KR20160039786A - 양극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리튬 니켈계 활물질; 및 리튬 니켈망간계 활물질을 포함하고, 상기 리튬 니켈계 활물질의 평균 입경(D50)은 상기 리튬 니켈망간계 활물질의 평균 입경보다 크고, 상기 리튬 니켈계 활물질의 Ni의 함유량이 상기 리튬 니켈망간계 활물질의 Ni의 함유량보다 더 큰 것을 특징으로 하는 양극 활물질을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 양극 활물질은 니켈 함량 및 평균 입경이 서로 다른 2종의 활물질을 포함함으로써, 전극 밀도 및 에너지 밀도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 고용량의 리튬 니켈계 활물질을 사용하면서 리튬 이차전지의 안전성 및 안정성을 동시에 향상시킬 수 있다.

Description

양극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지 {CATHODE ACTIVE MATERIAL AND LITHIUM SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}
본 발명은 서로 다른 평균 입경 및 니켈 함량을 갖는 2종의 활물질을 포함하는 양극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차 전지 중 높은 에너지 밀도와 전압을 가지고, 사이클 수명이 길며, 자기방전율이 낮은 리튬 이차 전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다.
리튬 이차 전지는 리튬 이온의 흡장 방출이 가능한 양극 활물질을 포함하고 있는 양극과, 리튬 이온의 흡장 방출이 가능한 음극 활물질을 포함하고 있는 음극 사이에 미세 다공성 분리막이 개재된 전극 조립체에 리튬 이온을 함유한 비수 전해질이 포함되어 있는 전지를 의미한다.
예를 들어, 리튬 이차 전지의 양극 활물질로는, 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 망간 산화물(LiMn2O4) 또는 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 전이금속 산화물, 이들 전이금속의 일부가 다른 전이금속으로 치환된 복합 산화물 등이 사용되고 있다.
상기 양극 활물질들 중 LiCoO2은 우수한 사이클 특성 등 제반 물성이 우수하여 현재 많이 사용되고 있지만, 안전성이 낮으며, 원료로서 코발트의 자원적 한계로 인해 고가이고, 전기 자동차 등과 같은 분야의 동력원으로 대량 사용하기에는 한계가 있다.
LiMnO2 또는 LiMn2O4 등의 리튬 망간 산화물은 원료로서 자원이 풍부하고 환경친화적인 망간을 사용한다는 장점을 가지고 있으므로, LiCoO2를 대체할 수 있는 양극 활물질로서 많은 관심을 모으고 있다. 그러나, 이들 리튬 망간 산화물은 용량이 작고, 사이클 특성 등이 나쁘다는 단점을 가지고 있다.
반면에, LiNiO2 등의 리튬 니켈계 산화물은 상기 코발트계 산화물보다 비용이 저렴하면서도 4.3 V로 충전되었을 때, 높은 방전 용량을 나타내는 바, 도핑된 LiNiO2의 가역 용량은 LiCoO2의 용량(약 165 mAh/g)을 초과하는 약 200 mAh/g에 근접한다.
따라서, 약간 낮은 평균 방전 전압과 체적 밀도(volumetric density)에도 불구하고, LiNiO2 양극 활물질을 포함하는 상용화 전지는 개선된 에너지 밀도를 가지므로, 최근 고용량 전지를 개발하기 위하여 이러한 니켈계 양극 활물질에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 그러나, LiNiO2계 양극 활물질은 고용량의 장점을 가지지만, 안전성이 낮고 방전 작동 전압이 낮다는 단점을 가지고 있다.
이에, 니켈의 일부를 망간, 코발트 등의 다른 전이금속으로 치환한 형태의 리튬 전이금속 산화물이 제안되었다. 그러나, 이러한 금속 치환된 니켈계 리튬 전이금속 산화물은 상대적으로 사이클 특성 및 용량 특성이 우수하다는 장점이 있지만, 이 경우에도 장기간 사용시에는 사이클 특성이 급격히 저하되고, 전지에서의 가스발생에 의한 스웰링, 낮은 화학적 안정성 등의 문제는 충분히 해결되지 못하고 있다.
따라서, 고용량화에 적합한 리튬 니켈계 활물질을 이용하면서도 고온 안전성 및 안정성 문제를 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명의 해결하고자 하는 제1 과제는 전극 밀도 및 에너지 밀도를 향상시킬 수 있는 양극 활물질을 제공하는 것이다.
본 발명의 해결하고자 하는 제2 과제는 상기 양극 활물질을 포함하는 양극을 제공하는 것이다.
본 발명의 해결하고자 하는 제3 과제는 상기 양극을 포함하는 안전성 및 안정성을 동시에 향상시킬 수 있는 리튬 이차전지를 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 제1 과제를 해결하기 위하여, 리튬 니켈계 활물질; 및 리튬 니켈망간계 활물질을 포함하고, 상기 리튬 니켈계 활물질의 평균 입경(D50)은 상기 리튬 니켈망간계 활물질의 평균 입경보다 더 크고, 상기 리튬 니켈계 활물질의 Ni의 함유량은 상기 리튬 니켈망간계 활물질의 Ni의 함유량보다 더 큰 것을 특징으로 하는 양극 활물질을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 제2 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 상기 양극 활물질을 포함하는 양극을 제공한다.
아울러, 본 발명은 상기 제3 과제를 해결하기 위하여, 상기 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 양극 활물질은 니켈 함량 및 평균 입경이 서로 다른 2종의 활물질을 포함함으로써, 전극 밀도 및 에너지 밀도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 고용량의 리튬 니켈계 활물질을 사용하면서 리튬 이차전지의 안전성 및 안정성을 동시에 향상시킬 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 양극의 모식도를 나타낸 것이다.
이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명은 상기 제1 과제를 해결하기 위하여, 리튬 니켈계 활물질; 및 리튬 니켈망간계 활물질을 포함하고, 상기 리튬 니켈계 활물질의 평균 입경(D50)은 상기 리튬 니켈망간계 활물질의 평균 입경보다 더 크고, 상기 리튬 니켈계 활물질의 Ni의 함유량은 상기 리튬 니켈망간계 활물질의 Ni의 함유량보다 더 큰 것을 특징으로 하는 양극 활물질을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 양극 활물질은 니켈 함량 및 평균 입경이 서로 다른 2종의 활물질을 포함함으로써, 전극 밀도 및 에너지 밀도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 고용량의 리튬 니켈계 활물질을 사용하면서 리튬 이차전지의 안전성 및 안정성을 동시에 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 양극 활물질에 있어서, 상기 리튬 니켈계 활물질은 하기 화학식 1로 표시될 수 있고, 상기 리튬 니켈망간계 활물질은 하기 화학식 2로 표시될 수 있다:
<화학식 1>
Lix1Nia1Mnb1Coc1O2 (0.2≤x1≤1.2, 0.6≤a1≤1, 0≤b1≤0.4, 0≤c1≤0.4, a1+b1+c1=1임).
<화학식 2>
Lix2Nia2Mnb2O2 (0.2≤x2≤1.2, 0.05≤a2<0.6, 0.45≤b2≤0.95, a2+b2=1임).
일반적으로, 리튬 니켈 활물질, 특히 니켈을 60% 이상 포함하는 리튬 니켈계 화물질은 고용량의 장점을 가지지만, 안전성이 낮고 방전 작동 전압이 낮다는 단점을 가지고 있다.
또한, 니켈의 일부를 망간, 코발트 등의 다른 전이금속으로 치환한 형태의 리튬 니켈계 활물질도 다른 전이금속 활물질에 비해 사이클 특성 및 용량 특성이 우수하다는 장점이 있지만, 이 경우에도 장기간 사용시에는 사이클 특성이 급격히 저하되고, 전지에서의 가스발생에 의한 스웰링, 낮은 화학적 안정성 및 안전성 등에 문제가 있다.
따라서, 본 발명에의 일 실시예에 따르면, 상기 리튬 니켈계 활물질에 구조적으로 및 화학적으로 안정하고, 리튬 이차전지의 안전성이 뛰어난 리튬 니켈망간계 화합물을 함께 포함함으로써 리튬 니켈 활물질의 장점을 유지하면서, 상기 리튬 니켈 활물질의 고온 안전성 및 안정성 문제를 해결할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 리튬 니켈계 활물질에 있어서, Ni의 함유량은 전체 전이금속 중 60% 이상인 것이 좋으며, 상기 리튬 니켈망간계 활물질에 있어서, Ni의 함유량은 전체 전이금속 중 60% 미만, 바람직하게는 55% 이하인 것이 좋다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 양극 활물질에 있어서, 상기 리튬 니켈계 활물질은 상기 화학식 1에서 0.8≤x1≤1.2, 0.6≤a1≤0.8인 것이 바람직하며, 더욱 구체적으로는 0.8≤x1≤1.2, 0.6≤a1≤0.8, 0.05≤b1≤0.35, 0.05≤c1≤0.35인 것이 좋다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 양극 활물질에 있어서, 상기 리튬 니켈망간계 활물질은 상기 화학식 2에서, x2, a2 및 b2는 0.8≤x2≤1.2, 0.1≤a2≤0.55, 0.45≤b2≤0.9인 것을 바람직하며, 가장 바람직하게는 LiNi0 .5Mn0 .5O2 인 것이 좋다.
특히, 상기 리튬 니켈망간계 활물질은 코발트를 포함하지 않음으로써, 재료의 원가 절감에 유리하며, 구조적 및 화학적으로 안정함과 동시에 안전성이 뛰어날 수 있다. 다만 코발트를 포함하지 않음으로써 야기될 수 있는 율(rate) 특성 및 고용량 특성은 상기 화학식 1의 리튬 니켈계 활물질에서 보완될 수 있으며, 상기 니켈 함량이 서로 다른 활물질의 조합으로 상호 보완 및 고용량, 고안정성 특성에 대한 시너지 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 양극 활물질에 있어서, 상기 리튬 니켈계 활물질의 평균 입경은 도 1에 나타낸 바와 같이 상기 리튬 니켈망간계 활물질의 평균 입경에 비해 상대적으로 큰 대입자인 것이 바람직하여, 예를 들어 10 ㎛ 내지 25 ㎛이고, 10 ㎛ 내지 15 ㎛인 것이 바람직하다.
상기 리튬 니켈계 활물질의 평균 입경이 상기 범위인 경우 비표면적을 줄일 수 있으므로 저장 및 사이클 진행에 따른 양극 활물질 구조적 붕괴를 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 양극 활물질에 있어서, 상기 리튬 니켈망간계 활물질의 평균 입경은 도 1에 나타낸 바와 같이 상기 리튬 니켈계 활물질의 평균 입경에 비해 상대적으로 작은 소입자가 바람직하며, 예를 들어 5 ㎛ 이하, 바람직하게는 50 nm 내지 5 ㎛ 이하인 것이 좋다.
상기 리튬 니켈망간계 활물질의 평균 입경이 상기 범위인 경우 상대적으로 대입자인 리튬 니켈계 활물질을 적용함으로써 발생할 수 있는 용량 감소 문제를 해결할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 평균 입경이 서로 다른 2종의 활물질을 혼합함으로써, 전극 밀도를 향상시켜 에너지 밀도를 더욱 높일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 리튬 니켈계 활물질 및 리튬 니켈망간계 활물질의 평균 입경(D50)은 입경 분포의 50% 기준에서의 입경으로 정의할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 입자의 평균 입경(D50)은 예를 들어, 레이저 회절법(laser diffraction method)을 이용하여 측정할 수 있다. 상기 레이저 회절법은 일반적으로 서브미크론(submicron) 영역에서부터 수 mm 정도의 입경의 측정이 가능하며, 고 재현성 및 고 분해성의 결과를 얻을 수 있다.
예를 들어, 상기 상기 리튬 니켈계 활물질 및 리튬 니켈망간계 활물질의 평균 입경(D50)의 측정 방법은, 상기 리튬 니켈계 활물질 및 리튬 니켈망간계 활물질를 용액에 분산시킨 후, 시판되는 레이저 회절 입도 측정 장치(예를 들어 Microtrac MT 3000)에 도입하여 약 28 kHz의 초음파를 출력 60 W로 조사한 후, 측정 장치에 있어서의 입경 분포의 50% 기준에서의 평균 입경(D50)을 산출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 양극 활물질은 리튬 니켈계 활물질과 리튬 니켈망간계 활물질이 양극 활물질 100 중량%를 기준으로 50 ~ 75 중량% : 25 ~ 50 중량%의 양으로 혼합된 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 양극 활물질의 제조방법에 따르면, 상기 혼합을 위해 건식 혼합법 또는 습식 혼합법을 이용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법에 있어서, 상기 건식 혼합법은 쉐이커에 의한 혼합법, 몰타르 그라인더 혼합(mortar grinder mixing)법 및 기계적 밀링법을 이용한 혼합법을 이용하여 수행할 수 있으며, 바람직하게는 기계적 밀링법을 이용하는 것이 균일한 코팅층 형성에 있어서 바람직할 수 있다.
구체적으로 살펴보면, 상기 쉐이커에 의한 혼합법은 리튬 전이금속 산화물 입자와 표면 개질제를 핸드 믹싱하여 수회 흔들어 혼합하여 수행될 수 있다.
또한, 몰타르 그라인더 혼합법은 리튬 전이금속 산화물 입자와 표면 개질제를 몰타르를 이용하여 균일하게 혼합하는 방법이다.
또한, 상기 기계적 밀링법은 예를 들어, 롤밀 (roll-mill), 볼밀 (ball-mill), 고에너지 볼밀(high energy ball mill), 유성 밀(planetary mill), 교반 볼밀(stirred ball mill), 진동밀(vibrating mill) 또는 제트 밀 (jet-mill)을 이용하여, 리튬 전이금속 산화물 입자와 표면 개질제를 기계적 마찰에 의해 혼합을 수행할 수 있으며, 예를 들어 회전수 100rpm 내지 1000rpm으로 회전시켜 기계적으로 압축응력을 가할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 양극 활물질을 포함하는 양극을 제공한다.
상기 양극은 당 분야에 알려져 있는 통상적인 방법으로 제조할 수 있다. 예를 들면, 2종의 활물질을 포함하는 상기 양극 활물질에 용매, 필요에 따라 바인더, 도전제, 분산제를 혼합 및 교반하여 슬러리를 제조한 후 이를 금속 재료의 집전체에 도포(코팅)하고 압축한 뒤 건조하여 양극을 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 양극 활물질 다공성 입자의 터프니스(toughness)에 강하기 때문에, 특히 다공성 양극에 포함되는 것이 바람직하다.
금속 재료의 집전체는 전도성이 높은 금속으로, 상기 양극 활물질의 슬러리가 용이하게 접착할 수 있는 금속으로 전지의 전압 범위에서 반응성이 없는 것이면 어느 것이라도 사용할 수 있다. 양극 집전체의 비제한적인 예로는 알루미늄, 니켈 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있다.
상기 양극을 형성하기 위한 용매로는 NMP(N-메틸 피롤리돈), DMF(디메틸 포름아미드), 아세톤, 디메틸 아세트아미드 등의 유기 용매 또는 물 등이 있으며, 이들 용매는 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 용매의 사용량은 슬러리의 도포 두께, 제조 수율을 고려하여 상기 양극 활물질, 바인더, 도전제를 용해 및 분산시킬 수 있는 정도이면 충분하다.
상기 바인더로는 폴리비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HFP), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로오스, 재생 셀룰로오스, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아크릴산, 에틸렌-프로필렌-디엔 모노머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 불소 고무, 폴리 아크릴산 (poly acrylic acid) 및 이들의 수소를 Li, Na 또는 Ca 등으로 치환된 고분자, 또는 다양한 공중합체 등의 다양한 종류의 바인더 고분자가 사용될 수 있다.
상기 도전제는 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, 파네스 블랙, 램프 블랙, 서멀 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 탄소 나노 튜브 등의 도전성 튜브; 플루오로카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스커; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 분산제는 수계 분산제 또는 N-메틸-2-피롤리돈 등의 유기 분산제를 사용할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 양극, 음극, 상기 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 이차전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 음극에 사용되는 음극 활물질로는 통상적으로 리튬 이온이 흡장 및 방출될 수 있는 탄소재, 리튬 금속, 규소 또는 주석 등을 사용할 수 있다. 바람직하게는 탄소재를 사용할 수 있는데, 탄소재로는 저결정 탄소 및 고결정성 탄소 등이 모두 사용될 수 있다. 저결정성 탄소로는 연화탄소 (soft carbon) 및 경화탄소 (hard carbon)가 대표적이며, 고결정성 탄소로는 천연 흑연, 키시흑연 (Kish graphite), 열분해 탄소 (pyrolytic carbon), 액정피치계 탄소섬유 (mesophase pitch based carbon fiber), 탄소 미소구체 (meso-carbon microbeads), 액정피치 (Mesophase pitches) 및 석유와 석탄계 코크스 (petroleum or coal tar pitch derived cokes) 등의 고온 소성탄소가 대표적이다.
또한, 음극 집전체는 일반적으로 3 ㎛ 내지 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 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.
음극에 사용되는 바인더 및 도전제는 양극과 마찬가지로 당 분야에 통상적으로 사용될 수 있는 것을 사용할 수 있다. 음극은 음극 활물질 및 상기 첨가제들을 혼합 및 교반하여 음극 활물질 슬러리를 제조한 후, 이를 집전체에 도포하고 압축하여 음극을 제조할 수 있다.
또한, 세퍼레이터로는 종래에 세퍼레이터로 사용된 통상적인 다공성 고분자 필름, 예를 들어 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌-부텐 공중합체, 에틸렌-헥센 공중합체 및 에틸렌-메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름을 단독으로 또는 이들을 적층하여 사용할 수 있으며, 또는 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에서 사용되는 전해질로서 포함될 수 있는 리튬염은 리튬 이차전지용 전해질에 통상적으로 사용되는 것들이 제한 없이 사용될 수 있으며, 예를 들어 상기 리튬염의 음이온으로는 F-, Cl-, Br-, I-, NO3 -, N(CN)2 -, BF4 -, ClO4 -, PF6 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N-, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-,(SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -, SCN- 및 (CF3CF2SO2)2N-로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
본 발명에서 사용되는 전해질로는 리튬 이차전지 제조시 사용 가능한 유기계 액체 전해질, 무기계 액체 전해질, 고체 고분자 전해질, 겔형 고분자 전해질, 고체 무기 전해질, 용융형 무기 전해질 등을 들 수 있으며, 이들로 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 리튬 이차전지의 외형은 특별한 제한이 없으나, 캔을 사용한 원통형, 각형, 파우치 (pouch)형 또는 코인 (coin)형 등이 될 수 있다.
본 발명에 따른 리튬 이차전지는 소형 디바이스의 전원으로 사용되는 전지셀에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 다수의 전지셀들을 포함하는 중대형 전지모듈에 단위전지로도 바람직하게 사용될 수 있다.
상기 중대형 디바이스의 바람직한 예로는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 및 전력 저장용 시스템 등을 들 수 있지만, 이들 만으로 한정되는 것은 아니다.

Claims (10)

  1. 리튬 니켈계 활물질; 및
    리튬 니켈망간계 활물질을 포함하고,
    상기 리튬 니켈계 활물질의 평균 입경(D50)은 상기 리튬 니켈망간계 활물질의 평균 입경보다 더 크고,
    상기 리튬 니켈계 활물질의 Ni의 함유량은 상기 리튬 니켈망간계 활물질의 Ni의 함유량보다 더 큰 것을 특징으로 하는 양극 활물질.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 리튬 니켈계 활물질은 하기 화학식 1로 표시되고,
    상기 리튬 니켈망간계 활물질은 하기 화학식 2로 표시되는 것을 특징으로 하는 양극 활물질:
    <화학식 1>
    Lix1Nia1Mnb1Coc1O2 (0.2≤x1≤1.2, 0.6≤a1≤1, 0≤b1≤0.4, 0≤c1≤0.4, a1+b1+c1=1임)
    <화학식 2>
    Lix2Nia2Mnb2O2 (0.2≤x2≤1.2, 0.05≤a2<0.6, 0.45≤b2≤0.95, a2+b2=1임).
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 리튬 니켈계 활물질의 평균 입경은 10 ㎛ 내지 25 ㎛이고,
    상기 리튬 니켈망간계 활물질의 평균 입경은 5 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 양극 활물질.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 리튬 니켈계 활물질의 평균 입경은 10 ㎛ 내지 15 ㎛이고,
    상기 리튬 니켈망간계 활물질의 평균 입경은 50 nm 내지 5 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 양극 활물질.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 화학식 1에 있어서, x1 및 a1은 0.8≤x1≤1.2, 0.6≤a1≤0.8인 것을 특징으로 하는 양극 활물질.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 화학식 2에 있어서, x2, a2 및 b2는 0.8≤x2≤1.2, 0.1≤a2≤0.55, 0.45≤b2≤0.9인 것을 특징으로 하는 양극 활물질.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 리튬 니켈망간계 활물질은 LiNi0 .5Mn0 .5O2 인 것을 특징으로 하는 양극 활물질.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 양극 활물질은 리튬 니켈계 활물질과 리튬 니켈망간계 활물질이 양극 활물질 100 중량%를 기준으로 50 ~ 75 중량% : 25 ~ 50 중량%의 양으로 혼합된 것을 특징으로 하는 양극 활물질.
  9. 청구항 1의 양극 활물질을 포함하는 양극.
  10. 청구항 9의 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 리튬 이차 전지.

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