KR20220163855A - Positive electrode for lithium secondary battery and lithium secondary battery containing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 리튬 이차전지용 양극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a positive electrode for a lithium secondary battery and a lithium secondary battery including the same.
최근 들어, 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 이러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 전압을 가지며, 사이클 수명이 길고, 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다.In recent years, demand for secondary batteries as an energy source has been rapidly increasing. Among these secondary batteries, lithium secondary batteries having high energy density and voltage, long cycle life, and low self-discharge rate have been commercialized and widely used.
리튬 이차전지의 음극 재료로서는 흑연이 주로 이용되고 있지만, 흑연은 단위질량당의 용량이 372 mAh/g로 작기 때문에, 리튬 이차전지의 고용량화가 어렵다. 이에 따라, 리튬 이차전지의 고용량화를 위해, 흑연보다도 높은 에너지 밀도를 갖는 비탄소계 음극 재료로서, 실리콘, 주석 및 이들의 산화물 등과 같이, 리튬과 금속간 화합물을 형성하는 음극 재료가 개발, 사용되고 있다. 그러나, 이러한 비탄소계 음극 재료의 경우, 용량은 크지만, 초기 효율이 낮아 초기 충방전 동안의 리튬 소모량이 크고, 비가역 용량 손실이 크다는 문제가 있다.Although graphite is mainly used as a negative electrode material for lithium secondary batteries, it is difficult to increase the capacity of lithium secondary batteries because graphite has a low capacity per unit mass of 372 mAh/g. Accordingly, in order to increase the capacity of lithium secondary batteries, negative electrode materials that form intermetallic compounds with lithium, such as silicon, tin, and oxides thereof, have been developed and used as non-carbon-based negative electrode materials having higher energy densities than graphite. However, in the case of such a non-carbon-based negative electrode material, although the capacity is high, the initial efficiency is low, so there is a problem in that lithium consumption during initial charging and discharging is high and irreversible capacity loss is large.
이와 관련하여, 양극 재료에 리튬 이온 공급원 또는 저장소를 제공할 수 있으며, 전지 전체의 성능을 저하시키지 않도록 최초 사이클 후에 전기화학적으로 활성을 나타내는 재료를 사용하여, 음극의 비가역 용량 손실을 극복하고자 하는 방법이 제안되었다. 구체적으로 희생 양극재 또는 비가역 첨가제(또는 과방전 방지제)로서, 예를 들어, Li6CoO4와 같이 과량의 리튬을 포함하는 산화물을 양극에 적용하는 방법이 알려져 있다.In this regard, a method for overcoming the irreversible capacity loss of the negative electrode by using a material that can provide a lithium ion source or reservoir to the positive electrode material and is electrochemically active after the first cycle so as not to degrade the overall performance of the battery. this has been suggested Specifically, as a sacrificial positive electrode material or an irreversible additive (or overdischarge inhibitor), for example, a method of applying an oxide containing excess lithium, such as Li 6 CoO 4 , to the positive electrode is known.
한편, 상기 Li6CoO4와 같은 기존의 비가역 첨가제는 일반적으로 코발트 산화물 등을, 과량의 리튬 산화물과 반응시켜 제조된다. 이렇게 제조된 비가역 첨가제는 구조적으로 불안정하여 충전이 진행됨에 따라 하기와 같이 다량의 산소 가스(O2)를 발생시키는데, 이차전지의 초기 충전, 즉 전지의 활성화 시 비가역 첨가제가 모두 반응하지 않고 잔류하는 경우 이후 수행되는 충방전 과정에서 반응을 일으켜 전지 내부에 부반응이나 다량의 산소 가스를 발생시킬 수 있다. 이렇게 발생한 산소 기체는 전극 조립체의 부피 팽창 등을 유발하여, 전지 성능의 저하를 초래하는 주된 요인의 하나로 작용할 수 있다.Meanwhile, conventional irreversible additives such as Li 6 CoO 4 are generally prepared by reacting cobalt oxide with excess lithium oxide. The irreversible additive prepared in this way is structurally unstable and generates a large amount of oxygen gas (O 2 ) as follows as charging proceeds. In this case, a side reaction or a large amount of oxygen gas may be generated inside the battery by causing a reaction during the subsequent charging and discharging process. Oxygen gas generated in this way may cause volume expansion of the electrode assembly and act as one of the main factors causing deterioration in battery performance.
또한, 종래 통상적으로 사용되고 있는 비가역 첨가제는 2D 침투 네트워크(2D percolating network)로 인하여 거의 부도체에 가까운 ~10-11 S/㎝의 매우 낮은 분체 전기 전도도를 나타낸다. 이러한 낮은 분체 전기 전도도는 양극의 전기 저항을 높이는데, 이 경우 낮은 C 레이트 (C-rate)에서는 200 mAh/g 이상의 큰 용량을 나타내나, C 레이트 (C-rate)가 증가하면 큰 저항으로 인해 충방전이 진행됨에 따라 성능이 빠르게 감소하므로 전지의 충방전 용량이 감소하고, 고속 충방전이 어려운 한계가 있다.In addition, conventionally used irreversible additives exhibit very low powder electrical conductivity of ~10 −11 S/cm, which is almost non-conductive due to a 2D percolating network. This low powder electrical conductivity increases the electrical resistance of the anode. In this case, a large capacity of 200 mAh/g or more is exhibited at a low C-rate, but when the C-rate increases, the large resistance As the charge/discharge progresses, the performance rapidly decreases, so the charge/discharge capacity of the battery decreases, and there is a limitation in that high-speed charge/discharge is difficult.
따라서, 리튬 이차전지의 전기적 성능을 우수할 뿐만 아니라 전지의 안전성이 개선된 리튬 이차전지에 대한 개발이 요구되고 있다.Therefore, there is a demand for the development of a lithium secondary battery having excellent electrical performance as well as improved safety of the battery.
이에, 본 발명의 목적은 리튬 이차전지의 전기적 물성을 유효하게 향상시키면서, 안전성이 개선된 리튬 이차전지용 양극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지를 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a positive electrode for a lithium secondary battery having improved safety while effectively improving electrical properties of the lithium secondary battery, and a lithium secondary battery including the same.
상술된 문제를 해결하기 위하여,In order to solve the above problems,
본 발명은 일실시예에서,In one embodiment, the present invention
양극 집전체, 및positive current collector, and
상기 양극 집전체 상에 위치하며, 양극활물질, 하기 화학식 1로 나타내는 양극 첨가제, 제1 도전재 및 바인더를 포함하는 양극 합재층을 구비하고;a positive electrode mixture layer disposed on the positive electrode current collector and including a positive electrode active material, a positive electrode additive represented by Formula 1 below, a first conductive material, and a binder;
상기 제1 도전재는 탄소나노튜브, 그라파이트 나노 섬유, 탄소나노 섬유, 기상 성장 탄소 섬유 및 활성화 탄소 섬유 중 1종 이상을 함유하며;The first conductive material contains at least one of carbon nanotubes, graphite nanofibers, carbon nanofibers, vapor-grown carbon fibers, and activated carbon fibers;
면저항이 3.0 Ω/cm 이하인 리튬 이차전지용 양극을 제공한다:Provided is a positive electrode for a lithium secondary battery having a sheet resistance of 3.0 Ω/cm or less:
[화학식 1][Formula 1]
LipCo(1-q)M1 qO4 Li p Co (1-q) M 1 q O 4
상기 화학식 1에서,In Formula 1,
M1은 W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, Al, In, Ta, Y, La, Sr, Ga, Sc, Gd, Sm, Ca, Ce, Nb, Mg, B, 및 Mo로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 원소이고,M 1 is W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, Al, In, Ta, Y, La, Sr, Ga, Sc, Gd, Sm, Ca, Ce, Nb, Mg, B, and At least one element selected from the group consisting of Mo,
p 및 q는 각각 5≤p≤7 및 0≤q≤0.5이다.p and q are 5≤p≤7 and 0≤q≤0.5, respectively.
이때, 상기 양극 합재층은 제2 도전재를 더 포함할 수 있고, 상기 제2 도전재는 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 덴카 블랙, 케첸 블랙, 수퍼-P, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙 및 서머 블랙 중 1종 이상을 함유할 수 있다.In this case, the cathode mixture layer may further include a second conductive material, and the second conductive material may include natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, Denka black, Ketjen black, Super-P, channel black, furnace It may contain one or more of black, lamp black, and summer black.
또한, 상기 양극 합재층에 제1 도전재와 제2 도전재를 함유하는 양극의 전극 면저항(R12)은 양극 합재층에 제1 도전재 단독으로 함유하는 양극의 전극 면저항(R1)과 0.5 내지 1.2의 비율(R12/R1)을 갖거나, 또는 양극 합재층에 제2 도전재 단독으로 함유하는 양극의 전극 면저항(R2)과 0.1 내지 0.8의 비율(R12/R2)을 가질 수 있다.In addition, the electrode sheet resistance (R12) of the positive electrode containing the first conductive material and the second conductive material in the positive electrode mixture layer is 0.5 to 1.2 It may have a ratio (R12/R1) of, or a ratio (R12/R2) of 0.1 to 0.8 with the electrode sheet resistance (R2) of the anode containing only the second conductive material in the cathode mixture layer.
구체적으로, 상기 양극 합재층에 제1 도전재와 제2 도전재를 함유하는 양극의 전극 면저항(R12)은 양극 합재층에 제1 도전재 단독으로 함유하는 양극의 전극 면저항(R1)과 0.7 내지 1.0의 비율(R12/R1)을 갖거나, 또는 양극 합재층에 제2 도전재 단독으로 함유하는 양극의 전극 면저항(R2)과 0.2 내지 0.6의 비율(R12/R2)을 가질 수 있다.Specifically, the electrode sheet resistance (R12) of the positive electrode containing the first conductive material and the second conductive material in the positive electrode mixture layer is 0.7 to 0.7 to the electrode sheet resistance (R1) of the positive electrode containing the first conductive material alone in the positive electrode mixture layer. It may have a ratio (R12/R1) of 1.0, or a ratio (R12/R2) of 0.2 to 0.6 with the electrode sheet resistance (R2) of the anode containing only the second conductive material in the cathode mixture layer.
아울러, 상기 양극 첨가제는 공간군이 P42/nmc인 정방정계 구조(tetragonal structure)를 가질 수 있다.In addition, the positive electrode additive may have a tetragonal structure having a space group of P4 2 /nmc.
또한, 상기 양극 첨가제의 함량은 양극 합재층 100 중량부에 대하여 0.1 내지 10 중량부일 수 있다.In addition, the amount of the positive electrode additive may be 0.1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the positive electrode mixture layer.
이와 더불어, 상기 제1 도전재의 함량은 양극 합재층 100 중량부에 대하여 0.1 내지 10 중량부일 수 있다.In addition, the content of the first conductive material may be 0.1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the positive electrode mixture layer.
또한, 제1 도전재 및 제2 도전재를 함께 포함하는 경우 제1 도전재 및 제2 도전재의 총 함량은 양극 합재층 100 중량부에 대하여 0.1 내지 10 중량부일 수 있고, 이 경우, 상기 제2 도전재는 제1 도전재 100 중량부에 대하여 20 내지 60 중량부 포함될 수 있다.In addition, when the first conductive material and the second conductive material are included together, the total content of the first conductive material and the second conductive material may be 0.1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the positive electrode mixture layer. In this case, the second conductive material The conductive material may be included in an amount of 20 to 60 parts by weight based on 100 parts by weight of the first conductive material.
한편, 상기 양극활물질은 하기 화학식 2로 나타내는 리튬 금속 복합 산화물일 수 있다:Meanwhile, the cathode active material may be a lithium metal composite oxide represented by Formula 2 below:
[화학식 2][Formula 2]
Lix[NiyCozMnwM2 v]Ou Li x [Ni y Co z Mn w M 2 v ] O u
상기 화학식 2에 있어서,In Formula 2,
M2는 W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, Al, In, Ta, Y, La, Sr, Ga, Sc, Gd, Sm, Ca, Ce, Nb, Mg, B, 및 Mo로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 원소이고,M 2 is W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, Al, In, Ta, Y, La, Sr, Ga, Sc, Gd, Sm, Ca, Ce, Nb, Mg, B, and At least one element selected from the group consisting of Mo,
x, y, z, w, v 및 u는 각각 1.0≤x≤1.30, 0.1≤y<0.95, 0.01<z≤0.5, 0.01<w≤0.5, 0≤v≤0.2, 1.5≤u≤4.5이다.x, y, z, w, v and u are 1.0≤x≤1.30, 0.1≤y<0.95, 0.01<z≤0.5, 0.01<w≤0.5, 0≤v≤0.2, 1.5≤u≤4.5, respectively.
또한, 본 발명은 일실시예에서,In addition, in one embodiment of the present invention,
하기 화학식 1로 나타내는 양극 첨가제; 제1 도전재 및 바인더를 혼합하여 선분산액을 제조하는 단계;A positive electrode additive represented by the following formula (1); preparing a pre-dispersion solution by mixing a first conductive material and a binder;
제조된 선분산액, 양극활물질 및 바인더를 혼합하여 양극 슬러리를 제조하는 단계; 및preparing a cathode slurry by mixing the prepared pre-dispersion solution, a cathode active material, and a binder; and
양극 집전체 상에 상기 양극 슬러리를 도포하여 양극 합재층을 제조하는 단계;를 포함하고,Including; preparing a cathode mixture layer by applying the cathode slurry on a cathode current collector,
상기 제1 도전재는 탄소나노튜브, 그라파이트 나노 섬유, 탄소나노 섬유, 기상 성장 탄소 섬유 및 활성화 탄소 섬유 중 1종 이상을 함유하며;The first conductive material contains at least one of carbon nanotubes, graphite nanofibers, carbon nanofibers, vapor-grown carbon fibers, and activated carbon fibers;
제조된 양극의 면저항이 3.0 Ω/cm 이하인 리튬 이차전지용 양극의 제조방법을 제공한다:Provided is a method for manufacturing a cathode for a lithium secondary battery in which the sheet resistance of the cathode is 3.0 Ω/cm or less:
[화학식 1][Formula 1]
LipCo(1-q)M1 qO4 Li p Co (1-q) M 1 q O 4
상기 화학식 1에서,In Formula 1,
M1은 W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, Al, In, Ta, Y, La, Sr, Ga, Sc, Gd, Sm, Ca, Ce, Nb, Mg, B, 및 Mo로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 원소이고,M 1 is W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, Al, In, Ta, Y, La, Sr, Ga, Sc, Gd, Sm, Ca, Ce, Nb, Mg, B, and At least one element selected from the group consisting of Mo,
p 및 q는 각각 5≤p≤7 및 0≤q≤0.5이다.p and q are 5≤p≤7 and 0≤q≤0.5, respectively.
이때, 상기 상기 선분산액을 제조하는 단계는 10% 이하의 상대습도 조건에서 수행될 수 있다.In this case, the step of preparing the pre-dispersion solution may be performed under a relative humidity condition of 10% or less.
또한, 상기 양극 슬러리를 제조하는 단계는 제2 도전재를 더 혼합할 수 있다.In the preparing of the positive electrode slurry, a second conductive material may be further mixed.
나아가, 본 발명은 일실시예에서,Furthermore, the present invention, in one embodiment,
상술된 본 발명에 따른 양극; 음극; 및 상기 양극과 음극 사이에 위치하는 분리막을 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다.anode according to the present invention described above; cathode; And it provides a lithium secondary battery comprising a separator positioned between the positive electrode and the negative electrode.
본 발명에 따른 리튬 이차전지용 양극은 비가역 첨가제인 양극 합재층에 화학식 1로 나타내는 양극 첨가제와 선형 구조의 도전재를 함유하는 선분산액을 이용하여 제조되고, 상기 전극 면저항이 특정 범위를 만족하도록 조절함으로써 충방전 시 발생되는 산소 가스량을 저감시킬 수 있을 뿐만 아니라, 리튬 이차전지의 충방전 효율을 용이하게 향상시킬 수 있는 이점이 있다.A positive electrode for a lithium secondary battery according to the present invention is prepared by using a linear dispersion containing a positive electrode additive represented by Chemical Formula 1 and a conductive material having a linear structure in a positive electrode mixture layer, which is an irreversible additive, and adjusting the electrode sheet resistance to satisfy a specific range. There is an advantage in that the amount of oxygen gas generated during charging and discharging can be reduced, and the charging and discharging efficiency of the lithium secondary battery can be easily improved.
도 1은 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 2에서 제조된 양극의 면저항을 나타낸 그래프이다.1 is a graph showing sheet resistance of cathodes prepared in Examples 1, 2, and Comparative Example 2;
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.Since the present invention can have various changes and various embodiments, specific embodiments will be described in detail in the detailed description.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present invention, the term "comprises" or "has" is intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.
또한, 본 발명에서, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 기재된 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하에" 있다고 기재된 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 출원에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부 뿐만 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.Further, in the present invention, when a part such as a layer, film, region, plate, etc. is described as being “on” another part, this includes not only the case where it is “directly on” the other part, but also the case where another part is present in the middle thereof. . Conversely, when a part such as a layer, film, region, plate, or the like is described as being “under” another part, this includes not only being “directly under” the other part, but also the case where there is another part in the middle. In addition, in the present application, being disposed "on" may include the case of being disposed not only on the upper part but also on the lower part.
아울러, 본 발명에서, "주성분"이란 조성물 또는 특정 성분의 전체 중량에 대하여 50 중량% 이상, 60 중량% 이상, 70 중량% 이상, 80 중량% 이상, 90중량% 이상, 95 중량% 이상 또는 97.5 중량% 이상인 것을 의미할 수 있으며, 경우에 따라서는 조성물 또는 특정 성분 전체를 구성하는 경우, 즉 100 중량%를 의미할 수도 있다.In addition, in the present invention, "main component" is 50% by weight or more, 60% by weight or more, 70% by weight or more, 80% by weight or more, 90% by weight or more, 95% by weight or more, or 97.5% by weight or more based on the total weight of the composition or specific component. It may mean more than % by weight, and in some cases, it may mean the case of constituting the entire composition or specific component, that is, 100% by weight.
또한, 본 발명에서, "Ah"는 리튬 이차전지의 용량 단위로서, "암페어아워"라 하며 시간당 전류량을 의미한다. 예컨대, 전지 용량이 "3000 mAh"이라면 3000mA의 전류로 1시간 동안 방전시킬 수 있음을 의미한다.Also, in the present invention, "Ah" is a capacity unit of a lithium secondary battery, and is referred to as an "ampere hour" and means an amount of current per hour. For example, if the battery capacity is "3000 mAh", it means that it can be discharged for 1 hour with a current of 3000 mA.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
리튬 이차전지용 양극Cathode for lithium secondary battery
본 발명은 일실시예에서,In one embodiment, the present invention
양극 집전체, 및positive current collector, and
상기 양극 집전체 상에 위치하며, 양극활물질, 하기 화학식 1로 나타내는 양극 첨가제, 제1 도전재 및 바인더를 포함하는 양극 합재층을 구비하고;a positive electrode mixture layer disposed on the positive electrode current collector and including a positive electrode active material, a positive electrode additive represented by Formula 1 below, a first conductive material, and a binder;
상기 제1 도전재는 그래핀, 탄소나노튜브, 그라파이트 나노 섬유, 탄소나노 섬유, 기상 성장 탄소 섬유 및 활성화 탄소 섬유 중 1종 이상을 함유하며;The first conductive material contains at least one of graphene, carbon nanotubes, graphite nanofibers, carbon nanofibers, vapor-grown carbon fibers, and activated carbon fibers;
면저항이 3.0 Ω/cm 이하인 리튬 이차전지용 양극을 제공한다:Provided is a positive electrode for a lithium secondary battery having a sheet resistance of 3.0 Ω/cm or less:
[화학식 1][Formula 1]
LipCo(1-q)M1 qO4 Li p Co (1-q) M 1 q O 4
상기 화학식 1에서,In Formula 1,
M1은 W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, Al, In, Ta, Y, La, Sr, Ga, Sc, Gd, Sm, Ca, Ce, Nb, Mg, B, 및 Mo로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 원소이고,M 1 is W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, Al, In, Ta, Y, La, Sr, Ga, Sc, Gd, Sm, Ca, Ce, Nb, Mg, B, and At least one element selected from the group consisting of Mo,
p 및 q는 각각 5≤p≤7 및 0≤q≤0.5이다.p and q are 5≤p≤7 and 0≤q≤0.5, respectively.
본 발명에 따른 리튬 이차전지용 양극은 양극 집전체 상에 양극 슬러리를 도포, 건조 및 프레싱하여 제조되는 양극 합재층을 포함하며, 상기 양극 합재층은 양극활물질, 양극 첨가제, 도전재 및 바인더를 함유하는 구성을 갖는다.A positive electrode for a lithium secondary battery according to the present invention includes a positive electrode mixture layer prepared by applying, drying, and pressing a positive electrode slurry on a positive electrode current collector, wherein the positive electrode mixture layer contains a positive electrode active material, a positive electrode additive, a conductive material, and a binder have a configuration
이때, 상기 양극 첨가제는 하기 화학식 1로 나타내는 리튬 코발트 산화물일 수 있다:In this case, the cathode additive may be lithium cobalt oxide represented by Formula 1 below:
[화학식 1][Formula 1]
LipCo(1-q)M1 qO4 Li p Co (1-q) M 1 q O 4
상기 화학식 1에서,In Formula 1,
M1은 W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, Al, In, Ta, Y, La, Sr, Ga, Sc, Gd, Sm, Ca, Ce, Nb, Mg, B, 및 Mo로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 원소이고,M 1 is W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, Al, In, Ta, Y, La, Sr, Ga, Sc, Gd, Sm, Ca, Ce, Nb, Mg, B, and At least one element selected from the group consisting of Mo,
p 및 q는 각각 5≤p≤7 및 0≤q≤0.5이다.p and q are 5≤p≤7 and 0≤q≤0.5, respectively.
상기 양극 첨가제는 리튬을 과함유하여 초기 충전 시 음극에서의 비가역적인 화학적 물리적 반응으로 인해 발생된 리튬 소모에 리튬을 제공할 수 있으며, 이에 따라 전지의 충전 용량이 증가하고 비가역 용량이 감소하여 수명 특성이 개선될 수 있다.The positive electrode additive contains excess lithium and can provide lithium for lithium consumption caused by irreversible chemical and physical reactions in the negative electrode during initial charging, thereby increasing the charging capacity of the battery and reducing the irreversible capacity, thereby improving lifespan characteristics this can be improved.
그 중에서도 상기 화학식 1로 나타내는 양극 첨가제는 당업계에서 통용되고 있는 니켈 함유 산화물과 비교하여 리튬 이온의 함유량이 높아 전지의 초기 활성화 시 비가역 반응으로 손실된 리튬 이온을 보충할 수 있으므로, 전지의 충방전 용량을 현저히 향상시킬 수 있다. 또한, 당업계에서 통용되고 있는 철 및/또는 망간 함유 산화물과 비교하여 전지의 충방전 시 전이금속의 용출로 인하여 발생되는 부반응이 없으므로 전지의 안정성이 뛰어난 이점이 있다. 이러한 화학식 1로 나타내는 리튬 금속 산화물로는 Li6CoO4, Li6Co0.5Zn0.5O4, Li6Co0.7Zn0.3O4 등을 포함할 수 있다.Among them, the positive electrode additive represented by Chemical Formula 1 has a higher content of lithium ions than nickel-containing oxides commonly used in the art, so that lithium ions lost due to an irreversible reaction during initial activation of the battery can be supplemented, so that the charge and discharge of the battery capacity can be significantly improved. In addition, compared to iron and/or manganese-containing oxides commonly used in the art, there is no side reaction caused by the elution of transition metal during charging and discharging of the battery, so the battery has an advantage of excellent stability. The lithium metal oxide represented by Chemical Formula 1 may include Li 6 CoO 4 , Li 6 Co 0.5 Zn 0.5 O 4 , Li 6 Co 0.7 Zn 0.3 O 4 , and the like.
또한, 상기 화학식 1로 나타내는 양극 첨가제는 정방정계(tetragonal) 결정 구조를 가질 수 있으며, 이 중에서도 코발트 원소와 산소 원소가 이루는 뒤틀린 사면체 구조를 갖는 P42/nmc의 공간군에 포함될 수 있다. 상기 양극 첨가제는 코발트 원소와 산소 원자가 이루는 뒤틀린 사면체 구조를 가져 구조적으로 불안정하므로, 양극 제조 시 양극 합재층 100 중량부에 대하여 5 중량부 이하로 사용되는 경우 양극 슬러리의 혼합 과정에서 공기 중 수분이나 산소와 부반응을 초래할 수 있다. 그러나, 본 발명은 상기 양극 첨가제를 양극 슬러리 제조 시, 양극 첨가제를 선분산한 조성물을 사용함으로써 양극 첨가제가 공기 중의 수분이나 산소와 부반응을 일으키는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.In addition, the positive electrode additive represented by Chemical Formula 1 may have a tetragonal crystal structure, and may be included in a space group of P4 2 /nmc having a twisted tetrahedral structure formed by a cobalt element and an oxygen element. Since the cathode additive has a twisted tetrahedral structure formed by cobalt element and oxygen atoms and is structurally unstable, when the cathode additive is used in an amount of 5 parts by weight or less based on 100 parts by weight of the cathode mixture layer during cathode manufacturing, moisture or oxygen in the air during the mixing process of the cathode slurry and may cause side reactions. However, the present invention has the advantage of preventing the cathode additive from causing a side reaction with moisture or oxygen in the air by using a composition in which the cathode additive is pre-dispersed when preparing the cathode slurry.
아울러, 상기 양극 첨가제는 양극 합재층 100 중량부에 대하여 0.1 내지 10 중량부로 포함될 수 있고, 구체적으로는 양극 합재층 100 중량부에 대하여 0.1 내지 8 중량부; 0.1 내지 5 중량부; 1 내지 10 중량부; 2 내지 10 중량부; 5 내지 10 중량부; 2 내지 8 중량부; 3 내지 7 중량부; 또는 4 내지 5.5 중량부로 포함될 수 있다. 본 발명은 양극 첨가제의 함량을 상기 범위로 조절함으로써 양극 첨가제의 함량이 낮아 비가역 반응에 의해 손실된 리튬 이온을 충분히 보충하지 못해 충방전 용량이 저하되는 것을 방지할 수 있으며, 과량의 양극 첨가제로 인해 전지의 충방전 시 산소 가스가 다량 발생하는 것을 방지할 수 있다.In addition, the positive electrode additive may be included in an amount of 0.1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the positive electrode mixture layer, specifically, 0.1 to 8 parts by weight based on 100 parts by weight of the positive electrode mixture layer; 0.1 to 5 parts by weight; 1 to 10 parts by weight; 2 to 10 parts by weight; 5 to 10 parts by weight; 2 to 8 parts by weight; 3 to 7 parts by weight; or 4 to 5.5 parts by weight. In the present invention, by adjusting the content of the positive electrode additive within the above range, the content of the positive electrode additive is low, and lithium ions lost due to an irreversible reaction cannot be sufficiently compensated for, thereby preventing the charge/discharge capacity from deteriorating. It is possible to prevent a large amount of oxygen gas from being generated during charging and discharging of the battery.
또한, 상기 리튬 이차전지용 양극은 양극 합재층에 제1 도전재를 포함할 수 있으며, 상기 제1 도전재는 선형 구조를 갖는 그래핀, 탄소나노튜브, 그라파이트 나노 섬유, 탄소나노 섬유, 기상 성장 탄소 섬유 및 활성화 탄소 섬유 중 1종 이상을 함유할 수 있다.In addition, the positive electrode for a lithium secondary battery may include a first conductive material in the positive electrode mixture layer, and the first conductive material may include graphene, carbon nanotubes, graphite nanofibers, carbon nanofibers, and vapor grown carbon fibers having a linear structure. and activated carbon fibers.
이때, 상기 제1 도전재의 평균 크기는 500 nm 이하일 수 있으며, 구체적으로는 10 내지 500nm; 10 내지 400 nm; 10 내지 300 nm; 10 내지 200 nm; 10 내지 100 nm; 50 내지 500 nm; 100 내지 500 nm; 200 내지 500 nm; 250 내지 500 nm; 300 내지 500 nm; 400 내지 500 nm; 100 내지 300 nm; 200 내지 400 nm; 또는 50 내지 250 nm일 수 있다. 여기서, 평균 크기랑 제1 도전재의 평균 길이를 의미할 수 있다.At this time, the average size of the first conductive material may be 500 nm or less, specifically 10 to 500 nm; 10 to 400 nm; 10 to 300 nm; 10 to 200 nm; 10 to 100 nm; 50 to 500 nm; 100 to 500 nm; 200 to 500 nm; 250 to 500 nm; 300 to 500 nm; 400 to 500 nm; 100 to 300 nm; 200 to 400 nm; or 50 to 250 nm. Here, it may mean the average size and the average length of the first conductive material.
본 발명은 선형 구조를 갖는 제1 도전재의 평균 크기를 상기와 같은 범위로 제어함으로써 분체 전기 전도도가 낮은 양극 첨가제 표면에 도전 경로를 형성할 수 있으며, 이를 통해 양극의 저항을 보다 낮출 수 있다.In the present invention, by controlling the average size of the first conductive material having a linear structure within the above range, a conductive path can be formed on the surface of the positive electrode additive having low powder electrical conductivity, thereby lowering the resistance of the positive electrode.
아울러, 상기 양극 합재층은 제1 도전재와 함께, 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 덴카 블랙, 케첸 블랙, 수퍼-P, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙 및 서머 블랙 중 1종 이상을 함유하는 제2 도전재를 더 포함할 수 있다.In addition, the positive electrode mixture layer, together with the first conductive material, includes one of natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, Denka black, Ketjen black, Super-P, channel black, furnace black, lamp black, and summer black A second conductive material containing more than one species may be further included.
이때, 상기 제2 도전재의 평균 크기는 1 내지 100 ㎛일 수 있고, 구체적으로는 1 내지 80 ㎛; 1 내지 60 ㎛; 1 내지 50 ㎛; 1 내지 40 ㎛; 1 내지 20 ㎛; 1 내지 10 ㎛; 1 내지 5 ㎛; 10 내지 100 ㎛; 50 내지 100 ㎛; 10 내지 20 ㎛; 25 내지 50 ㎛; 2 내지 4 ㎛; 1 내지 3 ㎛일 수 있다.At this time, the average size of the second conductive material may be 1 to 100 ㎛, specifically 1 to 80 ㎛; 1 to 60 μm; 1 to 50 μm; 1 to 40 μm; 1 to 20 μm; 1 to 10 μm; 1 to 5 μm; 10 to 100 μm; 50 to 100 μm; 10 to 20 μm; 25 to 50 μm; 2 to 4 μm; It may be 1 to 3 μm.
나아가, 상기 리튬 이차전지용 양극은 화학식 1로 나타내는 양극 첨가제와 함께 제1 도전재를 단독으로 포함하거나, 제1 도전재 및 제2 도전재를 포함하는 경우 3.0 Ω/㎝ 이하의 면저항을 나타낼 수 있다. 구체적으로, 상기 리튬 이차전지용 양극은 2.8 Ω/㎝ 이하; 2.6 Ω/㎝ 이하; 2.4 Ω/㎝ 이하; 2.2 Ω/㎝ 이하; 2.0 Ω/㎝ 이하; 1.0 Ω/㎝ 내지 3.0 Ω/㎝; 1.0 Ω/㎝ 내지 2.6 Ω/㎝; 1.2 Ω/㎝ 내지 2.6 Ω/㎝; 1.5 Ω/㎝ 내지 2.5 Ω/㎝; 또는 1.4 Ω/㎝ 내지 2.3 Ω/㎝의 면저항을 나타낼 수 있다.Furthermore, the positive electrode for a lithium secondary battery may exhibit a sheet resistance of 3.0 Ω/cm or less when the positive electrode additive represented by Chemical Formula 1 includes the first conductive material alone or includes the first conductive material and the second conductive material. . Specifically, the cathode for the lithium secondary battery is 2.8 Ω/cm or less; 2.6 Ω/cm or less; 2.4 Ω/cm or less; 2.2 Ω/cm or less; 2.0 Ω/cm or less; 1.0 Ω/cm to 3.0 Ω/cm; 1.0 Ω/cm to 2.6 Ω/cm; 1.2 Ω/cm to 2.6 Ω/cm; 1.5 Ω/cm to 2.5 Ω/cm; Or it may exhibit a sheet resistance of 1.4 Ω/cm to 2.3 Ω/cm.
또한, 리튬 이차전지용 양극은 화학식 1로 나타내는 양극 첨가제와 함께 제1 도전재와 제2 도전재를 함께 함유하는 경우, 제1 도전재를 단독으로 함유하거나 제2 도전재를 단독으로 함유하는 경우와 비교하여 전극의 면저항이 보다 저하될 수 있다. 구체적으로, 양극 합재층에 제1 도전재와 제2 도전재를 함유하는 양극의 전극 면저항(R12)은 양극 합재층에 제1 도전재 단독으로 함유하는 양극의 전극 면저항(R1)와 0.5 내지 1.2의 비율(R12/R1)을 갖거나, 또는 양극 합재층에 제2 도전재 단독으로 함유하는 양극의 전극 면저항(R2)과 0.1 내지 0.8의 비율(R12/R2)을 가질 수 있다.In addition, when the positive electrode for a lithium secondary battery contains the first conductive material and the second conductive material together with the positive electrode additive represented by Chemical Formula 1, when the first conductive material alone or the second conductive material is contained alone, In comparison, the sheet resistance of the electrode may be further reduced. Specifically, the electrode sheet resistance (R12) of the positive electrode containing the first conductive material and the second conductive material in the positive electrode mixture layer is 0.5 to 1.2 from the electrode sheet resistance (R1) of the positive electrode containing the first conductive material alone in the positive electrode mixture layer. It may have a ratio (R12/R1) of, or a ratio (R12/R2) of 0.1 to 0.8 with the electrode sheet resistance (R2) of the anode containing only the second conductive material in the cathode mixture layer.
보다 구체적으로, 양극 합재층에 제1 도전재와 제2 도전재를 함유하는 양극의 전극 면저항(R12)은 양극 합재층에 제1 도전재 단독으로 함유하는 양극의 전극 면저항(R1)과 0.5 내지 1.1; 0.5 내지 1.0; 0.5 내지 0.9; 0.6 내지 1.1; 0.65내지 1.0; 또는 0.7 내지 0.98의 비율(R12/R1)을 가질 수 있다.More specifically, the electrode sheet resistance (R12) of the positive electrode containing the first conductive material and the second conductive material in the positive electrode mixture layer is 0.5 to 0.5 to the electrode sheet resistance (R1) of the positive electrode containing the first conductive material alone in the positive electrode mixture layer. 1.1; 0.5 to 1.0; 0.5 to 0.9; 0.6 to 1.1; 0.65 to 1.0; Or it may have a ratio (R12/R1) of 0.7 to 0.98.
또한, 양극 합재층에 제1 도전재와 제2 도전재를 함유하는 양극의 전극 면저항(R12)은 양극 합재층에 제2 도전재 단독으로 함유하는 양극의 전극 면저항(R2)과 0.1 내지 0.7; 0.1 내지 0.6; 0.1 내지 0.5; 0.1 내지 0.45; 0.1 내지 0.4; 0.2 내지 0.8; 0.2 내지 0.55; 또는 0.2 내지 0.5의 비율(R12/R2)을 가질 수 있다.In addition, the electrode sheet resistance (R12) of the positive electrode containing the first conductive material and the second conductive material in the positive electrode mixture layer is 0.1 to 0.7 with the electrode sheet resistance (R2) of the positive electrode containing the second conductive material alone in the positive electrode mixture layer; 0.1 to 0.6; 0.1 to 0.5; 0.1 to 0.45; 0.1 to 0.4; 0.2 to 0.8; 0.2 to 0.55; Or it may have a ratio (R12/R2) of 0.2 to 0.5.
하나의 예로서, 상기 양극 합재층에 제1 도전재와 제2 도전재를 함유하는 양극의 전극 면저항(R12)은 양극 합재층에 제1 도전재 단독으로 함유하는 양극의 전극 면저항(R1)에 대하여 0.7 내지 1.0의 비율을 갖거나, 또는 양극 합재층에 제2 도전재 단독으로 함유하는 양극의 전극 면저항(R2)에 대하여 0.2 내지 0.6의 비율을 가질 수 있다.As an example, the electrode sheet resistance (R12) of the positive electrode containing the first conductive material and the second conductive material in the positive electrode mixture layer is less than the electrode sheet resistance (R1) of the positive electrode containing the first conductive material alone in the positive electrode mixture layer. may have a ratio of 0.7 to 1.0, or a ratio of 0.2 to 0.6 with respect to the electrode sheet resistance (R2) of the positive electrode containing only the second conductive material in the positive electrode mixture layer.
본 발명은 리튬 이차전지용 양극의 면저항과 양극 합재층에 함유된 도전재의 종류에 따른 면저항 비율(R12/R1 및 R12/R2)을 상기 범위로 제어함으로써 3.0 Ω/㎝를 초과하는 높은 면저항; 1.2를 초과하는 면저항 비율(R12/R1); 및 0.8을 초과하는 면저항 비율(R12/R2)로 인해 리튬 이차전지의 충방전 용량 및 용량 유지율이 저하되는 것을 방지하여 전지의 전기적 성능을 보다 향상시킬 수 있다.The present invention controls the sheet resistance ratios (R12/R1 and R12/R2) according to the type of conductive material contained in the sheet resistance of the positive electrode for a lithium secondary battery and the positive electrode composite material layer to the above range to achieve a high sheet resistance exceeding 3.0 Ω/cm; sheet resistance ratio (R12/R1) greater than 1.2; And the sheet resistance ratio (R12/R2) exceeding 0.8 prevents the charge/discharge capacity and capacity retention rate of the lithium secondary battery from deteriorating, thereby further improving the electrical performance of the battery.
또한, 상기 제1 도전재의 함량은 양극 합재층 100 중량부에 대하여 0.1 내지 10 중량부로 포함될 수 있으며, 구체적으로는 0.1 내지 7.5 중량부; 0.1 내지 5 중량부; 0.1 내지 3 중량부; 0.1 내지 1.5 중량부; 2 내지 5 중량부; 4 내지 7 중량부; 5 내지 10 중량부; 7 내지 9 중량부; 또는 0.1 내지 0.9 중량부일 수 있다.In addition, the content of the first conductive material may be included in 0.1 to 10 parts by weight, specifically 0.1 to 7.5 parts by weight, based on 100 parts by weight of the positive electrode mixture layer; 0.1 to 5 parts by weight; 0.1 to 3 parts by weight; 0.1 to 1.5 parts by weight; 2 to 5 parts by weight; 4 to 7 parts by weight; 5 to 10 parts by weight; 7 to 9 parts by weight; Or it may be 0.1 to 0.9 parts by weight.
나아가, 제1 도전재와 제2 도전재를 병용하는 경우, 제1 도전재와 제2 도전재의 총 함량은 양극 합재층 100 중량부에 대하여 0.1 내지 10 중량부로 포함될 수 있으며, 구체적으로는 0.1 내지 7.5 중량부; 0.1 내지 5 중량부; 0.1 내지 3 중량부; 0.1 내지 1.5 중량부; 2 내지 5 중량부; 4 내지 7 중량부; 5 내지 10 중량부; 7 내지 9 중량부; 또는 0.1 내지 0.9 중량부일 수 있다.Furthermore, when the first conductive material and the second conductive material are used together, the total amount of the first conductive material and the second conductive material may be included in 0.1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the positive electrode mixture layer, specifically 0.1 to 10 parts by weight. 7.5 parts by weight; 0.1 to 5 parts by weight; 0.1 to 3 parts by weight; 0.1 to 1.5 parts by weight; 2 to 5 parts by weight; 4 to 7 parts by weight; 5 to 10 parts by weight; 7 to 9 parts by weight; Or it may be 0.1 to 0.9 parts by weight.
여기서, 상기 제2 도전재는 제1 도전재의 100 중량부에 대하여 20 내지 60 중량부로 포함될 수 있고, 구체적으로는 20 내지 50 중량부; 20 내지 45 중량부; 30 내지 60 중량부; 25 내지 50 중량부; 또는 30 내지 50 중량부로 포함될 수 있다.Here, the second conductive material may be included in 20 to 60 parts by weight based on 100 parts by weight of the first conductive material, specifically 20 to 50 parts by weight; 20 to 45 parts by weight; 30 to 60 parts by weight; 25 to 50 parts by weight; or 30 to 50 parts by weight.
본 발명은 제1 도전재의 함량과; 제1 도전재와 제2 도전재를 병용하는 경우 제1 도전재와 제2 도전재의 총 함량을 상기와 같은 범위로 제어함으로써 화학식 1로 나타내는 양극 첨가제로 인한 전극의 면저항 증가를 효과적으로 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 10 중량부를 초과하는 과량의 도전재로 인하여 양극활물질의 활성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.The present invention relates to the content of the first conductive material; When the first conductive material and the second conductive material are used together, the increase in sheet resistance of the electrode due to the positive electrode additive represented by Formula 1 can be effectively improved by controlling the total content of the first conductive material and the second conductive material within the above range. In addition, it is possible to prevent activity of the positive electrode active material from deteriorating due to an excessive amount of the conductive material exceeding 10 parts by weight.
한편, 상기 양극활물질은 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 양극활물질로서, 하기 화학식 2로 나타내는 리튬 금속 복합 산화물을 주성분으로 포함할 수 있다:On the other hand, the positive electrode active material is a positive electrode active material capable of reversible intercalation and deintercalation, and may include a lithium metal composite oxide represented by
[화학식 2][Formula 2]
Lix[NiyCozMnwM2 v]Ou Li x [Ni y Co z Mn w M 2 v ] O u
상기 화학식 2에 있어서,In
M2는 W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, Al, In, Ta, Y, La, Sr, Ga, Sc, Gd, Sm, Ca, Ce, Nb, Mg, B, 및 Mo로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 원소이고,M 2 is W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, Al, In, Ta, Y, La, Sr, Ga, Sc, Gd, Sm, Ca, Ce, Nb, Mg, B, and At least one element selected from the group consisting of Mo,
x, y, z, w, v 및 u는 각각 1.0≤x≤1.30, 0.1≤y<0.95, 0.01<z≤0.5, 0.01<w≤0.5, 0≤v≤0.2, 1.5≤u≤4.5이다.x, y, z, w, v and u are 1.0≤x≤1.30, 0.1≤y<0.95, 0.01<z≤0.5, 0.01<w≤0.5, 0≤v≤0.2, 1.5≤u≤4.5, respectively.
상기 화학식 2로 나타내는 리튬 금속 복합 산화물은 리튬과 니켈을 포함하는 복합 금속 산화물로서, LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2, LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2, LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2, LiNi0.9Co0.05Mn0.05O2, LiNi0.6Co0.2Mn0.1Al0.1O2, LiNi0.6Co0.2Mn0.15Al0.05O2 및 LiNi0.7Co0.1Mn0.1Al0.1O2로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 화합물을 포함할 수 있다.The lithium metal composite oxide represented by
또한, 상기 양극활물질의 함량은 양극 합재층 100 중량부에 대하여 85 내지 95 중량부 일 수 있고, 구체적으로는 88 내지 95 중량부, 90 내지 95 중량부, 86 내지 90 중량부 또는 92 내지 95 중량부일 수 있다.In addition, the content of the positive electrode active material may be 85 to 95 parts by weight, specifically 88 to 95 parts by weight, 90 to 95 parts by weight, 86 to 90 parts by weight, or 92 to 95 parts by weight, based on 100 parts by weight of the positive electrode composite layer. can be wealth
아울러, 상기 바인더는 양극활물질, 양극 첨가제 및 도전재가 서로 결착되게 하는 역할을 수행하며, 이러한 기능을 갖는 것이면 특별히 제한되지 않고 사용될 수 있다. 구체적으로, 상기 바인더로는 폴리비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVdF-co-HFP), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride, PVdF), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate) 및 이들의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 수지를 포함할 수 있다. 하나의 예로서, 상기 바인더는 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride)를 포함할 수 있다.In addition, the binder serves to bind the positive electrode active material, the positive electrode additive, and the conductive material to each other, and any binder having such a function may be used without particular limitation. Specifically, the binder includes polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVdF-co-HFP), polyvinylidenefluoride (PVdF), polyacrylonitrile, polymethylmethacryl It may include at least one resin selected from the group consisting of polymethylmethacrylate and copolymers thereof. As one example, the binder may include polyvinylidenefluoride.
또한, 상기 바인더는 합재층은 전체 100 중량부에 대하여, 1~10 중량부로 포함할 수 있고, 구체적으로는 2~8 중량부; 또는 도전재 1~5 중량부로 포함할 수 있다.In addition, the binder may include 1 to 10 parts by weight, specifically 2 to 8 parts by weight, based on the total 100 parts by weight of the mixture layer; Alternatively, 1 to 5 parts by weight of the conductive material may be included.
이와 더불어, 상기 합재층의 평균 두께는 특별히 제한되는 것은 아니나, 구체적으로는 50㎛ 내지 300㎛일 수 있으며, 보다 구체적으로는 100㎛ 내지 200㎛; 80㎛ 내지 150㎛; 120㎛ 내지 170㎛; 150㎛ 내지 300㎛; 200㎛ 내지 300㎛; 또는 150㎛ 내지 190㎛일 수 있다.In addition, the average thickness of the mixture layer is not particularly limited, but may be specifically 50 μm to 300 μm, more specifically 100 μm to 200 μm; 80 μm to 150 μm; 120 μm to 170 μm; 150 μm to 300 μm; 200 μm to 300 μm; Or it may be 150 μm to 190 μm.
또한, 상기 양극은 양극 집전체로서 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것을 사용할 수 있다. 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소 등을 사용할 수 있으며, 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 경우 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리된 것을 사용할 수도 있다. 또한, 상기 양극 집전체는 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다. 아울러, 상기 집전체의 평균 두께는 제조되는 양극의 도전성과 총 두께를 고려하여 3~500 ㎛에서 적절하게 적용될 수 있다.In addition, as the positive electrode current collector, one having high conductivity without causing chemical change in the battery may be used. For example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, etc. may be used, and aluminum or stainless steel may be surface-treated with carbon, nickel, titanium, silver, or the like. In addition, the positive electrode current collector may form fine irregularities on the surface to increase the adhesion of the positive electrode active material, and various forms such as films, sheets, foils, nets, porous bodies, foams, and nonwoven fabrics are possible. In addition, the average thickness of the current collector may be appropriately applied in the range of 3 to 500 μm in consideration of the conductivity and total thickness of the anode to be manufactured.
리튬 이차전지용 양극의 제조방법Manufacturing method of positive electrode for lithium secondary battery
또한, 본 발명은 일실시예에서,In addition, in one embodiment of the present invention,
하기 화학식 1로 나타내는 양극 첨가제; 제1 도전재 및 바인더를 혼합하여 선분산액을 제조하는 단계;A positive electrode additive represented by the following formula (1); preparing a pre-dispersion solution by mixing a first conductive material and a binder;
제조된 선분산액, 양극활물질 및 바인더를 혼합하여 양극 슬러리를 제조하는 단계; 및preparing a cathode slurry by mixing the prepared pre-dispersion solution, a cathode active material, and a binder; and
양극 집전체 상에 상기 양극 슬러리를 도포하여 양극 합재층을 제조하는 단계;를 포함하고,Including; preparing a cathode mixture layer by applying the cathode slurry on a cathode current collector,
상기 제1 도전재는 그래핀, 탄소나노튜브, 그라파이트 나노 섬유, 탄소나노 섬유, 기상 성장 탄소 섬유 및 활성화 탄소 섬유 중 1종 이상을 함유하며;The first conductive material contains at least one of graphene, carbon nanotubes, graphite nanofibers, carbon nanofibers, vapor-grown carbon fibers, and activated carbon fibers;
제조된 양극의 면저항이 3.0 Ω/cm 이하인 리튬 이차전지용 양극의 제조방법을 제공한다:Provided is a method for manufacturing a cathode for a lithium secondary battery in which the sheet resistance of the cathode is 3.0 Ω/cm or less:
[화학식 1][Formula 1]
LipCo(1-q)M1 qO4 Li p Co (1-q) M 1 q O 4
상기 화학식 1에서,In Formula 1,
M1은 W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, Al, In, Ta, Y, La, Sr, Ga, Sc, Gd, Sm, Ca, Ce, Nb, Mg, B, 및 Mo로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 원소이고,M 1 is W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, Al, In, Ta, Y, La, Sr, Ga, Sc, Gd, Sm, Ca, Ce, Nb, Mg, B, and At least one element selected from the group consisting of Mo,
p 및 q는 각각 5≤p≤7 및 0≤q≤0.5이다.p and q are 5≤p≤7 and 0≤q≤0.5, respectively.
본 발명에 따른 리튬 이차전지용 양극의 제조방법은 화학식 1로 나타내는 양극 첨가제, 제1 도전재 및 바인더를 먼저 혼합하여 선분산액을 제조하고, 제조된 선분산액과 양극활물질 및 바인더를 추가 혼합하여 양극 슬러리를 제조한 다음, 상기 양극 슬러리를 양극 집전체 상에 도포하고 건조시켜 양극 합재층을 제조함으로써 수행될 수 있다.In the method for manufacturing a positive electrode for a lithium secondary battery according to the present invention, a positive electrode additive represented by Formula 1, a first conductive material, and a binder are first mixed to prepare a pre-dispersion solution, and the prepared pre-dispersion solution, a positive electrode active material, and a binder are further mixed to obtain a positive electrode slurry After preparing the cathode slurry, it may be performed by applying the cathode slurry on a cathode current collector and drying it to prepare a cathode mixture layer.
여기서, 상기 선분산액을 제조하는 단계는 양극 첨가제, 도전재 및 바인더를 혼합하는 단계로서, 당업계에서 슬러리 제조 시 사용되는 통상적인 방식으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 선분산액을 제조하는 단계는 각 성분을 호모 믹서(homo mixer)에 투입하고, 30~600분 동안 1,000~5,000rpm으로 교반하여 수행될 수 있고, 상기 교반 시 용매를 추가 첨가하면서 점도를 제어할 수 있다. 하나의 예로서, 본 발명에 따른 양극용 선분산액은 화학식 1로 나타내는 양극 첨가제, 도전재 및 바인더를 호모 믹서에 투입하고, 3,000rpm에서 60분 동안 혼합하면서 N-메틸피롤리돈 용매를 주입하여 25±1℃에서의 점도가 7,500±300 cps로 조절된 형태로 제조될 수 있다.Here, the step of preparing the pre-dispersion solution is a step of mixing a positive electrode additive, a conductive material, and a binder, and may be performed in a conventional manner used in preparing a slurry in the art. For example, the step of preparing the pre-dispersion may be performed by introducing each component into a homo mixer and stirring at 1,000 to 5,000 rpm for 30 to 600 minutes, while additionally adding a solvent during the stirring. Viscosity can be controlled. As an example, the positive electrode pre-dispersion solution according to the present invention is prepared by injecting the positive electrode additive, the conductive material and the binder represented by Chemical Formula 1 into a homomixer and mixing them at 3,000 rpm for 60 minutes while injecting an N-methylpyrrolidone solvent. The viscosity at 25±1° C. can be adjusted to 7,500±300 cps.
또한, 상기 선분산액을 제조하는 단계는 구조적으로 불안정한 양극 첨가제가 분해 및/또는 손상되는 것을 방지하기 위하여 특정 범위를 만족하는 온도 및/또는 습도 조건 하에서 수행될 수 있다.In addition, the preparing of the pre-dispersion solution may be performed under temperature and/or humidity conditions that satisfy a specific range in order to prevent decomposition and/or damage of the structurally unstable cathode additive.
구체적으로, 상기 선분산액을 제조하는 단계는 40℃ 이하의 온도 조건에서 수행될 수 있으며, 보다 구체적으로는 10℃ 내지 40℃; 10℃ 내지 35℃; 10℃ 내지 30℃; 10℃ 내지 25℃; 10℃ 내지 20℃; 15℃ 내지 40℃; 20℃ 내지 40℃; 15℃ 내지 35℃; 또는 18℃ 내지 30℃의 온도 조건에서 수행될 수 있다.Specifically, the step of preparing the pre-dispersion may be performed at a temperature condition of 40 ° C or less, more specifically, 10 ° C to 40 ° C; 10° C. to 35° C.; 10° C. to 30° C.; 10° C. to 25° C.; 10° C. to 20° C.; 15° C. to 40° C.; 20° C. to 40° C.; 15° C. to 35° C.; Or it may be carried out at a temperature condition of 18 ℃ to 30 ℃.
또한, 상기 선분산액을 제조하는 단계는 10% 이하의 상대습도(RH) 조건에서 수행될 수 있으며, 보다 구체적으로는 9% 이하, 8% 이하, 7% 이하, 6% 이하, 5% 이하, 4% 이하, 3% 이하, 2% 이하, 1% 이하의 상대습도(RH) 조건에서 수행될 수 있다.In addition, the step of preparing the pre-dispersion may be performed under a relative humidity (RH) condition of 10% or less, more specifically, 9% or less, 8% or less, 7% or less, 6% or less, 5% or less, It may be performed under relative humidity (RH) conditions of 4% or less, 3% or less, 2% or less, or 1% or less.
본 발명은 선분산액의 제조 시 온도 및/또는 습도 조건을 상술된 바와 같이 제어함으로써 미립자 형태의 양극 첨가제가 도전재 등과 혼합되는 과정에서 공기 중의 수분 및/또는 산소와 부반응 등을 일으켜 비가역 활성이 저하되는 것을 방지할 수 있으며, 양극 합재층의 면저항을 낮게 구현할 수 있다.In the present invention, by controlling the temperature and/or humidity conditions during the preparation of the pre-dispersion solution as described above, irreversible activity is reduced by causing a side reaction with moisture and/or oxygen in the air in the process of mixing the cathode additive in the form of particulates with the conductive material, etc. can be prevented, and the sheet resistance of the positive electrode mixture layer can be implemented low.
나아가, 상기 양극 슬러리를 제조하는 단계는 제조된 선분산액에 양극활물질과 바인더를 추가 혼합할 때 제2 도전재를 더 혼합하여 수행될 수 있다. 상기 제2 도전재는 선분산액 제조 시 제1 도전재와 함께 혼합될 수도 있으나, 본 발명은 제2 도전재를 제조된 선분산액 추가 혼합하는 방식을 통해 선분산액에 포함된 양극 첨가제와 제1 도전재가 균일하게 분산될 수 있게 할 수 있으며, 동시에 양극 첨가제 표면에서 제1 도전재가 전기적 네트워크를 보다 효과적으로 형성하게 할 수 있다.Furthermore, the step of preparing the positive electrode slurry may be performed by further mixing the second conductive material when additionally mixing the positive electrode active material and the binder in the prepared pre-dispersion liquid. The second conductive material may be mixed with the first conductive material when preparing the pre-dispersion, but in the present invention, the positive electrode additive and the first conductive material included in the pre-dispersion are mixed by adding the second conductive material to the prepared pre-dispersion. It can be uniformly dispersed, and at the same time, the first conductive material can form an electrical network more effectively on the surface of the positive electrode additive.
리튬 이차전지lithium secondary battery
나아가, 본 발명은 일실시예에서,Furthermore, the present invention, in one embodiment,
상술된 본 발명에 따른 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막을 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다.Provided is a lithium secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode according to the present invention described above.
본 발명에 따른 리튬 이차전지는 앞서 설명된 본 발명의 양극을 구비하여 충방전 시 발생되는 산소 가스량이 적을 뿐만 아니라, 우수한 충방전 성능을 나타낼 수 있다.The lithium secondary battery according to the present invention has a small amount of oxygen gas generated during charging and discharging by including the positive electrode of the present invention described above, and can exhibit excellent charge and discharge performance.
이러한 본 발명의 리튬 이차전지는 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 구조를 갖는다.The lithium secondary battery of the present invention has a structure including a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode.
여기서, 상기 음극은 음극 집전체 상에 음극활물질을 도포, 건조 및 프레싱하여 제조되며, 필요에 따라 양극에서와 같은 도전재, 유기 바인더 고분자, 첨가제 등이 선택적으로 더 포함될 수 있다.Here, the anode is manufactured by applying, drying, and pressing an anode active material on an anode current collector, and optionally may further include a conductive material, an organic binder polymer, and an additive, as in the cathode, as needed.
또한, 상기 음극활물질은 예를 들어, 탄소 물질과 실리콘 물질을 포함할 수 있다. 상기 탄소 물질은 탄소 원자를 주성분으로 하는 탄소 물질을 의미하며, 이러한 탄소 물질로는 천연 흑연과 같이 층상 결정구조가 완전히 이루어진 그라파이트, 저결정성 층상 결정 구조(graphene structure; 탄소의 6각형 벌집 모양 평면이 층상으로 배열된 구조)를 갖는 소프트 카본 및 이런 구조들이 비결정성 부분들과 혼합되어 있는 하드 카본, 인조 흑연, 팽창 흑연, 탄소섬유, 난흑연화 탄소, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 카본나노튜브, 플러렌, 활성탄, 그래핀, 탄소나노튜브 등을 포함할 수 있고, 바람직하게는 천연 흑연, 인조 흑연, 그래핀 및 탄소나노튜브로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 보다 바람직하게, 상기 탄소 물질은 천연 흑연 및/또는 인조 흑연을 포함하고, 상기 천연 흑연 및/또는 인조 흑연과 함께 그래핀 및 탄소나노튜브 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 탄소 물질은 탄소 물질 전체 100 중량부에 대하여 0.1 내지 10 중량부의 그래핀 및/또는 탄소나노튜브를 포함할 수 있으며, 보다 구체적으로는 탄소 물질 전체 100 중량부에 대하여 0.1 내지 5 중량부; 또는 0.1 내지 2 중량부의 그래핀 및/또는 탄소나노튜브를 포함할 수 있다.In addition, the anode active material may include, for example, a carbon material and a silicon material. The carbon material refers to a carbon material containing carbon atoms as a main component, and examples of the carbon material include graphite having a completely layered crystal structure such as natural graphite, a low-crystalline graphene structure; a hexagonal honeycomb plane of carbon structure arranged in this layer) and hard carbon in which these structures are mixed with amorphous portions, artificial graphite, expanded graphite, carbon fiber, non-graphitizable carbon, carbon black, acetylene black, Ketjen black, carbon It may include nanotubes, fullerenes, activated carbon, graphene, carbon nanotubes, and the like, preferably at least one selected from the group consisting of natural graphite, artificial graphite, graphene, and carbon nanotubes. More preferably, the carbon material includes natural graphite and/or artificial graphite, and may include at least one of graphene and carbon nanotubes together with the natural graphite and/or artificial graphite. In this case, the carbon material may include 0.1 to 10 parts by weight of graphene and/or carbon nanotubes based on 100 parts by weight of the total carbon material, and more specifically, 0.1 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the total carbon material. wealth; Alternatively, 0.1 to 2 parts by weight of graphene and/or carbon nanotubes may be included.
또한, 상기 실리콘 물질은 금속 성분으로 규소(Si)를 주성분으로 포함하는 입자로서, 규소(Si) 입자 및 산화규소(SiOX, 1≤X≤2) 입자 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 하나의 예로서, 상기 실리콘 물질은 규소(Si) 입자, 일산화규소(SiO) 입자, 이산화규소(SiO2) 입자, 또는 이들의 입자가 혼합된 것을 포함할 수 있다.In addition, the silicon material is a particle containing silicon (Si) as a main component as a metal component, and may include at least one of a silicon (Si) particle and a silicon oxide (SiO X , 1≤X≤2) particle. As an example, the silicon material may include silicon (Si) particles, silicon monoxide (SiO) particles, silicon dioxide (SiO 2 ) particles, or a mixture of these particles.
아울러, 상기 실리콘 물질은 결정질 입자와 비결정질 입자가 혼합된 형태를 가질 수 있으며, 상기 비결정질 입자의 비율은 실리콘 물질 전체 100 중량부에 대하여 50 내지 100 중량부, 구체적으로는 50 내지 90 중량부; 60 내지 80 중량부 또는 85 내지 100 중량부일 수 있다. 본 발명은 실리콘 물질에 포함된 비결정질 입자의 비율을 상기와 같은 범위로 제어함으로써 전극의 전기적 물성을 저하시키지 않는 범위에서 열적 안정성과 유연성을 향상시킬 수 있다.In addition, the silicon material may have a mixed form of crystalline particles and amorphous particles, and the ratio of the amorphous particles is 50 to 100 parts by weight, specifically 50 to 90 parts by weight, based on 100 parts by weight of the total silicon material; It may be 60 to 80 parts by weight or 85 to 100 parts by weight. In the present invention, by controlling the ratio of amorphous particles included in the silicon material within the above range, it is possible to improve thermal stability and flexibility of the electrode within a range that does not degrade electrical properties.
또한, 상기 실리콘 물질은 탄소 물질과 실리콘 물질을 포함하되, 음극 합재층 100 중량부에 대하여 1 내지 20 중량부로 포함될 수 있으며, 구체적으로는 음극 합재층 100 중량부에 대하여 5 내지 20 중량부; 3 내지 10 중량부; 8 내지 15 중량부; 13 내지 18 중량부; 또는 2 내지 7 중량부로 포함될 수 있다.In addition, the silicon material includes a carbon material and a silicon material, but may be included in an amount of 1 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the negative electrode mixture layer, specifically, 5 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the negative electrode mixture layer; 3 to 10 parts by weight; 8 to 15 parts by weight; 13 to 18 parts by weight; or 2 to 7 parts by weight.
본 발명은 음극활물질에 포함된 탄소 물질과 실리콘 물질의 함량을 상기와 같은 범위로 조절함으로써 전지의 초기 충방전 시 리튬 소모량과 비가역 용량 손실을 줄이면서 단위 질량당 충전 용량을 향상시킬 수 있다.In the present invention, by adjusting the contents of the carbon material and the silicon material included in the negative electrode active material within the above ranges, it is possible to improve the charging capacity per unit mass while reducing lithium consumption and irreversible capacity loss during initial charging and discharging of the battery.
하나의 예로서, 상기 음극활물질은 음극 합재층 100 중량부에 대하여 흑연 95±2 중량부와; 일산화규소(SiO) 입자 및 이산화규소(SiO2) 입자가 균일하게 혼합된 혼합물 5±2 중량부를 포함할 수 있다. 본 발명은 음극활물질에 포함된 탄소 물질과 실리콘 물질의 함량을 상기와 같은 범위로 조절함으로써 전지의 초기 충방전 시 리튬 소모량과 비가역 용량 손실을 줄이면서 단위 질량당 충전 용량을 향상시킬 수 있다.As an example, the negative electrode active material may include 95 ± 2 parts by weight of graphite based on 100 parts by weight of the negative electrode mixture layer; It may include 5±2 parts by weight of a mixture in which silicon monoxide (SiO) particles and silicon dioxide (SiO 2 ) particles are uniformly mixed. In the present invention, by adjusting the contents of the carbon material and the silicon material included in the negative electrode active material within the above ranges, it is possible to improve the charging capacity per unit mass while reducing lithium consumption and irreversible capacity loss during initial charging and discharging of the battery.
또한, 상기 음극 합재층은 100㎛ 내지 200㎛의 평균 두께를 가질 수 있고, 구체적으로는 100㎛ 내지 180㎛, 100㎛ 내지 150㎛, 120㎛ 내지 200㎛, 140㎛ 내지 200㎛ 또는 140㎛ 내지 160㎛의 평균 두께를 가질 수 있다.In addition, the negative electrode mixture layer may have an average thickness of 100 μm to 200 μm, specifically, 100 μm to 180 μm, 100 μm to 150 μm, 120 μm to 200 μm, 140 μm to 200 μm, or 140 μm to 140 μm. It may have an average thickness of 160 μm.
아울러, 상기 음극 집전체는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 니켈, 티탄, 소성 탄소 등을 사용할 수 있으며, 구리나 스테인리스 스틸의 경우 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리된 것을 사용할 수도 있다. 또한, 상기 음극 집전체는 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극활물질과의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다. 아울러, 상기 음극 집전체의 평균 두께는 제조되는 음극의 도전성과 총 두께를 고려하여 3~500 ㎛에서 적절하게 적용될 수 있다.In addition, the anode current collector is not particularly limited as long as it does not cause chemical change in the battery and has high conductivity. For example, copper, stainless steel, nickel, titanium, fired carbon, etc. may be used, and copper However, in the case of stainless steel, surface treatment with carbon, nickel, titanium, silver, etc. may be used. In addition, like the positive electrode current collector, the negative electrode current collector may form fine irregularities on the surface to strengthen the bonding force with the negative electrode active material, and various forms such as films, sheets, foils, nets, porous bodies, foams, and nonwoven fabrics are available. It is possible. In addition, the average thickness of the negative electrode current collector may be appropriately applied in the range of 3 to 500 μm in consideration of the conductivity and total thickness of the negative electrode to be manufactured.
또한, 상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막은 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 제한되지 않으나, 구체적으로는, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌; 유리섬유; 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용될 수 있으며, 경우에 따라서는, 상기 시트나 부직포와 같은 다공성 고분자 기재에 무기물 입자/유기물 입자가 유기 바인더 고분자에 의해 코팅된 복합 분리막이 사용될 수도 있다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다. 아울러, 상기 분리막의 기공 직경은 평균 0.01~10 ㎛이고, 두께는 평균 5~300 ㎛일 수 있다.In addition, the separator is interposed between the anode and the cathode, and an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength is used. The separator is not particularly limited as long as it is commonly used in the art, but specifically, chemical resistant and hydrophobic polypropylene; glass fiber; Alternatively, a sheet or non-woven fabric made of polyethylene may be used. In some cases, a composite separator in which inorganic particles/organic particles are coated with an organic binder polymer may be used on a porous polymer substrate such as the sheet or non-woven fabric. When a solid electrolyte such as a polymer is used as the electrolyte, the solid electrolyte may serve as a separator. In addition, the separator may have an average pore diameter of 0.01 to 10 μm and an average thickness of 5 to 300 μm.
한편, 상기 양극과 음극은 젤리롤 형태로 권취되어 원통형 전지, 각형 전지 또는 파우치형 전지에 수납되거나, 또는 폴딩 또는 스택앤폴딩 형태로 파우치형 전지에 수납될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Meanwhile, the positive and negative electrodes may be rolled in a jelly roll form and stored in a cylindrical battery, prismatic battery, or pouch type battery, or may be stored in a pouch type battery in a folding or stack-and-folding form, but are not limited thereto.
또한, 본 발명에 따른 상기 리튬염 함유 전해액은 전해액과 리튬염으로 이루어질 수 있으며, 상기 전해액으로는 비수계 유기용매, 유기고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용될 수 있다.In addition, the lithium salt-containing electrolyte solution according to the present invention may be composed of an electrolyte solution and a lithium salt, and a non-aqueous organic solvent, an organic solid electrolyte, an inorganic solid electrolyte, or the like may be used as the electrolyte solution.
상기 비수계 유기용매로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 감마-부틸로락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸설폭사이드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.As the non-aqueous organic solvent, for example, N-methyl-2-pyrrolidinone, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, gamma-butyrolactone, 1,2-dimethine Toxy ethane, tetrahydroxy franc, 2-methyl tetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxorane, formamide, dimethylformamide, dioxorane, acetonitrile, nitromethane, methyl formate, Methyl acetate, phosphoric acid triesters, trimethoxy methane, dioxolane derivatives, sulfolane, methyl sulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate derivatives, tetrahydrofuran derivatives, ether, propion An aprotic organic solvent such as methyl acid or ethyl propionate may be used.
상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 설파이드, 폴리비닐알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합재 등이 사용될 수 있다.Examples of the organic solid electrolyte include polyethylene derivatives, polyethylene oxide derivatives, polypropylene oxide derivatives, phosphoric acid ester polymers, poly agitation lysine, polyester sulfide, polyvinyl alcohol, polyvinylidene fluoride, ions A polymeric material containing a sexual dissociation group or the like can be used.
상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5Ni2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.Examples of the inorganic solid electrolyte include Li 3 N, LiI, Li 5 Ni 2 , Li 3 N-LiI-LiOH, LiSiO 4 , LiSiO 4 -LiI-LiOH, Li 2 SiS 3 , Li 4 SiO 4 , Nitride, halide, sulfate, and the like of Li such as Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH, Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 , etc. may be used.
상기 리튬염은 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4-페닐보론산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.The lithium salt is a material that is easily soluble in non-aqueous electrolytes, for example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4 , LiBF 4 , LiB10Cl 10 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiAlCl 4 , CH 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, lithium chloroborane, lithium lower aliphatic carboxylic acid, lithium 4-phenylborate, imide and the like can be used.
또한, 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환된 이미다졸리딘, 에틸렌글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄소 가스를 더 포함시킬 수도 있으며, FEC(Fluoro-Ethylene Carbonate), PRS(Propene sultone) 등을 더 포함시킬 수 있다.In addition, for the purpose of improving charge and discharge characteristics, flame retardancy, etc. in the electrolyte solution, for example, pyridine, triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylene diamine, n-glyme, hexaphosphoric acid triamide, nitro Benzene derivatives, sulfur, quinone imine dyes, N-substituted oxazolidinones, N,N-substituted imidazolidines, ethylene glycol dialkyl ethers, ammonium salts, pyrrole, 2-methoxy ethanol, aluminum trichloride, etc. may be added. have. In some cases, halogen-containing solvents such as carbon tetrachloride and ethylene trifluoride may be further included to impart incombustibility, and carbon dioxide gas may be further included to improve storage properties at high temperatures. Fluoro-Ethylene Carbonate (FEC) ), PRS (Propene sultone), etc. may be further included.
이하, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의해 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by examples and experimental examples.
단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.However, the following Examples and Experimental Examples are merely illustrative of the present invention, and the contents of the present invention are not limited to the following Examples and Experimental Examples.
실시예 1~6 및 비교예 1~2. 리튬 이차전지용 양극의 제조Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 2. Manufacture of positive electrode for lithium secondary battery
호모 믹서(homo mixer)에 N-메틸피롤리돈을 주입하고, 양극 슬러리 고형분 100 중량부에 대하여 양극 첨가제로서 Li6Co0.7Zn0.3O4 5 중량부; 및 바인더로서 PVdF 1 중량부를 칭량하여 투입하고, 제1 도전재로서 탄소나노튜브(평균 크기: 60±10 nm)를 투입한 다음, 2,000rpm에서 30분 동안 1차 혼합하여 양극 제조용 선분산액을 제조하였다. 이때, 선분산액 제조 시 사용된 제1 도전재의 함량과 온도 및 상대습도(RH)의 조건은 하기 표 1에 나타내었다.N-methylpyrrolidone was injected into a homo mixer, and Li 6 Co 0.7 Zn 0.3 O 4 5 parts by weight as a positive electrode additive based on 100 parts by weight of the solid content of the positive electrode slurry; and 1 part by weight of PVdF as a binder, and carbon nanotubes (average size: 60 ± 10 nm) as a first conductive material, followed by primary mixing at 2,000 rpm for 30 minutes to prepare a pre-dispersion solution for anode production did At this time, the conditions of the content, temperature, and relative humidity (RH) of the first conductive material used in preparing the pre-dispersion are shown in Table 1 below.
그런 다음, 제조된 선분산액이 있는 호모 믹서에 양극활물질로서 LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2; 제2 도전재인 덴카블랙(평균 크기: 2±0.5 ㎛); 및 바인더로서 PVdF를 칭량하여 투입하고, 2,500rpm에서 30분 동안 2차 혼합을 수행하여 리튬 이차전지용 양극 슬러리를 제조하였다. 이때, PVdF의 함량은 양극 슬러리 고형분 100 중량부에 대하여 1 중량부였으며, 양극활물질 및 제2 도전재의 함량은 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 조절되었다.Then, LiNi 0.6 Co 0.2 Mn 0.2 O 2 as a cathode active material in a homomixer with the prepared pre-dispersion; Denka Black as a second conductive material (average size: 2±0.5 μm); And PVdF was weighed and added as a binder, and secondary mixing was performed at 2,500 rpm for 30 minutes to prepare a cathode slurry for a lithium secondary battery. At this time, the content of PVdF was 1 part by weight based on 100 parts by weight of the solid content of the positive electrode slurry, and the contents of the positive electrode active material and the second conductive material were adjusted as shown in Table 1 below.
제조된 양극 슬러리를 알루미늄 집전체의 일면에 도포한 다음 100℃에서 건조하고 압연하여 양극을 제조하였다. 이때, 양극 합재층의 총 두께는 130㎛이었고, 제조된 양극의 총 두께는 약 200㎛이었다.The prepared positive electrode slurry was applied to one surface of an aluminum current collector, dried at 100° C., and rolled to prepare a positive electrode. At this time, the total thickness of the positive electrode mixture layer was 130 μm, and the total thickness of the prepared positive electrode was about 200 μm.
100 중량부 기준anode slurry
Based on 100 parts by weight
비교예 3. 리튬 이차전지용 양극의 제조Comparative Example 3. Preparation of positive electrode for lithium secondary battery
호모 믹서(homo mixer)에 N-메틸피롤리돈을 주입하고, 양극 슬러리 고형분 100 중량부에 대하여 양극활물질로서 LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 92.3 중량부; 양극 첨가제로서 Li6Co0.7Zn0.3O4 5 중량부; 제1 도전재로서 탄소나노튜브(평균 크기: 60±10 nm) 0.7 중량부; 제2 도전재인 덴카블랙(평균 크기: 2±0.5 ㎛) 0.2 중량부; 바인더로서 PVdF 2 중량부를 칭량하여 투입하고, 2,000rpm에서 60분 동안 혼합하여 리튬 이차전지용 양극 슬러리를 제조하였다. 이때, 온도 및 상대습도(RH)는 각각 20~25℃ 및 3%로 조절되었다.N-methylpyrrolidone was injected into a homo mixer, and LiNi 0.6 Co 0.2 Mn 0.2 O 2 92.3 parts by weight as a positive electrode active material based on 100 parts by weight of the solid content of the positive electrode slurry; 5 parts by weight of Li 6 Co 0.7 Zn 0.3 O 4 as a positive electrode additive; 0.7 parts by weight of carbon nanotubes (average size: 60±10 nm) as a first conductive material; 0.2 parts by weight of Denka Black (average size: 2±0.5 μm) as a second conductive material; As a binder, 2 parts by weight of PVdF was weighed and added, and mixed at 2,000 rpm for 60 minutes to prepare a cathode slurry for a lithium secondary battery. At this time, the temperature and relative humidity (RH) were adjusted to 20 to 25° C. and 3%, respectively.
제조된 양극 슬러리를 알루미늄 집전체의 일면에 도포한 다음 100℃에서 건조하고 압연하여 양극을 제조하였다. 이때, 양극 합재층의 총 두께는 130㎛이었고, 제조된 양극의 총 두께는 약 200㎛이었다.The prepared positive electrode slurry was applied to one surface of an aluminum current collector, dried at 100° C., and rolled to prepare a positive electrode. At this time, the total thickness of the positive electrode mixture layer was 130 μm, and the total thickness of the prepared positive electrode was about 200 μm.
비교예 4. 리튬 이차전지용 양극의 제조Comparative Example 4. Preparation of positive electrode for lithium secondary battery
선분산 제조 시 제1 도전재인 탄소나노튜브(평균 크기: 60±10 nm) 대신에 덴카블랙(평균 크기: 2±0.5 ㎛)을 사용하고, 양극 슬러리 제조 시 제2 도전재인 덴카블랙(평균 크기: 2±0.5 ㎛) 대신에 탄소나노튜브(평균 크기: 60±10 nm)를 사용하는 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여 양극을 제조하였다.Denka Black (average size: 2 ± 0.5 ㎛) is used instead of carbon nanotubes (average size: 60 ± 10 nm), which is the first conductive material, in the production of linear dispersion, and Denka Black (average size, : 2±0.5 μm), an anode was prepared in the same manner as in Example 1, except that carbon nanotubes (average size: 60±10 nm) were used instead.
실시예 7~12 및 비교예 5~8. 리튬 이차전지의 제조Examples 7 to 12 and Comparative Examples 5 to 8. Manufacture of lithium secondary battery
음극활물질인 천연 흑연 및 규소(SiOx, 단, 1≤x≤2) 입자와; 바인더인 스티렌 부타디엔 고무(SBR)를 준비하고, 양극 슬러리를 제조하는 방식과 동일한 방식으로 음극 슬러리를 준비하였다. 이때, 음극 합재층 제조 시 사용되는 흑연은 천연 흑연(평균 입도: 0.01~0.5㎛)이고, 규소(SiOx) 입자는 0.9~1.1㎛의 평균 입도를 갖는 것을 사용하였다. 준비된 음극 슬러리를 구리 집전체의 일면에 도포한 다음 100℃에서 건조하고 압연하여 음극을 제조하였다. 이때, 음극 합재층의 총 두께는 150㎛이었고, 제조된 음극의 총 두께는 약 250㎛이었다.natural graphite and silicon (SiOx, provided that 1≤x≤2) particles as negative electrode active materials; Styrene butadiene rubber (SBR) as a binder was prepared, and a negative electrode slurry was prepared in the same manner as the positive electrode slurry. At this time, the graphite used in preparing the negative electrode mixture layer was natural graphite (average particle size: 0.01 to 0.5 μm), and silicon (SiOx) particles having an average particle size of 0.9 to 1.1 μm were used. The prepared anode slurry was coated on one surface of a copper current collector, dried at 100° C., and rolled to prepare a cathode. At this time, the total thickness of the negative electrode mixture layer was 150 μm, and the total thickness of the prepared negative electrode was about 250 μm.
상기 음극과 앞서 실시예 1~6 및 비교예 1~4에서 제조된 양극 사이에 다공질 폴리에틸렌(PE) 필름으로 이루어진 분리막 (두께: 약 16㎛)이 개재되도록 적층하고 전해액으로 E2DVC를 주입하여 풀셀(full cell) 형태의 셀을 제작하였다.A separator made of a porous polyethylene (PE) film (thickness: about 16 μm) was laminated between the cathode and the anode prepared in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 4, and E2DVC was injected as an electrolyte to form a full cell ( A cell in the form of a full cell) was fabricated.
여기서, "E2DVC"란 카보네이트계 전해액의 일종으로서, 에틸렌카보네이트(EC):디메틸카보네이트(DMC):디에틸카보네이트(DEC)=1:1:1 (부피비)의 혼합물에, 리튬 헥사플루오로 포스페이트(LiPF6, 1.0M) 및 비닐카보네이트(VC, 2 중량%)를 혼합한 용액을 의미한다.Here, "E2DVC" is a kind of carbonate-based electrolyte, and lithium hexafluorophosphate (EC): dimethyl carbonate (DMC): diethyl carbonate (DEC) = 1: 1: 1 (volume ratio) in a mixture LiPF 6 , 1.0M) and vinyl carbonate (VC, 2% by weight) means a mixed solution.
실험예.experimental example.
본 발명에 따른 리튬 이차전지용 양극의 성능을 평가하기 위하여, 하기와 같은 실험을 수행하였다.In order to evaluate the performance of the positive electrode for a lithium secondary battery according to the present invention, the following experiment was performed.
가) 전극 면저항 평가A) Evaluation of electrode sheet resistance
실시예 1~6과 비교예 1~4에서 제조된 양극을 대상으로, 4점 프로브(4-point probe) 방식으로 전극의 면저항을 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 3 및 도 1에 나타내었다.For the positive electrodes prepared in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 4, the sheet resistance of the electrode was measured using a 4-point probe method, and the results are shown in Table 3 and FIG. 1 below.
나) 충방전 시 탈기된 산소 가스량 평가B) Evaluation of the amount of degassed oxygen gas during charging and discharging
실시예 7~12와 비교예 5~8에서 제조된 리튬 이차전지를 대상으로, 55℃에서 3.5V 및 1.0C 조건으로 초기 충전(formation)을 진행하였으며, 상기 초기 충전을 수행하면서 양극에서 발생되는 가스를 탈기하여 초기 충전 시 발생되는 산소 가스의 함량을 분석하였다. 그런 다음, 45℃에서 각각 0.3C 조건으로 50회 충방전을 반복 수행하여 각 충방전 시 산소 가스의 함량을 추가 분석하였으며, 분석된 결과는 하기 표 3에 나타내었다.For the lithium secondary batteries prepared in Examples 7 to 12 and Comparative Examples 5 to 8, initial charging (formation) was performed at 55 ° C. under 3.5V and 1.0C conditions, and while performing the initial charging, the The gas was degassed and the content of oxygen gas generated during initial charging was analyzed. Then, charging and discharging were repeatedly performed 50 times at 45° C. under a condition of 0.3 C each to further analyze the content of oxygen gas during each charging and discharging, and the analyzed results are shown in Table 3 below.
다) 충방전 용량 및 유지율 평가C) Evaluation of charge/discharge capacity and retention rate
실시예 7~12와 비교예 5~8에서 제조된 리튬 이차전지를 대상으로, 25℃의 온도에서 0.1C의 충전 전류로 충전 종지전압 4.2~4.25 V까지 충전하고, 종지전압에서 전류밀도가 0.01C가 될 때까지 충전을 수행하여 활성화시켰다. 이후, 0.1C의 방전 전류로 종지전압 2V까지 방전시키고, 단위 질량당 초기 충방전 용량을 측정하였다.The lithium secondary batteries prepared in Examples 7 to 12 and Comparative Examples 5 to 8 were charged to a charging end voltage of 4.2 to 4.25 V with a charging current of 0.1 C at a temperature of 25 ° C, and the current density at the end voltage was 0.01 Charging was performed until C was activated. Thereafter, the battery was discharged to a final voltage of 2V at a discharge current of 0.1C, and the initial charge/discharge capacity per unit mass was measured.
그런 다음, 45℃에서 각각 0.3C 조건으로 50회 충방전을 반복 수행하면서 충방전 시 용량을 측정하였으며, 50회 충방전을 수행한 이후 충방전 용량 유지율을 산출하였다. 그 결과는 하기 표 3에 나타내었다.Then, the capacity was measured while repeatedly performing charge and discharge 50 times under the condition of 0.3 C at 45 ° C, and the charge and discharge capacity retention rate was calculated after performing charge and discharge 50 times. The results are shown in Table 3 below.
유지율Volume
retention rate
[Ω/㎝]Measures
[Ω/cm]
상기 표 3 및 도 1을 참고하면, 본 발명에 따라 제조된 실시예의 리튬 이차전지용 양극은 양극 합재층에 선형 구조의 제1 도전재를 함유하여 붙체 전기 전도도가 낮은 화학식 1로 나타내는 양극 첨가제를 함유함에도 불구하고 2.5 Ω/cm 이하의 낮은 면저항을 갖는 것으로 나타났으며, 제1 도전재 또는 선형 구조를 갖지 않는 제2 도전재를 단독으로 함유하는 경우와 비교하여 낮은 면저항을 나타내는 것을 알 수 있다. 또한, 이를 포함하는 실시예의 리튬 이차전지는 초기 충방전 용량이 102 Ah 이상으로 높을 뿐만 아니라, 91% 이상의 높은 용량 유지율을 나타냈다. 나아가, 상기 리튬 이차전지는 초기 충방전 이후 발생되는 산소 가스의 양이 현저히 저감되어 안전성이 높은 것으로 확인되었다.Referring to Table 3 and FIG. 1, the positive electrode for a lithium secondary battery of an embodiment manufactured according to the present invention contains a positive electrode additive represented by Chemical Formula 1, which has a low electrical conductivity by containing a first conductive material having a linear structure in the positive electrode mixture layer. Despite this, it was found to have a low sheet resistance of 2.5 Ω/cm or less, and it can be seen that it exhibits a low sheet resistance compared to the case of containing the first conductive material or the second conductive material having no linear structure alone. In addition, the lithium secondary battery of the embodiment including this not only had an initial charge and discharge capacity as high as 102 Ah or more, but also exhibited a high capacity retention rate of 91% or more. Furthermore, it was confirmed that the safety of the lithium secondary battery was high because the amount of oxygen gas generated after initial charging and discharging was significantly reduced.
이러한 결과로부터, 본 발명에 따른 리튬 이차전지용 양극은 비가역 첨가제인 양극 합재층에 화학식 1로 나타내는 양극 첨가제와 선형 구조의 도전재를 함유하는 선분산액을 이용하여 제조되고, 전극 면저항이 특정 범위를 만족하도록 조절함으로써 충방전 시 발생되는 산소 가스량을 저감시킬 수 있고, 리튬 이차전지의 충방전 효율을 용이하게 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.From these results, the positive electrode for a lithium secondary battery according to the present invention was prepared by using a positive electrode additive represented by Formula 1 and a linear dispersion containing a conductive material having a linear structure in a positive electrode mixture layer, which is an irreversible additive, and the electrode sheet resistance satisfies a specific range. It can be seen that the amount of oxygen gas generated during charging and discharging can be reduced by adjusting the charging and discharging, and the charging and discharging efficiency of the lithium secondary battery can be easily improved.
이상에서는 본 발명 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art or those having ordinary knowledge in the art do not deviate from the spirit and technical scope of the present invention described in the claims to be described later. It will be understood that various modifications and changes can be made to the present invention within the scope.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정해져야만 할 것이다.Therefore, the technical scope of the present invention is not limited to the contents described in the detailed description of the specification, but should be defined by the claims.
Claims (14)
상기 양극 집전체 상에 위치하며, 양극활물질, 하기 화학식 1로 나타내는 양극 첨가제, 제1 도전재 및 바인더를 포함하는 양극 합재층을 구비하고;
상기 제1 도전재는 탄소나노튜브, 그라파이트 나노 섬유, 탄소나노 섬유, 기상 성장 탄소 섬유 및 활성화 탄소 섬유 중 1종 이상을 함유하며;
면저항이 3.0 Ω/cm 이하인 리튬 이차전지용 양극:
[화학식 1]
LipCo(1-q)M1 qO4
상기 화학식 1에서,
M1은 W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, Al, In, Ta, Y, La, Sr, Ga, Sc, Gd, Sm, Ca, Ce, Nb, Mg, B, 및 Mo로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 원소이고,
p 및 q는 각각 5≤p≤7 및 0≤q≤0.5이다.
positive current collector, and
a positive electrode mixture layer disposed on the positive electrode current collector and including a positive electrode active material, a positive electrode additive represented by Formula 1 below, a first conductive material, and a binder;
The first conductive material contains at least one of carbon nanotubes, graphite nanofibers, carbon nanofibers, vapor-grown carbon fibers, and activated carbon fibers;
Anode for lithium secondary battery having a sheet resistance of 3.0 Ω/cm or less:
[Formula 1]
Li p Co (1-q) M 1 q O 4
In Formula 1,
M 1 is W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, Al, In, Ta, Y, La, Sr, Ga, Sc, Gd, Sm, Ca, Ce, Nb, Mg, B, and At least one element selected from the group consisting of Mo,
p and q are 5≤p≤7 and 0≤q≤0.5, respectively.
양극 합재층은 제2 도전재를 더 포함하고,
상기 제2 도전재는 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 덴카 블랙, 케첸 블랙, 수퍼-P, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙 및 서머 블랙 중 1종 이상을 함유하는 리튬 이차전지용 양극.
According to claim 1,
The positive electrode mixture layer further includes a second conductive material,
The second conductive material is a cathode for a lithium secondary battery containing at least one of natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, Denka black, Ketjen black, Super-P, channel black, furnace black, lamp black, and summer black .
양극 합재층에 제1 도전재와 제2 도전재를 함유하는 양극의 전극 면저항(R12)은,
양극 합재층에 제1 도전재 단독으로 함유하는 양극의 전극 면저항(R1)과 0.5 내지 1.2의 비율(R12/R1)을 갖거나, 또는
양극 합재층에 제2 도전재 단독으로 함유하는 양극의 전극 면저항(R2)과 0.1 내지 0.8의 비율(R12/R2)을 갖는 리튬 이차전지용 양극.
According to claim 2,
The electrode sheet resistance R12 of the positive electrode containing the first conductive material and the second conductive material in the positive electrode mixture layer,
It has a ratio (R12/R1) of 0.5 to 1.2 with the electrode surface resistance (R1) of the anode containing the first conductive material alone in the cathode mixture layer, or
A positive electrode for a lithium secondary battery having a ratio (R12/R2) of 0.1 to 0.8 with an electrode surface resistance (R2) of the positive electrode containing the second conductive material alone in the positive electrode mixture layer.
양극 합재층에 제1 도전재와 제2 도전재를 함유하는 양극의 전극 면저항(R12)은,
양극 합재층에 제1 도전재 단독으로 함유하는 양극의 전극 면저항(R1)과 0.7 내지 1.0의 비율(R12/R1)을 갖거나, 또는
양극 합재층에 제2 도전재 단독으로 함유하는 양극의 전극 면저항(R2)과 0.2 내지 0.6의 비율(R12/R2)을 갖는 리튬 이차전지용 양극.
According to claim 2,
The electrode sheet resistance R12 of the positive electrode containing the first conductive material and the second conductive material in the positive electrode mixture layer,
It has a ratio (R12/R1) of 0.7 to 1.0 with the electrode sheet resistance (R1) of the anode containing the first conductive material alone in the cathode mixture layer, or
A positive electrode for a lithium secondary battery having a ratio (R12/R2) of 0.2 to 0.6 with an electrode surface resistance (R2) of the positive electrode containing the second conductive material alone in the positive electrode mixture layer.
양극 첨가제는 공간군이 P42/nmc인 정방정계 구조(tetragonal structure)를 갖는 리튬 이차전지용 양극.
According to claim 1,
The positive electrode additive is a positive electrode for a lithium secondary battery having a tetragonal structure with a space group of P4 2 /nmc.
양극 첨가제의 함량은 양극 합재층 100 중량부에 대하여 0.1 내지 10 중량부인 리튬 이차전지용 양극.
According to claim 1,
A positive electrode for a lithium secondary battery wherein the content of the positive electrode additive is 0.1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the positive electrode mixture layer.
제1 도전재의 함량은 양극 합재층 100 중량부에 대하여 0.1 내지 10 중량부인 리튬 이차전지용 양극.
According to claim 1,
A positive electrode for a lithium secondary battery wherein the content of the first conductive material is 0.1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the positive electrode mixture layer.
제1 도전재 및 제2 도전재의 총 함량은 양극 합재층 100 중량부에 대하여 0.1 내지 10 중량부인 리튬 이차전지용 양극.
According to claim 2,
A positive electrode for a lithium secondary battery wherein the total content of the first conductive material and the second conductive material is 0.1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the positive electrode mixture layer.
제2 도전재는 제1 도전재 100 중량부에 대하여 20 내지 60 중량부 포함되는 리튬 이차전지용 양극.
According to claim 2,
The second conductive material is included in 20 to 60 parts by weight based on 100 parts by weight of the first conductive material.
양극활물질은 하기 화학식 2로 나타내는 리튬 금속 복합 산화물인 리튬 이차전지용 양극:
[화학식 2]
Lix[NiyCozMnwM2 v]Ou
상기 화학식 2에 있어서,
M2는 W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, Al, In, Ta, Y, La, Sr, Ga, Sc, Gd, Sm, Ca, Ce, Nb, Mg, B, 및 Mo로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 원소이고,
x, y, z, w, v 및 u는 각각 1.0≤x≤1.30, 0.1≤y<0.95, 0.01<z≤0.5, 0.01<w≤0.5, 0≤v≤0.2, 1.5≤u≤4.5이다.
According to claim 1,
The positive electrode active material is a lithium metal composite oxide represented by Formula 2, and is a positive electrode for a lithium secondary battery:
[Formula 2]
Li x [Ni y Co z Mn w M 2 v ] O u
In Formula 2,
M 2 is W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, Al, In, Ta, Y, La, Sr, Ga, Sc, Gd, Sm, Ca, Ce, Nb, Mg, B, and At least one element selected from the group consisting of Mo,
x, y, z, w, v and u are 1.0≤x≤1.30, 0.1≤y<0.95, 0.01<z≤0.5, 0.01<w≤0.5, 0≤v≤0.2, 1.5≤u≤4.5, respectively.
제조된 선분산액, 양극활물질 및 바인더를 혼합하여 양극 슬러리를 제조하는 단계; 및
양극 집전체 상에 상기 양극 슬러리를 도포하여 양극 합재층을 제조하는 단계;를 포함하고,
상기 제1 도전재는 탄소나노튜브, 그라파이트 나노 섬유, 탄소나노 섬유, 기상 성장 탄소 섬유 및 활성화 탄소 섬유 중 1종 이상을 함유하며;
제조된 양극의 면저항이 3.0 Ω/cm 이하인 리튬 이차전지용 양극의 제조방법:
[화학식 1]
LipCo(1-q)M1 qO4
상기 화학식 1에서,
M1은 W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, Al, In, Ta, Y, La, Sr, Ga, Sc, Gd, Sm, Ca, Ce, Nb, Mg, B, 및 Mo로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 원소이고,
p 및 q는 각각 5≤p≤7 및 0≤q≤0.5이다.
A positive electrode additive represented by the following formula (1); preparing a pre-dispersion solution by mixing a first conductive material and a binder;
preparing a cathode slurry by mixing the prepared pre-dispersion solution, a cathode active material, and a binder; and
Including; preparing a cathode mixture layer by applying the cathode slurry on a cathode current collector,
The first conductive material contains at least one of carbon nanotubes, graphite nanofibers, carbon nanofibers, vapor-grown carbon fibers, and activated carbon fibers;
Method for producing a positive electrode for a lithium secondary battery having a sheet resistance of 3.0 Ω/cm or less of the prepared positive electrode:
[Formula 1]
Li p Co (1-q) M 1 q O 4
In Formula 1,
M 1 is W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, Al, In, Ta, Y, La, Sr, Ga, Sc, Gd, Sm, Ca, Ce, Nb, Mg, B, and At least one element selected from the group consisting of Mo,
p and q are 5≤p≤7 and 0≤q≤0.5, respectively.
상기 선분산액을 제조하는 단계는 10% 이하의 상대습도 조건에서 수행되는 리튬 이차전지용 양극의 제조방법.
According to claim 11,
The step of preparing the pre-dispersion is a method for producing a positive electrode for a lithium secondary battery performed under a relative humidity condition of 10% or less.
양극 슬러리를 제조하는 단계는 제2 도전재를 더 혼합하는 리튬 이차전지용 양극의 제조방법.
According to claim 11,
Preparing a cathode slurry is a method for manufacturing a cathode for a lithium secondary battery in which a second conductive material is further mixed.
an anode according to claim 1; cathode; and a separator positioned between the positive electrode and the negative electrode.
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