KR102094991B1 - lithium secondary battery - Google Patents
lithium secondary battery Download PDFInfo
- Publication number
- KR102094991B1 KR102094991B1 KR1020130099926A KR20130099926A KR102094991B1 KR 102094991 B1 KR102094991 B1 KR 102094991B1 KR 1020130099926 A KR1020130099926 A KR 1020130099926A KR 20130099926 A KR20130099926 A KR 20130099926A KR 102094991 B1 KR102094991 B1 KR 102094991B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- positive electrode
- active material
- electrode active
- secondary battery
- 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.)
- Active
Links
Images
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
- H01M4/362—Composites
- H01M4/366—Composites as layered products
-
- 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
-
- 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
- H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
- H01M10/0561—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of inorganic materials only
- H01M10/0562—Solid materials
-
- 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
- H01M4/485—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of mixed oxides or hydroxides for inserting or intercalating light metals, e.g. LiTi2O4 or LiTi2OxFy
-
- 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
-
- 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
-
- 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
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
- H01M2300/0065—Solid electrolytes
- H01M2300/0068—Solid electrolytes inorganic
-
- 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
-
- 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)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
양극; 음극; 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재되는 황화물계 고체 전해질을 구비하며, 상기 양극은 표면에 리튬(Li) 및 지르코늄(Zr)을 포함한 산화물을 함유하는 코팅막이 형성된 양극 활물질 입자를 포함하며, 상기 코팅막이 형성된 양극 활물질 입자의 평균 이차 입경(D50)은 5㎛ 이하인 리튬 이차 전지가 제공된다.anode; cathode; And a sulfide-based solid electrolyte interposed between the positive electrode and the negative electrode, wherein the positive electrode includes positive electrode active material particles formed on the surface with a coating film containing oxides including lithium (Li) and zirconium (Zr), and the coating film. A lithium secondary battery having an average secondary particle diameter (D50) of 5 μm or less is provided.
Description
리튬 이차 전지에 관한 것이다. It relates to a lithium secondary battery.
최근 일렉트로닉스 기술이 발전함에 따라 휴대 전자기기 등의 소형 경량화, 경박화가 눈부시다. 이와 더불어 그러한 전자기기를 뒷받침하는 전원 전지에 대한 고성능, 고신뢰성의 요구도 더욱 높아지고 있다. 이러한 요구에 부응할 수 있는 전지 기술로서, 전해액 대신 고체 전지를 이용한 고체형 리튬 이차 전지는, 액누출이나 안전성면에서 우수하여 신뢰성이 높다. 또한 리튬을 이용하는 전지이므로 높은 전압, 높은 에너지 밀도로 충방전할 수 있기 때문에 실용성면에서도 주목 받고 있다.With the recent development of electronic technology, miniaturization, light weight and light weight of portable electronic devices, etc. are dazzling. In addition, demands for high performance and high reliability for power cells supporting such electronic devices are also increasing. As a battery technology capable of meeting these demands, a solid-state lithium secondary battery using a solid battery instead of an electrolyte solution is excellent in terms of liquid leakage and safety, and is highly reliable. In addition, since it is a battery using lithium, it can be charged and discharged at a high voltage and a high energy density, and thus, it is attracting attention in practicality.
고체형 리튬 이차 전지는, 기본적으로 양극, 고체 전해질 및 음극을 구비한다. 고체 전해질로는 황화물계 고체 전해질이 사용된다.The solid-state lithium secondary battery basically includes a positive electrode, a solid electrolyte, and a negative electrode. As the solid electrolyte, a sulfide-based solid electrolyte is used.
황화물계 고체 전해질을 이용한 경우, 충전 시에 양극 활물질과 고체 전해질과의 계면에서 반응이 생겨 경계면에 저항 성분이 생성됨으로써 양극 활물질과 고체 전해질과의 계면을 리튬 이온이 이동할 때의 저항(이하, “계면저항”이라고 함)이 증대된다. 이 계면 저항의 증대에 의해 리튬 이온 전도성이 저하되므로 리튬 이차 전지의 출력이 저하된다. 따라서 양극 활물질과 고체 전해질간의 계면저항을 감소하는 방법에 대한 개발 필요성이 높다. In the case of using a sulfide-based solid electrolyte, a reaction occurs at the interface between the positive electrode active material and the solid electrolyte during charging, thereby generating a resistance component at the interface, whereby the resistance when lithium ions move between the positive electrode active material and the solid electrolyte (hereinafter, “ Interface resistance ”). Since the lithium ion conductivity is lowered by the increase in the interface resistance, the output of the lithium secondary battery is lowered. Therefore, there is a high need to develop a method for reducing the interface resistance between the positive electrode active material and the solid electrolyte.
한 측면은 사이클 특성, 용량 및 레이트(rate) 특성이 개선된 리튬 이차 전지를 제공하는 것이다.One aspect is to provide a lithium secondary battery with improved cycle characteristics, capacity and rate characteristics.
일 측면에 따르면, According to one aspect,
양극; 음극; 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재되는 황화물계 고체 전해질을 구비하며,anode; cathode; And a sulfide-based solid electrolyte interposed between the positive electrode and the negative electrode,
상기 양극은 표면에 리튬(Li) 및 지르코늄(Zr)을 포함한 산화물을 함유하는 코팅막이 형성된 양극 활물질 입자를 포함하며,The positive electrode includes positive electrode active material particles on which a coating film containing an oxide containing lithium (Li) and zirconium (Zr) is formed on the surface,
상기 코팅막이 형성된 양극 활물질 입자의 평균 이차 입경(D50)은 5㎛ 이하인 리튬 이차 전지가 제공된다.A lithium secondary battery having an average secondary particle diameter (D50) of 5 μm or less is provided in the positive electrode active material particles on which the coating film is formed.
일구현예에 따른 리튬 이차 전지는 양극 활물질의 비표면적이 증대되고 저항 성분의 효과를 줄일 수 있어 리튬 이온의 전도성을 높일 수 있고 충방전시의 과전압 저감, 레이트(rate) 특성 및 사이클 특성의 향상을 실현할 수 있다.The lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention can increase the specific surface area of the positive electrode active material and reduce the effect of the resistance component, thereby increasing the conductivity of lithium ions, reducing overvoltage during charging and discharging, and improving rate and cycle characteristics. Can be realized.
도 1은 일구현예에 따른 리튬 이차 전지의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 일구현예에 따른 리튬 이차 전지의 구조를 나타낸 것이다.1 is a view schematically showing the configuration of a lithium secondary battery according to an embodiment.
2 shows the structure of a lithium secondary battery according to an embodiment.
이하에서 예시적인 일구현예에 따른 리튬 이차 전지에 관하여 더욱 상세히 Hereinafter, a lithium secondary battery according to an exemplary embodiment will be described in more detail.
설명한다.Explain.
양극 활물질 입자를 포함한 양극; 음극; 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재되는 황화물계 고체 전해질을 구비하며, 상기 양극 활물질 입자는 그 표면에 리튬(Li) 및 지르코늄(Zr)을 포함한 산화물을 함유하는 코팅막이 피복되며, 상기 코팅막이 형성된 양극 활물질 입자의 평균 이차 입경(D50)은 5㎛ 이하인 리튬 이차 전지가 제공된다.Anode containing cathode active material particles; cathode; And a sulfide-based solid electrolyte interposed between the positive electrode and the negative electrode, wherein the positive electrode active material particle is coated with a coating film containing oxides including lithium (Li) and zirconium (Zr) on its surface, and the coating film is formed. A lithium secondary battery having an average secondary particle diameter (D50) of positive electrode active material particles of 5 μm or less is provided.
[화학식 1] [Formula 1]
aLi2O-ZrO2 aLi 2 O-ZrO 2
상기 화학식 1 중 0.1≤a≤2.0이다.In Formula 1, 0.1≤a≤2.0.
상기 화학식 1의 화합물은 Li2O와 ZrO2의 복합 산화물이다.The compound of Formula 1 is a complex oxide of Li 2 O and ZrO 2 .
리튬 이차 전지의 양극 제조시 양극 활물질 입자로서 평균 입경이 5㎛ 이하인 양극 활물질 입자를 채용하면, 양극 활물질의 비표면적이 증대되어 리튬 저항층의 효과를 최소화하여 계면 저항을 줄일 수 있다. When positive electrode active material particles having an average particle diameter of 5 μm or less are adopted as positive electrode active material particles in the production of a positive electrode for a lithium secondary battery, the specific surface area of the positive electrode active material is increased, thereby minimizing the effect of the lithium resistance layer to reduce interfacial resistance.
그러나 소입경의 양극 활물질 입자 사용으로 계면의 면적이 증가됨에 따라 리튬 이차 전지의 충방전 반응과 더불어 계면 저항층의 발생도 촉진되어 결과적으로 계면 저항은 반복적인 충방전에 의해 현저하게 증대되고 전지 특성은 열화될 수 있다.However, as the area of the interface is increased by using the positive electrode active material particles having a small particle size, the charge and discharge reaction of the lithium secondary battery is promoted and the generation of the interface resistance layer is also promoted. As a result, the interface resistance is significantly increased by repeated charge and discharge, and battery characteristics Can degrade.
그러나 일구현예에 따른 리튬 이차 전지에서는 양극 활물질 표면에 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 코팅막을 형성하면, 양극 활물질과 고체 전해질과의 계면에서의 반응을 현저하게 억제할 수 있고 계면 저항층의 형성을 효율적으로 억제할 수 있게 됨으로써 입경이 작은 양극 활물질을 사용하는 이점을 충분히 활용할 수 있게 된다.However, in the lithium secondary battery according to an embodiment, when a coating film including the compound represented by Chemical Formula 1 is formed on the surface of the positive electrode active material, reaction at the interface between the positive electrode active material and the solid electrolyte can be significantly suppressed and the interface resistance layer By being able to effectively suppress the formation of, it is possible to fully utilize the advantage of using a positive electrode active material having a small particle size.
그 결과는 리튬 이차 전지는 충방전시의 계면 저항 감소, 그에 따른 방전 용량을 향상시킬 뿐만 아니라, 레이트(rate) 특성 및 사이클 특성을 현저하게 향상될 수 있다. As a result, the lithium secondary battery can not only improve the interfacial resistance during charging and discharging, thereby improving the discharge capacity, but also significantly improve the rate and cycle characteristics.
화학식 1에서 a가 상기 범위일 때 이러한 양극 활물질을 이용한 양극을 구비한 리튬 이차 전지는 사이클 특성 및 임피던스 특성이 개선될 뿐만 아니라, 초기 방전용량이 상승되고 리튬 이온의 전도성도 우수하다.In Formula 1, when a is within the above range, a lithium secondary battery having a positive electrode using such a positive electrode active material not only has improved cycle characteristics and impedance characteristics, but also has an increased initial discharge capacity and excellent lithium ion conductivity.
일구현예에 따르면, 상기 화학식 1에서 a는 1이다.According to one embodiment, in Formula 1, a is 1.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 Li2O와 ZrO2를 이를 용해 하는 온도 이상으로 가열 해 소정의 비율로 용해 혼합 해, 소정 시간 유지 한 후, 급냉하는 공정을 통하여 얻을 수 있다.The compound represented by Chemical Formula 1 may be obtained through a process of heating Li 2 O and ZrO 2 to a temperature above which they are dissolved and dissolving and mixing at a predetermined ratio, maintaining a predetermined time, and rapidly cooling.
일구현예에 의하면, 상기 리튬(Li) 및 지르코늄(Zr)를 포함한 산화물로 피복된 양극 활물질의 평균 입경은 5㎛ 이하, 구체적으로 0.1 내지 5㎛이다. According to one embodiment, the average particle diameter of the positive electrode active material coated with an oxide containing lithium (Li) and zirconium (Zr) is 5 μm or less, specifically 0.1 to 5 μm.
상기 양극 활물질의 평균입경(D10)은 2.0 내지 3.5㎛, 예를 들어 2.5 내지 3.0 ㎛이다. 그리고 양극 활물질의 입경(D50)은 3.0 내지 5.0㎛, 예를 들어 3.3 내지 4.5 ㎛이며, 양극 활물질의 입경(D90)은 3.5 내지 5.0㎛, 예를 들어 4.5 내지 5.0㎛이다.The average particle diameter (D10) of the positive electrode active material is 2.0 to 3.5 μm, for example, 2.5 to 3.0 μm. In addition, the particle diameter (D50) of the positive electrode active material is 3.0 to 5.0 μm, for example, 3.3 to 4.5 μm, and the particle diameter (D90) of the positive electrode active material is 3.5 to 5.0 μm, for example, 4.5 to 5.0 μm.
용어 “D50”, “D10”, “D90”은 각각 적산 분포 곡선(cumulative distribution curve)에서 50 체적%, 10 체적% 및 90 체적%를 각각 나타내는 입경을 말한다. The terms “D50”, “D10”, and “D90” refer to particle diameters representing 50% by volume, 10% by volume, and 90% by volume, respectively, in the cumulative distribution curve.
일구현예에 따르면, 황화물계 고체 전해질은 황화리튬(Li2S)과 오황화이인(P2S5)을 포함한다.According to one embodiment, the sulfide-based solid electrolyte includes lithium sulfide (Li 2 S) and phosphorus pentasulfide (P 2 S 5 ).
이하, 양극 활물질 표면에 리튬(Li) 및 지르코늄(Zr)를 포함한 산화물을 포함하는 코팅막을 형성하는 방법을 살펴 보기로 한다.Hereinafter, a method of forming a coating film including an oxide including lithium (Li) and zirconium (Zr) on the surface of the positive electrode active material will be described.
먼저 양극 활물질은, 평균입경 5㎛ 이하의 입자를 모아 양극 활물질 미세분말로 얻는다. First, the positive electrode active material is obtained by collecting particles having an average particle diameter of 5 μm or less into a fine powder of the positive electrode active material.
양극 활물질 미세 분말을 얻기 위하여 자동 체 머신을 이용할 수 있다.An automatic sieve machine can be used to obtain the positive electrode active material fine powder.
리튬 알콕사이드와 지르코늄 알콕사이드를 용매 중에서 교반 혼합하여 aLi2O-ZrO2의 알코올 용액(aLi2O-ZrO2 피복용 도포액)을 제조한다.Mixing a lithium alkoxide and zirconium alkoxide in a solvent to prepare a stirred solution of the alcohol aLi 2 O-ZrO 2 (aLi 2 O-ZrO 2 coating the coating liquid).
상기 용매로는 메탄올, 에탄올과 같은 알코올을 사용한다. 겔화 촉진제로서 물을 사용하고 겔화 억제로서 아세토아세트산에틸을 추가하는 것도 가능하다. As the solvent, alcohols such as methanol and ethanol are used. It is also possible to use water as a gelling accelerator and add acetoacetate as a gelling inhibitor.
리튬 알콕사이드는, 예를 들면 유기 리튬과 알코올을 반응시킴으로써 얻을 수 있다. Lithium alkoxide can be obtained, for example, by reacting organic lithium with alcohol.
리튬 알콕사이드와 지르코늄 알콕사이드의 교반, 혼합의 시간은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 30분 정도로 하면 된다. 이와 아울러 아세토아세트산에틸 등의 CH3-CO-CH2-CO-O-R(R은 C1-C10의 알킬기로서, 예를 들어 메틸, 에틸, 프로필 등이 있음)의 구조를 가진 화합물은, 해당 구조중의 카르보닐기 2개가 킬레이트제로서 작용하여 불안정한 금속을 안정화시키는 효과가 있기 때문에, 여기에서는 지르코늄 알콕사이드의 안정화제로서 작용하는 것이다.The time for stirring and mixing the lithium alkoxide and zirconium alkoxide is not particularly limited, but may be, for example, about 30 minutes. In addition, compounds having a structure of CH 3 -CO-CH 2 -CO-OR such as ethyl acetoacetate (R is an alkyl group of C1-C10, for example, methyl, ethyl, propyl, etc.) are in the structure. Since the two carbonyl groups have the effect of stabilizing unstable metals by acting as a chelating agent, they act as stabilizers for zirconium alkoxides.
다음으로, 조제한 aLi2O-ZrO2 피복용 도포액을 상술한 양극 활물질 미세분말과 혼합하고 이 혼합 용액을 교반하면서 가열하여 알코올 등의 용매를 증발 건조시킨다. 이 때 혼합 용액에는 초음파를 조사한다. 이로써 양극 활물질 미세분말의 입자 표면에 aLi2O-ZrO2의 전구체를 균일하게 담지할 수 있다.Next, the prepared coating liquid for coating aLi 2 O-ZrO 2 is mixed with the above-mentioned positive electrode active material fine powder, and the mixed solution is heated while stirring to evaporate the solvent such as alcohol to be evaporated to dryness. At this time, ultrasonic waves are irradiated to the mixed solution. Thereby, the precursor of aLi 2 O-ZrO 2 can be uniformly supported on the surface of the particles of the positive electrode active material micropowder.
상기 건조는 30 내지 80℃, 예를 들어 약 40℃이다. 건조 공정 실시할 때, 진공 펌프 또는 회전증발기(rotary evaporator)를 사용할 수 있다.The drying is 30 to 80 ° C, for example about 40 ° C. When performing the drying process, a vacuum pump or a rotary evaporator can be used.
또한 양극 활물질의 입자 표면에 담지된 aLi2O-ZrO2의 전구체를 고온에서 열처리한다. 이 때 열처리 온도를 350℃ 내지 750℃, 예를 들어 약 350℃로 한다. In addition, the precursor of aLi 2 O-ZrO 2 supported on the particle surface of the positive electrode active material is heat-treated at high temperature. At this time, the heat treatment temperature is set to 350 ° C to 750 ° C, for example, about 350 ° C.
열처리 시간은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 1 내지 3시간, 구체적으로 2시간 정도로 하면 된다. The heat treatment time is not particularly limited, but may be, for example, about 1 to 3 hours, specifically about 2 hours.
열처리는 산소 가스 분위기하에서 실시한다. 산소 가스를 공급하면 니켈을 포함한 양극 재료 안의 니켈의 환원을 억제하여 용량을 유지할 수 있다.The heat treatment is performed under an oxygen gas atmosphere. When oxygen gas is supplied, the reduction of nickel in the anode material including nickel can be suppressed to maintain the capacity.
상술한 제조공정을 거침으로써 aLi2O-ZrO2 코팅막이 형성된 양극 활물질을 얻을 수 있다.By going through the above-described manufacturing process, it is possible to obtain a positive electrode active material on which aLi 2 O-ZrO 2 coating film is formed.
상기 코팅막에서 Li2O-ZrO2 함량은 양극 활물질 입자와 Li2O-ZrO2의 총중량에 대하여 0.01 내지 2 몰%, 예를 들어 0.01 내지 0.95몰%이다. Li2O-ZrO2 함량이 상기 범위일 때 높은 초기 방전 용량과 우수한 사이클 특성을 얻을 수 있다.The content of Li 2 O-ZrO 2 in the coating film is 0.01 to 2 mol%, for example, 0.01 to 0.95 mol%, based on the total weight of the positive electrode active material particles and Li 2 O-ZrO 2 . When the Li 2 O-ZrO 2 content is within the above range, high initial discharge capacity and excellent cycle characteristics can be obtained.
얻어진 피복된 양극 활물질 미세분말과, 고체 전해질과 도전제를 혼합하여 양극 조성물을 얻고 이를 도포하여 양극을 얻는다. The obtained coated positive electrode active material micropowder is mixed with a solid electrolyte and a conductive agent to obtain a positive electrode composition, which is applied to obtain a positive electrode.
상기 도전제는 카본블랙, 흑연, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 탄소 섬유 등을 들 수 있다. The conductive agent may include carbon black, graphite, acetylene black, ketjen black, carbon fiber, and the like.
상기 양극 조성물에는 바인더 등을 추가적으로 더 포함할 수 있다. The positive electrode composition may further include a binder or the like.
바인더의 예로는, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리불화비닐리덴, SBS(스티렌-부타디엔 블록공중합체), NBR(니트릴 고무), CR(클로로프렌 고무), 및, 이들의 부분 수소화물, 혹은 완전 수소화물, 폴리아크릴산 에스테르의 공중합체, VDF-HFP(비닐리덴플루오라이이드-헥사플루오로프로필렌 공중합체), 및, 이들의 카르복실산 변성물, CM(염화폴리에틸렌), 폴리메타크릴산 에스테르, 폴리비닐알코올, 에틸렌-비닐알코올 공중합체, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리아미드이미드, SEBS (스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌 블록공중합체), 스티렌-스티렌부타디엔-스티렌 블록공중합체 등의 스티렌계 열가소성 일레스토머류, SBR(스티렌-부타디엔 고무), BR(부타디엔 고무), NR(천연 고무), IR(이소프렌 고무), EPDM(에틸렌-프로필렌-디엔 3원공중합체), 및, 이들의 부분 수소화물, 혹은 완전 수소화물이 예시될 수 있다. 그 외, 폴리스티렌, 폴리올레핀(polyolefin), 올레핀계 열가소성 일레스토머, 폴리사이클로올레핀, 실리콘 수지 등이 예시될 수 있으나 반드시 이들로 한정되지 않으며 비극성 수지로서 당해 기술분야에서 결착제로 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다.Examples of the binder include polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, SBS (styrene-butadiene block copolymer), NBR (nitrile rubber), CR (chloroprene rubber), and partial hydrides thereof, or complete hydrides , Copolymer of polyacrylic acid ester, VDF-HFP (vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer), and their carboxylic acid modified products, CM (polyethylene chloride), polymethacrylic acid ester, polyvinyl Styrene thermoplastic elastomers such as alcohol, ethylene-vinyl alcohol copolymer, polyimide, polyamide, polyamideimide, SEBS (styrene-ethylene-butadiene-styrene block copolymer), styrene-styrene-butadiene-styrene block copolymer, etc. , SBR (styrene-butadiene rubber), BR (butadiene rubber), NR (natural rubber), IR (isoprene rubber), EPDM (ethylene-propylene-diene terpolymer), and partial hydrides thereof, humps There is a completely hydride can be exemplified. In addition, polystyrene, polyolefin (polyolefin), olefin-based thermoplastic elastomer, polycycloolefin, silicone resin, etc. may be exemplified, but is not limited to them, and any non-polar resin that can be used as a binder in the art can be used. Do.
바인더는 구체적으로 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리불화비닐리덴, 폴리에틸렌 등을 사용할 수 있다. 이 밖에도 상기 양극 조성물에는 필러, 분산제, 이온 전기전도제 등 통상 리튬 이차 전지 양극 제조시 이용되는 물질을 모두 다 부가할 수 있다.Specifically, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyethylene, or the like can be used as the binder. In addition, all of the materials commonly used in manufacturing a cathode for a lithium secondary battery, such as fillers, dispersants, and ionic electric conductors, can be added to the cathode composition.
음극은 양극 활물질 대신에 음극 활물질이 사용된다는 것을 제외하고는, 양극과 동일한 방법에 따라 제조될 수 있다. The negative electrode can be manufactured according to the same method as the positive electrode, except that the negative electrode active material is used instead of the positive electrode active material.
음극 활물질은 리튬과 합금화가 가능하거나, 또는, 리튬의 가역적인 흡장 및 방출이 가능한 물질이면 한정되지 않고, 예를 들면, 리튬, 인듐, 주석, 알루미늄, 규소 등의 금속 및 이러한 합금이나, Li4/3Ti5/3O4, SnO 등의 전이 금속 산화물이나, 인조흑연, 흑연 탄소섬유, 수지 소성 탄소, 열분해 기상성장 탄소, 코크스, 메조카본 마이크로비즈(MCMB), 퍼퓨릴알코올 수지 소성 탄소, 폴리아센, 피치 계 탄소섬유, 기상성장 탄소섬유, 천연 흑연 등의 탄소 재료 등을 들 수 있다.The negative electrode active material is not limited as long as it is capable of alloying with lithium or a material capable of reversibly storing and releasing lithium, for example, metals such as lithium, indium, tin, aluminum, silicon, and these alloys, or Li4 / Transition metal oxide such as 3Ti5 / 3O4, SnO, artificial graphite, graphite carbon fiber, resin-fired carbon, pyrolysis vapor-grown carbon, coke, mesocarbon microbeads (MCMB), perfuryl alcohol resin fired carbon, polyacene, pitch system And carbon materials such as carbon fiber, vapor-grown carbon fiber, and natural graphite.
상기 과정에 따라 얻어진 양극과 고체 전해질과 음극을 적층하여 리튬 이차 전지를 제작한다.A lithium secondary battery is manufactured by stacking the positive electrode, the solid electrolyte, and the negative electrode obtained according to the above process.
상기 고체 전해질은 예를 들어 황화리튬(Li2S)과 오황화이인(P2S5)을 포함한 황화물계 고체 전해질을 이용한다. 상기 고체 전해질은 황화리튬(Li2S), 오황화이인(P2S5) 이외에 SiS2, GeS2, B2S3 등의 황화물을 더 포함할 수 있다.The solid electrolyte uses, for example, a sulfide-based solid electrolyte including lithium sulfide (Li 2 S) and phosphorus pentasulfide (P 2 S 5 ). The solid electrolyte may further include sulfides such as SiS 2 , GeS 2 and B 2 S 3 in addition to lithium sulfide (Li 2 S) and phosphorus pentasulfide (P 2 S 5 ).
상기 황화리튬(Li2S)과 오황화이인(P2S5)을 포함한 황화물계 고체 전해질은 황화리튬(Li2S)과 오황화이인(P2S5)을 포함한 황화물을 황화리튬(Li2S)과 오황화이인(P2S5)의 용해 온도 이상 범위로 가열하고 소정의 비율로 양자를 용해 혼합하여 소정 시간 보관 유지한 후, 이를 급냉하여 얻을 수 있다. 여기에서 황화리튬(Li2S)과 오황화이인(P2S5)의 혼합비는 50:50 내지 80:20, 예를 들어 60:40 내지 75:25 몰비이다.The sulfide-based solid electrolyte including lithium sulfide (Li 2 S) and phosphorus pentasulfide (P 2 S 5 ) is a sulfide containing lithium sulfide (Li 2 S) and phosphorus pentasulfide (P 2 S 5 ). 2 S) and phosphorus pentasulfide (P 2 S 5 ) It can be obtained by heating to a range above the dissolution temperature, dissolving and mixing both at a predetermined ratio, and keeping the mixture for a predetermined time, followed by rapid cooling. Here, the mixing ratio of lithium sulfide (Li 2 S) and phosphorous pentasulfide (P 2 S 5 ) is a molar ratio of 50:50 to 80:20, for example, 60:40 to 75:25.
또는 황화리튬(Li2S)과 오황화이인(P2S5)을 포함한 황화물계 고체 전해질은 황화리튬(Li2S)과 오황화이인(P2S5)을 포함한 황화물은 기계적 밀링법에 의하여 처리하여 얻을 수 있다. Or a sulfide-based solid electrolyte containing a sulfide, lithium (Li 2 S) and ohhwang tetroxide in (P 2 S 5) are sulfides including sulfide, lithium (Li 2 S) and ohhwang tetroxide in (P 2 S 5) is a mechanical milling method Can be obtained by treatment.
<리튬 이차 전지의 구성><Configuration of lithium secondary battery>
우선, 도 1에 기초하여 일구현예에 따른 리튬 이차 전지 중 하나인 고체형 리튬 이차 전지의 구성을 설명하기로 한다. First, the configuration of a solid-state lithium secondary battery that is one of the lithium secondary batteries according to an embodiment will be described with reference to FIG. 1.
고체형 리튬 이차 전지는 양극(11), 음극(13) 및 상기 양극(11)과 음극(13) 사이에 개재된 고체 전해질을 구비한다. 그리고 양극(11)은 피복된 양극 활물질과 고체 전해질로 이루어져 있고, 입경이 작은 양극 활물질은 보다 많은 고체 전해질과 접하여 큰 계면 면적을 가지고 있다.
The solid-state lithium secondary battery includes a
[전지의 재료][Battery material]
(양극 활물질의 재료)(Material of positive electrode active material)
양극 활물질은, 리튬 이온을 가역적으로 흡장 및 방출하는 것이 가능한 물질이면 한정되지 않고, 예를 들면, 코발트산리튬(LCO), 니켈산리튬, 니켈코발트산리튬, 니켈코발트알루미늄산리튬, 니켈코발트망간산리튬, 망간산리튬, 인산철리튬, 황화니켈(nickel sulfide), 황화구리(copper sulfide), 황(sulfur), 산화철, 산화바나듐 등을 예시할 수 있다. 이러한 양극 활물질은, 단독으로 사용되거나, 2종 이상이 혼합되어 사용될 수 있다.The positive electrode active material is not limited as long as it is a material capable of reversibly storing and releasing lithium ions, for example, lithium cobaltate (LCO), lithium nickel oxide, lithium nickel cobaltate, lithium nickel cobalt aluminum, and nickel cobalt manganese Lithium acid, lithium manganate, lithium iron phosphate, nickel sulfide, copper sulfide, sulfur, iron oxide, vanadium oxide, and the like can be exemplified. These positive electrode active materials may be used alone or in combination of two or more.
예를 들어, 상기 양극 활물질은 리튬 함유 금속산화물로서, 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이면 제한 없이 모두 사용될 수 있다. 예를 들어, 코발트, 망간, 니켈, 및 이들의 조합에서 선택되는 금속과 리튬과의 복합 산화물 중 1종 이상의 것을 사용할 수 있으며, 그 구체적인 예로는, LiaA1 - bBbD2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 및 0 ≤ b ≤ 0.5이다); LiaE1 - bBbO2 - cDc(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05이다); LiE2 - bBbO4 -cDc(상기 식에서, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05이다); LiaNi1 -b- cCobBcDα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤ 2이다); LiaNi1 -b- cCobBcO2 -αFα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNi1 -b- cCobBcO2 -αF2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNi1 -b- cMnbBcDα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤ 2이다); LiaNi1 -b- cMnbBcO2 -αFα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNi1 -b- cMnbBcO2 -αF2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNibEcGdO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0.001 ≤ d ≤ 0.1이다.); LiaNibCocMndGeO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0 ≤ d ≤0.5, 0.001 ≤ e ≤ 0.1이다.); LiaNiGbO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaCoGbO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaMnGbO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaMn2GbO4(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); QO2; QS2; LiQS2; V2O5; LiV2O5; LiIO2; LiNiVO4; Li(3-f)J2(PO4)3(0 ≤ f ≤ 2); Li(3-f)Fe2(PO4)3(0 ≤ f ≤ 2); LiFePO4의 화학식 중 어느 하나로 표현되는 화합물을 사용할 수 있다:For example, the positive electrode active material is a lithium-containing metal oxide, and can be used without limitation as long as it is commonly used in the art. For example, cobalt, manganese, nickel, and metals selected from a combination thereof and one or more of a complex oxide of lithium may be used, and specific examples thereof include Li a A 1 - b B b D 2 (above In the formula, 0.90 ≤ a ≤ 1, and 0 ≤ b ≤ 0.5); Li a E 1 - b B b O 2 - c D c (where 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05); LiE 2 - b B b O 4 -c D c (where 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05); Li a Ni 1 -b- c Co b B c D α (where 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 <α ≤ 2); Li a Ni 1 -b - c Co b B c O 2 -α F α (wherein 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 <α <2); Li a Ni 1 -b - c Co b B c O 2 -α F 2 (where 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 <α <2); Li a Ni 1 -b- c Mn b B c D α (where 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 <α ≤ 2); Li a Ni 1 -b- c Mn b B c O 2 -α F α (where 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 <α <2); Li a Ni 1 -b- c Mn b B c O 2 -α F 2 (where 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 <α <2); Li a Ni b E c G d O 2 (In the above formula, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0.001 ≤ d ≤ 0.1.); Li a Ni b Co c Mn d GeO 2 (where 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0 ≤ d ≤ 0.5, 0.001 ≤ e ≤ 0.1); Li a NiG b O 2 (where 0.90 ≤ a ≤ 1, 0.001 ≤ b ≤ 0.1); Li a CoG b O 2 (where 0.90 ≤ a ≤ 1, 0.001 ≤ b ≤ 0.1); Li a MnG b O 2 (in the above formula, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0.001 ≤ b ≤ 0.1); Li a Mn 2 G b O 4 (where 0.90 ≤ a ≤ 1, 0.001 ≤ b ≤ 0.1); QO 2 ; QS 2 ; LiQS 2 ; V 2 O 5 ; LiV 2 O 5 ; LiIO 2 ; LiNiVO 4 ; Li (3-f) J 2 (PO 4 ) 3 (0 ≤ f ≤ 2); Li (3-f) Fe 2 (PO 4 ) 3 (0 ≤ f ≤ 2); Compounds represented by any one of the formulas of LiFePO 4 can be used:
상기 화학식에 있어서, A는 Ni, Co, Mn, 또는 이들의 조합이고; B는 Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, 희토류 원소 또는 이들의 조합이고; D는 O, F, S, P, 또는 이들의 조합이고; E는 Co, Mn, 또는 이들의 조합이고; F는 F, S, P, 또는 이들의 조합이고; G는 Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V, 또는 이들의 조합이고; Q는 Ti, Mo, Mn, 또는 이들의 조합이고; I는 Cr, V, Fe, Sc, Y, 또는 이들의 조합이며; J는 V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, 또는 이들의 조합이다.In the above formula, A is Ni, Co, Mn, or a combination thereof; B is Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, rare earth elements or combinations thereof; D is O, F, S, P, or a combination thereof; E is Co, Mn, or a combination thereof; F is F, S, P, or a combination thereof; G is Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V, or combinations thereof; Q is Ti, Mo, Mn, or a combination thereof; I is Cr, V, Fe, Sc, Y, or combinations thereof; J is V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, or a combination thereof.
예를 들어, LiCoO2, LiMnxO2x(x=1 또는 2), LiNi1 -xMnxO2x(0<x<1), LiNi1 -x-yCoxMnyO2 (0≤x≤0.5, 0≤y≤0.5), FePO4 등이다.For example, LiCoO 2 , LiMn x O 2x (x = 1 or 2), LiNi 1 -x Mn x O 2x (0 <x <1), LiNi 1 -xy Co x Mn y O 2 (0≤x≤ 0.5, 0≤y≤0.5), FePO 4, and the like.
물론 상기 화합물 표면에 코팅층을 갖는 것도 사용할 수 있고, 또는 상기 화합물과 코팅층을 갖는 화합물을 혼합하여 사용할 수도 있다. 이 코팅층은 코팅 원소의 옥사이드, 하이드록사이드, 코팅 원소의 옥시하이드록사이드, 코팅 원소의 옥시카보네이트, 또는 코팅 원소의 하이드록시카보네이트의 코팅 원소 화합물을 포함할 수 있다. 이들 코팅층을 이루는 화합물은 비정질 또는 결정질일 수 있다. 상기 코팅층에 포함되는 코팅 원소로는 Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, V, Sn, Ge, Ga, B, As, Zr 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 코팅층 형성 공정은 상기 화합물에 이러한 원소들을 사용하여 양극 활물질의 물성에 악영향을 주지 않는 방법(예를 들어 스프레이 코팅, 침지법 등)으로 코팅할 수 있으면 어떠한 코팅 방법을 사용하여도 무방하며, 이에 대하여는 당해 분야에 종사하는 사람들에게 잘 이해될 수 있는 내용이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.Of course, one having a coating layer on the surface of the compound may also be used, or a compound having a coating layer and the compound may be mixed and used. The coating layer may include a coating element oxide, a hydroxide, a coating element oxyhydroxide, a coating element oxycarbonate, or a coating element hydroxycarbonate coating element compound. The compounds constituting these coating layers may be amorphous or crystalline. As a coating element included in the coating layer, Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, V, Sn, Ge, Ga, B, As, Zr or a mixture thereof can be used. In the coating layer forming process, any coating method may be used as long as the compound can be coated with a method that does not adversely affect the physical properties of the positive electrode active material using these elements (for example, spray coating, immersion method, etc.). Since it can be well understood by people in the field, detailed description will be omitted.
양극 활물질은, 상기에 예시한 양극 활물질 중에서, 특히, 층상 암염형 구조를 가지는 전이금속산화물의 리튬염일 수 있다. 본 명세서에서 “층상”이란, 얇은 시트상태의 형상을 의미하며, “암염형 구조”란 결정 구조의 1종인 염화나트륨형 구조이며, 양이온 및 음이온의 각각이 형성하는 면심 입방 격자가, 서로 단위격자의 모퉁이의 1/2만 어긋난 구조를 의미한다. 이러한 층상 암염형 구조를 가지는 전이금속산화물의 리튬염으로서는, 예를 들면, Li1-x-y-zNixCoyAlzO2(NCA)(0<x<1, 0<y<1, 0<z<1, x+y+z=1) 또는 Li1-x-y-zNixCoyMnzO2(NCM)(0<x<1, 0<y<1, 0<z<1, x+y+z=1)로 나타내지는 3원계 전이금속 산화물의 리튬염을 예시할 수 있다.The positive electrode active material may be a lithium salt of a transition metal oxide having a layered rock salt type structure, among the positive electrode active materials exemplified above. In the present specification, “layered” refers to a thin sheet-like shape, and “rock salt type” is a sodium chloride type structure that is one type of crystal structure, and the face-centered cubic lattices formed by cations and anions, respectively, are unit grids. It means a structure that is only 1/2 of the corner. As a lithium salt of a transition metal oxide having such a layered rock salt structure, for example, Li 1-xyz Ni x Co y Al z O 2 (NCA) (0 <x <1, 0 <y <1, 0 <z <1, x + y + z = 1) or Li 1-xyz Ni x Co y Mn z O 2 (NCM) (0 <x <1, 0 <y <1, 0 <z <1, x + y + The lithium salt of the ternary transition metal oxide represented by z = 1) can be illustrated.
(음극의 재료)(Material of cathode)
음극 활물질은 당해 기술분야에서 리튬 이차 전지의 음극 활물질로 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다.The negative electrode active material may be any material that can be used as a negative electrode active material in a lithium secondary battery in the art.
음극 활물질은 예를 들어, 리튬 금속, 리튬과 합금 가능한 금속, 전이금속 산화물, 비전이금속 산화물 및 탄소계 재료로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.The negative electrode active material may include, for example, one or more selected from the group consisting of lithium metal, a metal alloyable with lithium, a transition metal oxide, a non-transition metal oxide, and a carbon-based material.
예를 들어, 상기 리튬과 합금 가능한 금속은 Si, Sn, Al, Ge, Pb, Bi, Sb Si-Y 합금(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 전이금속, 희토류 원소 또는 이들의 조합 원소이며, Si는 아님), Sn-Y 합금(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 전이금속, 희토류 원소 또는 이들의 조합 원소이며, Sn은 아님) 등일 수 있다. 상기 원소 Y로는 Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ti, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Po, 또는 이들의 조합일 수 있다.For example, the metal alloyable with lithium is Si, Sn, Al, Ge, Pb, Bi, Sb Si-Y alloy (where Y is an alkali metal, alkaline earth metal,
예를 들어, 상기 전이금속 산화물은 리튬 티탄 산화물, 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물 등일 수 있다.For example, the transition metal oxide may be lithium titanium oxide, vanadium oxide, lithium vanadium oxide, or the like.
예를 들어, 상기 비전이금속 산화물은 SnO2, SiOx(0<x<2) 등일 수 있다. For example, the non-transition metal oxide may be SnO 2 , SiO x (0 <x <2), or the like.
상기 탄소계 재료로는 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 상기 결정질 탄소는 무정형, 판상, 인편상(flake), 구형 또는 섬유형의 천연 흑연 또는 인조 흑연과 같은 흑연일 수 있으며, 상기 비정질 탄소는 소프트 카본(soft carbon: 저온 소성 탄소) 또는 하드 카본(hard carbon), 메조페이스 피치(mesophase pitch) 탄화물, 소성된 코크스 등일 수 있다.The carbon-based material may be crystalline carbon, amorphous carbon, or a mixture thereof. The crystalline carbon may be amorphous, plate-like, flake-like, graphite such as spherical or fibrous natural graphite or artificial graphite, and the amorphous carbon is soft carbon (low-temperature calcined carbon) or hard carbon (hard) carbon), mesophase pitch carbide, calcined coke, and the like.
특히, 음극 활물질로서 흑연계 활물질, 예를 들면, 인조흑연, 천연흑연, 인조흑연과 천연흑연의 혼합물, 인조흑연을 피복한 천연 흑연 등을 예시할 수 있다. 또한, 음극 활물질로서는, 그래파이트 대신 주석(Sn), 규소(Si) 재료를 사용할 수 있다.
Particularly, examples of the negative electrode active material include graphite-based active materials, for example, artificial graphite, natural graphite, a mixture of artificial graphite and natural graphite, natural graphite coated with artificial graphite, and the like. Further, as the negative electrode active material, tin (Sn) or silicon (Si) materials can be used instead of graphite.
(고체 전해질의 재료)(Material of solid electrolyte)
고체 전해질로서는, 황화물계 고체 전해질, 구체적으로는 황화리튬을 포함하며, 제2 성분으로서 황화규소, 황화인 및 황화붕소로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 화합물로부터 합성되며, 예를 들어 Li2S-P2S5일 수 있다. The solid electrolyte includes a sulfide-based solid electrolyte, specifically lithium sulfide, and is synthesized from at least one compound selected from the group consisting of silicon sulfide, phosphorus sulfide and boron sulfide as the second component, for example Li 2 SP 2 S 5 can be.
상기 황화물계 고체전해질은, 리튬 이온 전도성이 다른 무기 화합물보다 높은 것이 알려져 있는 Li2S-P2S5 외에, SiS2, GeS2, B2S3 등의 황화물을 포함할 수 있다. 또한, 고체 전해질에는, Li2S-P2S5, SiS2, GeS2, B2S3 등의 조합으로부터 완성되는 무기 고체 전해질에 Li3PO4, 할로겐, 할로겐 화합물, LISICON, LIPON(Li3 + yPO4 - xNx), Thio-LISICON(Li3.25Ge0.25P0.75S4), Li2O-Al2O3-TiO2-P2O5(LATP) 등을 첨가한 무기 고체 전해질을 이용할 수 있다.The sulfide-based solid electrolyte may include sulfides such as SiS 2 , GeS 2 , and B 2 S 3 in addition to Li 2 SP 2 S 5 , which is known to have higher lithium ion conductivity than other inorganic compounds. In addition, in the solid electrolyte, Li 2 SP 2 S 5 , SiS 2 , GeS 2 , B 2 S 3 In the inorganic solid electrolyte completed from a combination of Li 3 PO 4 , halogen, halogen compounds, LISICON, LIPON (Li 3 + y PO 4 - x N x ), Thio-LISICON (Li 3.25 Ge 0.25 P 0.75 S 4 ), Li 2 O-Al 2 O 3 -TiO 2 -P 2 O 5 (LATP) Can be used.
고체 전해질은 구체적으로 Li2S-P2S5, Li2-SiS2, Li3 .25P0 .25Ge0 .76S4, Li4 - xGe1 -xPxS4(0<x<1), Li7P3S11, Li2S-SiS2-Li3PO4 유리 등을 들 수 있다. 그 중에서도 Li2S-P2S5가 이용된다.Specifically, the solid electrolyte is Li 2 SP 2 S 5, Li 2 -SiS 2, Li 3 .25 P 0 .25 Ge 0 .76 S 4, Li 4 - x Ge 1 -x P x S 4 (0 <x < 1), Li 7 P 3 S 11 , Li 2 S-SiS 2 -Li 3 PO 4 Glass and the like. Among them, Li 2 SP 2 S 5 is used.
리튬 이차 전지는 상기 리튬 이차 전지는 리튬 이온 이차 전지, 고체형 리튬 이차 전지 등을 모두 포함한다.The lithium secondary battery includes all of the lithium secondary battery, a lithium ion secondary battery, and a solid-state lithium secondary battery.
리튬 이차 전지는 복수 개 적층되어 전지팩을 형성하고 이러한 전지 팩이 고용량 및 고출력이 요구되는 모든 기기에 사용될 수 있다. 예를 들어 노트북, 스마트폰, 전기차량 등에 사용될 수 있다.A plurality of lithium secondary batteries are stacked to form a battery pack, and such a battery pack can be used in all devices requiring high capacity and high output. For example, it can be used for laptops, smartphones, electric vehicles, and the like.
이하의 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명이 더욱 상세하게 설명된다. 단, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서 이들만으로 본 발명의 범위가 한정되는 것이 아니다.The present invention is described in more detail through the following examples and comparative examples. However, the examples are only for illustrating the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.
실시예Example 1 One
양극 활물질 LiNi1 /3Mn1 /3Co1 /3O2(NCM)은, 자동 체(auto sieving machine)로 약 5㎛ 이하의 입자(D10: 2.5㎛, D50: 3.3㎛, D90: 4.5㎛)를 모아 양극 활물질 미세분말로 얻었다. 리튬 메톡사이드, 지르코늄 프로폭사이드, 에탄올과, 아세토아세트산에틸의 혼합 액중에서 30분 동안 교반 및 혼합하여 aLi2O-ZrO2(a=1)의 알코올 용액(aLi2O-ZrO2 피복용 도포액)을 제조하였다. 여기에서 리튬 메톡사이드 및 지르코늄 프로폭사이드의 함량은 양극 활물질의 표면에 피복되는 aLi2O-ZrO2(a=1)의 함량은 0.5몰%가 되도록 조절하였다.The positive electrode active material LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 (NCM) , the automated external particles of less than about 5㎛ to (auto sieving machine) (D10: 2.5㎛, D50: 3.3㎛, D90: 4.5㎛ ) Were collected to obtain a fine powder of positive electrode active material. Lithium methoxide, zirconium propoxide, ethanol and ethyl acetoacetate, stirred and mixed for 30 minutes in an alcohol solution of aLi 2 O-ZrO 2 (a = 1) (aLi 2 O-ZrO 2 coating) Solution). Here, the content of lithium methoxide and zirconium propoxide was adjusted so that the content of aLi 2 O-ZrO 2 (a = 1) coated on the surface of the positive electrode active material was 0.5 mol%.
다음으로, 상기 aLi2O-ZrO2 피복용 도포액을 상술한 양극 활물질 미세분말과 혼합하고 이 혼합 용액을 교반하면서 40℃ 정도로 가열하여 알코올 등의 용매를 증발 건조시켰다. 이 때 혼합 용액에는 초음파를 조사하였다.Next, the coating solution for coating aLi 2 O-ZrO 2 was mixed with the above-mentioned positive electrode active material fine powder, and the mixture was heated to about 40 ° C. while stirring to evaporate the solvent such as alcohol to be evaporated to dryness. At this time, ultrasonic waves were irradiated to the mixed solution.
상기 과정을 실시하여 양극 활물질 미세분말의 입자 표면에 aLi2O-ZrO2의 전구체를 담지할 수 있었다.By performing the above process, a precursor of aLi 2 O-ZrO 2 could be supported on the particle surface of the positive electrode active material micropowder.
또한 양극 활물질의 입자 표면에 담지된 aLi2O-ZrO2(a=1)의 전구체를 약 350℃에서 1시간 동안 산소 분위기하에서 열처리하였다. 이 열처리 과정에서 양극 활물질 상부에 존재하는 aLi2O-ZrO2(a=1)의 전구체가 aLi2O-ZrO2(a=1)로 변화하였다. In addition, the precursor of aLi 2 O-ZrO 2 (a = 1) supported on the particle surface of the positive electrode active material was heat-treated under an oxygen atmosphere at about 350 ° C. for 1 hour. It is a precursor of aLi 2 O-ZrO 2 (a = 1) existing in the positive electrode active material in the upper heat treatment was changed to aLi 2 O-ZrO 2 (a = 1).
상술한 제조과정에 따르면,aLi2O-ZrO2가 표면에 피복된 양극 활물질을 얻을 수 있다.According to the above-described manufacturing process, it is possible to obtain a positive electrode active material coated on the surface of aLi 2 O-ZrO 2 .
이어서, 상기 얻어진 피복된 양극 활물질 미세분말과, 고체 전해질인 80:20 몰비의 황화리튬(Li2S)-오황화이인(P2S5)과 도전제인 탄소를 유발에서 혼합한 분말을 핸드 프레스를 사용하여 압력 4.5ton/㎠로 프레스하여 펠릿형의 양극 압밀체(壓密體)를 얻었다. 얻어진 양극 압밀체(21)와 고체 전해질 압밀체(22)와 음극 압밀체(23)를 적층하여 도 2의 고체형 리튬 이차 전지(20)를 제작하였다. Subsequently, the powder obtained by mixing the obtained positive electrode active material micropowder and the solid electrolyte 80:20 molar ratio of lithium sulfide (Li 2 S) -phosphorus sulfide (P 2 S 5 ) and carbon as a conductive agent in a hand press Pressed at a pressure of 4.5 ton / cm 2 was used to obtain a pellet-shaped positive electrode compact. The obtained positive electrode
상기 고체 전해질 압밀체로는 Li2S-P2S5(80-20 mol%)을 기계적 밀링을 실시하여 얻었다. 그리고 음극 압밀체로는 인듐 박막(두께: 약 0.05mm)을 이용하였다.
The solid electrolyte compact was obtained by performing mechanical milling of Li2S-P2S5 (80-20 mol%). In addition, an indium thin film (thickness: about 0.05 mm) was used as the negative electrode compact.
<비교예 1><Comparative Example 1>
양극 활물질 LiNi1 /3Mn1 /3Co1 /3O2은, 자동 체(auto sieving mathine)로 약 5㎛ 이하의 입자(D10: 2.5㎛, D50: 3.3㎛, D90: 4.5㎛)를 모아 양극 활물질 미세분말로 얻었다.The positive electrode active material LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 , the automated external (auto mathine sieving) of the particles of less than about 5㎛ gather (D10: 4.5㎛ 2.5㎛, D50: : 3.3㎛, D90) It was obtained as a positive electrode active material fine powder.
상기 양극 활물질 미세분말과, 고체 전해질인 80:20 몰비의 황화리튬(Li2S)-오황화이인(P2S5)과 도전제인 탄소를 유발에서 혼합한 분말을 핸드 프레스로 4.5ton/㎠로 프레스하여 펠릿형의 양극 압밀체(壓密體)를 얻었다. 얻어진 양극 압밀체(21)와 고체 전해질 압밀체(22)와 음극 압밀체(23)를 적층하여 도 2의 고체형 리튬 이차 전지(20)를 제작하였다.The positive electrode active material fine powder, a powder mixed with 80:20 molar ratio of lithium sulfide (Li 2 S) -phosphorus sulphide (P 2 S 5 ) as a solid electrolyte and carbon, which is a conductive agent, is caused by hand pressing at 4.5ton / cm 2 It was press-pressed to obtain a pellet-shaped anode compact. The obtained positive electrode
상기 고체 전해질 압밀체로는 Li2S-P2S5(80-20 mol%)을 기계적 밀링을 실시하여 얻었다. 그리고 음극 압밀체로는 인듐 박막(두께: 약 0.05mm)을 이용하였다.
The solid electrolyte compact was obtained by performing mechanical milling of Li2S-P2S5 (80-20 mol%). In addition, an indium thin film (thickness: about 0.05 mm) was used as the negative electrode compact.
<비교예 2><Comparative Example 2>
양극 활물질 LiNi1 /3Mn1 /3Co1 /3O2은, 자동 체(auto sieving mathine)로 약 5㎛ 이하의 입자(D10: 4.6㎛, D50: 6.4㎛, D90: 9.1㎛)를 모아 양극 활물질 미세분말로 얻었다.The positive electrode active material LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 , the automated external (auto mathine sieving) of the particles of less than about 5㎛ gather (D10: 9.1㎛ 4.6㎛, D50: : 6.4㎛, D90) It was obtained as a positive electrode active material fine powder.
상기 양극 활물질 미세분말과, 고체 전해질인 80:20 몰비의 황화리튬(Li2S)-오황화이인(P2S5)과 도전제인 탄소를 유발에서 혼합한 분말을 핸드 프레스로 4.5ton/㎠로 프레스하여 펠릿형의 양극 압밀체(壓密體)를 얻었다. The positive electrode active material fine powder, a powder mixed with 80:20 molar ratio of lithium sulfide (Li 2 S) -phosphorus sulphide (P 2 S 5 ) as a solid electrolyte and carbon, which is a conductive agent, is caused by hand pressing at 4.5ton / cm 2 It was press-pressed to obtain a pellet-shaped anode compact.
얻어진 양극 압밀체(21)와 고체 전해질 압밀체(22)와 음극 압밀체(23)를 적층하여 도 2의 고체형 리튬 이차 전지(20)를 제작하였다.The obtained positive electrode
상기 고체 전해질 압밀체로는 Li2S-P2S5(80-20 mol%)을 기계적 밀링을 실시하여 얻었다. 그리고 음극 압밀체로는 인듐 박막(두께: 약 0.05mm)을 이용하였다.The solid electrolyte compact was obtained by performing mechanical milling of Li 2 SP 2 S 5 (80-20 mol%). In addition, an indium thin film (thickness: about 0.05 mm) was used as the negative electrode compact.
<비교예 3><Comparative Example 3>
양극 활물질로서 양극 활물질 입자의 입경(D10)이 4.6㎛, 평균입경(D50)이 6.4㎛, 입경(D90)이 9.1㎛인 양극 활물질 LiNi1 /3Mn1 /3Co1 /3O2을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 리튬 이차 전지를 제작하였다.
Particle diameter (D10) of the positive electrode active material particles as a positive electrode active material is 4.6㎛, the average particle diameter (D50) of 6.4㎛, particle diameter (D90) is 9.1㎛ cathode active material LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 with A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except for the above.
평가예Evaluation example 1: 전지 특성 1: battery characteristics
상기 실시예 1 및 비교예 1-3에 따른 리튬 이차 전지를 25℃로, 0.05C의 정전류로, 상한 전압 4.3V에 이를 때까지 충전 해, 초기 방전 용량을 측정한 후, 방전종지전압 2.5 V에 이를 때까지 0.1 C 방전을 실시하였다. 이어서 동일한 전류와 전압 구간에서 충전 및 방전을 20 사이클을 반복하였다. 20 사이클 반복한 후의 초기 용량에 대한 용량 유지율을 측정하여 상기 리튬 이차 전지의 사이클 특성을 평가하였다. After charging the lithium secondary battery according to Example 1 and Comparative Examples 1-3 at 25 ° C., with a constant current of 0.05 C, until the upper limit voltage of 4.3 V is measured, the initial discharge capacity is measured, and the discharge end voltage is 2.5 V. 0.1 C discharge was performed until it reached. Subsequently, 20 cycles of charging and discharging were repeated in the same current and voltage section. The capacity retention of the initial capacity after 20 cycles was measured to evaluate the cycle characteristics of the lithium secondary battery.
이와 별도로 상기 실시예 1 및 비교예 1-3에 따른 리튬 이차 전지를 25℃로, 1C의 정전류로, 상한 전압 4.3V에 이를 때까지 충전 해, 초기 방전 용량을 측정한 후, 방전종지전압 2.5 V에 이를 때까지 0.1 C 방전을 실시하였다. Separately, the lithium secondary battery according to Example 1 and Comparative Example 1-3 was charged at 25 ° C. with a constant current of 1 C until the upper limit voltage of 4.3 V was measured, and the initial discharge capacity was measured, and the discharge end voltage was 2.5. 0.1 C discharge was performed until V was reached.
1사이클 후 0.05C에서의 방전용량에 대한 1C에서의 방전용량 비를 측정하여 레이트 특성을 평가하였다. Rate characteristics were evaluated by measuring the ratio of the discharge capacity at 1C to the discharge capacity at 0.05C after one cycle.
상기 전지 특성 평가 결과는 하기 표 1에 나타냈다.The results of evaluation of the battery characteristics are shown in Table 1 below.
(mAh/g)Discharge capacity
(mAh / g)
(1C rate/0.05
C rate)Rate characteristic (%)
(1C rate / 0.05
C rate)
(20사이클 후 용량
유지율)Cycle characteristics (%)
(Capacity after 20 cycles
Retention rate)
상기 표 1를 참조하여, 실시예 1의 리튬 이차 전지는 비교예 1-3의 경우와 비교하여 방전용량 및 레이트 특성이 우수할 뿐만 아니라 사이클 특성도 우수하였다.
Referring to Table 1, the lithium secondary battery of Example 1 had excellent discharge capacity and rate characteristics as well as excellent cycle characteristics compared to those of Comparative Examples 1-3.
평가예Evaluation example 2: 임피던스 특성 2: Impedance characteristics
실시예 1 및 비교예 1-3에 따른 리튬 이차 전지를 25℃로, 0.05C의 정전류로, 상한 전압 4.3V에 이를 때까지 충전 해, 초기 방전 용량을 측정한 후, 방전종지전압 2.5 V에 이를 때까지 0.1 C 방전을 실시하였다. 이어서 동일한 전류와 전압 구간에서 충전 및 방전을 100 사이클을 반복하였다. 1 사이클 반복한 후와 100 사이클 반복한 후의 임피던스를 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.The lithium secondary battery according to Example 1 and Comparative Examples 1-3 was charged at 25 ° C., at a constant current of 0.05 C, until the upper limit voltage of 4.3 V was measured, and after measuring the initial discharge capacity, the discharge end voltage was 2.5 V. Until this, 0.1 C discharge was performed. Subsequently, 100 cycles of charging and discharging were repeated in the same current and voltage section. The impedances after 1 cycle repeated and after 100 cycles repeated were measured and are shown in Table 2 below.
임피던스는 교류 임피던스법으로 초기 충전 및 100 사이클후의 임피던스를 각각 측정하였다.The impedance was measured by the alternating current impedance method after the initial charging and after 100 cycles.
(Ω)Impedance after 1st cycle
(Ω)
상기 표 2를 참조하여, 소입경 양극 활물질을 사용한 비교예 1의 경우는 임피던스가 비교예 2-3의 경우에 비하여 다소 작지만, 100 사이클 후에는 임피던스가 더 크게 나타났다. Referring to Table 2, in the case of Comparative Example 1 using a small-diameter positive electrode active material, the impedance was somewhat smaller than that of Comparative Example 2-3, but the impedance was larger after 100 cycles.
이에 반하여 실시예 1에서는 소입경 양극 활물질 표면에 aLi2O-ZrO2 코팅막을 형성하여 1차 사이클 및 100 사이클 후 임피던스가 비교예 1-3의 경우에 비하여 현저하게 감소되어 리튬 전도성이 향상됨을 알 수 있었다.On the other hand, in Example 1, aLi 2 O-ZrO 2 was applied to the surface of the small-diameter positive electrode active material. It was found that after forming the coating film, the impedance after the first cycle and 100 cycles was significantly reduced compared to the case of Comparative Examples 1-3, thereby improving lithium conductivity.
이상, 첨부 도면을 참조하면서 일 측면의 예시적인 구현예에 대해 상세하게 설명했지만, 일 측면은 개시된 구현예로 한정되지 않는다. 당해 기술의 분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 사람이라면, 특허청구범위에 기재된 기술적 사상의 범위내에 있고, 각종의 변경예는 수정예에 도출할 수 있는 것은 분명하고, 이것들에 대해서도, 당연하게 개시된 발명 개념의 기술적 범위에 속하는 것이다. 예를 들면, 기술의 실시 형태에서는, 양극 및 음극에 고체전해질이 포함할 것을 설명했지만, 음극이 고체전해질을 포함하지 않게 해도, 숙원 발명의 효과를 달성할 수 있다.Above, exemplary embodiments of one aspect have been described in detail with reference to the accompanying drawings, but one aspect is not limited to the disclosed embodiments. It is clear that a person having ordinary knowledge in the field of the technology is within the scope of the technical spirit described in the claims, and various modifications can be derived in the modified examples, and these are also naturally disclosed. It belongs to the technical scope of the inventive concept. For example, in the embodiment of the technology, although the solid electrolyte is described as being included in the positive electrode and the negative electrode, even if the negative electrode does not contain the solid electrolyte, the effect of the invention can be achieved.
11, 21: 양극 12, 22: 전해질
13, 23: 음극11, 21:
13, 23: cathode
Claims (14)
상기 양극은 표면에 리튬(Li) 및 지르코늄(Zr)을 포함한 산화물을 함유하는 코팅막이 형성된 양극 활물질 입자를 포함하며,
상기 코팅막이 형성된 양극 활물질 입자의 평균 이차 입경(D50)은 5㎛ 이하이며, 상기 리튬(Li) 및 지르코늄(Zr)을 포함한 산화물이 하기 화학식 1로 표시되는 화합물이며, 상기 황화물계 고체 전해질은 황화리튬(Li2S)과 오황화이인(P2S5)을 포함하며, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 함량은 양극 활물질 입자와 화학식 1로 표시되는 화합물의 총중량에 대하여 0.01 내지 2 몰%이며, 상기 양극 활물질 입자의 입경(D10)은 2.0 내지 3.5㎛, 평균입경(D50)은 3.0 내지 5.0㎛, 입경(D90)은 3.5 내지 5.0㎛인 리튬 이차 전지:
[화학식 1]
aLi2O-ZrO2
상기 화학식 1 중 0.1≤a≤2.0이다. anode; cathode; And a sulfide-based solid electrolyte interposed between the positive electrode and the negative electrode,
The positive electrode includes positive electrode active material particles on which a coating film containing an oxide containing lithium (Li) and zirconium (Zr) is formed on the surface,
The average secondary particle diameter (D50) of the positive electrode active material particles on which the coating film is formed is 5 μm or less, and the oxide including lithium (Li) and zirconium (Zr) is a compound represented by Formula 1 below, and the sulfide-based solid electrolyte is sulfide Lithium (Li 2 S) and phosphorus pentasulfide (P 2 S 5 ), the content of the compound represented by Formula 1 is 0.01 to 2 mol% based on the total weight of the positive electrode active material particles and the compound represented by Formula 1 , The lithium secondary battery having a particle diameter (D10) of 2.0 to 3.5 μm, an average particle diameter (D50) of 3.0 to 5.0 μm, and a particle diameter (D90) of 3.5 to 5.0 μm of the positive electrode active material particles:
[Formula 1]
aLi 2 O-ZrO 2
In Formula 1, 0.1≤a≤2.0.
상기 화학식 1에서 a는 1 인 리튬 이차 전지.According to claim 1,
In Formula 1, a is a lithium secondary battery.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물이 Li2O-ZrO2이며, 상기 Li2O-ZrO2 함량은 양극 활물질 입자와 Li2O-ZrO2의 총중량에 대하여 0.01 내지 2 몰%인 리튬 이차 전지.According to claim 1,
The compound represented by Chemical Formula 1 is Li 2 O-ZrO 2 , and the Li 2 O-ZrO 2 content is 0.01 to 2 mol% of the lithium secondary battery based on the total weight of the positive electrode active material particles and Li 2 O-ZrO 2 .
상기 화학식 1로 표시되는 화합물이 Li2O-ZrO2이며, 상기 Li2O-ZrO2 함량은 양극 활물질 입자와 Li2O-ZrO2의 총중량에 대하여 0.01 내지 0.95 몰%인 리튬 이차 전지.According to claim 1,
The compound represented by Chemical Formula 1 is Li 2 O-ZrO 2 , and the Li 2 O-ZrO 2 content is 0.01 to 0.95 mol% of lithium secondary battery based on the total weight of the positive electrode active material particles and Li 2 O-ZrO 2 .
상기 양극 활물질은 Li1-x-y-zNixCoyAlzO2(NCA)(0<x<1, 0<y<1, 0<z<1, x+y+z=1) 또는 Li1-x-y-zNixCoyMnzO2(NCM)(0<x<1, 0<y<1, 0<z<1, x+y+z=1)인 리튬 이차 전지.According to claim 1,
The positive electrode active material is Li 1-xyz Ni x Co y Al z O 2 (NCA) (0 <x <1, 0 <y <1, 0 <z <1, x + y + z = 1) or Li 1- Lithium secondary battery with xyz Ni x Co y Mn z O 2 (NCM) (0 <x <1, 0 <y <1, 0 <z <1, x + y + z = 1).
상기 황화리튬(Li2S)과 오황화이인(P2S5)의 혼합비는 50:50 내지 80:20 몰비인 리튬 이차 전지.According to claim 1,
The lithium secondary battery having a mixing ratio of lithium sulfide (Li 2 S) and phosphorus pentasulfide (P 2 S 5 ) is 50:50 to 80:20 molar ratio.
상기 양극 활물질 입자의 입경(D10)은 2.5㎛, 평균입경(D50) 3.3㎛, 입경(D90)은 4.5㎛인 리튬 이차 전지.According to claim 1,
The lithium secondary battery having a particle diameter (D10) of 2.5 μm, an average particle diameter (D50) of 3.3 μm, and a particle diameter (D90) of 4.5 μm of the positive electrode active material particles.
The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the positive electrode active material has a layered rock salt structure.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US14/098,622 US10128507B2 (en) | 2012-12-07 | 2013-12-06 | Lithium secondary battery |
US16/154,198 US10873084B2 (en) | 2012-12-07 | 2018-10-08 | Lithium secondary battery |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JPJP-P-2012-268477 | 2012-12-07 | ||
JP2012268477A JP2014116149A (en) | 2012-12-07 | 2012-12-07 | Lithium ion secondary battery and method for producing positive electrode active material for lithium ion secondary battery |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20140074174A KR20140074174A (en) | 2014-06-17 |
KR102094991B1 true KR102094991B1 (en) | 2020-03-30 |
Family
ID=51135450
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020130099926A Active KR102094991B1 (en) | 2012-12-07 | 2013-08-22 | lithium secondary battery |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2014116149A (en) |
KR (1) | KR102094991B1 (en) |
Families Citing this family (22)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6469367B2 (en) * | 2014-06-04 | 2019-02-13 | 株式会社三共 | Game machine |
US9608288B2 (en) | 2014-07-17 | 2017-03-28 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Positive electrode for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery including the same |
JP6660662B2 (en) * | 2014-08-06 | 2020-03-11 | 三星電子株式会社Samsung Electronics Co.,Ltd. | Lithium ion secondary battery |
US10141566B2 (en) | 2014-08-15 | 2018-11-27 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Lithium secondary battery including a coated cathode material and solid electrolyte, and method of preparing the same |
JP6667985B2 (en) * | 2014-08-15 | 2020-03-18 | 三星電子株式会社Samsung Electronics Co.,Ltd. | Lithium ion secondary battery |
KR102510883B1 (en) * | 2015-11-05 | 2023-03-16 | 삼성에스디아이 주식회사 | Positive electrode active material, preparing method thereof, and lithium secondary battery including positive electrode comprising the same |
JP7029676B2 (en) * | 2016-09-23 | 2022-03-04 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Method for manufacturing negative electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery, non-aqueous electrolyte secondary battery and negative electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery |
KR102739946B1 (en) | 2016-09-23 | 2024-12-06 | 삼성전자주식회사 | cathode active material, method of preparing the cathode active material, and all solid state battery comprising the same |
KR101887766B1 (en) | 2016-10-20 | 2018-08-13 | 현대자동차주식회사 | Active material composite particles, electrode composite comprising the same and method of producing the same and all solid battery |
KR102332440B1 (en) | 2016-10-28 | 2021-11-26 | 삼성에스디아이 주식회사 | Positive active material for rechargeable lithium battery, method of preparing the same, and rechargeable lithium battery including the same |
JP2018085310A (en) * | 2016-11-25 | 2018-05-31 | 日立造船株式会社 | Positive electrode for all solid state battery and all solid state battery |
JP6952467B2 (en) | 2017-01-24 | 2021-10-20 | 三星電子株式会社Samsung Electronics Co.,Ltd. | Positive active material for all-solid-state secondary batteries, positive-positive active material layer for all-solid-state secondary batteries, and all-solid-state secondary batteries |
US11217785B2 (en) | 2017-01-24 | 2022-01-04 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Composite cathode active material and secondary battery including the same |
JP2019096610A (en) | 2017-11-21 | 2019-06-20 | 三星電子株式会社Samsung Electronics Co.,Ltd. | All-solid type secondary battery and charging method thereof |
JP7293595B2 (en) * | 2018-09-21 | 2023-06-20 | トヨタ自動車株式会社 | Method for manufacturing all-solid-state battery and all-solid-state battery |
US11824155B2 (en) | 2019-05-21 | 2023-11-21 | Samsung Electronics Co., Ltd. | All-solid lithium secondary battery and method of charging the same |
US11532813B2 (en) | 2020-02-20 | 2022-12-20 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Composite cathode active material, preparation method thereof, cathode layer including the same, and all-solid secondary battery including the cathode layer |
KR20210111950A (en) | 2020-03-03 | 2021-09-14 | 삼성에스디아이 주식회사 | Positive electrode for all solid secondary battery, and all solid secondary battery including the same |
KR20210111951A (en) | 2020-03-03 | 2021-09-14 | 삼성에스디아이 주식회사 | Positive electrode for all solid secondary battery, and all solid secondary battery including the same |
KR20210117002A (en) | 2020-03-18 | 2021-09-28 | 삼성에스디아이 주식회사 | Positive active material for all solid secondary battery, and all solid secondary battery including the same |
JP2021197209A (en) * | 2020-06-09 | 2021-12-27 | 住友金属鉱山株式会社 | Positive electrode active material for lithium ion secondary battery, manufacturing method thereof, and lithium ion secondary battery |
KR20250082813A (en) * | 2023-11-30 | 2025-06-09 | 삼성에스디아이 주식회사 | Solid electrolyte for all solid-state battery and all solid-state battery including same |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008153017A (en) | 2006-12-15 | 2008-07-03 | Ise Chemicals Corp | Cathode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery |
JP2010282948A (en) * | 2009-05-01 | 2010-12-16 | Toyota Motor Corp | Solid electrolyte material |
JP2011165467A (en) | 2010-02-09 | 2011-08-25 | Toyota Motor Corp | Solid battery |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007004590A1 (en) * | 2005-07-01 | 2007-01-11 | National Institute For Materials Science | All-solid lithium battery |
-
2012
- 2012-12-07 JP JP2012268477A patent/JP2014116149A/en active Pending
-
2013
- 2013-08-22 KR KR1020130099926A patent/KR102094991B1/en active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008153017A (en) | 2006-12-15 | 2008-07-03 | Ise Chemicals Corp | Cathode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery |
JP2010282948A (en) * | 2009-05-01 | 2010-12-16 | Toyota Motor Corp | Solid electrolyte material |
JP2011165467A (en) | 2010-02-09 | 2011-08-25 | Toyota Motor Corp | Solid battery |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20140074174A (en) | 2014-06-17 |
JP2014116149A (en) | 2014-06-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102094991B1 (en) | lithium secondary battery | |
US10873084B2 (en) | Lithium secondary battery | |
KR101886003B1 (en) | Lithium rich antiperovskite compound, electrolyte for lithium secondary battery comprising the same and lithium secondary battery comprising the same | |
EP3731312B1 (en) | Method for manufacturing negative electrode | |
KR102264634B1 (en) | Positive electrode active material for lithium secondary battery, preparing method of the same, positive electrode and lithium secondary battery including the same | |
US20210135278A1 (en) | Solid electrolyte, electrochemical battery including the solid electrolyte, and method of preparing the solid electrolyte | |
KR102093337B1 (en) | Solid battery | |
KR20190035579A (en) | Method for Preparing Electrode for Secondary Battery And Electrode Prepared by the Same | |
EP2498323A2 (en) | Positive active material, and electrode and lithium battery containing the material | |
KR20170089333A (en) | Electorde active material slurry, preparation method thereof, and all solid secondary battery comprising the same | |
CN111212815B (en) | Positive electrode active material for secondary battery, method for preparing same, and lithium secondary battery comprising same | |
CN111758176A (en) | Method for predoping negative electrode active material, method for producing negative electrode, and method for producing power storage device | |
KR101181858B1 (en) | Solid electrolyte for rechargeable lithium battery and rechargeable lithium battery including same | |
JP2013089321A (en) | Lithium ion secondary battery and method for producing positive electrode active material for lithium ion secondary battery | |
CN111095629A (en) | Positive electrode active material for lithium secondary battery, method for producing same, and positive electrode for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising same | |
CN113795464A (en) | Method for manufacturing positive electrode active material for lithium secondary battery and positive electrode active material manufactured by the method | |
JP2013131427A (en) | Laminated battery | |
JP2015118815A (en) | All solid secondary battery | |
CN112825620A (en) | Electrode current collector comprising hot-pressed conversion layer between two or more metal foils, electrode comprising same, and lithium secondary battery | |
US20240128500A1 (en) | Solid electrolyte, method of preparing the same, positive electrode, and all-solid-state rechargeable battery | |
KR20190031978A (en) | Lithium secondary battery | |
KR20250071636A (en) | Positive electrode for all-solid-state rechargeable batteries and all-solid-state rechargeable batteries | |
KR20240169426A (en) | Solid electrolyte membrane and all-solid rechargeable batteries | |
KR20250071635A (en) | Solid electrolyte membrane, electrode, and all-solid-state rechargeable batteries | |
KR20250076165A (en) | Positive electrode, preparation method thereof, and all-solid-state rechargeable batteries |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20130822 |
|
PG1501 | Laying open of application | ||
A201 | Request for examination | ||
PA0201 | Request for examination |
Patent event code: PA02012R01D Patent event date: 20180808 Comment text: Request for Examination of Application Patent event code: PA02011R01I Patent event date: 20130822 Comment text: Patent Application |
|
E902 | Notification of reason for refusal | ||
PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20190918 Patent event code: PE09021S01D |
|
AMND | Amendment | ||
E601 | Decision to refuse application | ||
PE0601 | Decision on rejection of patent |
Patent event date: 20200116 Comment text: Decision to Refuse Application Patent event code: PE06012S01D Patent event date: 20190918 Comment text: Notification of reason for refusal Patent event code: PE06011S01I |
|
X091 | Application refused [patent] | ||
AMND | Amendment | ||
PX0901 | Re-examination |
Patent event code: PX09011S01I Patent event date: 20200116 Comment text: Decision to Refuse Application Patent event code: PX09012R01I Patent event date: 20191118 Comment text: Amendment to Specification, etc. |
|
PX0701 | Decision of registration after re-examination |
Patent event date: 20200226 Comment text: Decision to Grant Registration Patent event code: PX07013S01D Patent event date: 20200217 Comment text: Amendment to Specification, etc. Patent event code: PX07012R01I Patent event date: 20200116 Comment text: Decision to Refuse Application Patent event code: PX07011S01I Patent event date: 20191118 Comment text: Amendment to Specification, etc. Patent event code: PX07012R01I |
|
X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
PR0701 | Registration of establishment |
Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20200324 Patent event code: PR07011E01D |
|
PR1002 | Payment of registration fee |
Payment date: 20200325 End annual number: 3 Start annual number: 1 |
|
PG1601 | Publication of registration | ||
PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20230220 Start annual number: 4 End annual number: 4 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20240222 Start annual number: 5 End annual number: 5 |