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KR102368979B1 - 양극재, 이를 포함하는 양극, 및 상기 양극을 포함하는 리튬 전지 - Google Patents

양극재, 이를 포함하는 양극, 및 상기 양극을 포함하는 리튬 전지 Download PDF

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KR102368979B1
KR102368979B1 KR1020210077613A KR20210077613A KR102368979B1 KR 102368979 B1 KR102368979 B1 KR 102368979B1 KR 1020210077613 A KR1020210077613 A KR 1020210077613A KR 20210077613 A KR20210077613 A KR 20210077613A KR 102368979 B1 KR102368979 B1 KR 102368979B1
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김영은
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Abstract

양극 활물질, 및 복수의 1차 입자로 이루어진 2차 입자의 탄소재를 포함하고, 상기 2차 입자의 탄소재는 50개 이하의 1차 입자가 서로 연결된 평균 사슬 길이(average chain length)를 갖는 양극재, 이를 포함하는 양극, 및 상기 양극을 포함하는 리튬 전지가 개시된다.

Description

양극재, 이를 포함하는 양극, 및 상기 양극을 포함하는 리튬 전지{Cathode material, cathode including the same, and lithium battery including the cathode}
양극재, 이를 포함하는 양극, 및 상기 양극을 포함하는 리튬 전지에 관한 것이다.
PDA, 이동전화, 노트북 컴퓨터 등 정보통신을 위한 휴대용 전자 기기나 전기 자전거, 전기 자동차 등에 이차 전지의 수요가 급증하고 있다. 리튬 전지, 구체적으로 리튬 이온 전지(lithium ion battery: LIB)는 에너지 밀도가 높고 설계가 용이하여 휴대용 IT 기기 등의 용도 외에 전기 자동차용 또는 전력 저장용의 전원으로 채택되고 있다. 이러한 리튬 이온 전지는 고에너지 밀도 또는/및 장수명의 특성을 갖도록 요구된다.
상기 특성을 갖는 리튬 이온 전지를 제조하기 위하여 양극재에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 그러나 예를 들어, 양극 활물질과 집전체 간에 접촉 저하, 도전재의 산화, 또는 전지의 반복되는 충방전 또는 양극 제작 과정 중의 압연 공정으로 인한 스트레스 등에 의해 양극 활물질은 미세균열(microcracking)이 발생할 수 있고, 이에 의해 전지의 용량을 감소시킬 수 있으며 저항을 증가시킬 수 있다.
따라서 전지 용량을 증대시키고 저항을 감소시켜 고에너지 밀도 또는/및 장수명의 특성을 갖는 양극재, 이를 포함하는 양극 및 상기 양극을 포함하는 리튬 전지에 관한 요구가 있다.
일 측면은 전지 용량을 증대시키고 저항을 감소시켜 고에너지 밀도 또는/및 장수명의 특성을 갖는 양극재를 제공하는 것이다.
다른 측면은 상기 양극재를 포함하는 양극을 제공하는 것이다.
또다른 측면은 상기 양극을 포함하는 리튬 전지를 제공하는 것이다.
일 측면에 따라,
양극 활물질, 및
복수의 1차 입자로 이루어진 2차 입자의 탄소재를 포함하고,
상기 2차 입자의 탄소재는 30개 이하의 1차 입자가 서로 연결된 평균 사슬 길이(average chain length)를 갖고,
상기 1차 입자의 평균 입경이 18nm 내지 28nm이고,
상기 양극 활물질은 리튬니켈 산화물, 리튬코발트 산화물, 리튬코발트알루미늄 산화물, 리튬니켈코발트망간 산화물, 리튬망간 산화물, 크롬, 지르코늄, 및 티타늄으로부터 선택된 1종 이상의 원소로 도핑된 리튬니켈 산화물, 크롬, 지르코늄, 및 티타늄으로부터 선택된 1종 이상의 원소로 도핑된 리튬코발트 산화물, 크롬, 지르코늄, 및 티타늄으로부터 선택된 1종 이상의 원소로 도핑된 리튬코발트알루미늄 산화물, 크롬, 지르코늄, 및 티타늄으로부터 선택된 1종 이상의 원소로 도핑된 리튬니켈코발트망간 산화물, 크롬, 지르코늄, 및 티타늄으로부터 선택된 1종 이상의 원소로 도핑된 리튬망간 산화물, 및 올리빈계 산화물로부터 선택된 1종 이상을 포함하고,
상기 탄소재의 함량이 양극재 총 중량 대비 1중량% 내지 15중량%인 양극재가 제공된다.
다른 측면에 따라,
전술한 양극재 및 집전체를 포함하는 양극이 제공된다.
또다른 측면에 따라,
전술한 양극재를 포함하는 양극;
음극 활물질을 포함하는 음극; 및
상기 양극과 음극 사이에 전해질;을 포함하는 리튬 전지가 제공된다.
본 발명에 따른 양극재는 전지 용량을 증대시키고 저항을 감소시켜 고에너지 밀도 또는/및 장수명의 특성을 갖는 양극 및 리튬 전지를 제공할 수 있다. 또한 상기 양극재는 유기 용매의 사용량을 감소시켜 제조시 비용이 절감될 수 있다.
도 1a은 일 구현예에 따른 양극재를 나타낸 모식도이다.
도 1b는 비교예 1에 따른 양극재를 나타낸 모식도이다.
도 2a 및 도 2b는 실시예 1 및 비교예 1에 따른 양극 표면의 양극재에 대해 투과전자현미경(HR-TEM)을 이용하여 수십 nm 크기까지의 해상도로 관찰한 사진이다.
도 2c 및 도 2d는 실시예 1 및 비교예 1에 따른 양극 표면의 양극재에 대해 투과전자현미경(HR-TEM)을 이용하여 수 nm 크기까지의 해상도로 관찰한 사진이다.
도 3a 및 도 3b는 따른 양극 표면의 양극재에 대해 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 수백 nm 크기까지의 해상도로 관찰한 사진이다.
도 4는 실시예 1 및 비교예 1에 따른 양극 표면의 양극재에 대해 전단속도에 따른 점도 변화 특성을 나타낸 그래프이다.
도 5는 일 구현예에 따른 리튬 전지의 분해 사시도이다.
도 6은 일 구현예에 따른 배터리 팩을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 7은 실시예 3 및 비교예 3에 따른 리튬 전지에 대해 SOC 20%, SOC50%, 및 SOC90%에서 각각 저항을 측정한 그래프이다.
도 8은 실시예 3 및 비교예 3에 따른 리튬 전지에 대해 수명특성을 나타낸 그래프이다.
도 9는 실시예 3 및 비교예 3에 따른 리튬 전지에 대해 60일간 방치한 후에 수명특성을 나타낸 그래프이다.
도 10은 실시예 4 및 비교예 4에 따른 18560셀에 대해 기준성능시험(reference performance test)을 이용하여 수명 특성을 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명의 일 구현예에 따른 양극재, 이를 포함하는 양극, 및 상기 양극을 포함하는 리튬 전지에 관하여 상세히 설명하기로 한다. 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 특허청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
도 1a는 일 구현예에 따른 양극재를 나타낸 모식도이다. 도 1b는 비교예 1에 따른 양극재를 나타낸 모식도이다.
도 1a를 참조하면, 일 측면으로 양극 활물질(1), 및 복수의 1차 입자로 이루어진 2차 입자의 탄소재(2)를 포함하고, 상기 2차 입자의 탄소재(2)는 50개 이하의 1차 입자가 서로 연결된 평균 사슬 길이(average chain length)를 갖는 양극재가 제공된다. 상기 2차 입자의 탄소재는, 예를 들어, 30개 이하의 1차 입자가 서로 연결된 평균 사슬 길이를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 2차 입자의 탄소재는 20개 이하의 1차 입자가 서로 연결된 평균 사슬 길이를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 2차 입자의 탄소재는 15개 이하의 1차 입자가 서로 연결된 평균 사슬 길이를 가질 수 있다.
상기 2차 입자의 탄소재는 일반적으로 양극재에 포함되는 탄소재, 예를 들어 도 1b에 비해 평균 사슬 길이가 짧다. 이로 인해 양극재에 포함된 양극 활물질 및 탄소재의 분산도가 증가될 수 있고 전자의 이동통로(pathway) 거리가 줄어들어 이를 포함하는 양극재의 전자 전도성이 증가될 수 있으며, 나아가 에너지 밀도 또는/및 수명 특성이 개선될 수 있다.
상기 1차 입자의 평균 입경은 5nm 내지 30nm일 수 있다. 예를 들어, 상기 1차 입자의 평균 입경은 10nm 내지 28nm일 수 있다. 예를 들어, 상기 1차 입자의 평균 입경은 18nm 내지 28nm일 수 있다.
상기 탄소재의 비표면적은 100m2/g 내지 300m2/g일 수 있다. 예를 들어, 상기 탄소재의 비표면적은 100m2/g 내지 200m2/g일 수 있다. 예를 들어, 상기 탄소재의 비표면적은 120m2/g 내지 200m2/g일 수 있다.
상기 1차 입자가 상기 범위 내의 평균 입경을 갖는 경우 양극재에 포함된 양극 활물질 및 탄소재의 분산도가 보다 증가될 수 있고 상기 1차 입자의 비표면적이 증가되어 이를 포함하는 양극재의 전자 전도성이 보다 증가될 수 있다. 또한 상기 양극재의 에너지 밀도 또는/및 수명 특성이 보다 개선될 수 있다.
상기 탄소재의 오일 흡수수(oil absorption number; OAN)는 100ml/100g 내지 200ml/100g일 수 있다. 예를 들어, 상기 탄소재의 오일 흡수수는 100ml/100g 내지 180ml/100g일 수 있다. 예를 들어, 상기 탄소재의 오일 흡수수는 120ml/100g 내지 180ml/100g일 수 있다. 이러한 탄소재를 포함하는 양극재가 사용되는 경우 양극재 혼합 공정시 분산성이 증가될 수 있으며, 사용되는 유기용매의 사용량을 감소시킬 수 있어 제조시 비용이 절감될 수 있다. 또한 사용되는 유기용매의 사용량 감소로 인해 양극재의 고형분 함량이 증가되며 안정적인 점도를 갖는 양극재의 제조가 가능하다.
상기 탄소재의 함량은 양극재 총 중량 대비 1중량% 내지 15중량%일 수 있다. 예를 들어, 상기 탄소재의 함량은 양극재 총 중량 대비 1중량% 내지 13중량%일 수 있다. 예를 들어, 상기 탄소재의 함량은 양극재 총 중량 대비 1중량% 내지 10중량%일 수 있다. 상기 탄소재가 상기 범위내의 함량으로 양극재에 포함되는 경우 상기 양극재의 전기 전도성 및 충진밀도(packing density)가 개선될 수 있다.
상기 탄소재는 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 에어로젤(aerogel), 및 덴카 블랙으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 양극재는 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 탄소섬유, 금속 분말, 및 금속 섬유로부터 선택된 1종 이상의 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
상기 첨가제의 함량은 상기 양극재 총 중량 대비 0.1중량% 내지 15중량%일 수 있다. 예를 들어, 상기 첨가제의 함량은 상기 양극재 총 중량 대비 0.1중량% 내지 10중량%일 수 있다. 예를 들어, 상기 첨가제의 함량은 상기 양극재 총 중량 대비 0.1중량% 내지 5중량%일 수 있다. 예를 들어, 상기 첨가제의 함량은 상기 양극재 총 중량 대비 0.1중량% 내지 3중량%일 수 있다. 상기 첨가제가 상기 범위 내의 함량으로 양극재에 포함되는 경우 이러한 양극재를 포함하는 전지는 용량이 보다 증가되고 저항을 보다 감소시켜 개선된 고에너지 밀도 또는/및 장수명의 특성을 갖는 리튬 전지를 제공할 수 있다.
상기 양극재는 바인더를 추가로 포함할 수 있다. 상기 바인더는, 예를 들어, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로즈, 히드록시프로필셀룰로즈, 디아세틸셀룰로즈, 폴리비닐클로라이드, 카르복실화된 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 에틸렌 옥사이드를 포함하는 폴리머, 폴리비닐피롤리돈, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이티드 스티렌-부타디엔 러버, 에폭시 수지, 나일론, 또는 이들의 조합 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 바인더의 함량은 상기 양극재 총 중량 대비 0.1중량% 내지 15중량%일 수 있다. 예를 들어, 상기 바인더의 함량은 상기 양극재 총 중량 대비 0.1중량% 내지 10중량%일 수 있다. 예를 들어, 상기 바인더의 함량은 상기 양극재 총 중량 대비 0.1중량% 내지 5중량%일 수 있다. 예를 들어, 상기 바인더의 함량은 상기 양극재 총 중량 대비 0.1중량% 내지 3중량%일 수 있다. 상기 바인더가 상기 범위 내의 함량을 갖는 경우 양극재와 양극 집전체 간의 결착력이 보다 증가될 수 있다.
상기 양극 활물질은 리튬의 가역적인 삽입 및 탈리가 가능한 화합물일 수 있다. 예를 들어, 상기 양극 활물질은 리튬니켈 산화물, 리튬코발트 산화물, 리튬코발트알루미늄 산화물, 리튬니켈코발트망간 산화물, 리튬망간 산화물, 크롬, 지르코늄, 및 티타늄으로부터 선택된 1종 이상의 원소로 도핑된 리튬니켈 산화물, 크롬, 지르코늄, 및 티타늄으로부터 선택된 1종 이상의 원소로 도핑된 리튬코발트 산화물, 크롬, 지르코늄, 및 티타늄으로부터 선택된 1종 이상의 원소로 도핑된 리튬코발트알루미늄 산화물, 크롬, 지르코늄, 및 티타늄으로부터 선택된 1종 이상의 원소로 도핑된 리튬니켈코발트망간 산화물, 크롬, 지르코늄, 및 티타늄으로부터 선택된 1종 이상의 원소로 도핑된 리튬망간 산화물, 및 올리빈계 산화물로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 양극 활물질은 LiMn2O4, LiNi2O4, LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, Li2MnO3, LiFePO4, LiNixCoyO2 (0<x≤0.15, 0<y≤0.85), LiaNibCocMndGeO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0 ≤ d ≤0.5, 0.001 ≤ e ≤ 0.1이다), Li(3-f)J2(PO4)3(0 ≤ f ≤ 2), 또는 Li(3-f)Fe2(PO4)3(0 ≤ f ≤ 2) 등을 포함할 수 있다. 상기 화학식에 있어서, G는 Al, Cr, Zr, Ti, 또는 이들의 조합이고, J는 V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, 또는 이들의 조합이다. 그러나, 이에 제한되지 아니하고 당해 분야에서 사용 가능한 양극 활물질의 사용이 모두 가능하다.
다른 측면으로, 전술한 양극재 및 집전체를 포함하는 양극이 제공될 수 있다. 상기 집전체는 예를 들어, 알루미늄, 스테인레스 스틸, 니켈, 티타늄, 백금, 또는 이들의 합금 등을 이용할 수 있다.
상기 양극재의 고형분 함량은 양극 총 중량 대비 65중량% 이상일 수 있다. 예를 들어, 양극재의 고형분 함량은 양극 총 중량 대비 66중량% 이상일 수 있다. 예를 들어, 양극재의 고형분 함량은 양극 총 중량 대비 67중량% 이상일 수 있다.
상기 양극재와 상기 집전체 간에 결착력은 1.5gf/mm 이상일 수 있다. 예를 들어, 상기 양극재와 상기 집전체 간에 결착력은 1.6gf/mm 이상일 수 있다. 예를 들어, 상기 양극재와 상기 집전체 간에 결착력은 1.7gf/mm 이상일 수 있다.
상기 양극의 비저항(specific resistance)은 12밀리옴(mΩ) 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 양극의 비저항은 11밀리옴(mΩ) 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 양극의 비저항(specific resistance)은 10밀리옴(mΩ) 이하일 수 있다.
또다른 측면으로, 전술한 양극재를 포함하는 양극, 음극 활물질을 포함하는 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 전해질;을 포함하는 리튬 전지가 제공된다.
상기 양극재는 예를 들어, 페이스트형, 슬러리형, 또는 분산액 형태의 양극재일 수 있다. 상기 양극재는 예를 들어, 하기와 같이 제조될 수 있다.
양극은 상기 양극재 및 용매를 혼합하여 양극 활물질 슬러리를 제조하며, 이를 알루미늄 집전체에 직접 코팅하여 양극을 제조할 수 있다. 다르게는, 상기 양극 활물질 슬러리를 별도의 지지체상에 캐스팅하고 이 지지체로부터 박리시킨 양극 활물질 필름을 알루미늄 집전체에 라미네이션하여 양극을 제조할 수 있다. 상기 용매는 유기용매일 수 있으며, 예를 들어, N-메틸피롤리돈(NMP), 또는 아세톤 등을 이용할 수 있다.
다음으로 음극을 준비한다. 상기 음극은 양극 활물질 대신에 음극 활물질이 사용되는 것을 제외하고는 양극과 동일한 방법으로 제조될 수 있다.
예를 들어, 상기 음극은 다음과 같이 제조될 수 있다.
음극 활물질, 도전재, 필요에 따라 바인더와, 및 용매를 혼합하여 음극 활물질 슬러리를 제조하며, 이를 구리 집전체에 직접 코팅하여 음극을 제조할 수 있다. 다르게는, 상기 음극 활물질 슬러리를 별도의 지지체상에 캐스팅하고 이 지지체로부터 박리시킨 음극 활물질 필름을 구리 집전체에 라미네이션하여 음극을 제조할 수 있다.
상기 음극 활물질은 리튬 이온을 가역적으로 삽입 및 탈리 가능한 물질, 리튬 금속, 또는 리튬과 합금화 가능한 금속물질로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 리튬 이온을 가역적으로 삽입 및 탈리 가능한 물질로는 카본계 물질로서, 리튬 전지에서 일반적으로 사용되는 카본계 음극 활물질은 어떠한 것도 사용할 수 있으며, 그 대표적인 예로는 결정질 카본, 비정질 카본 또는 이들을 함께 사용할 수 있다.
상기 결정질 카본의 예로는 무정형, 판상, 플레이크(flake)상, 구형 또는 섬유형의 천연 흑연 또는 인조 흑연과 같은 흑연을 들 수 있고, 상기 비정질 카본의 예로는 소프트 카본(soft carbon: 저온 소성 탄소) 또는 하드 카본(hard carbon), 메조페이스 피치 탄화물, 소성된 코크스 등을 들 수 있다.
또한 상기 음극 활물질은 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물, Si, SiOx(0 < x < 2), Si-Y 합금(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소 내지 16족 원소, 전이금속, 희토류 원소 또는 이들의 조합 원소이며, Si은 아님), Sn, SnO2, Sn-Y(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소 내지 16족 원소, 전이금속, 희토류 원소 또는 이들의 조합 원소이며, Sn은 아님) 등을 포함할 수 있고, 이들 중 적어도 하나와 SiO2를 혼합하여 사용할 수도 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 조합 등을 들 수 있다.
상기 음극 활물질 슬러리에서 도전재, 바인더 및 용매는 양극의 경우와 동일한 것을 사용할 수 있다. 경우에 따라서는 상기 양극 활물질 슬러리 및 음극 활물질 슬러리에 가소제를 더 부가하여 전극판 내부에 기공을 형성하는 것도 가능하다.
상기 음극 활물질, 도전재, 바인더 및 용매의 함량은 리튬 전지에서 통상적으로 사용하는 수준이다. 리튬 전지의 용도 및 구성에 따라 상기 도전재, 바인더 및 용매 중 하나 이상이 생략될 수 있다.
다음으로, 상기 양극과 음극 사이에 삽입될 세퍼레이터가 준비된다. 상기 세퍼레이터는 리튬 전지에서 통상적으로 사용되는 것이라면 모두 사용가능하다. 전해질의 이온 이동에 대하여 저저항이면서 전해액 함습 능력이 우수한 것이 사용될 수 있다. 예를 들어, 유리 섬유, 폴리에스테르, 테프론, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 이들의 조합물 중에서 선택된 것으로서, 부직포 또는 직포 형태이어도 무방하다. 예를 들어, 리튬 이온 전지에는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등과 같은 권취 가능한 세퍼레이터가 사용되며, 리튬 이온 폴리머전지에는 유기전해액 함침 능력이 우수한 세퍼레이터가 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 세퍼레이터는 하기 방법에 따라 제조될 수 있다.
고분자 수지, 충진제 및 용매를 혼합하여 세퍼레이터 조성물이 준비된다. 상기 세퍼레이터 조성물이 전극 상부에 직접 코팅 및 건조되어 세퍼레이터가 형성될 수 있다. 또는, 상기 세퍼레이터 조성물이 지지체상에 캐스팅 및 건조된 후, 상기 지지체로부터 박리시킨 세퍼레이터 필름이 전극 상부에 라미네이션되어 세퍼레이터가 형성될 수 있다.
상기 세퍼레이터 제조에 사용되는 고분자 수지는 특별히 한정되지 않으며, 전극판의 결합재에 사용되는 물질들이 모두 사용될 수 있다. 예를 들어, 비닐리덴플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트 또는 이들의 혼합물 등이 사용될 수 있다.
다음으로 전해질이 준비된다.
예를 들어, 상기 전해질은 고체일 수 있다. 예를 들어, 보론산화물, 리튬옥시나이트라이드 등일 수 있으나 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 고체전해질로 사용될 수 있는 것이라면 모두 사용가능하다. 상기 고체 전해질은 스퍼터링 등의 방법으로 상기 음극상에 형성될 수 있다.
예를 들어, 유기 전해액이 준비될 수 있다. 유기 전해액은 유기 용매에 리튬염이 용해되어 제조될 수 있다.
상기 유기 용매는 당해 기술분야에서 유기 용매로 사용될 수 있는 것이라면 모두 사용될 수 있다. 예를 들어, 프로필렌카보네이트, 에틸렌카보네이트, 플루오로에틸렌카보네이트, 부틸렌카보네이트, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트, 메틸프로필카보네이트, 에틸프로필카보네이트, 메틸이소프로필카보네이트, 디프로필카보네이트, 디부틸카보네이트, 벤조니트릴, 아세토니트릴, 테트라히드로퓨란, 2-메틸테트라히드로퓨란, γ-부티로락톤, 디옥소란, 4-메틸디옥소란, N,N-디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, 디메틸설폭사이드, 디옥산, 1,2-디메톡시에탄, 설포란, 디클로로에탄, 클로로벤젠, 니트로벤젠, 디에틸렌글리콜, 디메틸에테르 또는 이들의 혼합물 등이다.
상기 리튬염도 당해 기술분야에서 리튬염으로 사용될 수 있는 것이라면 모두 사용될 수 있다. 예를 들어, LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, LiC4F9SO3, LiAlO2, LiAlCl4, LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)(단 x, y는 자연수), LiCl, LiI 또는 이들의 혼합물 등이다.
도 5는 일 구현예에 따른 리튬 전지의 분해 사시도이다.
리튬 전지(100)는 양극(114), 세퍼레이터(113), 및 음극(112)을 포함한다. 전술한 양극(114), 세퍼레이터(113), 및 음극(112)이 와인딩되거나 접혀서 전지 용기(120)에 수용된다. 이어서, 상기 전지 용기(120)에 유기 전해액이 주입되고 봉입부재(140)로 밀봉되어 리튬 전지(100)가 완성된다. 상기 전지 용기는 원통형, 각형, 박막형 등일 수 있다. 예를 들어, 상기 리튬 전지는 대형 박막형 전지일 수 있다. 상기 리튬 전지는 리튬 이온 전지일 수 있고 전지구조체가 형성될 수 있다. 상기 전지구조체는 바이셀 구조로 적층된 다음, 유기 전해액에 함침되고, 얻어진 결과물이 파우치에 수용되어 밀봉되면 리튬 이온 폴리머전지가 완성된다.
상기 리튬 전지는 예를 들어, 2mA/cm2 내지 8mA/cm2의 전류밀도에서 사용될 수 있다. 상기 리튬 전지는 전기차량(electric vehicle, EV)용, 하이브리드차량(hybrid electric vehicle, HEV)용, 또는 플러그인하이브리드차량(plug-in hybrid electric vehicle, PHEV)용일 수 있다.
또한, 상기 전지 구조체는 복수 개 적층되어 배터리 팩을 형성할 수 있다. 도 6은 일 구현예에 따른 배터리 팩을 개략적으로 나타낸 사시도이다. 도 6에서 보여지는 바와 같이, 배터리 팩(10)은 복수개의 전지 구조체(400), 냉각 부재(200), 하우징(300) 등을 포함한다. 전지 구조체(400)는 복수개로 이루어지고, 서로 나란하게 일렬로 배치된다. 배터리 셀(100)은 하우징(300)에 수납될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 　다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 아니된다.
또한, 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략한다.
[실시예]
(양극의 제조)
실시예 1: 양극의 제조
LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2 양극 활물질 92중량%, 평균 입경이 약 23nm인 약 20개의 1차 입자가 서로 연결된 평균 사슬을 갖는 2차 입자의 탄소재 3중량%, 박편의 그래파이트(Timcal 제조) 1중량%, 및 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF, Solef®6020) 4중량%을 N-메틸피롤리돈(NMP)에 분산시켜 양극 활물질 슬러리를 제조하였다. 이 때, 상기 탄소재의 비표면적은 약 150m2/g이었고, 오일 흡수수(oil absorption number; OAN)는 160 ml/100 g이었다.
상기 양극 활물질 슬러리를 두께 12㎛의 알루미늄(Al) 호일 위에 바 코팅으로 코팅하였다. 이 때, 상기 양극 활물질 슬러리가 코팅된 알루미늄(Al) 호일의 두께가 약 183㎛이었다.
이것을 90℃ 오븐에 넣고, 약 2시간 동안 NMP가 증발되도록 1차 건조시켰고, 120℃ 진공 오븐에 넣고, 약 2시간 동안 2차 건조시켜 NMP가 완전히 증발되도록 하였다. 이것을 압연 및 펀칭하여 두께가 약 140㎛인 양극을 제조하였다. 이 때, 양극의 용량은 2.47~2.88mAh/cm2 정도이었고, 합제밀도는 약 3.193g/cc이었으며, 상기 양극재의 고형분 함량이 상기 양극 총 중량 대비 약 68.63중량%이었다.
실시예 2: 양극의 제조
LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2 및 LiMnO2를 50:50의 중량비로 혼합한 양극 활물질 92중량%, 평균 입경이 약 23nm인 약 20개의 1차 입자가 서로 연결된 평균 사슬을 갖는 2차 입자의 탄소재 4중량%, 및 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF, Solef®6020) 4중량%을 N-메틸피롤리돈(NMP)에 분산시켜 양극 활물질 슬러리를 제조하였다. 이 때, 상기 탄소재의 비표면적은 약 150m2/g이었고, 오일 흡수수(oil absorption number; OAN)는 160 ml/100 g이었다.
상기 양극 활물질 슬러리를 두께 12㎛의 알루미늄(Al) 호일 위에 바 코팅으로 코팅하였다. 이 때, 상기 양극 활물질 슬러리가 코팅된 알루미늄(Al) 호일의 두께가 약 180㎛이었다.
이것을 90℃ 오븐에 넣고, 약 2시간 동안 NMP가 증발되도록 1차 건조시켰고, 120℃ 진공 오븐에 넣고, 약 2시간 동안 2차 건조시켜 NMP가 완전히 증발되도록 하였다. 이것을 압연 및 펀칭하여 두께가 약 133㎛인 양극을 제조하였다. 이 때, 양극의 용량은 175 mAh/cm2 정도이었고, 로딩 수준(loading level)은 32.74mg/cm2이었다.
비교예 1: 양극의 제조
LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2 양극 활물질 92중량%, 평균 입경이 약 31nm인 약 50개의 1차 입자가 서로 연결된 평균 사슬을 갖는 2차 입자의 탄소재 3중량%, 박편의 그래파이트(Timcal 제조) 1중량%, 및 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF, Solef®6020) 4중량%을 N-메틸피롤리돈(NMP)에 분산시켜 양극 활물질 슬러리를 제조하였다. 이 때, 상기 탄소재의 비표면적은 약 50~70m2/g이었고, 오일 흡수수(oil absorption number; OAN)는 약 220~300 ml/100 g이었다.
상기 양극 활물질 슬러리를 두께 12㎛의 알루미늄(Al) 호일 위에 바 코팅으로 코팅하였다. 이 때, 상기 양극 활물질 슬러리가 코팅된 알루미늄(Al) 호일의 두께가 약 170㎛이었다.
이것을 90℃ 오븐에 넣고, 약 2시간 동안 NMP가 증발되도록 1차 건조시켰고, 120℃ 진공 오븐에 넣고, 약 2시간 동안 2차 건조시켜 NMP가 완전히 증발되도록 하였다. 이것을 압연 및 펀칭하여 두께가 약 128㎛인 양극을 제조하였다. 이 때, 양극의 용량은 2.47~2.88mAh/cm2 정도이었고, 합제밀도는 약 3.2g/cc이었으며, 상기 양극재의 고형분 함량이 상기 양극 총 중량 대비 약 63.73중량%이었다.
비교예 2: 양극의 제조
LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2 및 LiMnO2를 50:50의 중량비로 혼합한 양극 활물질 92중량%, 평균 입경이 약 31nm인 약 50개의 1차 입자가 서로 연결된 평균 사슬을 갖는 2차 입자의 탄소재 4중량%, 및 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF, Solef®6020) 4중량%을 N-메틸피롤리돈(NMP)에 분산시켜 양극 활물질 슬러리를 제조하였다. 이 때, 상기 탄소재의 비표면적은 약 50~70m2/g이었고, 오일 흡수수(oil absorption number; OAN)는 220~300 ml/100 g이었다.
상기 양극 활물질 슬러리를 두께 12㎛의 알루미늄(Al) 호일 위에 바 코팅으로 코팅하였다. 이 때, 상기 양극 활물질 슬러리가 코팅된 알루미늄(Al) 호일의 두께가 약 189㎛이었다.
이것을 90℃ 오븐에 넣고, 약 2시간 동안 NMP가 증발되도록 1차 건조시켰고, 120℃ 진공 오븐에 넣고, 약 2시간 동안 2차 건조시켜 NMP가 완전히 증발되도록 하였다. 이것을 압연 및 펀칭하여 두께가 약 133㎛인 양극을 제조하였다. 이 때, 양극의 용량은 175 mAh/cm2 정도이었고, 로딩 수준(loading level)은 32.74mg/cm2이었다.
(리튬 전지의 제작)
실시예 3: 리튬 전지의 제작
(음극의 제조)
그래파이트(미츠비시케미컬사 제조) 97.5 중량%, 및 카르복시메틸셀룰로오스(CMC)/스티렌-부타디엔 고무(SBR) 2.5 중량% 수용액을 마노 유발에 첨가 및 혼합하여 음극 활물질 슬러리를 제조하였다. 상기 음극 활물질 슬러리를 두께 8 ㎛의 구리 호일 위에 바 코팅으로 코팅하였다. 이것을 25℃ 오븐에 넣고, 약 10 시간 동안 건조시킨 후 압연 및 펀칭하여 두께가 133 ㎛인 음극을 제조하였다.
(전해질의 제조)
에틸렌 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 및 에틸메틸 카보네이트(EC/DEC/EMC = 1:1:1 부피비) 에 1.15 M 의 LiPF6 리튬염이 용해된 전해질을 제조하였다.
(리튬 전지의 제작)
실시예 1에 따른 양극, 상기 음극, 및 상기 전해질과 폴리에틸렌 세퍼레이터 (Celgard 2320) 를 사용하여 90 Ah 셀을 제작하였다.
실시예 4: 리튬 전지의 제작
(음극의 제조)
그래파이트 (미츠비시케미컬사 제조) 97.5 중량%, 및 카르복시메틸셀룰로오스(CMC)/스티렌-부타디엔 고무(SBR) 2.5 중량% 수용액을 마노 유발에 첨가 및 혼합하여 음극 활물질 슬러리를 제조하였다. 상기 음극 활물질 슬러리를 두께 8 ㎛의 구리 호일 위에 바 코팅으로 코팅하였다. 이것을 25℃ 오븐에 넣고, 약 10 시간 동안 건조시킨 후 압연 및 펀칭하여 두께가 102 ㎛인 음극을 제조하였다.
(전해질의 제조)
에틸렌 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 및 에틸메틸 카보네이트(EC/DEC/EMC = 1:1:1 부피비) 에 1.15 M LiPF6 리튬염이 용해된 전해질을 제조하였다.
(리튬 전지의 제작)
실시예 2에 따른 양극, 상기 음극, 및 상기 전해질과 폴리에틸렌 세퍼레이터 (Celgard 2320) 를 사용하여 18650 셀을 제작하였다.
비교예 3: 리튬 전지의 제작
실시예 1에 따른 음극 대신에 비교예 1에 따른 음극을 각각 사용한 것을 제외하고는, 실시예 3과 동일한 방법으로 90 Ah셀을 제작하였다.
비교예 4: 리튬 전지의 제작
실시예 2에 따른 음극 대신에 비교예 2에 따른 음극을 각각 사용한 것을 제외하고는, 실시예 4와 동일한 방법으로 18650셀을 제작하였다.
분석예 1: 투과전자현미경(TEM) 및 주사전자현미경(SEM) 사진
실시예 1 및 비교예 1에 따른 양극 표면의 양극재에 대해 투과전자현미경 (HR-TEM) 을 이용하여 수십 nm 크기 또는 수 nm 크기까지의 해상도로 각각 관찰하였다. 그 결과를 도 2a 내지 도 2d에 나타내었다.
도 2a 내지 도 2d를 참조하면, 실시예 1에 따른 양극 표면의 양극재의 1차 입자의 평균 입경은 23nm이고, 비교예 1에 따른 양극 표면의 양극재의 1차 입자의 평균 입경은 31nm임을 확인할 수 있다. 실시예 1에 따른 양극 표면의 양극재는 약 20개 이하의 1차 입자가 서로 연결된 평균 사슬 길이(average chain length)를 갖는데 반해, 비교예 1에 따른 양극 표면의 양극재는 약 30개 이상의 1차 입자가 서로 연결된 평균 사슬 길이를 갖고 있음을 확인할 수 있다.
또한 실시예 1 및 비교예 1에 따른 양극 표면의 양극재에 대해 주사전자현미경(SEM, Hitachi사 제품, 모델명: S-5500)을 이용하여 수백 nm 크기까지의 해상도로 관찰하였다. 그 결과를 도 3a 및 도 3b에 나타내었다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 실시예 1에 따른 양극 표면의 양극재가 비교예 1에 따른 양극 표면의 양극재에 비해 양극 활물질 코어상의 탄소재가 고르고 균일하게 분포되어 있음을 확인할 수 있다.
분석예 2: 점도 변화 특성
실시예 1 및 비교예 1에 따른 양극 표면의 양극재에 대해 전단속도에 따른 점도 변화 특성을 분석하였다. 그 결과를 도 4 및 하기 표 1에 나타내었다.
구분 점도(cPs)
@전단속도
5/sec		 @전단속도 10/sec @전단속도 15/sec
실시예 1 4971 4740 4464
비교예 1 4798 3273 2608
도 4 및 상기 표 1을 참조하면, 실시예 1에 따른 양극 표면의 양극재의 전단속도에 따른 점도 변화가 비교예 1에 따른 양극 표면의 양극재의 전단속도에 따른 점도 변화에 비해 매우 안정적인 거동을 보임을 확인할 수 있다. 이로부터 실시예 1에 따른 양극 표면의 양극재에 포함된 양극 활물질 코어 상의 탄소재가 비교예 1에 따른 양극 표면의 양극재에 포함된 양극 활물질 코어 상의 탄소재에 비해 상대적으로 짧은 시간 내에 분산될 수 있어 상기 양극재는 안정적인 상태의 점도를 가질 수 있음을 알 수 있다.
평가예 1: 만곡(curvature)량 평가
실시예 1 및 비교예 1에 따른 양극에 대한 만곡량을 평가하였다. 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 상기 만곡량은 상기 양극의 극판을 145 mm × 4 m 의 길이로 절단한 후, 상기 극판의 양쪽 끝을 수평하게 할 때 상기 양쪽 끝을 이은 수평선으로부터 상기 극판이 최대 휘는 정도를 길이로 측정하여 평가하였다.
구분 만곡량(mm)
실시예 1 2.5
비교예 1 8.0
상기 표 2를 참조하면, 실시예 1에 따른 양극이 비교예 1에 따른 양극에 비해 만곡량이 약 1/3이하로 감소하였음을 확인할 수 있다. 이로부터 실시예 1에 따른 양극이 비교예 1에 따른 양극에 비해 고에너지 밀도를 가질 수 있음을 알 수 있다.
평가예 2: 결착력 평가
실시예 2 및 비교예 2에 따른 양극에 대해 양극재와 집전체 간의 결착력을 평가하였다. 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다. 상기 결착력은 상기 양극의 극판을 20 mm×100 mm 의 길이로 절단한 후, 인스트론사의 인장강도 시험기를 이용한 180도 peel test를 행하여 상기 실시예 1 및 비교예 1의 양극재를 상기 집전체들로부터 떼어내는 힘(gf/mm)을 측정하였다. 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
구분 결착력(gf/mm)
실시예 2 2.0
비교예 2 1.1
상기 표 3을 참조하면, 상기 실시예 2에 따른 양극의 양극재와 집전체 간의 결착력이 1.5 gf/mm 이상이었고, 비교예 2에 따른 양극의 양극재와 집전체 간의 결착력에 비해 우수함을 확인할 수 있다.
평가예 3: 내부저항(internal resistance) 평가
실시예 3 및 비교예 3 에 따른 리튬 전지에 대하여 25℃에서 내부저항을 측정하였다. 그 결과를 도 7 및 하기 표 4에 나타내었다. 상기 내부저항의 측정은 실시예 3에 따른 리튬 전지를 5 개, 비교예 3에 따른 리튬 전지를 5 개를 제조한 후, 이들 전지들을 10초간 1/3 C로 충전 및 방전하면서 SOC20%, SOC50%, 및 SOC90%에서 내부저항을 각각 측정하였다. 이 때, SOC20%, SOC50%, 또는 SOC90% 는 전지 전체 충전용량을 100%로 하였을 때, 20% 충전용량, 50% 충전용량, 또는 90% 충전용량이 되도록 충전한 상태를 의미한다. 그 결과를 도 7 및 하기 표 4에 나타내었다.
구분 방전시 내부저항(mΩ)
@SOC20% @SOC50% @SOC90%
실시예 3 0.87 0.75 0.75
비교예 3 0.90 0.78 0.78
도 7 및 상기 표 4를 참조하면, 실시예 3에 따른 리튬 전지들의 방전시 내부저항이 비교예 3에 따른 리튬 전지들의 방전시 내부저항에 비해 SOC20%, SOC50%, 및 SOC90%에서 각각 약 3~4% 정도 감소하였음을 확인할 수 있다.
평가예 4: 수명 특성 평가
4.1: 충방전 특성 평가
실시예 3 및 비교예 3 에 따른 리튬 전지에 대하여 충방전 특성 평가를 하였다. 상기 충방전 특성 평가를 위해 상기 리튬 전지들에 대하여 2번의 화성 충방전을 거친 후, 0.2 C의 속도로 4.12 V까지 충전하고, 0.2 C 의 속도로 2.7 V까지 방전하였다. 이 때의 충방전 조건을 표준 충방전 조건으로 하고, 이 때의 방전용량을 표준용량으로 하였다.
이어서, 1C 의 속도로 위의 충전 형태로 충전한 다음 1C의 속도로 2.7 V에 도달할 때까지 방전을 실시하였다. 이때의 방전용량(1회 사이클에서의 방전용량)을 측정하였다. 이와 같은 충전 및 방전을 반복하여 수명 특성을 평가하였다. 상기 전지들에 대해서 각 사이클에서의 방전 용량 및 400 회 사이클에서의 방전용량을 측정하였고, 이로부터 용량유지율을 계산하였다. 상기 용량유지율(%, capacity retention)은 각각 하기 수학식 1에서와 같이 얻어진다. 그 결과를 하기 도 8 및 하기 표 5에 나타내었다.
[수학식 1]
용량유지율(%)= 400 회 사이클에서의 방전용량/1회 사이클에서의 방전용량
구분 1회 사이클에서의
방전용량 (mAh)		 400 회 사이클에서의
방전용량 (mAh)		 용량유지율
(%)
실시예 3 175 140 80
비교예 3 172 120 70
도 8 및 상기 표 5를 참조하면, 실시예 3에 따른 리튬 전지의 방전용량 및 용량유지율이 비교예 3에 따른 리튬 전지의 방전용량 및 용량유지율에 비해 개선되었음을 확인할 수 있다.
4.2: 고온 저장 특성 평가
상기 4.1에서와 같이 2번의 화성 충방전을 수행한 실시예 3 및 비교예 3에 따른 리튬 전지에 대하여 저장 특성 평가를 하였다. 상기 저장 특성 평가를 위해 상온 챔버에서 실시예 3 및 비교예 3에 따른 리튬 전지는 1C의 속도로 4.12 V까지 충전하고, 1C 의 속도로 2.7 V까지 방전하였다. 이때의 방전용량(1회 사이클에서의 방전용량)을 측정하였다. 이후 60℃ 챔버에서 60일간 방치하여 이들의 방전용량(방치 후 방전용량)을 얻고 이로부터 용량유지율을 계산하였다. 이 때 용량유지율(%)은 60일간 방치 후 방전용량을 1회 사이클에서의 방전용량으로 나눈 값의 %이다. 그 결과를 도 9 및 하기 표 6에 나타내었다.
구분 1회 사이클에서의 방전용량 (Ah) 용량유지율
(%)
실시예 3 88 96
비교예 3 87 95
도 9 및 상기 표 6을 참조하면, 실시예 3에 따른 리튬 전지의 용량유지율이 비교예 3에 따른 리튬 전지의 용량유지율에 비해 개선되었음을 확인할 수 있다.
4.3: 기준성능시험(reference performance test)을 이용한 수명 특성 평가
상기 4.1에서와 같이 2번의 화성 충방전을 수행한 실시예 4 및 비교예 4에 따른 리튬 전지에 대하여 기준성능시험(reference performance test)을 이용하여 수명 특성을 평가하였다. 상기 수명 특성을 평가하기 위하여 0.5C 의 속도로 4.12 V까지 충전하고, 0.2C 의 속도로 2.7 V까지 방전하였다. 이 때의 충방전 조건을 표준 충방전 조건으로 하고, 이 때의 방전용량을 표준용량으로 하였다.
이어서, 2 C의 속도로 위의 충전 형태로 충전한 다음 3 C의 속도로 2.7 V에 도달할 때까지 방전을 실시하였다. 이때의 방전용량(1회 사이클에서의 방전용량)을 측정하였다. 이와 같은 충전 및 방전을 반복하여 수명 특성을 평가하였다. 상기 전지들에 대해서 각 사이클에서의 방전 용량 및 400 회 사이클에서의 방전용량을 측정하였고, 이로부터 용량유지율을 계산하였다. 상기 용량유지율(%, capacity retention)은 각각 상기 수학식 1에서와 같이 얻어진다. 그 결과를 하기 도 10 및 하기 표 7에 나타내었다.
구분 1회 사이클에서의
방전용량(mAh)		 400회 사이클에서의
방전용량(mAh)		 용량유지율
(%)
실시예 4 175 146 83
비교예 4 172 128 74
도 10 및 상기 표 7을 참조하면, 실시예 4에 따른 리튬 전지의 방전용량 및 용량유지율이 비교예 4에 따른 리튬 전지의 방전용량 및 용량유지율에 비해 개선되었음을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
1,3: 양극 활물질, 2,4: 탄소재, 10: 배터리 팩,
100:리튬 전지, 112: 음극, 113:세퍼레이터,
114: 양극, 120: 전지 용기, 140: 봉입 부재,
200: 냉각 부재, 300: 하우징, 400: 전지 구조체

Claims (17)

  1. 양극 활물질; 및
    복수의 1차 입자로 이루어진 2차 입자의 탄소재;를 포함하고,
    상기 2차 입자의 탄소재는 20개의 1차 입자가 서로 연결된 평균 사슬 길이(average chain length)를 갖고,
    상기 1차 입자의 평균 입경이 23nm이고,
    상기 양극 활물질은 리튬니켈코발트망간 산화물 및 리튬망간 산화물로부터 선택된 1종 이상을 포함하고,
    상기 탄소재의 함량이 양극재 총 중량 대비 3중량% 내지 4중량%이고,
    상기 탄소재의 비표면적이 150 m2/g이고,
    상기 탄소재의 오일 흡수수(oil absorption number; OAN)가 160ml/100g인 양극재.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 탄소재가 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 에어로젤(aerogel), 및 덴카 블랙으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 양극재.
  5. 제1항에 있어서, 상기 양극재가 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 탄소섬유, 금속 분말, 및 금속 섬유로부터 선택된 1종 이상의 첨가제를 추가로 포함하는 양극재.
  6. 제5항에 있어서, 상기 첨가제의 함량이 상기 양극재 총 중량 대비 0.1중량% 내지 15중량%인 양극재.
  7. 제1항에 있어서, 상기 양극재가 바인더를 추가로 포함하는 양극재.
  8. 제7항에 있어서, 상기 바인더의 함량이 상기 양극재 총 중량 대비 0.1중량% 내지 15중량%인 양극재.
  9. 삭제
  10. 제1항, 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 양극재 및 집전체를 포함하는 양극.
  11. 제10항에 있어서, 상기 양극재의 고형분 함량이 상기 양극 총 중량 대비 65중량% 이상인 양극.
  12. 제11항에 있어서, 상기 양극재와 상기 집전체 간에 결착력이 1.5gf/mm 이상인 양극.
  13. 제10항에 있어서, 상기 양극의 비저항(specific resistance)이 12밀리옴(mΩ) 이하인 양극.
  14. 제1항, 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 양극재를 포함하는 양극;
    음극 활물질을 포함하는 음극; 및
    상기 양극 및 음극 사이에 전해질을 포함하는 리튬 전지.
  15. 제14항에 있어서, 상기 음극 활물질이 리튬 이온을 가역적으로 삽입 및 탈리 가능한 물질, 리튬 금속, 또는 리튬과 합금화 가능한 금속물질으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 리튬 전지.
  16. 제14항에 있어서, 상기 리튬 전지는 2mA/cm2 내지 8mA/cm2의 전류밀도에서 사용되는 리튬 전지.
  17. 제14항에 있어서, 상기 리튬 전지는 전기차량(electric vehicle, EV)용, 하이브리드차량(hybrid electric vehicle, HEV)용, 또는 플러그인하이브리드차량(plug-in hybrid electric vehicle, PHEV)용인 리튬 전지.
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