[go: up one dir, main page]

KR20150014132A - 열처리된 전극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지 - Google Patents

열처리된 전극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지 Download PDF

Info

Publication number
KR20150014132A
KR20150014132A KR1020130089408A KR20130089408A KR20150014132A KR 20150014132 A KR20150014132 A KR 20150014132A KR 1020130089408 A KR1020130089408 A KR 1020130089408A KR 20130089408 A KR20130089408 A KR 20130089408A KR 20150014132 A KR20150014132 A KR 20150014132A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
metal oxide
lithium metal
ppm
less
lithium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
KR1020130089408A
Other languages
English (en)
Inventor
김일홍
김제영
김경호
권지윤
하회진
엄인성
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to KR1020130089408A priority Critical patent/KR20150014132A/ko
Publication of KR20150014132A publication Critical patent/KR20150014132A/ko
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/50—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese
    • H01M4/505—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese of mixed oxides or hydroxides containing manganese for inserting or intercalating light metals, e.g. LiMn2O4 or LiMn2OxFy
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G53/00—Compounds of nickel
    • C01G53/40—Complex oxides containing nickel and at least one other metal element
    • C01G53/42—Complex oxides containing nickel and at least one other metal element containing alkali metals, e.g. LiNiO2
    • C01G53/44—Complex oxides containing nickel and at least one other metal element containing alkali metals, e.g. LiNiO2 containing manganese
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/131—Electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/52—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
    • H01M4/525—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron of mixed oxides or hydroxides containing iron, cobalt or nickel for inserting or intercalating light metals, e.g. LiNiO2, LiCoO2 or LiCoOxFy
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/40—Electric properties
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

본 발명은 리튬 금속 산화물을 포함하고, 리튬 금속 산화물 1g 당 1000 ppm 미만의 수분을 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 전극 활물질을 제공한다.

Description

열처리된 전극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지 {Heat-Treated Electrode Material and Lithium Secondary Battery Comprising the Same}
본 발명은 열처리된 전극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.
화석연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격 상승, 환경 오염의 관심이 증폭되며, 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 미래생활을 위한 필수 불가결한 요인이 되고 있다. 이에 원자력, 태양광, 풍력, 조력 등 다양한 전력 생산기술들에 대한 연구가 지속되고 있으며, 이렇게 생산된 에너지를 더욱 효율적으로 사용하기 위한 전력저장장치 또한 지대한 관심이 이어지고 있다.
특히, 리튬 이차전지의 경우, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 수요가 급격히 증가하고 있고, 최근에는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV)의 동력원으로서의 사용이 실현화되고 있으며, 그리드(Grid)화를 통한 전력 보조전원 등의 용도로도 사용영역이 확대되고 있다.
리튬 이차전지는 전극 물질의 제조, 전극 제조 및 전극 조립체 및 전지의 제조의 공정으로 크게 구분될 수 있는데, 전극 조립체 및 전지의 제조과정은 습도가 제어되는 드라이룸(Dry room)에서 이루어지는 반면에, 전극 물질 및 전극 제조 과정은 공기 중에 노출되어 있다.
상기한 전극 물질 및 전극의 제조과정 중에, 흡습된 수분은 전지 내에서 부반응을 유발하여 전지 성능의 저하를 가져오기 때문에, 이러한 수분의 제거가 반드시 요구된다.
따라서, 이러한 문제점을 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은, 전극 활물질의 수분의 함량을 소정 범위로 제한하여 용량 및 수명 특성이 향상된 전극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지를 제공하는 것이다.
따라서, 본 발명의 비제한적인 예에서 전극 활물질은, 리튬 금속 산화물을 포함하고, 리튬 금속 산화물 1g 당 1000 ppm 미만의 수분을 함유하고 있는 것을 특징으로 한다.
상기 수분의 함량이, 리튬 금속 산화물 1g 당 100 ppm 이상 내지 700 ppm 이하의 범위 내일 수 있다.
상기 수분의 함량이, 리튬 금속 산화물 1g 당 200 ppm 이상 내지 500 ppm 이하의 범위 내일 수 있다.
상기 리튬 금속 산화물은, 하기 화학식 (1)로 표현되는 화합물일 수 있다.
(1-x)LiM’O2-yAy -xLi2MnO3-y’Ay’ (1)
상기 식에서,
M’은 MnaMb이고;
M은 Ni, Ti, Co, Al, Cu, Fe, Mg, B, Cr, Zr, Zn 및 2주기 전이금속들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이며;
A는 PO4, BO3, CO3, F 및 NO3의 음이온으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이고,
0<x<1; 0≤y≤0.02; 0≤y’≤0.02; 0.5≤a≤1.0; 0≤b≤0.5; a + b = 1 이다.
상기 리튬 금속 산화물은, 금속에 대한 리튬의 비가 1.4 이상 내지 1.5 이하의 범위 내일 수 있다.
상기 리튬 금속 산화물은, 금속에 대한 리튬의 비가 1.2 이상 내지 1.4 미만의 범위 내일 수 있다.
상기 리튬 금속 산화물은, 망간(Mn)의 몰함량이 전체 금속의 몰함량을 기준으로 50 몰% 이상 내지 60 몰% 이하의 범위 내일 수 있다.
상기 리튬 금속 산화물은, 망간(Mn)의 몰함량이 전체 금속의 몰함량을 기준으로 30 몰% 초과 내지 50 몰% 미만의 범위 내일 수 있다.
상기 리튬 금속 산화물은, 망간(Mn)의 몰함량이 전체 금속의 몰함량을 기준으로 30 몰% 초과 내지 50 몰% 미만의 범위 내인 제 1 산화물을 포함할 수 있다.
상기 리튬 금속 산화물은, 망간(Mn)의 몰함량이 전체 금속의 몰함량을 기준으로 40 몰% 초과 내지 60 몰% 미만의 범위 내인 제 2 산화물을 포함할 수 있다.
본 발명은 또한, 전류 집전체; 및 전류 집전체에 형성되는 전극 합제를 포함하고, 고형분의 전극 합제 1g 당 1000 ppm 미만의 수분을 함유하고 있는 전극을 제공할 수 있다.
상기 수분의 함량이, 전극 합제 1g 당 100 ppm 이상 내지 700 ppm 미만의 수분을 함유할 수 있다.
상기 수분의 함량이, 전극 합제 1g 당 200 ppm 이상 내지 500 ppm 미만의 수분을 함유할 수 있다.
상기 전극은, 전극 활물질로서 하기 화학식 (1)로 표현되는 화합물을 포함할 수 있다.
(1-x)LiM’O2-yAy -xLi2MnO3-y’Ay’ (1)
상기 식에서,
M’은 MnaMb이고;
M은 Ni, Ti, Co, Al, Cu, Fe, Mg, B, Cr, Zr, Zn 및 2주기 전이금속들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이며;
A는 PO4, BO3, CO3, F 및 NO3의 음이온으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이고,
0<x<1; 0≤y≤0.02; 0≤y’≤0.02; 0.5≤a≤1.0; 0≤b≤0.5; a + b = 1 이다.
본 발명은 또한, 하기 화학식 (1)로 표현되는 리튬 금속 산화물을 준비하는 과정 및 상기 리튬 금속 산화물을 대기 중에서 섭씨 150 도 이상 내지 섭씨 400도 이하의 온도로 건조하는 과정을 포함하는 전극 활물질 제조방법을 제공할 수 있다.
(1-x)LiM’O2-yAy -xLi2MnO3-y’Ay’ (1)
상기 식에서,
M’은 MnaMb이고;
M은 Ni, Ti, Co, Al, Cu, Fe, Mg, B, Cr, Zr, Zn 및 2주기 전이금속들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이며;
A는 PO4, BO3, CO3, F 및 NO3의 음이온으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이고,
0<x<1; 0≤y≤0.02; 0≤y’≤0.02; 0.5≤a≤1.0; 0≤b≤0.5; a + b = 1 이다.
상기 건조 온도가, 섭씨 200 도 이상 내지 섭씨 300도 이하의 범위 내일 수 있다.
상기 열처리 시간은, 5 내지 8 시간 범위일 수 있다.
상기 열처리는 공기 분위기, 산소 분위기, 질소 분위기 및 아르곤 분위기중에서 선택되는 하나의 조건에서 열처리 될 수 있다.
상기 리튬 금속 산화물 준비 과정은, 고상법, 졸-겔법, 공침법으로 이루어진 군에서 선택되는 하나일 수 있다.
콜룸메트릭 칼 피셔법(coulmetric karl fisher method)법으로 수분의 함량을 측정하는 과정을 더 포함할 수 있다.
일반적으로, 상기 양극은 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물인 전극 합제를 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.
상기 양극 활물질은, 상기 화학식 1 로 표현되는 전극 활물질 외에, 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; LiNixMn2-xO4로 표현되는 스피넬 구조의 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 포함할 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 양극 집전체는 일반적으로 3 ~ 500 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테리인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
한편, 상기 탄성을 갖는 흑연계 물질이 도전재로 사용될 수 있고, 상기 물질들과 함께 사용될 수도 있다..
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.
본 발명은 또한, 상기 전극을 포함하는 이차전지를 제공하고, 상기 이차전지는 리튬 이온 전지, 리튬 이온 폴리머 전지, 또는 리튬 폴리머 전지일 수 있다.
상기 리튬 이차전지들은 일반적으로 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극에 개재되는 분리막 및 리튬염 함유 비수 전해질로 구성되어 있으며, 리튬 이차전지의 기타 성분들에 대해 이하에서 설명한다.
상기 음극은 상기 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포, 건조 및 프레싱하여 제조되며, 필요에 따라 상기에서와 같은 도전재, 바인더, 충진제 등이 선택적으로 더 포함될 수 있다.
상기 음극 활물질은, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe’yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me’: Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, and Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료; 티타늄 산화물; 리튬 티타늄 산화물 등을 사용할 수 있고, 상세하게는 탄소계 물질 및/또는 Si을 포함할 수 있다.
상기 음극 집전체는 일반적으로 3 ~ 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.
상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.
상기 리튬염 함유 비수 전해질은, 비수 전해질과 리튬으로 이루어져 있고, 비수 전해질로는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용되지만 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 비수계 유기용매로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.
상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합제 등이 사용될 수 있다.
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.
상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.
또한, 상기 리튬염 함유 비수 전해질에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있으며, FEC(Fluoro-Ethylene Carbonate), PRS(Propene sultone) 등을 더 포함시킬 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, LiPF6, LiClO4, LiBF4, LiN(SO2CF3)2 등의 리튬염을, 고유전성 용매인 EC 또는 PC의 환형 카보네이트와 저점도 용매인 DEC, DMC 또는 EMC의 선형 카보네이트의 혼합 용매에 첨가하여 리튬염 함유 비수계 전해질을 제조할 수 있다.
본 발명은, 상기 이차전지를 단위전지로 포함하는 전지모듈, 상기 전지모듈을 포함하는 전지팩, 및 상기 전지팩을 전원으로 포함하는 디바이스를 제공한다.
이 때, 상기 디바이스의 구체적인 예로는, 전지적 모터에 의해 동력을 받아 움직이는 파워 툴(power tool); 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 등을 포함하는 전기차; 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter)를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(electric golf cart); 전력저장용 시스템 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전극 활물질은, 전극 활물질의 수분의 함량을 소정 범위로 제한하여 용량 및 수명 특성이 향상된 전극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지를 제공할 수 있다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상술하지만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범주가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
양극 활물질로서 공기 분위기에서 250℃로 6시간 동안 열처리된 Li(Li0.2Co0.1Ni0.15Mn0.55)O2 을 제조하였다.
<비교예 1>
열처리 하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 양극 활물질을 제조하였다.
<실험예 1>
상기 실시예 1 및 비교예 1 에서 제조된 양극 활물질의 수분 함량을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
수분 함량(ppm)
실시예 1 446 ppm
비교예 1 1036 ppm

실험 결과, 상기 표 1에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1의 양극 활물질의 경우 비교예 1의 양극 활물질에 비하여 수분 함량이 현저하게 감소되었음을 알 수 있었다.
<실험예 2>
상기 실시예 1 및 비교예 1 에서 제조된 양극 활물질을 이용하여 믹싱 테스트를 진행하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
믹싱 공정
실시예 1 성공
비교예 1 실패(겔화)

실험 결과, 상기 표 2에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1의 양극 활물질의 경우 믹싱 공정시 안정적으로 슬러리가 만들어진 반면, 비교예 1의 양극 활물질은 슬러리가 겔화되어 슬러리 제작을 실패한 것을 알 수 있다. 이는 열처리 되지 않은 양극 활물질의 경우, 함유하고 있는 다량의 수분에 의해 믹싱 공정에서 겔화가 발생되어 안정적으로 슬러리가 제작되지 못한 것을 확인할 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 상기 내용을 바탕을 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (20)

  1. 리튬 금속 산화물을 포함하고, 리튬 금속 산화물 1g 당 1000 ppm 미만의 수분을 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 전극 활물질.
  2. 제 1 항에 있어서,
    수분의 함량이, 리튬 금속 산화물 1g 당 100 ppm 이상 내지 700 ppm 이하의 범위 내인 것을 특징으로 하는 전극 활물질.
  3. 제 1 항에 있어서,
    수분의 함량이, 리튬 금속 산화물 1g 당 200 ppm 이상 내지 500 ppm 이하의 범위 내인 것을 특징으로 하는 전극 활물질.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 리튬 금속 산화물은, 하기 화학식 (1)로 표현되는 화합물인 것을 특징으로 하는 전극 활물질:


    (1-x)LiM’O2-yAy -xLi2MnO3-y’Ay’ (1)
    상기 식에서,
    M’은 MnaMb이고;
    M은 Ni, Ti, Co, Al, Cu, Fe, Mg, B, Cr, Zr, Zn 및 2주기 전이금속들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이며;
    A는 PO4, BO3, CO3, F 및 NO3의 음이온으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이고,
    0<x<1; 0≤y≤0.02; 0≤y’≤0.02; 0.5≤a≤1.0; 0≤b≤0.5; a + b = 1 이다.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 리튬 금속 산화물은, 금속에 대한 리튬의 비가 1.4 이상 내지 1.5 이하의 범위 내인 것을 특징으로 하는 전극 활물질.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 리튬 금속 산화물은, 금속에 대한 리튬의 비가 1.2 이상 내지 1.4 미만의 범위 내인 것을 특징으로 하는 전극 활물질.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 리튬 금속 산화물은, 망간(Mn)의 몰함량이 전체 금속의 몰함량을 기준으로 50 몰% 이상 내지 60 몰% 이하의 범위 내인 것을 특징으로 하는 전극 활물질.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 리튬 금속 산화물은, 망간(Mn)의 몰함량이 전체 금속의 몰함량을 기준으로 30 몰% 초과 내지 50 몰% 미만의 범위 내인 것을 특징으로 하는 전극 활물질.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 리튬 금속 산화물은, 망간(Mn)의 몰함량이 전체 금속의 몰함량을 기준으로 30 몰% 초과 내지 50 몰% 미만의 범위 내인 제 1 산화물을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전극 활물질.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 리튬 금속 산화물은, 망간(Mn)의 몰함량이 전체 금속의 몰함량을 기준으로 40 몰% 초과 내지 60 몰% 미만의 범위 내인 제 2 산화물을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전극 활물질.
  11. 전류 집전체; 및 전류 집전체에 형성되는 전극 합제를 포함하고,
    고형분의 전극 합제 1g 당 1000 ppm 미만의 수분을 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 전극.
  12. 제 11 항에 있어서,
    수분의 함량이, 전극 합제 1g 당 100 ppm 이상 내지 700 ppm 미만의 수분을 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 전극.
  13. 제 12 항에 있어서,
    수분의 함량이, 전극 합제 1g 당 200 ppm 이상 내지 500 ppm 미만의 수분을 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 전극.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 전극은, 전극 활물질로서 하기 화학식 (1)로 표현되는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극:


    (1-x)LiM’O2-yAy -xLi2MnO3-y’Ay’ (1)
    상기 식에서,
    M’은 MnaMb이고;
    M은 Ni, Ti, Co, Al, Cu, Fe, Mg, B, Cr, Zr, Zn 및 2주기 전이금속들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이며;
    A는 PO4, BO3, CO3, F 및 NO3의 음이온으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이고,
    0<x<1; 0≤y≤0.02; 0≤y’≤0.02; 0.5≤a≤1.0; 0≤b≤0.5; a + b = 1 이다.
  15. 하기 화학식 (1)로 표현되는 리튬 금속 산화물을 준비하는 과정; 및
    상기 리튬 금속 산화물을 대기 중에서 섭씨 150 도 이상 내지 섭씨 400도 이하의 온도로 건조하는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 활물질의 제조방법.


    (1-x)LiM’O2-yAy -xLi2MnO3-y’Ay’ (1)
    상기 식에서,
    M’은 MnaMb이고;
    M은 Ni, Ti, Co, Al, Cu, Fe, Mg, B, Cr, Zr, Zn 및 2주기 전이금속들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이며;
    A는 PO4, BO3, CO3, F 및 NO3의 음이온으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이고,
    0<x<1; 0≤y≤0.02; 0≤y’≤0.02; 0.5≤a≤1.0; 0≤b≤0.5; a + b = 1 이다.
  16. 제 15 항에 있어서,
    건조 온도가, 섭씨 200 도 이상 내지 섭씨 300도 이하의 범위 내인 것을 특징으로 하는 전극 활물질의 제조방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 열처리 시간은, 5 내지 8 시간 범위인 것을 특징으로 하는 전극 활물질의 제조방법.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 열처리는 공기 분위기, 산소 분위기, 질소 분위기 및 아르곤 분위기중에서 선택되는 하나의 조건에서 열처리 되는 것을 특징으로 하는 전극 활물질의 제조방법.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 리튬 금속 산화물 준비 과정은, 고상법, 졸-겔법, 공침법으로 이루어진 군에서 선택되는 하나인 것을 특징으로 하는 전극 활물질의 제조방법.
  20. 제 15 항에 있어서,
    콜룸메트릭 칼 피셔법(coulmetric karl fisher method)법으로 수분의 함량을 측정하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 활물질의 제조방법.
KR1020130089408A 2013-07-29 2013-07-29 열처리된 전극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지 Withdrawn KR20150014132A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130089408A KR20150014132A (ko) 2013-07-29 2013-07-29 열처리된 전극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130089408A KR20150014132A (ko) 2013-07-29 2013-07-29 열처리된 전극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20150014132A true KR20150014132A (ko) 2015-02-06

Family

ID=52571070

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130089408A Withdrawn KR20150014132A (ko) 2013-07-29 2013-07-29 열처리된 전극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20150014132A (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2025135892A1 (ko) * 2023-12-22 2025-06-26 주식회사 엘지에너지솔루션 양극 및 이를 포함하는 이차 전지

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2025135892A1 (ko) * 2023-12-22 2025-06-26 주식회사 엘지에너지솔루션 양극 및 이를 포함하는 이차 전지

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101625822B1 (ko) 비가역 첨가제가 포함되어 있는 이차전지용 양극 합제
KR101658503B1 (ko) 이차전지용 양극 활물질 및 이를 포함하는 이차전지
KR101595333B1 (ko) 에너지 밀도가 향상된 이차전지용 전극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
KR101542052B1 (ko) 리튬 이차전지용 전극의 제조 방법 및 이를 사용하여 제조되는 전극
KR101488696B1 (ko) 양극 활물질 및 그것을 포함하는 리튬 이차전지
KR101445602B1 (ko) 안전성이 강화된 이차전지
KR20150037085A (ko) 리튬 이차전지용 양극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
KR101617415B1 (ko) 리튬 이차전지의 제조방법 및 이를 사용하여 제조되는 리튬 이차전지
KR20150022090A (ko) 양극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지와 이의 제조방법
KR101513496B1 (ko) 리튬 망간계 산화물 및 이를 포함하는 양극 활물질
KR101692795B1 (ko) 리튬 이차전지의 제조방법 및 이를 사용하여 제조되는 리튬 이차전지
KR101578510B1 (ko) 수명특성이 향상된 리튬 이차전지
KR20130116038A (ko) 다층구조 전극 및 그 제조방법
KR101623719B1 (ko) 리튬 이차전지용 양극 활물질의 제조방법
KR101515361B1 (ko) 양극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
KR20150014828A (ko) 안전성이 향상된 양극 합제 및 이를 포함하는 이차전지
KR101608635B1 (ko) 고용량의 이차전지용 음극
KR101527539B1 (ko) 양극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
KR101527751B1 (ko) 양극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
KR101445600B1 (ko) 안전성이 강화된 이차전지
KR101514303B1 (ko) 전극의 제조방법 및 이를 사용하여 제조되는 전극
KR101493255B1 (ko) 전극의 제조방법 및 이를 사용하여 제조되는 전극
KR101751009B1 (ko) 비가역 첨가제가 포함되어 있는 이차전지용 음극 합제
KR101617418B1 (ko) 망간 용출을 방지하기 위한 크라운 에테르 화합물을 포함하는 이차전지
KR101497912B1 (ko) 양극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20130729

PG1501 Laying open of application
PC1203 Withdrawal of no request for examination
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid