압에서 충전하는 것인 리튬이차전지용 양극활물질을 포함한다.According to an embodiment, it includes a positive electrode active material for a lithium secondary battery, which is formed of a layered structure represented by the following Chemical Formula 1 and is charged at a voltage of 4.4V or higher based on the positive electrode potential.
[화학식 1][Formula 1]
Lia1Nix1Mny1O2 Li a1 Ni x1 Mn y1 O 2
(상기 화학식 1에서, 0.95≤a1≤1.15, x1+y1=1, 0.5≤x1≤0.99, 0.01≤y1≤0.5임)(In Formula 1, 0.95≤a1≤1.15, x1+y1=1, 0.5≤x1≤0.99, 0.01≤y1≤0.5)
일 실시예에 따르면, 아래 화학식 2로 표시되는 층상구조(layered structure)로 이루어지는 것인 리튬이차전지용 양극활물질을 포함한다.According to one embodiment, it includes a positive electrode active material for a lithium secondary battery, which is composed of a layered structure represented by the following Chemical Formula 2.
[화학식 2][Formula 2]
Lia2Nix2Mny2Mz2O2 Li a2 Ni x2 Mn y2 M z2 O 2
(상기 화학식 2에서, 0.95≤a2≤1.15, x2+y2+z2=1, 0.5≤x2≤0.99, 0.01≤y2≤0.5. 0.001≤z2≤0.05이고, M은 주석(Sn), 몰리브데늄(Mo), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 붕소(B), 니오븀(Nb), 티타늄(Ti), 안티모니(Sb), 텔루륨(Te), 루테늄(Ru), 지르코늄(Zr), 로듐(Rh), 및 이리튬(Ir) 중 어느 하나 이상임)(In
일 실시예에 따르면, 상기 양극활물질은 양이온혼합(cation mixing)비율은 리튬층에서 존재하는 전이금속의 비율로, 상기 양이온혼합 비율은 1% 내지 12%이고, 상기 층상구조는 리튬(Li)만을 포함하는 리튬층(Li layer)과 전이금속만을 포함하는 전이금속층(transition metal layers)이 교대로 그리고 규칙적으로 배열되는 것을 포함하고, 상기 양이온혼합은 상기 리튬층을 구성하는 리튬과 상기 리튬층과 대면하는 상기 전이금속층을 구성하는 전이금속이 서로 치환되어 형성될 수 있다.According to one embodiment, in the positive electrode active material, the cation mixing ratio is the ratio of the transition metal present in the lithium layer, the cation mixing ratio is 1% to 12%, and the layered structure is only lithium (Li) A lithium layer including a lithium layer and a transition metal layer including only a transition metal are alternately and regularly arranged, wherein the cation mixture faces the lithium constituting the lithium layer and the lithium layer The transition metals constituting the transition metal layer may be formed by substituting with each other.
일 실시예에 따르면, 상기 양극활물질은 상기 층상구조로 이루어지되, 상기 양극활물질의 최외면에서 중심부를 향하는 방향으로 2㎛ 이내인 부분에는 양이온오더링(cation ordering)을 더 포함하고, 상기 층상구조는 리튬(Li)만을 포함하는 리튬층(Li layer)과 전이금속만을 포함하는 전이금속층(transition metal layers)이 교대로 그리고 규칙적으로 배열되는 것을 포함하고, 상기 양이온오더링은 상기 리튬층을 구성하는 리튬과 상기 리튬층과 대면하는 상기 전이금속층을 구성하는 전이금속이 서로 치환되어 형성될 수 있다.According to one embodiment, the positive electrode active material is made of the layered structure, the portion within 2㎛ in the direction from the outermost surface of the positive electrode active material toward the center further comprises a cation ordering (cation ordering), the layered structure is A lithium layer containing only lithium (Li) and a transition metal layer containing only a transition metal are alternately and regularly arranged, wherein the cation ordering includes lithium constituting the lithium layer and Transition metals constituting the transition metal layer facing the lithium layer may be substituted with each other.
일 실시예에 따르면, Cu-kα선을 이용한 X선 회절(XRD) 분석에 의하여 수득된 (104)면에 대한 피크의 반치폭(Full Width at Half-Maximum; FWHM)이 0.03V 이상이고, 상기 양극활물질은 충전시 H2-H3 상변이(phase transition)가 수행되는 영역대를 포함하되, 상기 H2-H3 상변이 영역대의 전압은 4.12V 내지 4.6V에서 형성될 수 있다.According to an embodiment, the Full Width at Half-Maximum (FWHM) of the peak for the (104) plane obtained by X-ray diffraction (XRD) analysis using Cu-kα ray is 0.03V or more, and the anode The active material includes a region in which H2-H3 phase transition is performed during charging, and the voltage of the H2-H3 phase transition region may be in a range of 4.12V to 4.6V.
일 실시예에 따르면, 상기 양극활물질의 단위 격자(unit lattice)의 c축의 격자상수(lattice parameter)는 충전 및 방전하는 과정에서 팽창 및 수축되고, 상기 c축의 격자상수의 변화량은 팽창시 2% 이하이고, 수축시 4.5% 이하일 수 있다.According to one embodiment, the lattice parameter of the c-axis of the unit lattice of the positive electrode active material expands and contracts during charging and discharging, and the amount of change in the lattice constant of the c-axis is 2% or less during expansion and may be 4.5% or less upon contraction.
일 실시예에 따르면, 상기 c축의 격자상수는 14.5Å 이하일 수 있다.According to an embodiment, the lattice constant of the c-axis may be 14.5 Å or less.
일 실시예에 따르면, 상기 양극전위를 기준으로 4.4V 이상의 전압에서 충전하는 것은 포메이션 단계 혹은 그 이후 수 사이클 혹은 매 사이클에서 수행할 수 있다.According to an embodiment, charging at a voltage of 4.4V or higher based on the positive potential may be performed in the formation step or several cycles or every cycle thereafter.
일 실시예에 따르면, 상기 양극활물질은 복수개의 일차입자가 응집된 이차입자로 이루어지고, 상기 이차입자의 입자강도는 120MPa 내지 250MPa일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 임피던스 측정에서 얻어지는 나이퀴스트 플롯(Nyquist plot)에서, Rct (charge transfer resistance)는 100사이클에서 30Ω 이하일 수 있다.According to an embodiment, the positive electrode active material may be formed of secondary particles in which a plurality of primary particles are aggregated, and the secondary particles may have a particle strength of 120 MPa to 250 MPa. According to an embodiment, in a Nyquist plot obtained from impedance measurement, Rct (charge transfer resistance) may be 30Ω or less at 100 cycles.
일 실시예에 따르면, 시차주사열량계를 이용한 열안정성 평가 방법에 따라 측정한 최대 발열 피크 온도(T)가 195℃ 내지 230℃일 수 있다.According to an embodiment, the maximum exothermic peak temperature (T) measured according to a thermal stability evaluation method using a differential scanning calorimeter may be 195°C to 230°C.
일 실시예에 따르면, 상기 양극활물질은 복수개의 일차입자가 응집된 이차입자로 이루어지고, 상기 일차입자는 상기 이차입자의 표면부에 구비되되 a축과 c축을 갖는 배향성입자를 포함하고, 상기 배향성입자의 a축 방향은 리튬이온의 확산경로(lithium ion diffusion path)에 대응하는 것을 포함할 수 있다.According to one embodiment, the positive electrode active material is made of secondary particles in which a plurality of primary particles are aggregated, and the primary particles are provided on the surface of the secondary particles and include oriented particles having an a-axis and a c-axis, and the orientation The a-axis direction of the particles may include those corresponding to a lithium ion diffusion path.
본 발명의 다른 측면에 따른 실시예는 양극활물질을 이용하는 양극; 상기 양극과 대면하는 그라파이트 또는 리튬메탈로 이루어지 음극; 상기 양극 및 음극 사이에 개재되는 세퍼레이터; 및 리튬염을 포함하는 전해액 또는 고체전해질;을 포함하는 리튬이차전지를 포함한다.An embodiment according to another aspect of the present invention is a positive electrode using a positive electrode active material; a negative electrode made of graphite or lithium metal facing the positive electrode; a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode; and a lithium secondary battery comprising a; and an electrolyte or a solid electrolyte containing a lithium salt.
일 실시예에 따르면, 상기 리튬이차전지의 충전 컷오프 전압(charging cutoff voltage)이 4.4V 이상일 수 있다.According to an embodiment, a charging cutoff voltage of the lithium secondary battery may be 4.4V or more.
이상 살펴본 바와 같은 본 발명에 따르면 고온안전성이 향상되고 높은 입자강도를 갖는 무코발트 양극활물질 및 이를 포함하는 리튬이차전지를 제공할 수 있다.According to the present invention as described above, it is possible to provide a cobalt-free positive electrode active material having improved high-temperature stability and high particle strength, and a lithium secondary battery including the same.
또한, 본 발명에 따르면 코발트를 포함하지 않고, 리튬, 니켈, 망간 및 첨가금속으로 이루어진 양극활물질로, 안정적인 층상형 구조를 가지면서 고전압에서 전기화학적 성능이 향상되어 장기사이클 성능이 향상된 무코발트 양극활물질 및 이를 포함하는 리튬이차전지를 제공할 수 있다.In addition, according to the present invention, it is a cathode active material that does not contain cobalt and is made of lithium, nickel, manganese, and an additive metal. It has a stable layered structure and has improved electrochemical performance at high voltage and thus long-term cycle performance is improved. and a lithium secondary battery including the same.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차입자를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 양극활물질의 단면의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 양극활물질에서 리튬이온의 이동을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 제조예 3에 따른 SEM 사진이다.
도 5는 제조예 1 내지 제조예 3에 따른 복합금속수산화물(a, b, c) 및 양극활물질(d, e, f)의 SEM 사진이다.
도 6 및 도 7은 제조예 1 내지 제조예 3의 4.3V 및 4.4V 충전한 양극활물질 입자의 SEM 사진이다.
도 8은 제조예 1 내지 제조예 3의 XRD spectra를 나타낸 도면이다.
도 9는 제조예 1 내지 제조예 3의 XRD pattern을 분석한 도면이다.
도 10은 제조예 1 내지 제조예 3의 1차 충방전(2.7V-4.4V)에서 dQ/dV 커브를 나타낸 도면이다.
도 11은 제조예 3의 In-situ XRD 분석에서, H2-H3 상변화(phase transition)를 나타낸 도면이다.
도 12는 제조예 1 내지 제조예 3의 In-situ XRD 분석에서, a축 및 c축 격자상수 (lattice parameter)를 나타낸 그래프이다.
도 13은 제조예 2, 제조예 3의 DSC 결과를 나타낸 그래프이다.
도 14는 제조예 1 내지 제조예 3의 전기화학적 저항을 나타낸 나이퀴스트 플롯(Nyquist plot)이다.
도 15는 제조예 2, 제조예 3의 30℃ 및 60℃의 각각의 온도에서 충방전 100사이클을 수행한 후 방전된 양극활물질의 SEM 사진이다.
도 16은 제조예 1 내지 제조예 3의 충전전압 컷오프를 (a)4.3V, (b)4.4V 각각으로 충전했을 때의 H2-H3 상변화를 나타낸 그래프이다.
도 17은 제조예 3에 따른 각각 충전전압을 4.23V, 4.4V로 한 후, 4.04V까지 방전했을 때의 상변화를 나타낸 그래프이다.
도 18은 제조예 3의 충전전압 컷오프를 다양하게 변화시키면서, 율특성을 확인한 그래프이다.
도 19 및 도 20은 제조예 3의 충전전압을 4.23V, 4.4V로 하여 각각에 대한 GITT(galvanostatic intermittent titration technique) 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 21 및 도 22는 제조예 2, 3의 충전전압을 4.23V, 4.4V로 하여 각각에 대한 방전율특성을 확인한 결과이다.
도 23은 제조예 2, 3에 대한 -10℃에서의 2.7V-4.4V 충전특성을 확인한 결과이다.
도 24는 제조예 4에 따른 복합금속수산화물의 SEM 사진이다.
도 25는 제조예 4에 따른 양극활물질의 SEM 사진이다.
도 26은 제조예 6에 따른 양극활물질의 SEM 사진이다.
도 27은 제조예 9에 따른 양극활물질의 SEM 사진이다.
도 28은 제조예 4 내지 제조예 7에 따른 충전전압에 따른 H2-H3 상변화를 나타낸 그래프이다.
도 29는 제조예 4, 제조예 8, 제조예 9에 따른 충전전압에 따른 H2-H3 상변화를 나타낸 그래프이다.
도 30은 제조에 4, 제조예 10에 따른 충전전압에 따른 H2-H3 상변화를 나타낸 그래프이다.
도 31은 제조에 4, 제조예 11에 따른 충전전압에 따른 H2-H3 상변화를 나타낸 그래프이다.
도 32는 제조에 4, 제조예 12에 따른 충전전압에 따른 H2-H3 상변화를 나타낸 그래프이다.
도 33은 제조에 4, 제조예 16에 따른 충전전압에 따른 H2-H3 상변화를 나타낸 그래프이다.
도 34는 제조예 4 내지 제조예 6, 제조예 8, 제조예 16에 따른 충전전압에 따른 H2-H3 상변화를 나타낸 그래프이다.
도 35는 제조예 4와 제조예 9 내지 제조예 14에 따른 충전전압에 따른 H2-H3 상변화를 나타낸 그래프이다.1 is a view schematically showing secondary particles according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram of a cross-section of a cathode active material according to an embodiment of the present invention.
3 is a view schematically showing the movement of lithium ions in the positive electrode active material according to an embodiment of the present invention.
4 is an SEM photograph according to Preparation Example 3.
5 is an SEM photograph of the composite metal hydroxide (a, b, c) and the positive electrode active material (d, e, f) according to Preparation Examples 1 to 3;
6 and 7 are SEM photographs of the positive electrode active material particles charged with 4.3V and 4.4V of Preparation Examples 1 to 3.
8 is a view showing XRD spectra of Preparation Examples 1 to 3;
9 is a view analyzing XRD patterns of Preparation Examples 1 to 3;
10 is a view showing a dQ/dV curve in the first charge/discharge (2.7V-4.4V) of Preparation Examples 1 to 3;
11 is a diagram showing H2-H3 phase transition in the in-situ XRD analysis of Preparation Example 3;
12 is a graph showing a-axis and c-axis lattice parameters in the in-situ XRD analysis of Preparation Examples 1 to 3;
13 is a graph showing the DSC results of Preparation Example 2 and Preparation Example 3.
14 is a Nyquist plot showing the electrochemical resistance of Preparation Examples 1 to 3;
15 is an SEM photograph of the cathode active material discharged after 100 cycles of charging and discharging at each temperature of 30° C. and 60° C. of Preparation Examples 2 and 3;
16 is a graph showing the phase change of H2-H3 when the charging voltage cut-off of Preparation Examples 1 to 3 is charged to (a) 4.3V and (b) 4.4V, respectively.
17 is a graph showing a phase change when the charging voltages according to Preparation Example 3 were set to 4.23V and 4.4V, respectively, and then discharged to 4.04V.
18 is a graph confirming the rate characteristics while variously changing the cut-off of the charging voltage of Preparation Example 3;
19 and 20 are graphs showing the galvanostatic intermittent titration technique (GITT) analysis results for each of the charging voltages of Preparation Example 3 as 4.23V and 4.4V.
21 and 22 show the results of confirming the discharge rate characteristics of Preparation Examples 2 and 3 by setting the charging voltages to 4.23V and 4.4V, respectively.
23 is a result of confirming the charging characteristics of 2.7V-4.4V at -10 ℃ for Preparation Examples 2 and 3.
24 is an SEM photograph of the composite metal hydroxide according to Preparation Example 4.
25 is an SEM photograph of the positive electrode active material according to Preparation Example 4.
26 is an SEM photograph of the positive electrode active material according to Preparation Example 6.
27 is an SEM photograph of the positive electrode active material according to Preparation Example 9;
28 is a graph showing the phase change of H2-H3 according to the charging voltage according to Preparation Examples 4 to 7;
29 is a graph showing the H2-H3 phase change according to the charging voltage according to Preparation Example 4, Preparation Example 8, and Preparation Example 9;
30 is a graph showing the phase change of H2-H3 according to the charging voltage according to
31 is a graph showing the phase change of H2-H3 according to the charging voltage according to
32 is a graph showing the phase change of H2-H3 according to the charging voltage according to
33 is a graph showing the phase change of H2-H3 according to the charging voltage according to
34 is a graph showing the phase change of H2-H3 according to the charging voltage according to Preparation Examples 4 to 6, Preparation Example 8, Preparation Example 16.
35 is a graph showing the phase change of H2-H3 according to the charging voltage according to Preparation Example 4 and Preparation Examples 9 to 14.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the technical spirit of the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed subject matter may be thorough and complete, and the spirit of the present invention may be sufficiently conveyed to those skilled in the art.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. In this specification, when a component is referred to as being on another component, it means that it may be directly formed on the other component or a third component may be interposed therebetween. In addition, in the drawings, thicknesses of films and regions are exaggerated for effective description of technical content.
또한, 본 명세서의 다양한 실시예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시예는 그것의 상보적인 실시예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.Also, in various embodiments of the present specification, terms such as first, second, third, etc. are used to describe various components, but these components should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another. Accordingly, what is referred to as a first component in one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment. Each embodiment described and illustrated herein also includes a complementary embodiment thereof. In addition, in this specification, 'and/or' is used in the sense of including at least one of the components listed before and after.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. In the specification, the singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In addition, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate that a feature, number, step, element, or a combination thereof described in the specification exists, but one or more other features, number, step, configuration It should not be construed as excluding the possibility of the presence or addition of elements or combinations thereof.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.In addition, in the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related well-known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
또한, 본 출원 명세서에서, 특정 부분에서 제1 결정 구조의 비율이 제2 결정 구조의 비율보다 높다는 것은, 상기 특정 부분이 상기 제1 결정 구조 및 상기 제2 결정 구조를 모두 포함하되, 상기 특정 부분에서 상기 제1 결정 구조의 비율이 상기 제2 결정 구조의 비율보다 높다는 것을 의미하는 것은 물론, 상기 특정 부분이 상기 제1 결정 구조만을 갖는다는 것을 포함하는 의미로 해석된다. In addition, in the present application, when the ratio of the first crystal structure in the specific portion is higher than the ratio of the second crystal structure, the specific portion includes both the first crystal structure and the second crystal structure, but the specific portion In , it is interpreted to mean that the ratio of the first crystal structure is higher than the ratio of the second crystal structure, and also means that the specific portion has only the first crystal structure.
또한, 본 출원 명세서에서, 결정계(crystal system)는 삼사정계(triclinic), 단사정계(monoclinic), 사방정계(orthorhombic), 정방정계(tetragonal), 삼방정계(trigonal 또는 rhombohedral), 육방정계(hexagonal), 및 입방정계(cubic)의 7개로 구성될 수 있다. In addition, in the present application, the crystal system (crystal system) is triclinic, monoclinic, orthorhombic, tetragonal, trigonal or rhombohedral, hexagonal. , and may be composed of 7 pieces of a cubic system.
또한, 본 출원 명세서에서 "mol%"는 양극활물질 또는 복합금속수산화물(양극활물질 전구체)에서 리튬과 산소를 제외한 나머지 금속의 합을 100%로 가정했을 경우, 양극활물질 또는 복합금속수산화물에 포함된 임의의 금속의 함량을 나타내는 의미로 해석된다.In addition, in the present application, "mol%" is a positive electrode active material or composite metal hydroxide (positive electrode active material precursor), when the sum of the remaining metals except lithium and oxygen is assumed to be 100%, any included in the positive electrode active material or composite metal hydroxide It is interpreted as meaning indicating the content of metals in
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차입자를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 양극활물질의 단면의 모식도이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 양극활물질에서 리튬이온의 이동을 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a view schematically showing secondary particles according to an embodiment of the present invention. 2 is a schematic diagram of a cross-section of a cathode active material according to an embodiment of the present invention. 3 is a view schematically showing the movement of lithium ions in the positive electrode active material according to an embodiment of the present invention.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 양극활물질은 대략 구형을 갖는 이차입자(100)로 이루어질 수 있으며, 상기 이차입자(100)는 중심부(10)와 표면부(20)로 구분되며 복수개의 일차입자(30)가 응집되어 형성될 수 있다. 상기 일차입자(30)는 층상(layered) 구조로 이루어질 수 있다.1 to 3, the positive electrode active material according to the embodiment of the present invention may be made of
상기 이차입자(100)에서 상기 중심부(10)를 구성하는 일차입자(30)와 상기 표면부(20)를 구성하는 일차입자(30)는 크기가 같거나 상이할 수 있으며, 상기 표면부(20)를 구성하는 일차입자(30)은 장축 및 단축을 갖는 형상으로 구비되며, 상기 표면부(20)를 구성하는 일차입자(30)의 적어도 일부는 상기 이차입자(100)의 중심부(10)를 향하는 방향으로 배열될 수 있다. 상기 표면부(20)를 구성하는 일차입자(30)의 적어도 일부는 방사형태로 구비될 수 있다.In the
상기 이차입자(100)는 중심부(10)와 표면부(20) 사이의 중공이 형성되거나, 혹은 중심부(10)와 표면부(20) 사이의 결정형태가 상이하거나, 혹은 중심부(10)를 제조한 후 상기 중심부(10)를 둘러싸도록 표면부(20)를 제조함으로써, 중심부(10)와 표면부(20) 사이의 이미지의 차이가 형성될 수 있으며, 이에 코어(core)와 쉘(shell)로 구분되는 형태로 구비될 수 있다.The
상기 일차입자(30)들은, 상기 이차입자 내부의 일 영역에서 상기 이차입자의 표면(20)을 향하여 방사(放射, radiate)되는 방향으로 연장할 수 있다. 상기 이차입자 내부의 일 영역은 상기 이차입자의 중심부(10)일 수 있다. 다시 말하면, 상기 일차입자(30)는 플레이크형태(flake type)로 구비될 수 있으며, 상기 일차입자(30)의 단면은 상기 이차입자 내부의 상기 일 영역에서 상기 이차입자의 상기 표면(20)을 향하여 연장되는 로드쉐입(rod shape) 형태일 수 있다.The
상기 로드쉐입 형태를 갖는 상기 일차입자(30)들 사이, 다시 말하면, 상기 이차입자의 상기 중심부(10)에서 상기 표면부(20) 방향(D)으로 연장된 상기 일차입자(30)들 사이에, 금속 이온(예를 들어, 리튬 이온) 및 전해질의 이동 경로가 제공될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 양극활물질은, 이차 전지의 충방전 효율이 향상될 수 있다. Between the
예컨대, 상기 일차입자의 적어도 일부는 단축인 c축 방향의 길이와 장축인 a축 방향의 길이를 갖도록 구비될 수 있다. 예컨대, 상기 일차입자는 c축 방향 길이에 대한 a축 방향의 길이가 더 길게 구비되어 종횡비가 1 이상인 로드쉐입(rod shape)형태로 구비될 수 있다.For example, at least a portion of the primary particles may be provided to have a length in a c-axis direction, which is a minor axis, and a length in an a-axis direction, which is a major axis. For example, the primary particles may have a longer length in the a-axis direction with respect to the length in the c-axis direction, and thus may be provided in the form of a rod shape having an aspect ratio of 1 or more.
일 실시예에 따르면, 상기 이차입자 내부의 상기 중심부(10)에 상대적으로 인접한 상기 일차입자(30)보다, 상기 이차입자의 상기 표면부(20)에 상대적으로 인접한 상기 일차입자(30)가, 상기 이차입자의 내부의 중심부(10)에서 상기 이차입자의 표면부(20)을 향하는 방향으로, 더 긴 길이를 가질 수 있다. 다시 말하면, 상기 이차입자의 상기 중심부(10)에서 상기 표면부(20)로 연장하는 상기 이차입자의 적어도 일부분에서, 상기 일차입자(30)들의 길이가, 상기 이차입자의 상기 표면부(20)에 인접할수록, 증가될 수 있다.According to one embodiment, the
본 발명의 일측면에 따르면, 본 발명의 실시예는 아래 화학식 1로 표시되는 층상구조(layered structure)로 이루어지는 것인 리튬이차전지용 양극활물질을 포함할 수 있다.According to one aspect of the present invention, an embodiment of the present invention may include a positive electrode active material for a lithium secondary battery, which is composed of a layered structure represented by the following formula (1).
[화학식 1][Formula 1]
Lia1Nix1Mny1O2 Li a1 Ni x1 Mn y1 O 2
(상기 화학식 1에서, 0.95≤a1≤1.15, x1+y1=1, 0.5≤x1≤0.99, 0.01≤y1≤0.5임)(In
또한, 상기 화학식 1로 표시되며, 층상구조로 이루어지되 양극전위를 기준으로 4.4V 이상의 전압에서 충전하는 리튬이차전지용 양극활물질을 포함할 수 있다.In addition, it may include a cathode active material for a lithium secondary battery, which is represented by
본 실시예에 따른 리튬이차전지용 양극활물질은, 니켈 및 망간을 포함하는 복합금속수산화물을 제조하고, 상기 복합금속수산화물을 리튬화합물과 함께 혼합하여 소성하여 소성체인 양극활물질로 제조될 수 있다.The positive electrode active material for a lithium secondary battery according to the present embodiment may be prepared as a sintered positive electrode active material by preparing a composite metal hydroxide containing nickel and manganese, mixing the composite metal hydroxide with a lithium compound and firing the composite metal hydroxide.
상기 복합금속수산화물 중에서 상기 니켈 및 망간은 벌크(bulk)형태로 상기 복합금속수산화물의 전체에서 일정한 농도를 갖도록 구비될 수 있다.Among the composite metal hydroxides, the nickel and manganese may be provided to have a constant concentration in the entirety of the composite metal hydroxide in the form of bulk.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명의 양극활물질은 아래 화학식 2로 표시되는 층상구조(layered structure)로 이루어질 수 있다.According to another aspect of the present invention, the positive electrode active material of the present invention may be formed of a layered structure represented by the following formula (2).
[화학식 2][Formula 2]
Lia2Nix2Mny2Mz2O2 Li a2 Ni x2 Mn y2 M z2 O 2
(상기 화학식 2에서, 0.95≤a2≤1.15, x2+y2+z2=1, 0.5≤x2≤0.99, 0.01≤y2≤0.5. 0.001≤z2≤0.05이고, M은 주석(Sn), 안티모니(Sb), 텔루륨(Te), 몰리브데늄(Mo), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 붕소(B), 니오븀(Nb), 티타늄(Ti), 루테늄(Ru), 지르코늄(Zr), 로듐(Rh), 및 이리튬(Ir) 중 어느 하나 이상임)(In
상기 M은 첨가금속일 수 있으며, 상기 양극활물질 중 상기 첨가금속의 평균농도는 0.01mol% 내지 5mol%, 또는 0.05mol% 내지 2mol%, 구체적으로는 0.1mol% 내지 2mol%일수 있다.M may be an additive metal, and the average concentration of the additive metal in the positive electrode active material may be 0.01 mol% to 5 mol%, or 0.05 mol% to 2 mol%, specifically, 0.1 mol% to 2 mol%.
상기 양극활물질의 전체에서 상기 첨가금속의 평균농도가 0.1mol% 미만이면 상기 첨가금속이 이차입자를 구성하는 일차입자에 전체적으로 균일하게 분포하지 않아 문제되고, 2mol% 초과이면 용량을 저하시킬 수 있어 문제된다.If the average concentration of the added metal in the total of the positive electrode active material is less than 0.1 mol%, the additive metal is not uniformly distributed throughout the primary particles constituting the secondary particles, and if it exceeds 2 mol%, the capacity may be reduced. do.
상기 첨가금속은 상기 복합금속수산화물을 제조하는 과정에서, 상기 망간 및 니켈과 함께 첨가되어 제조되거나(습식첨가), 혹은 망간 및 니켈로 이루어진 복합금속수산화물을 상기 리튬화합물과 함께 첨가될 수 있다(건식첨가).The additive metal may be prepared by being added together with the manganese and nickel (wet addition) in the process of preparing the composite metal hydroxide, or a composite metal hydroxide made of manganese and nickel may be added together with the lithium compound (dry type). adding).
상기 양극활물질은 양이온혼합(cation mixing)비율은 리튬층에서 존재하는 전이금속의 비율로, 상기 전이금속이 전이금속층이 아닌 리튬층에 있는 비율이 1% 내지 12%일 수 있다. 상기 층상구조는 리튬(Li)만을 포함하는 리튬층(Li layer)과 전이금속만을 포함하는 전이금속층(transition metal layers)이 교대로 그리고 규칙적으로 배열되는 것을 포함하고, 상기 양이온혼합은 상기 리튬층을 구성하는 리튬과 상기 리튬층과 대면하는 상기 전이금속층을 구성하는 전이금속이 서로 치환되어 형성될 수 있다.In the cathode active material, a cation mixing ratio is a ratio of a transition metal present in the lithium layer, and a ratio of the transition metal in the lithium layer rather than the transition metal layer may be 1% to 12%. The layered structure includes that a lithium layer containing only lithium (Li) and a transition metal layer containing only a transition metal are alternately and regularly arranged, and the cation mixing is the lithium layer Lithium constituting the lithium and the transition metal constituting the transition metal layer facing the lithium layer may be formed by substituting each other.
상기 양극활물질은 리튬, 전이금속 및 산소를 포함하고, 상기 일차입자는 리튬만을 포함하는 리튬층(Li layer)과 전이금속만을 포함하는 전이금속층(transition metal layers)이 교대로 그리고 규칙적으로 배열되는 층상(layered) 결정구조를 포함하되, 상기 이차입자의 표면부, 예컨대 상기 이차입자의 최외면에서 중심부를 향하는 방항으로 2㎛ 이내의 영역에서는 양이온오더링(cation ordering)가 포함될 수 있다. The cathode active material includes lithium, a transition metal and oxygen, and the primary particles are layered in which a lithium layer containing only lithium and a transition metal layer containing only a transition metal are alternately and regularly arranged. Including a (layered) crystal structure, a cation ordering may be included in the surface portion of the secondary particle, for example, in a region within 2 μm in a direction from the outermost surface of the secondary particle to the center.
구체적으로, 본 실시예에 따른 양극활물질은 리튬만으로 이루어진 리튬층, 망간만으로 이루어진 망간층이 사이에 산소층을 개재하면서 규칙적으로 리튬층, 산소층, 전이금속층(예컨대, 니켈층, 망간층)이 서로 교대로 정렬되어 구비되는 층상구조일 수 있다. 반면, 본 실시예에 따른 양극활물질은 니켈, 망간을 포함하는 반면, 코발트를 포함하지 않고, 이에 양극활물질의 이차입자의 표면부에서는 상기 리튬층을 구성하는 리튬과 상기 리튬층과 대면하는 상기 전이금속층을 구성하는 전이금속이 서로 치환되어 자리바꿈이 형성되고 이에 의하여 양이온오더링이 형성된다. Specifically, in the positive electrode active material according to this embodiment, a lithium layer, an oxygen layer, and a transition metal layer (eg, a nickel layer, a manganese layer) are regularly formed with an oxygen layer interposed between a lithium layer made of only lithium and a manganese layer made of only manganese. It may be a layered structure in which they are alternately aligned with each other. On the other hand, the positive electrode active material according to this embodiment contains nickel and manganese, but does not contain cobalt, and thus, in the surface portion of the secondary particles of the positive electrode active material, lithium constituting the lithium layer and the transition facing the lithium layer Transition metals constituting the metal layer are substituted with each other to form a displacement, thereby forming a cation ordering ring.
상기 양이온오더링은 리튬층에는 리튬만이 존재하고, 전이금속층에는 전이금속만이 존재해야 하나 서로 대면하는 리튬층과 전이금속층에서 각각의 리튬과 전이금속이 1:1로 자리 교환을 하여 형성되는 질서있는 격자의 형태이다. 리튬층의 리튬이 전이금속과 교환하여 형성된 것을 리튬-전이금속층이라고 하고, 전이금속층의 전이금속이 리튬층의 리튬과 교환하여 형성된 것을 전이금속-리튬층이라고 하는 경우, 상기 양이온오더링 구조는 상기 리튬-전이금속층과 전이금속-리튬층이 서로 교대로 규칙적으로 구비되는 구조를 의미한다. In the cation ordering, only lithium exists in the lithium layer and only transition metals exist in the transition metal layer, but in the lithium layer and the transition metal layer facing each other, each lithium and transition metal are exchanged 1:1 to form an order in the form of a grid. When the lithium in the lithium layer is formed by exchanging the transition metal with the transition metal is called a lithium-transition metal layer, and the transition metal in the transition metal layer is formed by exchanging the lithium in the lithium layer is called the transition metal-lithium layer, the cation ordering structure is the lithium - It means a structure in which the transition metal layer and the transition metal-lithium layer are provided alternately and regularly.
상기 리튬-전이금속층과 전이금속-리튬층에 의하여 형성된 격자는 리튬층과 전이금속층에 의하여 형성된 격자에 비하여 a축이 증가된 장범위 규칙성 격자 (long range ordering lattice)를 포함할 수 있으며, 예컨대 리튬층과 전이금속층에 의하여 형성된 격자보다 2배수로 a축이 증가되는 초격자 (superlattice)를 포함할 수 있다.The lattice formed by the lithium-transition metal layer and the transition metal-lithium layer may include a long range ordering lattice in which the a-axis is increased compared to the lattice formed by the lithium layer and the transition metal layer, for example, It may include a superlattice in which the a-axis is increased twice as much as the lattice formed by the lithium layer and the transition metal layer.
본 실시예에 따른 양극활물질은, Cu-kα선을 이용한 X선 회절(XRD) 분석에 의하여 수득된 (104)면에 대한 피크의 반치폭(Full Width at Half-Maximum; FWHM)이 0.03V 이상이고, 상기 양극활물질은 충전시 H2-H3 상변이(phase transition)가 수행되는 영역대를 포함하되, 상기 H2-H3 상변이 영역대의 전압은 4.12V 내지 4.6V에서 형성될 수 있다.The cathode active material according to this embodiment has a full width at half-maximum (FWHM) of 0.03V or more for the (104) plane obtained by X-ray diffraction (XRD) analysis using Cu-kα rays, and , wherein the cathode active material includes a region in which H2-H3 phase transition is performed during charging, and a voltage of the H2-H3 phase transition region may be formed in a range of 4.12V to 4.6V.
또한, 상기 양극활물질의 단위 격자(unit lattice)의 c축의 격자상수(lattice parameter)는 충전 및 방전하는 과정에서 팽창 및 수축되고, 상기 c축의 격자상수의 변화량은 팽창시 2% 이하이고, 수축시 4.5% 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 c축의 격자상수는 14.5Å 이하일 수 있다.In addition, the lattice parameter of the c-axis of the unit lattice of the positive electrode active material expands and contracts in the process of charging and discharging, and the amount of change in the lattice constant of the c-axis is 2% or less during expansion and contraction. 4.5% or less. Specifically, the lattice constant of the c-axis may be 14.5 Å or less.
본 실시예에 따른 양극활물질은, 상기 양극전위를 기준으로 4.4V 이상의 전압에서 충전하는 것은 포메이션 단계 혹은 그 이후 수 사이클 혹은 매 사이클에서 수행할 수 있다.In the positive electrode active material according to the present embodiment, charging at a voltage of 4.4V or higher based on the positive electrode potential may be performed in the formation step or several cycles or every cycle thereafter.
또한, 임피던스 측정에서 얻어지는 나이퀴스트 플롯(Nyquist plot)에서, Rct (charge transfer resistance)는 100사이클에서 30Ω 이하일 수 있다. 시차주사열량계를 이용한 열안정성 평가 방법에 따라 측정한 최대 발열 피크 온도(T)가 195℃ 내지 230℃일 수 있다.In addition, in a Nyquist plot obtained from impedance measurement, Rct (charge transfer resistance) may be 30 Ω or less at 100 cycles. The maximum exothermic peak temperature (T) measured according to a thermal stability evaluation method using a differential scanning calorimeter may be 195°C to 230°C.
상기 일차입자는 상기 이차입자의 표면부에 구비되되 a축과 c축을 갖는 배향성입자를 포함할 수 있다. 상기 배향성입자의 a축 방향은 리튬이온의 확산경로(lithium ion diffusion path)에 대응할 수 있다.The primary particles may include oriented particles provided on the surface of the secondary particles having an a-axis and a c-axis. The a-axis direction of the oriented particles may correspond to a lithium ion diffusion path.
상기 일차입자는 배향성입자를 더 포함할 수 있는데, 상기 배향성입자는 대략 상기 이차입자의 표면부에 구비될 수 있다. 구체적으로, 상기 이차입자는 중심부와 표면부를 갖는 구형의 형상으로 이루어지며, 상기 배향성입자는 상기 이차입자의 표면부, 즉 전해액과 접촉하는 부분에 구비될 수 있다.The primary particles may further include oriented particles, and the oriented particles may be provided on a surface portion of the secondary particles. Specifically, the secondary particles may have a spherical shape having a central portion and a surface portion, and the oriented particles may be provided on a surface portion of the secondary particles, that is, a portion in contact with the electrolyte.
상기 배향성입자가 이차입자의 최외면에서 상기 이차입자의 중심을 향하여 정렬되어 구비되고, 따라서 리튬이온 확산의 용이하도록 이동통로를 제공할 수 있다. 또한, 상기 이차입자의 외면이 상기 배향성입자에 의하여 구조적으로 정렬되어 있으므로, 충방전이 진행되는 과정에서 발생하는 일차입자의 부피변화가 가역적으로 진행되고, 이에 의하여 마이크로 크랙 등이 발생되는 것을 방지할 수 있다.The oriented particles are arranged from the outermost surface of the secondary particles toward the center of the secondary particles, and thus may provide a movement path to facilitate lithium ion diffusion. In addition, since the outer surface of the secondary particles is structurally aligned by the oriented particles, the volume change of the primary particles occurring in the process of charging and discharging proceeds reversibly, thereby preventing microcracks, etc. from occurring can
배향성이 향상된 이차입자의 표면부에 구비되는 일차입자인 배향성입자는 서로 이웃하는 입자들 사이의 간격이 대략 일정하도록 유지되고, 충방전을 수행하는 과정에서 일차입자의 수축 및 팽창의 부피변화에 의한 마이크로 크랙 발생을 억제하여 수명특성을 향상시킬 수 있다.The oriented particles, which are primary particles provided on the surface of the secondary particles with improved orientation, maintain an approximately constant distance between neighboring particles, and are caused by the volume change of contraction and expansion of the primary particles in the process of charging and discharging. It is possible to improve the life characteristics by suppressing the occurrence of micro-cracks.
상기 이차입자의 표면부에 구비되는 일차입자는, a축과 c축을 갖는 층상형(layered) 결정구조를 갖는 로드쉐입(rod shape)의 형상으로 이루어질 수 있으며, 상기 양극활물질은 복수개의 일차입자가 응집된 이차입자로 이루어지고, 상기 이차입자의 입자강도는 120MPa 내지 250MPa일 수 있다. The primary particles provided on the surface of the secondary particles may have a rod shape having a layered crystal structure having an a-axis and a c-axis, and the cathode active material includes a plurality of primary particles. It consists of agglomerated secondary particles, and the particle strength of the secondary particles may be 120 MPa to 250 MPa.
상기 양극활물질은 전술한 범위의 입자강도를 가짐으로써 이차전지에 이용하는 과정에서 극판 합제 밀도가 감소되지 않으며, 결과적으로 안전성 및 고율 특성이 우수한 리튬 이차전지를 구현할 수 있다. Since the positive electrode active material has a particle strength in the above-mentioned range, the electrode plate mixture density is not reduced in the process of using it for a secondary battery, and as a result, a lithium secondary battery having excellent safety and high rate characteristics can be implemented.
본 실시예에 따른 양극활물질은 니켈리치(Ni-rich), 예컨대 60mol% 이상, 또는 65mol% 이상, 또는 70mol% 이상, 또는 75mol% 이상, 또는 90mol% 이상의 니켈을 포함할 수 있다.The positive electrode active material according to the present embodiment may include nickel-rich (Ni-rich), for example, 60 mol% or more, or 65 mol% or more, or 70 mol% or more, or 75 mol% or more, or 90 mol% or more of nickel.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 양극활물질을 이용하는 양극; 상기 양극과 대면하는 그라파이트 또는 리튬메탈로 이루어지 음극; 상기 양극 및 음극 사이에 개재되는 세퍼레이터; 및 리튬염을 포함하는 전해액 또는 고체전해질;을 포함하는 리튬이차전지를 포함한다. 상기 리튬이차전지의 충전 컷오프 전압(charging cutoff voltage)이 4.4V 이상일 수 있다. According to another aspect of the present invention, a positive electrode using the above-described positive electrode active material; a negative electrode made of graphite or lithium metal facing the positive electrode; a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode; and a lithium secondary battery comprising a; and an electrolyte or a solid electrolyte containing a lithium salt. A charging cutoff voltage of the lithium secondary battery may be 4.4V or more.
이하 본 발명의 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나, 하기 실시예들은 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명의 권리 범위가 하기 실시예들에 의하여 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, Examples and Comparative Examples of the present invention will be described. However, the following examples are only preferred examples of the present invention, and the scope of the present invention is not limited by the following examples.
1. 양극활물질의 제조1. Preparation of positive electrode active material
제조예 1(NC90)Production Example 1 (NC90)
공침 반응기(용량 47L, 회전 모터의 출력 750W 이상)에 증류수 10 리터를 넣은 뒤 N2 가스를 반응기에 6리터/분의 속도로 공급하고, 반응기의 온도를 45℃로 유지시키면서 350 rpm으로 교반하였다. 황산니켈 수용액(NiSO46H2O, 삼전화학), 황산코발트 수용액(CoSO47H2O, 삼전화학)을 니켈(Ni) 및 코발트(Co)의 몰비가 90:10가 되도록 하는 양으로 혼합하여 2M 농도인 금속용액을 제조하였다. 제조된 금속용액을 0.561 리터/시간으로, 16M 농도 농도의 암모니아 용액(NH4OH, JUNSEI)을 0.11리터/시간으로, 4M 농도의 수산화나트륨 용액(NaOH, 삼전화학)을 0.60리터/시간으로 각각 반응기에 24시간 동안 연속적으로 투입하였다. 반응기 내의 pH를 10 내지 12 범위 상태를 유지하며 공침반응을 수행하여 Ni0.9Co0.1(OH)2 복합금속수산화물을 제조하였다. After 10 liters of distilled water was put into the coprecipitation reactor (capacity 47L, output of the rotary motor 750W or more), N 2 gas was supplied to the reactor at a rate of 6 liters/minute, and the temperature of the reactor was maintained at 45° C. and stirred at 350 rpm. . Nickel sulfate aqueous solution (NiSO 4 6H 2 O, Samjeon Chemical) and cobalt sulfate aqueous solution (CoSO 4 7H 2 O, Samjeon Chemical) are mixed in an amount such that the molar ratio of nickel (Ni) and cobalt (Co) is 90:10. A metal solution having a concentration of 2M was prepared. The prepared metal solution was 0.561 liters/hour, 16M ammonia solution (NH 4 OH, JUNSEI) was 0.11 liters/hour, and 4M sodium hydroxide solution (NaOH, Samjeon Chemical) was 0.60 liters/hour, respectively. It was continuously introduced into the reactor for 24 hours. The co-precipitation reaction was performed while maintaining the pH in the reactor in the range of 10 to 12 to prepare Ni 0.9 Co 0.1 (OH) 2 composite metal hydroxide.
제조된 복합금속수산화물을 여과하고, 증류수를 이용하여 여러번 세척한 후에 110℃ 진공 건조기에서 12시간 건조시켜 파우더형태로 제조하였다. 파우더형태로 제조된 복합금속수산화물 및 수산화리튬(LiOH)을 1:1.01의 몰비로 혼합한 후에 2℃/min의 승온 속도로 가열한 후 450℃에서 5시간 유지시켜 예비 소성을 수행하였으며, 뒤이어 730℃에서 10시간 소성시켜, 양극활물질 분말을 제조하고 이를 표 1에 나타내었다.The prepared composite metal hydroxide was filtered, washed several times with distilled water, and dried in a vacuum dryer at 110° C. for 12 hours to prepare a powder. After mixing the composite metal hydroxide and lithium hydroxide (LiOH) prepared in powder form at a molar ratio of 1:1.01, heating was performed at a temperature increase rate of 2°C/min and maintained at 450°C for 5 hours to perform preliminary firing, followed by 730 It was calcined at ℃ for 10 hours to prepare a cathode active material powder, which is shown in Table 1.
제조예 2(NCM90)Preparation 2 (NCM90)
공침 반응기(용량 47L, 회전 모터의 출력 750W 이상)에 증류수 10 리터를 넣은 뒤 N2 가스를 반응기에 6리터/분의 속도로 공급하고, 반응기의 온도를 45℃로 유지시키면서 350 rpm으로 교반하였다. 황산니켈 수용액(NiSO46H2O, 삼전화학), 황산코발트 수용액(CoSO47H2O, 삼전화학), 황산망간 수용액(MnSO4H2O, 삼전화학)을 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn)의 몰비가 90:5:5이 되도록 하는 양으로 혼합하여 2M 농도인 금속용액을 제조하였다. 제조된 금속용액을 0.561 리터/시간으로, 16M 농도의 암모니아 용액(NH4OH, JUNSEI)을 0.08리터/시간으로, 4M 농도의 수산화나트륨 용액(NaOH, 삼전화학)을 0.60리터/시간으로 각각 반응기에 24시간 동안 연속적으로 투입하였다. 반응기 내의 pH를 10 내지 12 범위 상태를 유지하며 공침반응을 수행하여 Ni0.9Co0.05Mn0.05(OH)2 복합금속수산화물을 제조하였다. After 10 liters of distilled water was put into the coprecipitation reactor (capacity 47L, output of the rotary motor 750W or more), N 2 gas was supplied to the reactor at a rate of 6 liters/minute, and the temperature of the reactor was maintained at 45° C. and stirred at 350 rpm. . Nickel sulfate aqueous solution (NiSO 4 6H 2 O, Samjeon Chemical), cobalt sulfate aqueous solution (CoSO 4 7H 2 O, Samjeon Chemical), and manganese sulfate aqueous solution (MnSO 4 H 2 O, Samjeon Chemical) were mixed with nickel (Ni), cobalt (Co ) and manganese (Mn) were mixed in an amount such that the molar ratio was 90:5:5 to prepare a metal solution having a concentration of 2M. The prepared metal solution was 0.561 liters/hour, 16M ammonia solution (NH 4 OH, JUNSEI) was 0.08 liters/hour, and 4M sodium hydroxide solution (NaOH, Samchun Chemical) was 0.60 liters/hour, respectively. was continuously added for 24 hours. The co-precipitation reaction was performed while maintaining the pH in the reactor in the range of 10 to 12 to prepare Ni 0.9 Co 0.05 Mn 0.05 (OH) 2 composite metal hydroxide.
제조된 복합금속수산화물을 여과하고, 증류수를 이용하여 여러번 세척한 후에 110℃ 진공 건조기에서 12시간 건조시켜 파우더형태로 제조하였다. 파우더형태로 제조된 복합금속수산화물 및 수산화리튬(LiOH)을 1:1.01의 몰비로 혼합한 후에 2℃/min의 승온 속도로 가열한 후 450℃에서 5시간 유지시켜 예비 소성을 수행하였으며, 뒤이어 750℃에서 10시간 소성시켜, 양극활물질 분말을 제조하고 이를 표 1에 나타내었다.The prepared composite metal hydroxide was filtered, washed several times with distilled water, and dried in a vacuum dryer at 110° C. for 12 hours to prepare a powder. After mixing the composite metal hydroxide and lithium hydroxide (LiOH) prepared in powder form at a molar ratio of 1:1.01, heating was performed at a temperature increase rate of 2°C/min and maintained at 450°C for 5 hours to perform preliminary firing, followed by 750 It was calcined at ℃ for 10 hours to prepare a cathode active material powder, which is shown in Table 1.
제조예 3(NM90)Preparation 3 (NM90)
공침 반응기(용량 47L, 회전 모터의 출력 750W 이상)에 증류수 10 리터를 넣은 뒤 N2 가스를 반응기에 6리터/분의 속도로 공급하고, 반응기의 온도를 45℃로 유지시키면서 350 rpm으로 교반하였다. 황산니켈 수용액(NiSO46H2O, 삼전화학), 황산망간 수용액(MnSO4H2O, 삼전화학)을 니켈(Ni) 및 망간(Mn)의 몰비가 9:1이 되도록 하는 양으로 혼합하여 2M 농도인 금속용액을 제조하였다. 제조된 금속용액을 0.561 리터/시간으로, 16M 농도의 암모니아 용액(NH4OH, JUNSEI)을 0.08리터/시간으로, 4M 농도의 수산화나트륨 용액(NaOH, 삼전화학)을 0.60리터/시간으로 각각 반응기에 24시간 동안 연속적으로 투입하였다. 반응기 내의 pH를 10 내지 12 범위 상태를 유지하며 공침반응을 수행하여 Ni0.9Mn0.1(OH)2 복합금속수산화물을 제조하였다. After 10 liters of distilled water was put into the coprecipitation reactor (capacity 47L, output of the rotary motor 750W or more), N 2 gas was supplied to the reactor at a rate of 6 liters/minute, and the temperature of the reactor was maintained at 45° C. and stirred at 350 rpm. . Nickel sulfate aqueous solution (NiSO 4 6H 2 O, Samjeon Chemical) and manganese sulfate aqueous solution (MnSO 4 H 2 O, Samjeon Chemical) are mixed in an amount such that the molar ratio of nickel (Ni) and manganese (Mn) is 9:1. A metal solution having a concentration of 2M was prepared. The prepared metal solution was 0.561 liters/hour, 16M ammonia solution (NH 4 OH, JUNSEI) was 0.08 liters/hour, and 4M sodium hydroxide solution (NaOH, Samchun Chemical) was 0.60 liters/hour, respectively. was continuously added for 24 hours. The coprecipitation reaction was performed while maintaining the pH in the reactor in the range of 10 to 12 to prepare Ni 0.9 Mn 0.1 (OH) 2 composite metal hydroxide.
제조된 복합금속수산화물을 여과하고, 증류수를 이용하여 여러번 세척한 후에 110℃ 진공 건조기에서 12시간 건조시켜 파우더형태로 제조하였다. 파우더형태로 제조된 복합금속수산화물 및 수산화리튬(LiOH)을 1:1.01의 몰비로 혼합한 후에 2℃/min의 승온 속도로 가열한 후 450℃에서 5시간 유지시켜 예비 소성을 수행하였으며, 뒤이어 770℃에서 10시간 소성시켜, 양극활물질 분말을 제조하고 이를 표 1에 나타내었다.The prepared composite metal hydroxide was filtered, washed several times with distilled water, and dried in a vacuum dryer at 110° C. for 12 hours to prepare a powder. After mixing the composite metal hydroxide and lithium hydroxide (LiOH) prepared in powder form at a molar ratio of 1:1.01, heating was performed at a temperature increase rate of 2°C/min and maintained at 450°C for 5 hours to perform preliminary firing, followed by 770 It was calcined at ℃ for 10 hours to prepare a cathode active material powder, which is shown in Table 1.
제조예 4(NM90)Preparation 4 (NM90)
공침 반응기(용량 47L, 회전 모터의 출력 750W 이상)에 증류수 10 리터를 넣은 뒤 N2 가스를 반응기에 6리터/분의 속도로 공급하고, 반응기의 온도를 45℃로 유지시키면서 350 rpm으로 교반하였다. 황산니켈 수용액(NiSO46H2O, 삼전화학), 황산망간 수용액(MnSO4H2O, 삼전화학)을 니켈(Ni) 및 망간(Mn)의 몰비가 9:1이 되도록 하는 양으로 혼합하여 2M 농도인 금속용액을 제조하였다. 제조된 금속용액을 0.561 리터/시간으로, 16M 농도의 암모니아 용액(NH4OH, JUNSEI)을 0.08리터/시간으로, 4M 농도의 수산화나트륨 용액(NaOH, 삼전화학)을 0.60리터/시간으로 각각 반응기에 24시간 동안 연속적으로 투입하였다. 반응기 내의 pH를 10 내지 12 범위 상태를 유지하며 공침반응을 수행하여 Ni0.9Mn0.1(OH)2 복합금속수산화물을 제조하였다. After 10 liters of distilled water was put into the coprecipitation reactor (capacity 47L, output of the rotary motor 750W or more), N 2 gas was supplied to the reactor at a rate of 6 liters/minute, and the temperature of the reactor was maintained at 45° C. and stirred at 350 rpm. . Nickel sulfate aqueous solution (NiSO 4 6H 2 O, Samjeon Chemical) and manganese sulfate aqueous solution (MnSO 4 H 2 O, Samjeon Chemical) are mixed in an amount such that the molar ratio of nickel (Ni) and manganese (Mn) is 9:1. A metal solution having a concentration of 2M was prepared. The prepared metal solution was 0.561 liters/hour, 16M ammonia solution (NH 4 OH, JUNSEI) was 0.08 liters/hour, and 4M sodium hydroxide solution (NaOH, Samchun Chemical) was 0.60 liters/hour, respectively. was continuously added for 24 hours. The coprecipitation reaction was performed while maintaining the pH in the reactor in the range of 10 to 12 to prepare Ni 0.9 Mn 0.1 (OH) 2 composite metal hydroxide.
제조된 복합금속수산화물을 여과하고, 증류수를 이용하여 여러번 세척한 후에 110℃ 진공 건조기에서 12시간 건조시켜 파우더형태로 제조하였다. 파우더형태로 제조된 복합금속수산화물 및 수산화리튬(LiOH)을 1:1.01의 몰비로 혼합한 후에 2℃/min의 승온 속도로 가열한 후 450℃에서 5시간 유지시켜 예비 소성을 수행하였으며, 뒤이어 770℃에서 10시간 소성시켜, 양극활물질 분말을 제조하고 이를 표 2에 나타내었다.The prepared composite metal hydroxide was filtered, washed several times with distilled water, and dried in a vacuum dryer at 110° C. for 12 hours to prepare a powder. After mixing the composite metal hydroxide and lithium hydroxide (LiOH) prepared in powder form in a molar ratio of 1:1.01, heating was performed at a temperature increase rate of 2°C/min and maintained at 450°C for 5 hours to perform preliminary firing, followed by 770 By calcining at ℃ for 10 hours to prepare a cathode active material powder, which is shown in Table 2.
제조예 5(NM90-Sb0.3), 제조예 6(NM90-Sb0.5), 제조예 7(NM90-Sb1)Preparation Example 5 (NM90-Sb0.3), Preparation Example 6 (NM90-Sb0.5), Preparation Example 7 (NM90-Sb1)
제조예 4에서 파우더형태로 제조된 Ni0.9Mn0.1(OH)2 복합금속수산화물, 도펀트화합물로 삼산화안티모니(Sb2O3)[3+]와, 수산화리튬(LiOH)을 하기 표 2에 기재된 함량비로 혼합하는 것을 제외하고는 제조예 4와 동일한 방법으로 각각 양극활물질 분말을 제조하였다. Ni 0.9 Mn 0.1 (OH) 2 composite metal hydroxide prepared in powder form in Preparation Example 4, antimony trioxide (Sb 2 O 3 )[3+] as a dopant compound, and lithium hydroxide (LiOH) as described in Table 2 A cathode active material powder was prepared in the same manner as in Preparation Example 4, except for mixing in a content ratio.
제조예 8(NM90-Mo0.3), 제조예 9(NM90-Mo1)Preparation 8 (NM90-Mo0.3), Preparation 9 (NM90-Mo1)
제조예 4에서 파우더형태로 제조된 Ni0.9Mn0.1(OH)2 복합금속수산화물, 도펀트화합물로 삼산화몰리브데넘(MoO3)와, 수산화리튬(LiOH)을 하기 표 2에 기재된 함량비로 혼합하는 것을 제외하고는 제조예 4와 동일한 방법으로 각각 양극활물질 분말을 제조하였다. Ni 0.9 Mn 0.1 (OH) 2 composite metal hydroxide prepared in powder form in Preparation Example 4, molybdenum trioxide (MoO 3 ) as a dopant compound, and lithium hydroxide (LiOH) were mixed in the content ratio shown in Table 2 below. Except for that, each of the cathode active material powders was prepared in the same manner as in Preparation Example 4.
제조예 10(NM90-Ta1)Preparation 10 (NM90-Ta1)
제조예 4에서 파우더형태로 제조된 Ni0.9Mn0.1(OH)2 복합금속수산화물, 도펀트화합물로 산화탄탈륨(Ta2O5)와, 수산화리튬(LiOH)을 하기 표 2에 기재된 함량비로 혼합하는 것을 제외하고는 제조예 4와 동일한 방법으로 각각 양극활물질 분말을 제조하였다. Ni 0.9 Mn 0.1 (OH) 2 composite metal hydroxide prepared in powder form in Preparation Example 4, tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) as a dopant compound, and lithium hydroxide (LiOH) were mixed in the content ratio shown in Table 2 below. Except for that, each of the cathode active material powders was prepared in the same manner as in Preparation Example 4.
제조예 11(NM90-W1)Preparation 11 (NM90-W1)
제조예 4에서 파우더형태로 제조된 Ni0.9Mn0.1(OH)2 복합금속수산화물, 도펀트화합물로 삼산화텅스텐(WO3)과, 수산화리튬(LiOH)을 하기 표 2에 기재된 함량비로 혼합하는 것을 제외하고는 제조예 4와 동일한 방법으로 각각 양극활물질 분말을 제조하였다. Ni 0.9 Mn 0.1 (OH) 2 composite metal hydroxide prepared in powder form in Preparation Example 4, tungsten trioxide (WO 3 ) and lithium hydroxide (LiOH) as a dopant compound were mixed in the content ratio described in Table 2 below, except for mixing each prepared a cathode active material powder in the same manner as in Preparation Example 4.
제조예 12(NM90-Mg1)Preparation 12 (NM90-Mg1)
제조예 4에서 파우더형태로 제조된 Ni0.9Mn0.1(OH)2 복합금속수산화물, 도펀트화합물로 산화마그네슘(MgO)과, 수산화리튬(LiOH)을 하기 표 2에 기재된 함량비로 혼합하는 것을 제외하고는 제조예 4와 동일한 방법으로 각각 양극활물질 분말을 제조하였다. Ni 0.9 Mn 0.1 (OH) 2 composite metal hydroxide prepared in powder form in Preparation Example 4, magnesium oxide (MgO) and lithium hydroxide (LiOH) as a dopant compound were mixed in the content ratio shown in Table 2 below, except for mixing A cathode active material powder was prepared in the same manner as in Preparation Example 4, respectively.
제조예 13(NM90-Al1)Preparation 13 (NM90-Al1)
제조예 4에서 파우더형태로 제조된 Ni0.9Mn0.1(OH)2 복합금속수산화물, 도펀트화합물로 수산화알루미늄(Al(OH)3)과, 수산화리튬(LiOH)을 하기 표 2에 기재된 함량비로 혼합하는 것을 제외하고는 제조예 4와 동일한 방법으로 각각 양극활물질 분말을 제조하였다. Ni 0.9 Mn 0.1 (OH) 2 composite metal hydroxide prepared in powder form in Preparation Example 4, aluminum hydroxide (Al(OH) 3 ) as a dopant compound, and lithium hydroxide (LiOH) were mixed in the content ratio described in Table 2 below. Except for that, a cathode active material powder was prepared in the same manner as in Preparation Example 4, respectively.
제조예 14(NM90-B1)Preparation 14 (NM90-B1)
제조예 4에서 파우더형태로 제조된 Ni0.9Mn0.1(OH)2 복합금속수산화물, 도펀트화합물로 산화보론(B2O3)과, 수산화리튬(LiOH)을 하기 표 2에 기재된 함량비로 혼합하는 것을 제외하고는 제조예 4와 동일한 방법으로 각각 양극활물질 분말을 제조하였다. Ni 0.9 Mn 0.1 (OH) 2 composite metal hydroxide prepared in powder form in Preparation Example 4, boron oxide (B 2 O 3 ) as a dopant compound, and lithium hydroxide (LiOH) were mixed in the content ratio shown in Table 2 below. Except for that, each of the cathode active material powders was prepared in the same manner as in Preparation Example 4.
제조예 15(NM90-Nb1)Preparation 15 (NM90-Nb1)
제조예 4에서 파우더형태로 제조된 Ni0.9Mn0.1(OH)2 복합금속수산화물, 도펀트화합물로 오산화니오븀(Nb2O5)과, 수산화리튬(LiOH)을 하기 표 2에 기재된 함량비로 혼합하는 것을 제외하고는 제조예 4와 동일한 방법으로 각각 양극활물질 분말을 제조하였다. Ni 0.9 Mn 0.1 (OH) 2 composite metal hydroxide prepared in powder form in Preparation Example 4, niobium pentoxide (Nb 2 O 5 ) as a dopant compound, and lithium hydroxide (LiOH) were mixed at the content ratio shown in Table 2 below. Except for that, each of the cathode active material powders was prepared in the same manner as in Preparation Example 4.
제조예 16(NM90-Sn1)Preparation 16 (NM90-Sn1)
제조예 4에서 파우더형태로 제조된 Ni0.9Mn0.1(OH)2 복합금속수산화물, 도펀트화합물로 이산화주석(SnO2)과, 수산화리튬(LiOH)을 하기 표 2에 기재된 함량비로 혼합하는 것을 제외하고는 제조예 4와 동일한 방법으로 각각 양극활물질 분말을 제조하였다. Ni 0.9 Mn 0.1 (OH) 2 composite metal hydroxide prepared in powder form in Preparation Example 4, tin dioxide (SnO 2 ) as a dopant compound, and lithium hydroxide (LiOH) were mixed in the content ratio described in Table 2 below, except for mixing each prepared a cathode active material powder in the same manner as in Preparation Example 4.
제조예 17(NM90-Te1)Preparation 17 (NM90-Te1)
제조예 4에서 파우더형태로 제조된 Ni0.9Mn0.1(OH)2 복합금속수산화물, 도펀트화합물로 산화텔루륨(Te2O5)과, 수산화리튬(LiOH)을 하기 표 2에 기재된 함량비로 혼합하는 것을 제외하고는 제조예 4와 동일한 방법으로 각각 양극활물질 분말을 제조하였다. Ni 0.9 Mn 0.1 (OH) 2 composite metal hydroxide prepared in powder form in Preparation Example 4, tellurium oxide (Te 2 O 5 ) and lithium hydroxide (LiOH) as a dopant compound were mixed in the content ratio described in Table 2 below. Except for that, a cathode active material powder was prepared in the same manner as in Preparation Example 4, respectively.
제조예 18 (NM90-Ti0.5)Preparation 18 (NM90-Ti0.5)
제조예 4에서 파우더형태로 제조된 Ni0.9Mn0.1(OH)2 복합금속수산화물, 도펀트화합물로 이산화티타늄(TiO2)과, 수산화리튬(LiOH)을 하기 표 2에 기재된 함량비로 혼합하는 것을 제외하고는 제조예 4와 동일한 방법으로 각각 양극활물질 분말을 제조하였다. Ni 0.9 Mn 0.1 (OH) 2 composite metal hydroxide prepared in powder form in Preparation Example 4, titanium dioxide (TiO 2 ) and lithium hydroxide (LiOH) as a dopant compound were mixed in the content ratio described in Table 2 below, except for mixing each prepared a cathode active material powder in the same manner as in Preparation Example 4.
수산화리튬의 몰비Metal Complex Hydroxide: Dopant:
Molar ratio of lithium hydroxide
(mol%) dopant amount
(mol%)
2. 제조예를 이용한 하프셀 및 풀셀 제조2. Preparation of half-cell and full-cell using Preparation Example
전술한 제조예에 따른 양극활물질을 이용하여 하프셀과 풀셀로 제조하였다.A half-cell and a full-cell were manufactured using the positive electrode active material according to the above-described Preparation Example.
하프셀과 풀셀을 제조하기 위하여 제조예의 파우더 형태의 양극활물질 (1g 기준), 폴리(비닐리덴 플로라이드)(poly(vinylidene fluoride)) 및 카본블랙을 각각 90:4.5:5.5의 중량비로 N-메틸피롤리딘(N-methyl pyrrolidone) 0.4 g 중에 첨가한 후, 균일하게 혼합하여 양극 슬러리(slurry)로 제조하였다. 제조된 양극 슬러리를 알루미늄 호일에 코팅하고, 롤 프레스 후 진공건조 하여 양극을 제조하였다. In order to prepare a half cell and a full cell, the positive electrode active material in the form of powder of Preparation Example (based on 1 g), poly(vinylidene fluoride), and carbon black were mixed with N-methyl in a weight ratio of 90:4.5:5.5, respectively. After adding in 0.4 g of pyrrolidine ( N -methyl pyrrolidone), the mixture was uniformly mixed to prepare a positive electrode slurry. The prepared positive electrode slurry was coated on aluminum foil and vacuum dried after roll pressing to prepare a positive electrode.
하프셀로 제조하는 경우에는 양극활물질의 로딩레벨(loading level)이 5mg/㎠되도록 알루미늄 호일에 슬러리로 제조된 양극을 코팅하여 양극을 제조(양극활물질이 코팅된 알루미늄 호일을 1㎠의 정사각형으로 샘플링하였을 때 양극 구성 중 양극활물질 만의 무게가 5mg인 것을 의미함)하고, 전해액은 에틸렌 카르보네이트(ethylene carbonate), 에틸 메틸 카르보네이트(ethyl methyl carbonate)(EC:EMC = 3:7 v/v)을 용매로 하여 첨가제로 비닐렌 카르보네이트(vinylene carbonate, VC) 2wt%와, 리튬염 1.2 mol/L LiPF6을 균일하게 용해시켜 사용하였다. 하프셀은 Lio를 음극으로 이용한 2032-코인형 하프셀(이하, 코인셀)로 제조하였다. In the case of manufacturing with a half-cell, the positive electrode prepared as a slurry is coated on aluminum foil so that the loading level of the positive electrode active material is 5 mg/
풀셀로 제조하는 경우에는, 양극활물질의 로딩레벨이 8.5mg/㎠되도록 알루미늄 호일에 슬러리로 제조된 양극을 코팅하여 양극을 제조하고, 슬러리로 제조된 그라파이트를 구리 호일에 로딩레벨이 6.5mg/㎠되도록 코팅하여, 롤 프레스 후 진공건조 하여 음극을 제조하였다. 전해액은 에틸렌 카르보네이트(ethylene carbonate), 에틸 메틸 카르보네이트(ethyl methyl carbonate)(EC:EMC = 3:7 v/v)을 용매로 하여 첨가제로 비닐렌 카르보네이트(vinylene carbonate, VC) 2-wt%와, 리튬염 1.2 mol/L LiPF6을 균일하게 용해시켜 사용하였다. 파우치 형태의 전지 케이스 내에, 양극, 세퍼레이터 (Celgard 사, 2320모델) 및 음극을 적층하고, 제조된 전해액과 함께 밀봉하여 파우치형 풀셀을 제조하였다. In the case of manufacturing a full cell, the positive electrode is prepared by coating the positive electrode prepared as a slurry on aluminum foil so that the loading level of the positive electrode active material is 8.5 mg/
3. 제조예의 평가3. Evaluation of Production Examples
각 조건은 각 평가에서 개별적으로 기재되어 있으며, 별도의 기재가 없는 경우 하기의 조건으로 평가하였다.Each condition is individually described in each evaluation, and if there is no separate description, the following conditions were evaluated.
(1) 하프셀을 이용한 용량 및 사이클 특성확인(1) Confirmation of capacity and cycle characteristics using half cell
제조된 하프셀은 30℃에서 0.5C(1C는 180 mA/g)의 정전류로 4.3V로 충전 및 2.7V로 방전하여 충방전 테스트와 동일한 조건으로 100사이클을 진행하여 회복용량을 확인하였다(이하, 2.7V-4.3V, 2.7V-4.4V). The prepared half-cell was charged at 4.3V and discharged at 2.7V with a constant current of 0.5C (1C is 180 mA/g) at 30°C, and 100 cycles were performed under the same conditions as the charge/discharge test to confirm the recovery capacity (hereinafter , 2.7V-4.3V, 2.7V-4.4V).
(2) 풀셀을 이용한 용량 및 사이클 특성확인(2) Confirmation of capacity and cycle characteristics using full cell
제조된 풀셀을 이용하여, 30℃에서 0.5C(1C는 180 mA/g) 정전류로 3.0V(방전전압) 및 4.2V(충전전압)으로 사이클을 진행하여, 용량 및 회복용량을 확인하였다.Using the prepared full cell, the cycle was performed at 3.0V (discharge voltage) and 4.2V (charge voltage) at 0.5C (1C is 180 mA/g) constant current at 30°C, and the capacity and recovery capacity were checked.
(3) SEM을 이용한 복합금속수산화물(양극활물질 전구체) 및 양극활물질의 미세조직 확인(3) Confirmation of microstructure of composite metal hydroxide (positive electrode active material precursor) and positive electrode active material using SEM
제조예에 따른 양극활물질과, 상기 양극활물질을 예비 소성하기 전 복합금속수산화물(전구체)에 대해서 SEM (Nova Nano SEM 450, FEI)으로 미세조직을 확인하였다.The microstructure of the positive electrode active material according to Preparation Example and the composite metal hydroxide (precursor) before the preliminary firing of the positive electrode active material was confirmed by SEM (Nova Nano SEM 450, FEI).
하기에서는 제조예에 따른 양극활물질에 대한 미세구조, 표면특성 및 전기화학적 특성을 확인하였다.Hereinafter, the microstructure, surface properties and electrochemical properties of the positive electrode active material according to Preparation Example were confirmed.
도 4는 제조예 3(NM90)에 따른 SEM 사진이다. 도 5는 제조예 1 내지 제조예 3에 따른 복합금속수산화물(a, b, c) 및 양극활물질(d, e, f)의 SEM 사진이다. 도 6 및 도 7은 제조예 1 내지 제조예 3의 4.3V 및 4.4V 충전한 양극활물질 입자의 SEM 사진이다. 도 8은 제조예 1 내지 제조예 3의 XRD spectra를 나타낸 도면이다. 도 9는 제조예 1 내지 제조예 3의 XRD pattern을 분석한 도면이다. 도 10은 제조예 1 내지 제조예 3의 1차 충방전(2.7V-4.4V)에서 dQ/dV 커브를 나타낸 도면이다. 도 11은 제조예 3의 In-situ XRD 분석에서, H2-H3 상변화(phase transition)를 나타낸 도면이다. 도 12는 제조예 1 내지 제조예 3의 In-situ XRD 분석에서, a축 및 c축 격자상수 (lattice parameter)를 나타낸 그래프이다. 도 13은 제조예 2, 제조예 3의 DSC 결과를 나타낸 그래프이다. 도 14는 제조예 1 내지 제조예 3의 전기화학적 저항을 나타낸 나이퀴스트 플롯(Nyquist plot)이다. 도 15는 제조예 2, 제조예 3의 30℃ 및 60℃의 각각의 온도에서 충방전 100사이클을 수행한 후 방전된 양극활물질의 SEM 사진이다.4 is an SEM photograph according to Preparation Example 3 (NM90). 5 is an SEM photograph of the composite metal hydroxide (a, b, c) and the positive electrode active material (d, e, f) according to Preparation Examples 1 to 3; 6 and 7 are SEM photographs of the positive electrode active material particles charged with 4.3V and 4.4V of Preparation Examples 1 to 3. 8 is a view showing XRD spectra of Preparation Examples 1 to 3; 9 is a view analyzing XRD patterns of Preparation Examples 1 to 3; 10 is a diagram illustrating a dQ/dV curve in the first charge/discharge (2.7V-4.4V) of Preparation Examples 1 to 3; 11 is a diagram showing H2-H3 phase transition in the in-situ XRD analysis of Preparation Example 3; 12 is a graph showing a-axis and c-axis lattice parameters in the in-situ XRD analysis of Preparation Examples 1 to 3; 13 is a graph showing the DSC results of Preparation Example 2 and Preparation Example 3. 14 is a Nyquist plot showing the electrochemical resistance of Preparation Examples 1 to 3; 15 is a SEM photograph of the cathode active material discharged after 100 cycles of charging and discharging at each temperature of 30° C. and 60° C. of Preparation Examples 2 and 3;
하기 표 3은 제조예 1 내지 제조예 3의 입자 표면에 형성되는 잔류리튬을 확인한 결과이다.Table 3 below shows the results of confirming the residual lithium formed on the particle surface of Preparation Examples 1 to 3.
표 3을 참조하면, 제조예 1 내지 제조예 3에서, 각 표면에 형성되는 잔류리튬은 거의 유사하게 나타남을 확인할 수 있었다.Referring to Table 3, in Preparation Examples 1 to 3, it was confirmed that the residual lithium formed on each surface appeared almost the same.
도 4는 제조예 3에 대한 SEM 사진으로 (a)는 제조예 3의 이차입자에 대한 다크필드 STEM 사진 (Dark-field STEM image)이고, (b)는 (a)의 각 표시된 1, 2, 3, 4 영역에 일차입자의 SAED 패턴이다. 도 4를 참조하면, 제조예 3의 양극활물질에서는, 이차입자의 표면부에 리튬(Li)과 망간(Mn)이 서로 규칙적으로 자리를 바꾼 양이온오더링(cation ordering)가 나타남을 확인할 수 있었다. 예컨대, 제조예 3의 경우, 양이온오더링은 이차입자의 표면부인 이차입자의 최외면에서 이차입자의 중심부를 향하는 방향으로 2㎛ 이내에서 리튬과 망간이 규칙적으로 자리바꿈이 발생함을 확인할 수 있었다.4 is a SEM photograph of Preparation Example 3, (a) is a dark-field STEM photograph of the secondary particles of Preparation Example 3 (Dark-field STEM image), (b) is each indicated 1, 2,
도 5는 제조예 1 내지 3의 소성하여 양극활물질로 제조하기 전 복합금속수산화물 입자의 SEM 사진(a, b, c)와, 소성한 후 양극활물질 입자의 SEM 사진(d, e, f)를 나타내고 있는데, 소성전이 복합금속수산화물과 소성후인 양극활물질 각각에서 제조예 1 내지 제조예 3의 입자 형상을 유사한 것으로 판단된다. 5 is an SEM photograph (a, b, c) of the composite metal hydroxide particles before the firing of Preparation Examples 1 to 3 to prepare a positive electrode active material, and SEM photographs (d, e, f) of the positive electrode active material particles after firing It is shown that the particle shape of Preparation Examples 1 to 3 in each of the composite metal hydroxide before firing and the positive electrode active material after firing is determined to be similar.
도 6 및 도 7은 제조예 1, 제조예 2, 제조예 3 각각에 대해서 4.3V(a) 및 4.4V(b)의 컷오프 전압으로 1차 충전한 후의 입자의 단면을 나타낸 SEM 사진이다. 도 6를 참조하면, 제조예 3, 제조예 2, 제조예 1의 순서로 충전시 입자 단면에서 발생하는 마이크로크랙(microcrack)이 완화됨을 확인할 수 있었고, 이는 4.3V보다 높은 전압인 4.4V에서 더욱 명확하게 나타남을 확인할 수 있었다.6 and 7 are SEM photographs showing the cross-sections of particles after primary charging with cut-off voltages of 4.3V (a) and 4.4V (b) for Preparation Example 1, Preparation Example 2, and Preparation Example 3, respectively. Referring to FIG. 6 , it was confirmed that microcracks occurring in the particle cross section were alleviated when charging in the order of Preparation Example 3, Preparation Example 2, and Preparation Example 1, which was further improved at 4.4V, a voltage higher than 4.3V. could be seen clearly.
도 8 및 도 9는 제조예 1, 제조예 2, 제조예 3의 Cu-Kα를 사용한 X-선 회절(XRD) 패턴을 분석한 결과이다. 도 8의 (a)는 XRD 패턴을 나타내고, (b)는 XRD 스펙트럼에서 (003)면 피크에 대한 (104)면 피크의 강도의 비를 확대하였으며, (c)는 각각의 a축 및 c축 격자상수를 계산한 결과이다. 8 and 9 are results of analysis of X-ray diffraction (XRD) patterns using Cu-Kα of Preparation Examples 1, 2, and 3; (a) of FIG. 8 shows the XRD pattern, (b) is an enlarged ratio of the intensity of the (104) plane peak to the (003) plane peak in the XRD spectrum, (c) is each a-axis and c-axis This is the result of calculating the lattice constant.
하기 표 4는 ICP-OES로 분석한 양극활물질의 화학조성과 도 8 및 도 9를 바탕으로 분석한 각 제조예 1 내지 제조예 3에 대한 양이온혼합을 확인한 결과이다.Table 4 below shows the results of confirming the cation mixing for each of Preparation Examples 1 to 3 analyzed based on the chemical composition of the positive electrode active material analyzed by ICP-OES and FIGS. 8 and 9 .
양이온혼합은 리튬과 전이금속이 서로 자리를 바꾼 형태를 의미한다. 양이온혼합 비율은 (003)면에 해당하는 피크(2θ가 대략 18 내지 19인 피크)와 (104)면에 해당하는 피크(2θ가 대략 44.5인 피크)의 세기비를 비교하여 확인하였다. 구체적으로, 상기 양이온혼합은 Rietveld refinement라는 작업을 거쳐서 얻은 값으로, 프로그램을 이용해 그 수치를 계산하여 확인하였다. 프로그램에서는 결정구조 모델을 설정하고, 측정된 XRD spectra와 같은 plot을 갖도록 refine한 뒤에 그 값을 읽어서 확인하였다.Cationic mixture refers to a form in which lithium and transition metal exchange positions. The cation mixing ratio was confirmed by comparing the intensity ratio of the peak corresponding to the (003) plane (the peak having 2θ approximately 18 to 19) and the peak corresponding to the (104) plane (the peak having 2θ approximately 44.5). Specifically, the cation mixture was a value obtained through an operation called Rietveld refinement, and was confirmed by calculating the value using a program. In the program, the crystal structure model was set, refined to have the same plot as the measured XRD spectra, and then the value was read and confirmed.
(003)면에 해당하는 피크는 양극활물질에서 층상구조(layered structure)을 의미하고, (104)면에 해당하는 피크는, 층상구조와 다른 구조(예를 들면, 큐빅구조, 암염구조 등)가 혼합된 구조를 의미하는 것으로, I(003)/I(104)가 클수록 양이온혼합 비율을 감소한다. The peak corresponding to the (003) plane means a layered structure in the cathode active material, and the peak corresponding to the (104) plane has a structure different from the layered structure (eg, cubic structure, rock salt structure, etc.) It means a mixed structure, and as I (003) /I (104) increases, the cation mixing ratio decreases.
도 10에서는, 제조예 1 내지 제조예 3를 2.7V-4.4V로 1차 충방전을 진행하면서, dQ/dV 커브를 분석하여 H2-H3 상전이 피크 너비를 비교하였다. dQ/dV 커브에서 장기간 수명특성에 주된 기능을 하는 H2-H3 상전이는 제조예 3, 제조예 2 및 제조예 1의 순서로 피크의 형상이 점점 넓은 범위로(broad) 형성됨을 확인할 수 있었다. 즉, 양극활물질은 망간의 함량이 증가할수록 H2-H3 상전이 피크 너비가 증가하고, 이는 이방성 부피 변화(anisotropic volume change)로 인하여 발생하는 입자 내의 스트레스(stress)가 완화됨을 확인할 수 있었다.In FIG. 10, while performing the first charging and discharging of Preparation Examples 1 to 3 at 2.7V-4.4V, the dQ/dV curve was analyzed to compare the H2-H3 phase transition peak widths. In the dQ/dV curve, it was confirmed that the peak shape of the H2-H3 phase transition, which plays a major role in long-term lifespan characteristics, was formed in a broad range in the order of Preparation Example 3, Preparation Example 2, and Preparation Example 1. That is, as the manganese content of the positive electrode active material increases, the H2-H3 phase transition peak width increases, and it was confirmed that the stress within the particles caused by the anisotropic volume change was relieved.
도 11은 무코발트로 니켈, 망간으로 이루어진 복합금속수산화물을 이용하여 제조된 제조예 3에 대해서 in-situ XRD를 확인한 결과인데, H2-H3 상변화는 4.3V 이상까지 지속되어 수행됨을 확인할 수 있었다.11 is a result of confirming in-situ XRD for Preparation Example 3 prepared using a composite metal hydroxide composed of nickel and manganese as cobalt-free, and it was confirmed that the H2-H3 phase change was continued up to 4.3V or more. .
도 10 및 도 11을 참조하면, 반치폭(FWHM)은 (003)면에 해당하는 피크(2θ가 대략 44.5인 피크)의 세기 높이의 1/2 지점의 폭을 의미하는 것으로, 제조예 1은 0.021V, 제조예 2는 0.029V, 제조예 3은 0.035V로 각각 나타났고, 이에 의하여 제조예 3과 같이 무코발트인 경우 더 큰 값을 가짐을 확인할 수 있었다. 제조예 3의 경우는, H2-H3 상변화 영역대가 4.12V ~ 4.4V로, 대략 4.35V 이상의 전압대까지 지속됨을 확인할 수 있었다.10 and 11 , the full width at half maximum (FWHM) refers to the width of the half point of the intensity height of the peak corresponding to the (003) plane (the peak having 2θ of about 44.5), and Preparation Example 1 is 0.021 V and Preparation Example 2 were 0.029V, and Preparation Example 3 was 0.035V, respectively, thereby confirming that the case of Cobalt-free as in Preparation Example 3 had a larger value. In the case of Preparation Example 3, it was confirmed that the H2-H3 phase change region was 4.12V to 4.4V, and continued up to a voltage of about 4.35V or higher.
도 12는 4.4V로 충방전 과정에서 제조예 1 내지 제조예 3에 따른 a축 및 c축의 격자상수의 변화를 확인한 결과인데, 망간함량이 증가할수록 격자상수의 변화가 감소하고, 무코발트인 제조예 3인 경우 c축의 수축 및 팽창의 비율이 모두 감소함을 확인할 수 있었다. 제조예 3의 경우에는 c축의 격자상수 변화율은 팽창시는 2% 이내이고, 수축시는 4.5% 이내임을 확인할 수 있었으며, a축 격자상수의 변화율은 수축시 2.5% 이내임을 확인할 수 있었다.12 is a result of confirming the change of the lattice constant of the a-axis and the c-axis according to Preparation Examples 1 to 3 in the process of charging and discharging at 4.4V. As the manganese content increases, the change in the lattice constant decreases, and cobalt-free manufacturing In the case of Example 3, it was confirmed that both the ratio of contraction and expansion of the c-axis decreased. In the case of Preparation Example 3, it was confirmed that the change rate of the c-axis lattice constant was within 2% during expansion and within 4.5% during contraction, and it was confirmed that the rate of change of the a-axis lattice constant was within 2.5% during contraction.
하기 표 5는 제조예 2, 제조예 3의 DSC 결과를 나타낸 표이다.Table 5 below is a table showing the DSC results of Preparation Example 2 and Preparation Example 3.
charge capacityExtracted
charge capacity
도 13은 제조예 2, 제조예 3을 4.3V로 충전하고, 전해액(1.2 M LiPF6, EC/EMC (3:7 (v:v)), 2wt% VC)를 이용한 DSC 결과이다. 표 5와 도 13을 참조하면, 망간이 많은 제조예 3은 발열피크가 대략 195℃ 내지 230℃에서 발생하고, 이는 제조예 2에 비하여 열적으로 안정적임을 확인할 수 있었다. 13 is a DSC result using an electrolyte (1.2 M LiPF 6 , EC/EMC (3:7 (v:v)), 2wt% VC) by charging Preparation Examples 2 and 3 to 4.3V. Referring to Table 5 and FIG. 13, in Preparation Example 3, which contains a lot of manganese, the exothermic peak occurred at approximately 195°C to 230°C, and it was confirmed that it was thermally stable compared to Preparation Example 2.
하기 표 6은 제조예 1 내지 제조예 3의 입자강도와 각각의 사이클 횟수(1회, 25회, 50회, 75회 및 100회)에 따른 저항을 나타낸 결과이다.Table 6 below shows the results showing the particle strength of Preparation Examples 1 to 3 and the resistance according to the number of cycles (1 time, 25 times, 50 times, 75 times, and 100 times).
(Mpa)grain strength
(Mpa)
도 14는 제조예 1 내지 제조예 3에 대해서, 2.7V-4.3V로 충방전을 수행하면서 각 25회 사이클을 수행한 후 전기화학적 저항을 확인한 나이퀴스트 플롯(Nyquist plot)이다. Rct는 리튬이온(Li+)이 환원반응을 수행하는 과정에서 양극표면에서 전하 이동 저항(charge transfer resistance)을 나타낸 값이다. EIS(electrochemical impedance spectroscopy, 전기 화학적 분광법)에 의한 저항 측정 방법은 1st, 25th, 50th, 75th, 100th 시점에 충전상태에서 VMP 장비를 이용하여 교류전류를 흘려주어 측정할 수 있다. 제조예 3에 따르면, Rct 30Ω 이하일 수 있다. 100회에서의 Rct를 비교하면, 제조예 3은 제조예 1에 비해서는 -82%로 매우 낮은 값을 가짐을 확인할 수 있었다.14 is a Nyquist plot showing the electrochemical resistance of Preparation Examples 1 to 3 after performing each 25 cycles while performing charging and discharging at 2.7V-4.3V. Rct is a value indicating charge transfer resistance on the surface of the anode during the reduction reaction of lithium ions (Li+). The resistance measurement method by EIS (electrochemical impedance spectroscopy, electrochemical spectroscopy) can be measured by flowing an alternating current using a VMP device in a charged state at 1st, 25th, 50th, 75th, and 100th time points. According to Preparation Example 3, Rct may be 30Ω or less. Comparing Rct at 100 times, it was confirmed that Preparation Example 3 had a very low value of -82% compared to Preparation Example 1.
입자강도는 하기 식 1로 측정된다.The particle strength is measured by
(식 1) 입자강도(MPa) = a x (P/d2)(Equation 1) Grain strength (MPa) = ax (P/d 2 )
식 1에서, a는 2.8 (geometric factor)이고, P는 테스트 압력(test force, N)이며, d는 입자 직경(mm)이다.In
입자강도는, 대략 120MPa 내지 200MPa로 제조예 3이 가장 높은 값을 갖는 것으로, 즉, 망간의 함량이 높고, 무코발트인 경우 입자강도가 증가하고 Rct 값이 감소함을 확인할 수 있었다. The particle strength was approximately 120 MPa to 200 MPa, and it was confirmed that Preparation Example 3 had the highest value, that is, when the manganese content was high and cobalt-free, the particle strength increased and the Rct value decreased.
도 15는 제조예 2 및 제조예 3에 대해서 충전전압 컷오프를 4.3V로 하여 30℃ 및 60℃에서 100사이클을 진행하였고, 이후 방전된 상태의 SEM 사진이다. 제조예 3의 경우에는 30℃ 및 60℃에서 모두 마이크로크랙이 거의 발생하지 않음을 확인할 수 있었다. 15 is an SEM photograph of a discharged state after 100 cycles were performed at 30° C. and 60° C. with a charging voltage cutoff of 4.3 V for Preparation Examples 2 and 3; In the case of Preparation Example 3, it was confirmed that almost no microcracks occurred at both 30°C and 60°C.
도 16은 제조예 1 내지 제조예 3의 충전전압 컷오프를 (a)4.3V, (b)4.4V 각각으로 충전했을 때의 H2-H3 상변화를 나타낸 그래프이다. 도 17은 제조예 3에 따른 각각 충전전압을 4.23V, 4.4V로 한 후, 4.04V까지 방전했을 때의 상변화를 나타낸 그래프이다. 도 18는 제조예 3의 충전전압 컷오프를 다양하게 변화시키면서, 율특성을 확인한 그래프이다. 도 19 및 도 20은 제조예 3의 충전전압을 4.23V, 4.4V로 하여 각각에 대한 GITT(galvanostatic intermittent titration technique) 분석 결과를 나타낸 그래프이다. 도 21 및 도 22는 제조예 2, 3의 충전전압을 4.23V, 4.4V로 하여 각각에 대한 방전 율특성을 확인한 결과이다. 도 23은 제조예 2, 3에 대한 -10℃에서의 2.7V-4.4V 충전특성을 확인한 결과이다.16 is a graph showing the phase change of H2-H3 when the charging voltage cut-off of Preparation Examples 1 to 3 is charged to (a) 4.3V and (b) 4.4V, respectively. 17 is a graph showing a phase change when the charging voltages according to Preparation Example 3 were set to 4.23V and 4.4V, respectively, and then discharged to 4.04V. 18 is a graph illustrating rate characteristics while variously changing the cut-off of the charging voltage of Preparation Example 3; 19 and 20 are graphs showing the galvanostatic intermittent titration technique (GITT) analysis results for each of the charging voltages of Preparation Example 3 as 4.23V and 4.4V. 21 and 22 are results of confirming the discharge rate characteristics of Preparation Examples 2 and 3 by setting the charging voltages to 4.23V and 4.4V, respectively. 23 is a result of confirming the charging characteristics of 2.7V-4.4V at -10 ℃ for Preparation Examples 2 and 3.
하기 표 7은 제조예 1 내지 제조예 3에 대해서, 충전전압 컷오프별 용량 미 율특성을 확인한 결과이다.Table 7 below shows the results of confirming the capacity micro-ratio characteristics for each charging voltage cutoff for Preparation Examples 1 to 3.
도 16에서, 제조예 1 내지 제조예 3에 대해서 충전전압 컷오프를 (a)는 4.3V, (b)는 4.4V로 한 경우의 결과이다. 망간의 함량이 증가할수록 반응전위가 고전위로 쉬프트(shift)되는 것을 확인할 수 있었다. 4.3V인 경우는 H2-H3 상전이가 완전히 완료되지 못하고 중간에 끊기는 것을 확인할 수 있었고, 율특성이 낮음을 확인하 수 있었다. 반면, 4.4V로 충전한 경우에는 H2-H3 상전이가 완전히 완료되고 율특성이 4.3V에 비하여 우수함을 확인할 수 있었다.In FIG. 16, with respect to Preparation Examples 1 to 3, (a) shows the result when the cut-off of the charging voltage is 4.3V and (b) is 4.4V. As the manganese content increased, it was confirmed that the reaction potential shifted to a high potential. In the case of 4.3V, it was confirmed that the H2-H3 phase transition was not completely completed and interrupted in the middle, and it was confirmed that the rate characteristic was low. On the other hand, in the case of charging at 4.4V, it was confirmed that the H2-H3 phase transition was completely completed and the rate characteristic was superior to that of 4.3V.
표 7에서, 4.3V까지 충전했을 때의 0.1C에 비하여 0.5C에서 용량감소가 크게 나타남을 확인할 수 있었고, 이는 망간의 함량이 증가할수록 율특성이 더욱 나빠짐을 확인할 수 있었다. 반면, 고전압인 4.4V로 충전한 경우에는 망간의 함량이 증가하여도 율특성이 유사함을 확인할 수 있었다. In Table 7, it was confirmed that the capacity decrease was large at 0.5C compared to 0.1C when charged to 4.3V, which confirmed that the rate characteristics worsened as the manganese content increased. On the other hand, in the case of charging at a high voltage of 4.4V, it was confirmed that the rate characteristics were similar even when the manganese content increased.
통상, 무코발트 양극활물질의 경우 율특성이 낮다는 단점이 있으나, 제조예 3과 같이 무코발트 양극활물질의 경우 4.4V의 고전압으로 충전전압 컷오프로 수행하는 경우에는 H2-H3 상전이가 완료되고, 율특성도 망간이 상대적으로 적게 함유된 제조예 1, 제조예 2와 유사한 결과를 가짐을 확인할 수 있었다.In general, the cobalt-free cathode active material has a disadvantage in that the rate characteristic is low, but as in Preparation Example 3, in the case of the cobalt-free cathode active material, when the charging voltage cutoff is performed at a high voltage of 4.4 V, the H2-H3 phase transition is completed, and the rate It was confirmed that the characteristics also had similar results to Preparation Examples 1 and 2 containing relatively little manganese.
표 8은 제조예 3에 대한 충전전압 컷오프별 율특성을 확인한 결과이다.Table 8 shows the results of confirming the rate characteristics for each charging voltage cutoff for Preparation Example 3.
도 17에는 제조예 3에 대해서 각각 4.23V 및 4.4V로 충전하고, 5C로 4.04V까지 방전한 그래프이다. H2-H3 상전이가 완료되지 않은 4.23V까지만 충전하고 방전하는 경우에는 키네틱(kinetic)이 느려서 상이 빠르게 회복되지 못한 반면, 4.4V로 충전하는 경우, 4.23V에 비하여 상전이가 빠른 속도로 정상적으로 회복됨을 확인할 수 있었다.17 is a graph showing the charging at 4.23V and 4.4V, respectively, and discharging to 4.04V at 5C for Preparation Example 3, respectively. In the case of charging and discharging only to 4.23V, where the H2-H3 phase transition is not completed, the phase could not be recovered quickly due to slow kinetics. could
도 18 및 표 8에서는 제조예 3에 대해서 충전전압별 율특성을 확인하였는데, 충전전압 컷오프별 0.5C/0.1C 율별 용량을 평가한 결과, dQ/dV의 피크에 대해서 역전(reverse)된 플롯으로 나타남을 확인하였고, 이는 GITT(galvanostatic intermittent titration technique) 결과와 유사하였다. 즉, 망간함량이 높은 제조예 3의 경우에는, H2-H3 상전이가 4.3V(하프셀 기준) 이상에서 완료되므로, 4.4V 이상으로 충전하지 않은 경우 H2-H3 상전이 완료되지 않아 충방전시 율특성이 저하됨을 확인할 수 있었다.18 and Table 8, the rate characteristics for each charging voltage were confirmed for Preparation Example 3, and as a result of evaluating the capacity for each rate of 0.5C/0.1C for each charging voltage cutoff, a plot reversed with respect to the peak of dQ/dV Appearance was confirmed, which was similar to the result of GITT (galvanostatic intermittent titration technique). That is, in the case of Preparation Example 3 having a high manganese content, since the H2-H3 phase transition is completed at 4.3V (half-cell basis) or higher, if the charge is not higher than 4.4V, the H2-H3 phase transition is not completed, so the rate characteristics during charging and discharging It was confirmed that this was lowered.
도 19를 참조하면, 제조예 3을 이용하여 0.1C로 각각 4.23V 및 4.4V로 충전하는 경우, 방전 GITT 및 충전 GITT를 분석하면, 전반적인 수치에서는 큰 변화가 없으나 4.4V까지 충전한 경우, 방전시 H1부분과, 재충전시 H1. H3부분에서의 저항이 감소됨을 확인할 수 있었다.Referring to FIG. 19, when charging to 4.23V and 4.4V at 0.1C using Preparation Example 3, respectively, when analyzing the discharge GITT and the charging GITT, there is no significant change in the overall value, but when charging to 4.4V, the discharge H1 part when recharging, and H1 when recharging. It was confirmed that the resistance in the H3 part was reduced.
도 20을 참조하면, 제조예 3은 dQ/dV에서도 4.4V일 때, 4.3V로 충전한 경우보다 더 효과적으로 용량이 발현됨을 확인할 수 있었다. 이는 전술한 EIS 결과에서 더 낮은 저항값을 나타낸 것과 대응되는 결과이다. 또한, XRD 피크에서는 차이가 확인되었다.Referring to FIG. 20 , in Preparation Example 3, it was confirmed that the capacity was expressed more effectively than when charging at 4.3V at 4.4V even at dQ/dV. This is a result corresponding to a lower resistance value in the EIS result described above. In addition, a difference was confirmed in the XRD peak.
표 9는 제조예 2 및 제조예 3에 대해서 4.3V 및 4.4V로 각각 충전하여 C-레이트(rate)별 효율을 확인한 결과이다.Table 9 shows the results of confirming the efficiency for each C-rate by charging 4.3V and 4.4V for Preparation Example 2 and Preparation Example 3, respectively.
표 9와 함께 도 21을 참조하면, 제조예 2와 제조예 3를 비교하면, 제조예 3인 NM90은 4.3V에서 율특성이 상대적으로 낮지만, 4.4V로 충전한 경우에는 제조예 2와 율특성이 유사함을 확인할 수 있었다. 또한, dQ/dV 결과로는, 제조예 3은 4.3V 충전한 경우에 방전시 H2-H3 피크의 히스테리시스(hysteresis)가 나타났다.Referring to FIG. 21 together with Table 9, comparing Preparation Example 2 and Preparation Example 3, NM90 of Preparation Example 3 has a relatively low rate characteristic at 4.3V, but when charged at 4.4V, the rate characteristic of Preparation Example 2 and It was confirmed that the characteristics were similar. In addition, as a result of dQ/dV, in Preparation Example 3, hysteresis of the H2-H3 peak was observed during discharging when charging at 4.3V.
도 22를 참조하면, 제조예 2(NCM90)과 제조예 3(NM90)을 각각 4.3V 및 4.4V로 충전한 결과, 제조예 3은 4.3V 충전후 율특성을 평가하는 과정에서, 충전 H2-H3 피크가 완료되지 못하고 중간에 끊어지게 되고, 이에 방전 H2-H3 피크에서 히스테리시스가 심하게 나타났다. 즉, 가역적인 충방전시, 방전의 상전이에서 저항으로 작용하므로 비가역성이 증가되고 이는 방전시 용량발현에서 저항으로 작용되는 것으로 판단된다. 반면, 제조예 3를 4.4V까지 충전하는 경우에는 4.3V충전과는 다르게, 방전 H2-H3 피크에서 히스테리시스가 나타나지 않음을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 22 , as a result of charging Preparation Example 2 (NCM90) and Preparation Example 3 (NM90) to 4.3V and 4.4V, respectively, Preparation Example 3 in the process of evaluating the rate characteristics after 4.3V charging, charging H2- The H3 peak was not completed and was cut off in the middle, and hysteresis was severe in the discharge H2-H3 peak. That is, during reversible charging and discharging, since it acts as a resistance in the phase transition of discharge, irreversibility is increased, which is judged to act as a resistance in capacity expression during discharge. On the other hand, in the case of charging Preparation Example 3 to 4.4V, it was confirmed that, unlike charging at 4.3V, hysteresis did not appear at the peak of discharge H2-H3.
도 22에서, (a)는 방전 H2-H3 피크의 위치(position)을 나타낸 결과인데, 제조예 3은 4.3V에서 다른 결과에 비하여 더 낮은 전위를 나타냈다. 도 22의 (b)를 참조하면, 제조예 2는 4.3V와 4.4V의 율특성을 평가하는 경우, H2-H3 피크의 위치의 변화가 거의 발생하지 않으나, 제조예 3은 크게 나타남을 확인할 수 있었고, 이는 충전전위의 영향이 크게 작용하는 것으로 판단된다. 도 22의 (c)에서는 제조예 3에서 4.3V 충방전시 H2-H3 피크의 히스테리시스가 크게 나타남을 확인할 수 있었다.22, (a) is a result showing the position (position) of the discharge H2-H3 peak, Preparation Example 3 showed a lower potential compared to other results at 4.3V. Referring to (b) of FIG. 22, when the rate characteristics of 4.3V and 4.4V in Preparation Example 2 are evaluated, it can be confirmed that the position of the H2-H3 peak hardly occurs, but in Preparation Example 3, it is large. It is considered that the influence of the charging potential has a large effect. In (c) of FIG. 22, it was confirmed that the hysteresis of the H2-H3 peak was large during 4.3V charging and discharging in Preparation Example 3.
도 23은 저온인 -10℃에서 제조예 2 및 제조예 3을 2.7V-4.4V로 충방전을 수행한 결과이다. 0℃에서 4.3V를 충전전압 컷오프로 하여 제조예 2와 제조예 3에 대해서 각각 0.5C 용량을 확인하면 제조예 3이 대략 27.8mA/h 적게 나타남을 확인할 수 있었다. 반면, -10℃에서 2.7V-4.4V로 충방전을 수행한 경우, 대략 14.2mA/h정도 제조예 3이 더 낮게 나타났다. 즉, 0℃보다 더 저온인 -10℃에서 4.4V로 충전전압 컷오프를 수행하는 경우, 제조예 2와 제조에 3의 용량차이가 감소함을 확인할 수 있었다.23 is a result of charging and discharging Preparation Example 2 and Preparation Example 3 at 2.7V-4.4V at a low temperature of -10°C. When the 0.5C capacity was confirmed for Preparation Example 2 and Preparation Example 3, respectively, by using 4.3V as the charging voltage cutoff at 0°C, it was confirmed that Preparation Example 3 showed approximately 27.8mA/h less. On the other hand, when charging and discharging was performed at -10°C at 2.7V-4.4V, Preparation Example 3 was lower by about 14.2mA/h. That is, when the charging voltage cut-off was performed at 4.4V at -10°C, which is lower than 0°C, it was confirmed that the capacity difference between Preparation Example 2 and
도 24는 제조예 4에 따른 복합금속수산화물의 SEM 사진이다. 도 25는 제조예 4에 따른 양극활물질의 SEM 사진이다. 도 26은 제조예 6에 따른 양극활물질의 SEM 사진이다. 도 27은 제조예 9에 따른 양극활물질의 SEM 사진이다. 도 28은 제조예 4 내지 제조예 7에 따른 충전전압에 따른 H2-H3 상변화를 나타낸 그래프이다. 도 29는 제조예 4, 제조예 8, 제조예 9에 따른 충전전압에 따른 H2-H3 상변화를 나타낸 그래프이다. 도 30은 제조에 4, 제조예 10에 따른 충전전압에 따른 H2-H3 상변화를 나타낸 그래프이다. 도 31은 제조에 4, 제조예 11에 따른 충전전압에 따른 H2-H3 상변화를 나타낸 그래프이다. 도 32는 제조에 4, 제조예 12에 따른 충전전압에 따른 H2-H3 상변화를 나타낸 그래프이다. 도 33은 제조에 4, 제조예 16에 따른 충전전압에 따른 H2-H3 상변화를 나타낸 그래프이다. 도 34는 제조예 4 내지 제조예 6, 제조예 8, 제조예 16에 따른 충전전압에 따른 H2-H3 상변화를 나타낸 그래프이다. 도 35는 제조예 4, 제조예 9 내지 제조예 14에 따른 충전전압에 따른 H2-H3 상변화를 나타낸 그래프이다.24 is an SEM photograph of the composite metal hydroxide according to Preparation Example 4. 25 is a SEM photograph of the positive electrode active material according to Preparation Example 4. 26 is an SEM photograph of the positive electrode active material according to Preparation Example 6. 27 is an SEM photograph of the positive electrode active material according to Preparation Example 9; 28 is a graph showing the phase change of H2-H3 according to the charging voltage according to Preparation Examples 4 to 7; 29 is a graph showing the H2-H3 phase change according to the charging voltage according to Preparation Example 4, Preparation Example 8, and Preparation Example 9; 30 is a graph showing the phase change of H2-H3 according to the charging voltage according to
하기에서는, 무코발트 양극활물질에서 첨가금속의 도핑에 의한 효과를 확인하였다. In the following, the effect of the doping of the additive metal in the cobalt-free positive electrode active material was confirmed.
도 24는 NM90 복합금속수산화물로, 리튬화합물과 혼합하여 소성하기 전 SEM 사진이다. 복수개의 일차입자가 응집된 이차입자로 이루어져 있으며, 일차입자는 a축 및 c축을 구비하되, a축 방향의 길이에 대한 c축 방향의 길이가 더 긴 로드쉐입(rod shape) 형상으로 발달됨을 확인할 수 있었다. 이는 중심부와 표면부를 비교할 때, 일차입자는 중심부에서 표면부를 향하는 방향으로 발달하되, 표면부에서 로드쉐입 형상이 중심부보다 더 발달된 형태로 구비됨을 확인할 수 있었다.24 is an SEM photograph of NM90 composite metal hydroxide, mixed with a lithium compound and calcined. It is confirmed that a plurality of primary particles are composed of agglomerated secondary particles, and the primary particles have an a-axis and a c-axis, but develop into a rod shape in which the length in the c-axis direction is longer than the length in the a-axis direction. could It was confirmed that, when comparing the center and the surface portion, the primary particles developed in the direction from the center to the surface portion, but the rod shape in the surface portion was provided in a more developed form than the center portion.
도 25는 제조예 4인 NM90 복합금속수산화물로, 리튬화합물을 혼합하여 고온에서 소성한 후 양극활물질(소성체)의 SEM 사진이다. 도 26은 제조예 6인 NM90 복합금속수산화물로, 리튬화합물과, 안티모니(Sb) 화합물 0.5mol%를 함께 첨가하여 혼합하여 고온에서 소성한 후 양극활물질(소성체)의 SEM 사진이다.25 is a SEM photograph of a positive electrode active material (sintered body) after mixing a lithium compound with NM90 composite metal hydroxide of Preparation Example 4 and sintering at a high temperature. 26 is a SEM photograph of a positive electrode active material (sintered body) after mixing and mixing 0.5 mol% of a lithium compound and an antimony (Sb) compound together with NM90 composite metal hydroxide of Preparation Example 6 and firing at a high temperature.
제조예 4와 제조예 6은 소성하기 전 NM90 복합금속수산화물은 동일한 방식에 의하여 제조된 물질로, 도 24와 같이 대략 비슷한 형상으로 구비된다. 반면, 소성한 후, 제조예 4는 일차입자가 팽창 또는 이웃하는 일차입자끼리 서로 응집하여 부피가 증가된 형상으로 나타난 반면, 제조예 6은 제조예 4과는 다르게 로드쉐입 형태가 발달되어 나타남을 확인할 수 있었다.In Preparation Examples 4 and 6, NM90 composite metal hydroxide before firing is a material prepared by the same method, and has an approximately similar shape as shown in FIG. 24 . On the other hand, after firing, in Preparation Example 4, the primary particles were expanded or adjacent primary particles were agglomerated with each other so that the volume was increased, whereas in Preparation Example 6, the rod shape was developed differently from Preparation Example 4. could check
즉, 소성하는 과정에서 일차입자는 부피가 팽창하나 그 정도는 제조예 6이 제조예 4보다는 덜 발생함을 확인할 수 있었고, 또한 제조예 6은 소성후 일차입자는 이차입자의 중심부를 향하도록 방향성을 갖도록 배열됨을 확인할 수 있었다. 즉, 무코발트 양극활물질의 경우 안티모니를 도핑함으로써, 소성과정에서 일차입자의 팽창을 감소시키고 로드쉐입의 형태 및 배열을 유지하도로 제어함을 확인할 수 있었다.That is, in the process of firing, the volume of the primary particles expands, but it was confirmed that Preparation Example 6 produced less than Preparation Example 4, and in Preparation Example 6, the primary particles after firing were directed toward the center of the secondary particles. It can be confirmed that they are arranged to have . That is, in the case of the cobalt-free cathode active material, it was confirmed that by doping antimony, the expansion of the primary particles during the firing process was reduced and the shape and arrangement of the rod shape were controlled to be maintained.
도 27에서도 제조예 9와 같이 안티모니가 아닌 몰리브데늄을 첨가한 경우, 유사하게 소성과정에서 일차입자의 팽창 감소 및 로드쉐입 형상/배열 유지에 영향을 미침을 확인할 수 있었다.In FIG. 27, as in Preparation Example 9, when molybdenum, not antimony, was added, similarly, it was confirmed that the expansion of the primary particles during the firing process was reduced and the rod shape shape/arrangement was maintained.
하기 표 10은 안티모니(Sb)의 첨가에 따른 전기화학적 특성을 확인한 결과이다.Table 10 below shows the results of confirming the electrochemical properties according to the addition of antimony (Sb).
도 28 및 표 10을 참조하면, 안티모니를 첨가하는 경우 4.3V에서는 첨가하지 않은 경우와 첨가한 경우가 거의 차이가 나지 않거나, 혹은 더 낮은 율특성을 나타냄을 확인할 수 있었다. 반면, 4.4V가지 충전한 경우, 안티모니 0mol%, 0.3mol%, 0.5mol% 모두 첨가하지 않은 경우보다 0.5C/0.1C 율특성이 각각 1.3%, 4.8%, 2.6% 더 높게 향상됨을 확인할 수 있었다.Referring to FIG. 28 and Table 10, when antimony was added, it was confirmed that at 4.3 V, there was little difference between the case without the addition and the case of adding antimony, or exhibiting lower rate characteristics. On the other hand, when 4.4V is charged, it can be seen that the 0.5C/0.1C rate characteristics are improved by 1.3%, 4.8%, and 2.6%, respectively, higher than when 0 mol%, 0.3mol%, and 0.5mol% of antimony are not added. there was.
안티모니를 첨가하는 경우, H2-H4 상변위가 더욱 높은 전압대로 쉬프트되므로, 4.3V까지 충전하는 경우에는 안티모니의 도핑에 의한 효과가 오히려 율특성에서는 낮게 나타나는 반면, 4.4V에서는 율특성이 향상됨을 확인할 수 있었다.When antimony is added, the H2-H4 phase shift is shifted to a higher voltage range, so when charging up to 4.3 V, the effect of antimony doping is rather low in the rate characteristic, whereas the rate characteristic is improved at 4.4 V was able to confirm
또한, 4.3V 및 4.4V 양측모두, 안티모니를 첨가한 경우 장기사이클 성능이 향상됨을 나타냈다.In addition, both 4.3V and 4.4V showed that the long-term cycle performance was improved when antimony was added.
하기 표 11은 몰리브데늄(Mo)의 첨가에 따른 전기화학적 특성을 확인한 결과이다.Table 11 below shows the results of confirming the electrochemical properties according to the addition of molybdenum (Mo).
구분
division
Dopant
Dopant
cut-off voltage
cut-off voltage
0.1C Dis-capa (mAh/g)
0.1C Dis-capa (mAh/g)
1stEfficiency
1st Efficiency
0.2C Capacity (mAh/g)
0.2C Capacity (mAh/g)
0.2/0.1C
0.2/0.1C
0.5C Capacity (mAh/g)
0.5C Capacity (mAh/g)
0.5C/0.1C
0.5C/0.1C
cycle
cycle
Capacity retention
capacity retention
제조예 4
NM90
NM90
Pristine
Pristine
4.3 V
4.3 V
226.5
226.5
95.00%
95.00%
220
220
97.10%
97.10%
207.2
207.2
91.50%
91.50%
100
100
93.10%
93.10%
4.4 V
4.4 V
236.4
236.4
99.00%
99.00%
229.4
229.4
97.00%
97.00%
219.3
219.3
92.80%
92.80%
100
100
87.10%
87.10%
제조예 8
Preparation 8
NM90-Mo0.3
NM90-Mo0.3
Mo 0.3%
Mo 0.3%
4.3 V
4.3 V
223.2
223.2
95.10%
95.10%
212.2
212.2
95.10%
95.10%
195.7
195.7
87.70%
87.70%
31
31
98.50%
98.50%
4.4 V
4.4 V
233.5
233.5
100.40%
100.40%
225.7
225.7
96.70%
96.70%
214.2
214.2
91.70%
91.70%
100
100
91.40%
91.40%
제조예 9
Preparation 9
NM90-Mo1
NM90-Mo1
Mo 1%
4.3 V
4.3 V
222.2
222.2
94.40%
94.40%
209.8
209.8
94.40%
94.40%
191.6
191.6
86.20%
86.20%
25
25
99.30%
99.30%
4.4 V
4.4 V
234
234
100.10%
100.10%
226.3
226.3
96.70%
96.70%
214.5
214.5
91.60%
91.60%
100
100
92.80%
92.80%
4.45 V
4.45 V
236.5
236.5
99.90%
99.90%
229.5
229.5
97.10%
97.10%
219.5
219.5
92.80%
92.80%
32
32
96.70%
96.70%
도 29 및 표 11을 참조하면, 몰리브데늄을 첨가한 경우에도 낮은 전압인 4.3V에서는 첨가하지 않은 제조예 4와 비교했을 때, 0.5C/0.1C 율특성이 낮음을 확인할 수 있었는데, 이는 몰리브데늄의 첨가에 의하여 H2-H3 상변화의 전위가 고전위로 이동하였기 때문으로 판단된다.Referring to FIG. 29 and Table 11, it was confirmed that even when molybdenum was added, the 0.5C/0.1C rate characteristic was low at 4.3V, which is a low voltage, as compared to Preparation Example 4, which was not added. It is judged that this is because the potential of the H2-H3 phase change has shifted to a high potential by the addition of ribdenium.
반면, 4.4V로 충전하여 확인한 0.5C/0.1C 율특성은 몰리브데늄 0mol%, 0.3mol% 및 1mol%에서 몰리브데늄의 함량이 증가될수록 각각 율특성도 1.3%, 4% 및 5.4%로 대응하게 증가함을 확인할 수 있었다.On the other hand, the 0.5C/0.1C rate characteristics confirmed by charging at 4.4V showed that the rate characteristics were 1.3%, 4% and 5.4% as the molybdenum content increased at 0 mol%, 0.3 mol%, and 1 mol% of molybdenum, respectively. It can be seen that there is a corresponding increase.
장기 수명측면에서는 4.3V 및 4.4V 양측모두, 몰리브데늄을 첨가한 양극화물질이 더 우수함을 확인할 수 있었다.In terms of long lifespan, it was confirmed that the anode material to which molybdenum was added was superior to both 4.3V and 4.4V.
하기 표 12는 탄탈륨(Ta)의 첨가에 따른 전기화학적 특성을 확인한 결과이다.Table 12 below shows the results of confirming the electrochemical properties according to the addition of tantalum (Ta).
구분
division
Dopant
Dopant
cut-off voltage
cut-off voltage
0.1C Dis-capa (mAh/g)
0.1C Dis-capa (mAh/g)
1stEfficiency
1st Efficiency
0.2C Capacity (mAh/g)
0.2C Capacity (mAh/g)
0.2/0.1C
0.2/0.1C
0.5C Capacity (mAh/g)
0.5C Capacity (mAh/g)
0.5C/0.1C
0.5C/0.1C
cycle
cycle
Capacity retention
capacity retention
제조예 4
NM90
NM90
Pristine
Pristine
4.3 V
4.3 V
226.5
226.5
95.0%
95.0%
220
220
97.1%
97.1%
207.2
207.2
91.5%
91.5%
100
100
93.1%
93.1%
4.4 V
4.4 V
236.4
236.4
99.0%
99.0%
229.4
229.4
97.0%
97.0%
219.3
219.3
92.8%
92.8%
100
100
87.1%
87.1%
제조예 10
NM90
-Ta1
NM90
-Ta1
Ta 1%
Ta 1%
4.3 V
4.3 V
223.9
223.9
95.6%
95.6%
210.5
210.5
94.0%
94.0%
189.5
189.5
84.7%
84.7%
3
3
100.4%
100.4%
4.4 V
4.4 V
236.8
236.8
100.8%
100.8%
228.3
228.3
96.4%
96.4%
213.1
213.1
90.0%
90.0%
100
100
92.9%
92.9%
도 30 및 표 12를 참조하면, 탄탈륨을 첨가한 경우와 첨가하지 않은 경우를 비교하면, 첨가한 경우 4.4V에서 율특성이 보다 효과적임을 확인할 수 있었다. 4.3V 및 4.4V를 비교하면, 탄탈륨을 첨가하지 않은 제조예 4는 0.5C/0.1C이 1.3% 증가하였으나, 탄탈륨을 1mol% 첨가한 경우, 0.5C/0.1C이 5.3% 증가함을 확인하 수 있었다.Referring to FIG. 30 and Table 12, comparing the case where tantalum was added and the case where it was not added, it was confirmed that the rate characteristic was more effective at 4.4V when tantalum was added. Comparing 4.3V and 4.4V, it was confirmed that 0.5C/0.1C increased by 1.3% in Preparation Example 4 without tantalum, but 0.5C/0.1C increased by 5.3% when 1 mol% of tantalum was added. could
장기수명측면에서는, 탄탈륨을 첨가한 것이 더 효과적임을 확인할 수 있었다.In terms of long life, it was confirmed that the addition of tantalum was more effective.
하기 표 13은 텅스텐(W)의 첨가에 따른 전기화학적 특성을 확인한 결과이다.Table 13 below shows the results of confirming the electrochemical properties according to the addition of tungsten (W).
구분
division
Dopant
Dopant
cut-off voltage
cut-off voltage
0.1C Dis-capa (mAh/g)
0.1C Dis-capa (mAh/g)
1stEfficiency
1st Efficiency
0.2C Capacity (mAh/g)
0.2C Capacity (mAh/g)
0.2/0.1C
0.2/0.1C
0.5C Capacity (mAh/g)
0.5C Capacity (mAh/g)
0.5C/0.1C
0.5C/0.1C
cycle
cycle
Capacity retention
capacity retention
제조예 4
NM90
NM90
Pristine
Pristine
4.3 V
4.3 V
226.5
226.5
95.0%
95.0%
220
220
97.1%
97.1%
207.2
207.2
91.5%
91.5%
100
100
93.1%
93.1%
4.4 V
4.4 V
236.4
236.4
99.0%
99.0%
229.4
229.4
97.0%
97.0%
219.3
219.3
92.8%
92.8%
100
100
87.1%
87.1%
제조예 11
NM90-W1
NM90-W1
W 1%
4.3 V
4.3 V
219.3
219.3
95.8%
95.8%
207.8
207.8
94.8%
94.8%
190.7
190.7
87.0%
87.0%
3
3
100.2%
100.2%
4.4 V
4.4 V
231.9
231.9
100.3%
100.3%
224
224
96.6%
96.6%
212.3
212.3
91.6%
91.6%
100
100
92.4%
92.4%
도 31 및 표 13을 참조하면, 텅스텐을 첨가에 의하여 H2-H3 상전이 피크의 전압대가 고전압으로 이동함을 확인할 수 있었다. 이에, 4.3V 충전한 경우와, 4.4V 충전한 경우를 비교할 때, 4.4V 충전한 경우 텅스텐 첨가에 의한 율특성 향상의 효과가 크게 나타남을 확인할 수 있었다. 또한, 텅스텐 첨가에 의하여 수명특성도 향상됨을 확인할 수 있었다.Referring to FIG. 31 and Table 13, it was confirmed that the voltage band of the H2-H3 phase transition peak shifted to a high voltage by adding tungsten. Accordingly, when the 4.3V charging case and the 4.4V charging case were compared, it was confirmed that the 4.4V charging case significantly improved the rate characteristics due to the addition of tungsten. In addition, it was confirmed that the lifespan characteristics were also improved by the addition of tungsten.
하기 표 14는 마그네슘(Mg)의 첨가에 따른 전기화학적 특성을 확인한 결과이다.Table 14 below shows the results of confirming the electrochemical properties according to the addition of magnesium (Mg).
구분
division
Dopant
Dopant
cut-off voltage
cut-off voltage
0.1C Dis-capa (mAh/g)
0.1C Dis-capa (mAh/g)
1stEfficiency
1st Efficiency
0.2C Capacity (mAh/g)
0.2C Capacity (mAh/g)
0.2/0.1C
0.2/0.1C
0.5C Capacity (mAh/g)
0.5C Capacity (mAh/g)
0.5C/0.1C
0.5C/0.1C
cycle
cycle
Capacity retention
capacity retention
제조예 4
NM90
NM90
Pristine
Pristine
4.3 V
4.3 V
226.5
226.5
95.0%
95.0%
220
220
97.1%
97.1%
207.2
207.2
91.5%
91.5%
100
100
93.1%
93.1%
4.4 V
4.4 V
236.4
236.4
99.0%
99.0%
229.4
229.4
97.0%
97.0%
219.3
219.3
92.8%
92.8%
100
100
87.1%
87.1%
제조예 12
NM90-Mg1
NM90-Mg1
Mg 1%
4.3 V
4.3 V
220.1
220.1
94.3%
94.3%
210
210
95.4%
95.4%
195.4
195.4
88.7%
88.7%
10
10
99.5%
99.5%
4.4 V
4.4 V
231.9
231.9
100.0%
100.0%
224.2
224.2
96.7%
96.7%
213.5
213.5
92.1%
92.1%
100
100
88.4%
88.4%
4.45 V
4.45 V
233.6
233.6
99.7%
99.7%
225.7
225.7
96.6%
96.6%
214.8
214.8
92.0%
92.0%
12
12
97.40%
97.40%
도 32 및 표 14를 참조하고, 마그네슘 첨가에 의해서 4.4V에서의 효과가 4.3V에서의 효과보다 크게 나타남을 확인할 수 있었다. 이는 전술한 바와 같이, 첨가금속을 첨가함으로써 무코발트 양극활물질에서 충방전시 H2-H3 상전이 전압대가 고전위로 위치이동을 했기 때문으로 판단된다.Referring to FIG. 32 and Table 14, it was confirmed that the effect at 4.4V was greater than the effect at 4.3V by the addition of magnesium. This is considered to be because the H2-H3 phase transition voltage band shifted to a high potential during charging and discharging in the cobalt-free positive electrode active material by adding an additive metal, as described above.
반면, 마그네슘을 첨가하는 경우에도 수명특성이 첨가하지 않은 것과 유사하게 나타남을 확인할 수 있었다. 즉, 첨가금속을 도핑함으로써 얻어지는 율특성을 향상시키는 효과와 수명특성을 향상시키는 효과가 향상 동일한 양상을 나타내는 것은 아님을 확인할 수 있었다.On the other hand, it could be confirmed that even when magnesium was added, the lifespan characteristics were similar to those in which magnesium was not added. That is, it was confirmed that the effect of improving the rate characteristics obtained by doping the additive metal and the effect of improving the life characteristics did not show the same improvement.
하기 표 15는 티타늄(Ti)의 첨가에 따른 전기화학적 특성을 확인한 결과이다.Table 15 below shows the results of confirming the electrochemical properties according to the addition of titanium (Ti).
구분
division
Dopant
Dopant
cut-off voltage
cut-off voltage
0.1C Dis-capa (mAh/g)
0.1C Dis-capa (mAh/g)
1stEfficiency
1st Efficiency
0.2C Capacity (mAh/g)
0.2C Capacity (mAh/g)
0.2/0.1C
0.2/0.1C
0.5C Capacity (mAh/g)
0.5C Capacity (mAh/g)
0.5C/0.1C
0.5C/0.1C
cycle
cycle
Capacity retention
capacity retention
제조예 4
NM90
NM90
Pristine
Pristine
4.3 V
4.3 V
226.5
226.5
95.0%
95.0%
220
220
97.1%
97.1%
207.2
207.2
91.5%
91.5%
100
100
93.1%
93.1%
4.4 V
4.4 V
236.4
236.4
99.0%
99.0%
229.4
229.4
97.0%
97.0%
219.3
219.3
92.8%
92.8%
100
100
87.1%
87.1%
제조예 18
Preparation 18
NM90-Ti0.5
NM90-Ti0.5
Ti 0.5%
Ti 0.5%
4.3 V
4.3 V
220.1
220.1
93.8%
93.8%
209.7
209.7
95.3%
95.3%
196.3
196.3
89.2%
89.2%
11
11
98.3%
98.3%
4.4 V
4.4 V
232.2
232.2
99.6%
99.6%
223.7
223.7
96.4%
96.4%
213.2
213.2
91.8%
91.8%
89
89
87.0%
87.0%
도 33 및 표 15를 참조하면, 4.3V 및 4.4V의 충전전압 컷오프를 비교할 때, 4.4V로 충전한 경우 티타늄을 첨가하여 얻어지는 율특성 향상의 효과가 더 크게 나타남을 확인할 수 있었다. 또한, 티타늄도 마그네슘과 유사하게 율특성으 향상되는 반면, 수명특성에는 크게 영향을 미치지 않음을 확인할 수 있었다.Referring to FIG. 33 and Table 15, when comparing the cutoff of the charging voltage of 4.3V and 4.4V, it was confirmed that the effect of improving the rate characteristics obtained by adding titanium was greater when charging at 4.4V. In addition, it was confirmed that, while titanium also improved the rate characteristics similarly to magnesium, it did not significantly affect the lifespan characteristics.
하기 표 16 및 표 17은 다양한 첨가금속에 따른 4.4V 충전시 전기화학적 특성을 확인한 결과이다.Tables 16 and 17 below show the results of confirming the electrochemical characteristics of 4.4V charging according to various additive metals.
구분
division
Dopant
Dopant
cut-off voltage
cut-off voltage
0.1C Dis-capa (mAh/g)
0.1C Dis-capa (mAh/g)
1stEfficiency
1st Efficiency
0.2C Capacity (mAh/g)
0.2C Capacity (mAh/g)
0.2/0.1C
0.2/0.1C
0.5C Capacity (mAh/g)
0.5C Capacity (mAh/g)
0.5C/0.1C
0.5C/0.1C
cycle
cycle
Capacity retention
capacity retention
제조예 4
NM90
NM90
Pristine
Pristine
4.4 V
4.4 V
236.4
236.4
99.4%
99.4%
227.6
227.6
96.3%
96.3%
217.1
217.1
91.8%
91.8%
100
100
86.5%
86.5%
제조예 5
NM90-Sb0.3
NM90-Sb0.3
Sb 0.3%
Sb 0.3%
234.8
234.8
101.1%
101.1%
227.6
227.6
96.9%
96.9%
216
216
92.0%
92.0%
100
100
92.6%
92.6%
제조예 6
Preparation 6
NM90-Sb0.5
NM90-Sb0.5
Sb 0.5%
Sb 0.5%
238.3
238.3
100.5%
100.5%
230.2
230.2
96.6%
96.6%
216.5
216.5
90.8%
90.8%
100
100
91.9%
91.9%
제조예 8
Preparation 8
NM90-Mo0.3
NM90-Mo0.3
Mo 0.3%
Mo 0.3%
233.5
233.5
100.4%
100.4%
225.7
225.7
96.7%
96.7%
214.2
214.2
91.7%
91.7%
100
100
91.4%
91.4%
제조예 18
Preparation 18
NM90-Ti0.5
NM90-Ti0.5
Ti 0.5%
Ti 0.5%
232.2
232.2
99.6%
99.6%
223.7
223.7
96.4%
96.4%
213.2
213.2
91.8%
91.8%
89
89
87.0%
87.0%
구분
division
Dopant
Dopant
cut-off voltage
cut-off voltage
1stEfficiency
1st Efficiency
0.2C Capacity (mAh/g)
0.2C Capacity (mAh/g)
0.2/0.1C
0.2/0.1C
0.5C Capacity (mAh/g)
0.5C Capacity (mAh/g)
0.5C/0.1C
0.5C/0.1C
cycle
cycle
Capacity retention
capacity retention
제조예 4
NM90
NM90
Pristine
Pristine
4.4 V
4.4 V
99.40%
99.40%
227.6
227.6
96.30%
96.30%
217.1
217.1
91.80%
91.80%
100
100
86.50%
86.50%
제조예 9
Preparation 9
NM90-Mo1
NM90-Mo1
Mo 1%
100.10%
100.10%
226.3
226.3
96.70%
96.70%
214.5
214.5
91.60%
91.60%
100
100
92.80%
92.80%
제조예 10
NM90-Ta1
NM90-Ta1
Ta 1%
Ta 1%
100.80%
100.80%
228.3
228.3
96.40%
96.40%
213.1
213.1
90.00%
90.00%
100
100
92.90%
92.90%
제조예 11
NM90-W1
NM90-W1
W 1%
100.30%
100.30%
224
224
96.60%
96.60%
212.3
212.3
91.60%
91.60%
100
100
92.40%
92.40%
제조예 12
NM90-Mg1
NM90-Mg1
Mg 1% (wet)
100.00%
100.00%
224.2
224.2
96.70%
96.70%
213.5
213.5
92.10%
92.10%
100
100
88.40%
88.40%
제조예 13
Preparation 13
NM90-Al1
NM90-Al1
Al 1%
100.60%
100.60%
226.6
226.6
96.70%
96.70%
216
216
92.20%
92.20%
100
100
88.20%
88.20%
도 34 및 표 16을 참조하면, 첨가금속을 도핑함으로써 무코발트 양극활물질은 H2-H3 상전이는 더욱 고전위로 쉬프트되고, 따라서 4.3V에 비하여 4.4V에서 율특성이 보다 우수하게 나타남을 확인할 수 있었다.Referring to FIG. 34 and Table 16, by doping the additive metal, the H2-H3 phase transition of the cobalt-free cathode active material is shifted to a higher potential, and thus it can be confirmed that the rate characteristic is more excellent at 4.4V than at 4.3V.
도 35 및 표 17을 참조하면, 첨가금속을 동일하게 1mol%로 첨가한 경우, H2-H3 상전이에서 전압을 쉬프트하는 정도가 상이하게 나타남을 확인할 수 있다. 반면, 첨가금속의 첨가는 모두 4.4V에서의 율특성을 향상시키는 것으로 나타났다.Referring to FIG. 35 and Table 17, it can be seen that, when the added metal is also added in the same amount of 1 mol%, the degree of voltage shift in the H2-H3 phase transition is different. On the other hand, it was found that the addition of an additive metal improved the rate characteristics at 4.4V.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.As mentioned above, although the present invention has been described in detail using preferred embodiments, the scope of the present invention is not limited to specific embodiments and should be construed according to the appended claims. In addition, those skilled in the art should understand that many modifications and variations are possible without departing from the scope of the present invention.
10: 중심부
20: 표면부
30 : 일차입자
100 : 이차입자10: central
20: surface portion
30: primary particle
100: secondary particle
Claims (15)
[화학식 1]
Lia1Nix1Mny1O2
(상기 화학식 1에서, 0.95≤a1≤1.15, x1+y1=1, 0.5≤x1≤0.99, 0.01≤y1≤0.5임)A cathode active material for a lithium secondary battery, which is composed of a layered structure represented by Formula 1 below:
[Formula 1]
Li a1 Ni x1 Mn y1 O 2
(In Formula 1, 0.95≤a1≤1.15, x1+y1=1, 0.5≤x1≤0.99, 0.01≤y1≤0.5)
양극전위를 기준으로 4.4V 이상의 전압에서 충전하는 것인 리튬이차전지용 양극활물질:
[화학식 1]
Lia1Nix1Mny1O2
(상기 화학식 1에서, 0.95≤a1≤1.15, x1+y1=1, 0.5≤x1≤0.99, 0.01≤y1≤0.5임)It consists of a layered structure represented by Formula 1 below,
A cathode active material for a lithium secondary battery that is charged at a voltage of 4.4V or higher based on the cathode potential:
[Formula 1]
Li a1 Ni x1 Mn y1 O 2
(In Formula 1, 0.95≤a1≤1.15, x1+y1=1, 0.5≤x1≤0.99, 0.01≤y1≤0.5)
[화학식 2]
Lia2Nix2Mny2Mz2O2
(상기 화학식 2에서, 0.95≤a2≤1.15, x2+y2+z21, 0.5≤x2≤0.99, 0.01≤y2≤0.5. 0.001≤z2≤0.05이고, M은 주석(Sn), 안티모니(Sb), 텔루륨(Te), 몰리브늄(Mo), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 붕소(B), 니오븀(Nb), 티타늄(Ti), 루테늄(Ru), 지르코늄(Zr), 로듐(Rh), 및 이리튬(Ir) 중 어느 하나 이상임)A cathode active material for a lithium secondary battery, which is composed of a layered structure represented by Formula 2 below:
[Formula 2]
Li a2 Ni x2 Mn y2 M z2 O 2
(In Formula 2, 0.95≤a2≤1.15, x2+y2+z21, 0.5≤x2≤0.99, 0.01≤y2≤0.5. 0.001≤z2≤0.05, M is tin (Sn), antimony (Sb), Tellurium (Te), molybium (Mo), tantalum (Ta), tungsten (W), magnesium (Mg), aluminum (Al), boron (B), niobium (Nb), titanium (Ti), ruthenium ( Ru), zirconium (Zr), rhodium (Rh), and ilithium (Ir))
상기 양극활물질은 양이온혼합(cation mixing)비율은 리튬층에서 존재하는 전이금속의 비율로, 상기 양이온혼합 비율은 1% 내지 12%이고,
상기 층상구조는 리튬(Li)만을 포함하는 리튬층(Li layer)과 전이금속만을 포함하는 전이금속층(transition metal layers)이 교대로 그리고 규칙적으로 배열되는 것을 포함하고,
상기 양이온혼합은 상기 리튬층을 구성하는 리튬과 상기 리튬층과 대면하는 상기 전이금속층을 구성하는 전이금속이 서로 치환되어 형성되는 것인 리튬이차전지용 양극활물질.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
In the positive electrode active material, the cation mixing ratio is the ratio of the transition metal present in the lithium layer, and the cation mixing ratio is 1% to 12%,
The layered structure includes that a lithium layer containing only lithium (Li) and a transition metal layer containing only a transition metal are alternately and regularly arranged,
The positive ion mixture is a cathode active material for a lithium secondary battery formed by replacing lithium constituting the lithium layer and a transition metal constituting the transition metal layer facing the lithium layer.
상기 양극활물질은 상기 층상구조로 이루어지되, 상기 양극활물질의 최외면에서 중심부를 향하는 방향으로 2㎛ 이내인 부분에는 양이온오더링(cation ordering)을 더 포함하고,
상기 층상구조는 리튬(Li)만을 포함하는 리튬층(Li layer)과 전이금속만을 포함하는 전이금속층(transition metal layers)이 교대로 그리고 규칙적으로 배열되는 것을 포함하고,
상기 양이온오더링은 상기 리튬층을 구성하는 리튬과 상기 리튬층과 대면하는 상기 전이금속층을 구성하는 전이금속이 서로 치환되어 형성되는 것을 포함하는 리튬이차전지용 양극활물질.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The positive electrode active material is made of the layered structure, and a portion within 2 μm in a direction from the outermost surface of the positive electrode active material toward the center further includes a cation ordering,
The layered structure includes that a lithium layer containing only lithium (Li) and a transition metal layer containing only a transition metal are alternately and regularly arranged,
The cation ordering is a positive electrode active material for a lithium secondary battery comprising lithium constituting the lithium layer and a transition metal constituting the transition metal layer facing the lithium layer are substituted with each other.
Cu-kα선을 이용한 X선 회절(XRD) 분석에 의하여 수득된 (104)면에 대한 피크의 반치폭(Full Width at Half-Maximum; FWHM)이 0.03V 이상이고,
상기 양극활물질은 충전시 H2-H3 상변이(phase transition)가 수행되는 영역대를 포함하되, 상기 H2-H3 상변이 영역대의 전압은 4.12V 내지 4.6V에서 형성되는 리튬이차전지용 양극활물질.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The Full Width at Half-Maximum (FWHM) of the peak for the (104) plane obtained by X-ray diffraction (XRD) analysis using Cu-kα ray is 0.03V or more,
The cathode active material includes a region in which H2-H3 phase transition is performed during charging, wherein the voltage of the H2-H3 phase transition region is 4.12V to 4.6V.
상기 양극활물질의 단위 격자(unit lattice)의 c축의 격자상수(lattice parameter)는 충전 및 방전하는 과정에서 팽창 및 수축되고,
상기 c축의 격자상수의 변화량은 팽창시 2% 이하이고, 수축시 4.5% 이하인, 리튬이차전지용 양극활물질.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The lattice parameter of the c-axis of the unit lattice of the positive electrode active material expands and contracts during charging and discharging,
The amount of change of the lattice constant of the c-axis is 2% or less during expansion, and 4.5% or less during contraction, a cathode active material for a lithium secondary battery.
상기 c축의 격자상수는 14.5Å 이하인, 리튬이차전지용 양극활물질.8. The method of claim 7,
The lattice constant of the c-axis is 14.5 Å or less, a cathode active material for a lithium secondary battery.
상기 양극전위를 기준으로 4.4V 이상의 전압에서 충전하는 것은 포메이션 단계 혹은 그 이후 수 사이클 혹은 매 사이클에서 수행하는 것인 리튬이차전지용 양극활물질.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Charging at a voltage of 4.4V or higher based on the positive electrode potential is a positive active material for a lithium secondary battery that is performed in the formation step or several cycles or every cycle thereafter.
상기 양극활물질은 복수개의 일차입자가 응집된 이차입자로 이루어지고,
상기 이차입자의 입자강도는 120MPa 내지 250MPa인 것을 포함하는 리튬이차전지용 양극활물질.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The positive electrode active material consists of secondary particles in which a plurality of primary particles are aggregated,
The secondary particles have a particle strength of 120 MPa to 250 MPa.
임피던스 측정에서 얻어지는 나이퀴스트 플롯(Nyquist plot)에서, Rct (charge transfer resistance)는 100사이클에서 30Ω 이하인 것을 포함하는 리튬이차전지용 양극활물질.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
In the Nyquist plot obtained from the impedance measurement, Rct (charge transfer resistance) is a cathode active material for a lithium secondary battery, including that of 30Ω or less in 100 cycles.
시차주사열량계를 이용한 열안정성 평가 방법에 따라 측정한 최대 발열 피크 온도(T)가 195℃ 내지 230℃인 리튬이차전지용 양극활물질.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
A cathode active material for a lithium secondary battery having a maximum exothermic peak temperature (T) of 195°C to 230°C measured according to a thermal stability evaluation method using a differential scanning calorimeter.
상기 양극활물질은 복수개의 일차입자가 응집된 이차입자로 이루어지고,
상기 일차입자는 상기 이차입자의 표면부에 구비되되 a축과 c축을 갖는 배향성입자를 포함하고,
상기 배향성입자의 a축 방향은 리튬이온의 확산경로(lithium ion diffusion path)에 대응하는 것을 포함하는 리튬이차전지용 양극활물질.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The positive electrode active material consists of secondary particles in which a plurality of primary particles are aggregated,
The primary particles are provided on the surface of the secondary particles and include oriented particles having an a-axis and a c-axis,
The a-axis direction of the oriented particles is a positive electrode active material for a lithium secondary battery comprising a corresponding to a lithium ion diffusion path (lithium ion diffusion path).
상기 양극과 대면하는 그라파이트 또는 리튬메탈로 이루어지 음극;
상기 양극 및 음극 사이에 개재되는 세퍼레이터; 및
리튬염을 포함하는 전해액 또는 고체전해질;을 포함하는 리튬이차전지.A positive electrode using the positive electrode active material according to any one of claims 1 to 3;
a negative electrode made of graphite or lithium metal facing the positive electrode;
a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode; and
A lithium secondary battery comprising; an electrolyte or a solid electrolyte containing a lithium salt.
상기 리튬이차전지의 충전 컷오프 전압(charging cutoff voltage)이 4.4V 이상인 리튬이차전지.
15. The method of claim 14,
A lithium secondary battery having a charging cutoff voltage of 4.4V or more of the lithium secondary battery.
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