KR100797099B1 - Positive active material for a lithium secondary battery, method of preparing thereof, and lithium secondary battery comprising the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리튬 이차 전지용 양극 활물질, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 리튬의 가역적인 인터칼레이션/디인터칼레이션이 가능한 화합물을 포함하는 코어; 및 상기 코어의 표면에 형성되며, 표면처리원소를 포함하는 옥시플루오라이드 화합물의 표면 처리층을 포함하는 양극 활물질 및 이의 제조방법과, 상기 양극 활물질을 포함하는 양극이 구비된 리튬 이차 전지에 관한 것이다. The present invention relates to a cathode active material for a lithium secondary battery, a method of manufacturing the same, and a lithium secondary battery including the same, and more particularly, a core including a compound capable of reversible intercalation / deintercalation of lithium; And a positive electrode active material formed on the surface of the core and including a surface treatment layer of an oxyfluoride compound containing a surface treatment element, and a method for manufacturing the same, and a lithium secondary battery provided with a positive electrode including the positive electrode active material. .

상기 표면 처리층의 표면처리원소를 포함하는 옥시플루오라이드 화합물은 양극 활물질 근처에서 생성되는 산에 대한 저항력을 감소시켜 양극 활물질을 보호하거나, 양극 활물질과 전해액과의 반응을 억제함으로써, 전지의 용량이 줄어드는 현상을 개선함에 따라 리튬 이차 전지의 충방전 특성, 수명특성, 고전압특성, 고율특성 및 열 안전성을 향상시킨다.The oxyfluoride compound including the surface treatment element of the surface treatment layer protects the positive electrode active material by reducing the resistance to acid generated near the positive electrode active material, or suppresses the reaction between the positive electrode active material and the electrolyte, thereby increasing the capacity of the battery. As the shrinkage phenomenon is improved, the charge / discharge characteristics, lifetime characteristics, high voltage characteristics, high rate characteristics, and thermal stability of the lithium secondary battery are improved.

양극 활물질, 옥시플루오라이드 화합물, 고용량, 고율 특성, 고전압 특성 Cathode active material, oxyfluoride compound, high capacity, high rate characteristic, high voltage characteristic

Description

리튬 이차 전지용 양극 활물질, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지{POSITIVE ACTIVE MATERIAL FOR A LITHIUM SECONDARY BATTERY, METHOD OF PREPARING THEREOF, AND LITHIUM SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}A positive electrode active material for a lithium secondary battery, a method of manufacturing the same, and a lithium secondary battery including the same {POSITIVE ACTIVE MATERIAL FOR A LITHIUM SECONDARY BATTERY, METHOD OF PREPARING THEREOF, AND LITHIUM SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}

도 1은 본 발명에 따른 양극 활물질의 제조공정을 보여주는 순서도. 1 is a flow chart showing a manufacturing process of the positive electrode active material according to the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 리튬 이차 전지의 사시도.2 is a perspective view of a lithium secondary battery according to one embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 실시예 1에서 제조된 AlOF가 LiCoO2 표면에 코팅된 양극 활물질의 주사전자현미경 사진.Figure 3 is a scanning electron micrograph of the positive electrode active material AlOF prepared in Example 1 of the present invention coated on the LiCoO 2 surface.

도 4는 실시예 3의 AlOF가 코팅된 LiCoO2를 양극 활물질로 사용한 전지와, 비교예 1의 LiCoO2를 단독으로 양극 활물질로 사용한 전지의 싸이클 수명 특성을 보여주는 그래프. 4 is a graph showing cycle life characteristics of a battery using AlOF-coated LiCoO 2 of Example 3 as a cathode active material and a battery using LiCoO 2 of Comparative Example 1 alone as a cathode active material.

도 5는 실시예 4의 AlOF가 코팅된 Li[Ni1 /3Co1 /3Mn1 /3]O2를 양극 활물질로 사용한 전지와, 비교예 2의 Li[Ni1 /3Co1 /3Mn1 /3]O2를 단독으로 양극 활물질을 사용한 전지의 싸이클 수명 특성을 보여주는 그래프. Figure 5 embodiment the 4 AlOF a coating of Li [Ni 1/3 Co 1 /3 Mn 1/3] of the battery and Comparative Example 2 with O 2 as a positive electrode active material Li [Ni 1/3 Co 1 /3 Mn 1/3] O 2 a graph showing the cycle life characteristics of the battery using the positive electrode active material alone.

도 6은 실시예 3의 AlOF가 코팅된 LiCoO2를 양극 활물질로 사용한 전지와, 참조예 1의 AlF3가 코팅된 LiCoO2를 양극 활물질로 사용한 전지의 C-rate에 따른 방 전 용량을 보여주는 그래프.FIG. 6 is a graph showing discharge capacity according to C-rate of a battery using AlOF-coated LiCoO 2 of Example 3 as a positive electrode active material and a battery using AlF 3 coated LiCoO 2 of the positive electrode active material of Reference Example 1. FIG. .

도 7은 실시예 5의 AlOF가 코팅된 LiCoO2를 양극 활물질로 사용한 전지와, 참조예 2의 AlF3가 코팅된 LiCoO2를 양극 활물질로 사용한 전지의 충방전 싸이클 수명 특성을 보여주는 그래프이다. FIG. 7 is a graph showing charge and discharge cycle life characteristics of a battery using AlOF-coated LiCoO 2 of Example 5 as a positive electrode active material and a battery using AlF 3 coated LiCoO 2 of reference example 2 as a positive electrode active material.

본 발명은 리튬 이차 전지용 양극 활물질, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 리튬 이차 전지의 충방전 특성, 수명 특성, 고전압 특성, 고율 특성 및 열 안전성을 향상시키는 리튬 이차 전지용 양극 활물질, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a positive electrode active material for a lithium secondary battery, a method of manufacturing the same, and a lithium secondary battery including the same. More particularly, the lithium secondary battery improves charge / discharge characteristics, lifetime characteristics, high voltage characteristics, high rate characteristics, and thermal stability. The present invention relates to a cathode active material for a secondary battery, a method of manufacturing the same, and a lithium secondary battery including the same.

PDA, 이동전화, 노트북 컴퓨터 등 정보통신을 위한 휴대용 전자 기기나 전기자전거, 전기자동차 등의 전원으로 충전과 방전을 거듭하며 사용하는 2차 전지의 수요가 급격하게 증가하고 있다. 특히, 이들의 제품성능이 핵심부품인 이차전지에 의해 좌우되므로 고성능 전지에 대한 요구는 대단히 크다. The demand for secondary batteries, which are used for charging and discharging with portable electronic devices such as PDAs, mobile phones, notebook computers, and electric bicycles and electric vehicles, is rapidly increasing. In particular, since their product performance depends on secondary batteries, which are key components, the demand for high performance batteries is very large.

전지에 요구되는 특성은 충방전 특성, 수명, 고율 특성과 더불어 고온에서의 안정성 등 여러 가지 측면이 있다. 그중 리튬 이차 전지는 높은 전압과 높은 에너지 밀도를 가지고 있어 가장 주목받고 있는 전지이다.The characteristics required for the battery have various aspects such as charge and discharge characteristics, lifespan, high rate characteristics, and stability at high temperatures. Among them, lithium secondary batteries have the highest voltage and high energy density and are the most attracting attention.

리튬 이차 전지는 음극을 리튬 금속으로 쓰는 리튬 전지와 리튬 이온이 삽입 과 탈리를 할 수 있는 탄소 등의 층간 화합물을 쓰는 리튬 이온 전지로 구분한다. 또는, 사용되는 전해질에 따라서 액체를 쓰는 액체형 전지, 액체와 폴리머를 혼용해서 쓰는 젤형 폴리머 전지와 순수하게 고분자만을 사용하는 고체형 폴리머 전지로 구분하기도 한다.Lithium secondary batteries are divided into lithium batteries using a negative electrode as a lithium metal and lithium ion batteries using an interlayer compound such as carbon that lithium ions can insert and desorb. Alternatively, depending on the electrolyte used, it may be classified into a liquid battery using a liquid, a gel polymer battery using a mixture of a liquid and a polymer, and a solid polymer battery using purely a polymer.

현재 시판되는 소형 리튬 이차 전지는 양극에 LiCoO2를, 음극에 탄소를 사용한다. 일본 몰리 에너지사는 양극으로 LiMn2O4를 사용하고 있지만 그 사용량은 LiCoO2에 비해 무시할 수 있다. 현재 활발하게 연구 개발되고 있는 양극 재료로서 LiNiO2, LiCoxNi1 - xO2와 LiMn2O4를 들 수 있다. Commercially available small lithium secondary batteries use LiCoO 2 for the positive electrode and carbon for the negative electrode. Japan's Molly Energy Company uses LiMn 2 O 4 as its anode, but its use is negligible compared to LiCoO 2 . LiNiO 2 , LiCo x Ni 1 - x O 2 and LiMn 2 O 4 are the positive electrode materials currently being actively researched and developed.

그중 LiCoO2는 안정된 충방전특성, 우수한 전자전도성, 높은 열적 안정성 및 평탄한 방전 전압 특성을 갖는 뛰어난 물질이나, Co는 매장량이 적고 고가인 데다가 인체에 대한 독성이 있기 때문에 다른 양극 재료 개발이 요구된다. 또한 LiNiO2는 재료합성에 어려움이 있을 뿐만 아니라 열적 안정성에 문제가 있어 상품화되지 못하고 있으며, LiMn2O4는 저가격 제품에 일부가 상품화되고 있다. 그러나 스피넬 구조를 갖는 LiMn2O4는 이론용량이 148 ㎃h/g 정도로 다른 재료에 비해 작고, 3차원 터널 구조를 갖기 때문에 리튬이온의 삽입탈리시 확산저항이 커서 확산 계수가 2차원 구조를 갖는 LiCoO2와 LiNiO2에 비해 낮으며, 얀-텔러 효과(Jahn-Teller effect) 때문에 싸이클 특성이 좋지 않다. 특히, 55℃ 이상에서의 고온특성이 LiCoO2에 비 해 열악하여 실제 전지에 널리 사용되고 있지 못하고 있는 실정이다. Among them, LiCoO 2 is an excellent material having stable charge and discharge characteristics, excellent electronic conductivity, high thermal stability, and flat discharge voltage characteristics, but Co has low reserves, is expensive, and toxic to humans, and thus requires development of other anode materials. In addition, LiNiO 2 is not commercialized because of difficulty in material synthesis and thermal stability, and part of LiMn 2 O 4 is commercialized in low-cost products. However, LiMn 2 O 4 with spinel structure has a theoretical capacity of 148 ㎃h / g, which is smaller than other materials, and has a three-dimensional tunnel structure. It is lower than LiCoO 2 and LiNiO 2 and has poor cycle characteristics due to the Jahn-Teller effect. In particular, the high temperature characteristics at 55 ° C or higher are inferior to LiCoO 2 and are not widely used in actual batteries.

따라서 상기 문제점들을 극복할 수 있는 재료로서 층상 결정구조를 갖는 재료들에 관해 많은 연구가 진행되어 왔다. 이중에서 최근 가장 각광받는 층상 결정구조를 갖는 재료로 니켈-망간과 니켈-코발트-망간이 각각 1:1로 혼합된 Li[Ni1/2Mn1/2]O2와 Li[Ni1 /3Co1 /3Mn1 /3]O2 등을 들 수 있다. 이 재료들은 LiCoO2에 비해 저가격, 고용량, 우수한 열적 안정성 등의 특성을 나타낸다.Therefore, much research has been conducted on materials having a layered crystal structure as a material capable of overcoming the above problems. A material having a layered crystal structure, recently, the most popular in the double nickel-manganese and nickel-cobalt-manganese are respectively 1: Li [Ni 1/2 Mn 1/2] O 2 and Li [Ni 1/3 to 1 mixture and the like Co 1/3 Mn 1/3 ] O 2. These materials exhibit lower cost, higher capacity and better thermal stability than LiCoO 2 .

그러나 상기 물질들은 LiCoO2에 비해 낮은 전자전도도로 인해 고율특성과 저온특성이 열악하며, 낮은 탭 밀도로 인해 용량이 높음에도 불구하고 전지의 에너지 밀도가 향상되지 않는다. 특히 Li[Ni1 /2Mn1 /2]O2의 경우 전자전도도가 아주 낮아 실용화하기에는 어려움이 있다(J. Power Sources, 112(2002) 41-48). 특히 이 재료들을 전기자동차용 하이브리드(hybrid) 전원으로 사용하기에는 고출력 특성이 LiCoO2나 LiMn2O4에 비해 떨어진다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 도전성 카본블랙을 표면에 처리하는 방법(일본특개 제2003-59491호)이 제안되곤 하나 많은 개선은 아직 보고되어 있지 않다.However, the materials are poor in high rate and low temperature characteristics due to lower electronic conductivity than LiCoO 2 , and the energy density of the battery is not improved despite the high capacity due to the low tap density. In particular, electronic conductivity for Li [Ni 1/2 Mn 1 /2] O 2 is difficult to put to practical use and has a very low (J. Power Sources , 112 (2002) 41-48). In particular, the high power characteristics of these materials are less than that of LiCoO 2 or LiMn 2 O 4 for use as hybrid power sources for electric vehicles. In order to solve this problem, a method of treating conductive carbon black on a surface (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-59491) has been proposed, but many improvements have not been reported yet.

리튬이차전지는 충방전을 거듭함에 따라서 수명이 급속하게 떨어지는 문제점이 있다. 특히 고온에서는 이러한 문제가 더욱 심각하다. 이러한 이유로는 전지내부의 수분이나 기타 영향으로 인해 전해질이 분해되거나 활물질이 열화되고, 또한 전지의 내부저항이 증가되어 생기는 현상 때문이다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 많은 노력들이 진행되고 있다. Lithium secondary batteries have a problem in that their lifespan drops rapidly as they are repeatedly charged and discharged. This problem is particularly acute at high temperatures. This is due to a phenomenon in which the electrolyte is decomposed or the active material is deteriorated due to moisture or other effects in the battery, and the internal resistance of the battery is increased. Many efforts have been made to solve this problem.

대한민국 등록특허공보 제10-277796호에는 양극 활물질의 표면에 Mg, Al, Co, K, Na, Ca 등의 금속을 코팅하여 산화성 분위기에서 열처리하여 금속산화물을 코팅하는 기술이 공지되어 있다. Korean Patent Publication No. 10-277796 discloses a technique of coating a metal oxide by coating a metal such as Mg, Al, Co, K, Na, Ca on the surface of the positive electrode active material and heat-treating in an oxidizing atmosphere.

또한, LiCoO2 활물질에 TiO2를 첨가하여 에너지 밀도와 고율특성을 개선한 기술이 연구되어 있다(Electrochemical and Solid - State Letters, 4(6) A65-A67 2001). 그리고 천연 흑연을 알루미늄으로 표면 처리하여 수명을 개선한 기술도 공지되어 있다(Electrochemical and Solid - State Letters, 4(8) A109-A112 2001). There is also, a technique TiO 2 was added to improve the energy density and high-rate characteristics have been studied in LiCoO 2 active material (Electrochemical and Solid - State Letters , 4 (6) A65-A67 2001). There is also known a technique of improving the lifespan by surface treatment of natural graphite with aluminum ( Electrochemical and Solid - State Letters , 4 (8) A109-A112 2001).

그러나 아직까지 수명열화의 문제나 충방전 중에 전해질 등의 분해로 인한 가스발생의 문제를 완전히 해결한 것은 아니다. However, it is not yet completely solved the problem of deterioration of life or the generation of gas due to decomposition of the electrolyte during charging and discharging.

또한, 전지의 용량감소의 원인으로 충전 중에 전해질이 산화되어 생성되는 산에 의해 활물질이 용해되는 현상이 소개된 바 있다(Journal of Electrochemical Society, 143(1996) P2204). Further, the phenomenon in which the active material is dissolved by the acid, which is a cause of the reduction in capacity of the battery generated during charging, the electrolyte is oxidized is introduced bar (Journal of Electrochemical Society , 143 (1996) P2204).

최근 대한민국특허공개 제2003-32363호에 양극 활물질 표면에 Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, Sn, V, Ge, Ga, B, As, 및 Zr의 금속을 포함하는 하이드록사이드, 옥시하이드록사이드, 옥시카보네이트, 하이드록시카보네이트 염을 코팅하는 기술을 공지하고 있다. 그러나 이러한 기술 역시 양극 활물질, 특히 LiCoO2가 고전압에서 수명감소문제를 해결하지 못하고 있다. Recently, Korean Patent Publication No. 2003-32363 discloses a hydride containing a metal of Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, Sn, V, Ge, Ga, B, As, and Zr on the surface of a positive electrode active material. Techniques for coating the hydroxide, oxyhydroxide, oxycarbonate, hydroxycarbonate salts are known. However, this technique also does not solve the problem of reducing the lifetime of the cathode active material, especially LiCoO 2 at high voltage.

더욱 최근에는 LiCoO2 활물질 표면에 AlF3로 코팅하여 4.5 V Li/Li+에서도 용량이 감소하지 않고 고율 특성이 크게 향상된 기술을 보고하고 있다 (Electrochem. Commun., 8(5), 821-826 2006). 그러나 부도체인 플루오라이드 화합물보다 반도체 특성을 갖는 옥시플루오라이드 화합물의 전자 전도도가 높아 전기화학적 특성이 향상된다고 알려져 있다(Journal of The Electrochemical Society, 153 1A159-A170 2006). More recently, it has been reported that AlF 3 is coated on the surface of the LiCoO 2 active material so that the capacity is not reduced even at 4.5 V Li / Li + , and the high rate characteristic is greatly improved ( Electrochem. Commun ., 8 (5), 821-826 2006 ). However, it is known that in the oxyfluoride compound having semiconductor properties than the non-conductive fluoride compound increases electron conductivity improves the electrochemical characteristics (Journal of The Electrochemical Society , 153 1A159-A170 2006).

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 양극 활물질 근처에서 생성되는 산에 대한 저항력을 감소시켜 양극 활물질을 보호하고, 양극 활물질과 전해액과의 반응을 억제함으로써, 전지의 용량이 줄어드는 현상을 개선할 수 있는 양극 활물질 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention for solving the above problems is to reduce the resistance to the acid generated near the positive electrode active material to protect the positive electrode active material, suppress the reaction of the positive electrode active material and the electrolyte, thereby reducing the capacity of the battery It is to provide a positive electrode active material and a method for manufacturing the same that can be improved.

또한 본 발명의 다른 목적은 상기 양극 활물질을 포함하는 양극을 구비하여 충방전 특성, 수명 특성, 고전압 특성, 고율 특성 및 열 안전성이 향상된 리튬 이차 전지를 제공하는 것이다.In addition, another object of the present invention is to provide a lithium secondary battery having a positive electrode including the positive electrode active material and having improved charge / discharge characteristics, lifetime characteristics, high voltage characteristics, high rate characteristics, and thermal stability.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 In order to achieve the above object, the present invention

리튬의 가역적인 인터칼레이션/디인터칼레이션이 가능한 화합물을 포함하는 코어; 및 A core comprising a compound capable of reversible intercalation / deintercalation of lithium; And

상기 코어의 표면에 형성되며 표면처리원소를 포함하는 옥시플루오라이드 화합물의 표면 처리층을 포함하는 양극 활물질을 제공한다.It provides a cathode active material formed on the surface of the core and including a surface treatment layer of the oxyfluoride compound containing a surface treatment element.

또한 본 발명은 In addition, the present invention

표면처리원소를 포함하는 염 용액과 리튬의 가역적인 인터칼레이션/디인터칼 레이션이 가능한 화합물의 코어를 혼합하여 전구체 용액을 제조하는 단계;Preparing a precursor solution by mixing a salt solution including a surface treatment element and a core of a compound capable of reversible intercalation / deintercalation of lithium;

상기 전구체 용액에 플루오라이드 화합물 용액을 첨가하여 공침 화합물을 얻는 단계; 및 Adding a fluoride compound solution to the precursor solution to obtain a coprecipitation compound; And

상기 공침 화합물을 여과 후 건조하고, 산화 분위기 하에 열처리하는 단계를 포함하는 양극 활물질의 제조방법을 제공한다.It provides a method for producing a positive electrode active material comprising the step of filtering the coprecipitation compound and drying, and heat treatment in an oxidizing atmosphere.

또한 본 발명은 상기 양극 활물질을 포함하는 양극, 음극 및 전해질을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다. In another aspect, the present invention provides a lithium secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode and an electrolyte including the positive electrode active material.

이하 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명에 따른 양극 활물질은 리튬 이차 전지의 충방전 특성, 수명 특성, 고전압 특성, 고율 특성 및 열 안전성을 향상시킨다.The positive electrode active material according to the present invention improves the charge and discharge characteristics, life characteristics, high voltage characteristics, high rate characteristics, and thermal stability of the lithium secondary battery.

상기 양극 활물질은 코어로 리튬의 가역적인 인터칼레이션/디인터칼레이션이 가능한 화합물(이하 ‘코어’라고 한다)을 사용하고, 이의 표면에 표면처리원소를 포함하는 옥시플루오라이드 화합물이 표면 처리층으로 형성된 구조를 가진다. The cathode active material uses a compound capable of reversible intercalation / deintercalation of lithium (hereinafter referred to as a 'core') as a core, and an oxyfluoride compound containing a surface treatment element on its surface is a surface treatment layer. It has a structure formed as.

상기 코어는 이 분야에서 알려진 양극 활물질로 사용되는 리튬의 가역적인 인터칼레이션/디인터칼레이션이 가능한 화합물이 가능하며, 본 발명에서 특별히 한정하지는 않는다. The core may be a compound capable of reversible intercalation / deintercalation of lithium used as a cathode active material known in the art, and is not particularly limited in the present invention.

바람직하기로, 상기 코어로는 하기 화학식 1 내지 5의 구조를 가지는 화합물이 가능하다.Preferably, the core may be a compound having a structure of Formulas 1 to 5 below.

LiaCo1 - xMxO2 Xδ Li a Co 1 - x M x O 2 X δ

(상기 화학식 1에서, M은 Ni, Mn, Mg, Ca, Sr, B, Al, Ga, Si, Ge, Sn, Sb, Ti, V, Cr, Fe, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, 및 W로 이루어진 군에서 선택된 1종의 원소이고, X는 할로겐 또는 황이며, 0.9≤a≤1.2, 0≤x≤0.2 및 0≤δ≤0.2이다)(In Formula 1, M is Ni, Mn, Mg, Ca, Sr, B, Al, Ga, Si, Ge, Sn, Sb, Ti, V, Cr, Fe, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, and one of the elements selected from the group consisting of W, X is halogen or sulfur, 0.9≤a≤1.2, 0≤x≤0.2 and 0≤δ≤0.2)

LiaNi1 -x-y- zCoxMnyMzO2 Xδ Li a Ni 1 -xy- z Co x Mn y M z O 2 X δ

(상기 화학식 2에서, M은 B, Al, Ga, Mg, Ca, Ti, V, Cr, Fe, Zn, Si, Y, Zr, Nb, In, Sn, Mo, 및 W로 이루어진 군에서 선택된 1종의 원소이고, X는 할로겐 또는 황이며, 0.9≤a≤1.2, 0.02≤x≤0.5, 0≤y≤0.5, 0≤z≤0.2, 및 0≤δ≤0.2이다)(In Formula 2, M is 1 selected from the group consisting of B, Al, Ga, Mg, Ca, Ti, V, Cr, Fe, Zn, Si, Y, Zr, Nb, In, Sn, Mo, and W) Element of species, X is halogen or sulfur, 0.9 ≦ a ≦ 1.2, 0.02 ≦ x ≦ 0.5, 0 ≦ y ≦ 0.5, 0 ≦ z ≦ 0.2, and 0 ≦ δ ≦ 0.2)

LiaNixCo1 -2 xMnx - yMyO2 Xδ Li a Ni x Co 1 -2 x Mn x - y M y O 2 X δ

(상기 화학식 3에서, M은 B, Al, Ga, Mg, Ca, Ti, V, Cr, Fe, Zn, Si, Y, Zr, Nb, In, Sn, Mo, 및 W로 이루어진 군에서 선택된 1종의 원소이고, X는 할로겐 또는 황이며, 0.9≤a≤1.2, 0≤x≤0.5, 0≤y≤0.2,및 0≤δ≤0.2 이다)(In Formula 3, M is 1 selected from the group consisting of B, Al, Ga, Mg, Ca, Ti, V, Cr, Fe, Zn, Si, Y, Zr, Nb, In, Sn, Mo, and W) Element of species, X is halogen or sulfur, 0.9 ≦ a ≦ 1.2, 0 ≦ x ≦ 0.5, 0 ≦ y ≦ 0.2, and 0 ≦ δ ≦ 0.2)

LiaMn2 - xMxO4 Xδ Li a Mn 2 - x M x O 4 X δ

(상기 화학식 4에서, M은 M은 B, Al, Ga, Mg, Ca, Ti, V, Cr, Fe, Zn, Si, Y, Zr, Nb, In, Sn, Mo, 및 W로 이루어진 군에서 선택된 1종이고, X는 할로겐 또는 황이며, 0.9≤a≤1.2, 0≤x≤0.5, 및 0≤δ≤0.2 이다)(In Formula 4, M is M is B, Al, Ga, Mg, Ca, Ti, V, Cr, Fe, Zn, Si, Y, Zr, Nb, In, Sn, Mo, and W in the group consisting of 1 species selected, X is halogen or sulfur, 0.9 ≦ a ≦ 1.2, 0 ≦ x ≦ 0.5, and 0 ≦ δ ≦ 0.2)

LiaMxFe1 - xPO4 Xδ Li a M x Fe 1 - x PO 4 X δ

(상기 화학식 5에서, M은 B, Al, Ga, Mg, Ca, Ti, V, Cr, Fe, Zn, Si, Y, Zr, Nb, In, Sn, Mo, 및 V로 이루어진 군에서 선택된 1종의 원소이고, X는 할로겐 또는 황이며, 0.9≤a≤1.2, 0≤x≤1 및 0≤δ≤0.2 이다)(In Chemical Formula 5, M is 1 selected from the group consisting of B, Al, Ga, Mg, Ca, Ti, V, Cr, Fe, Zn, Si, Y, Zr, Nb, In, Sn, Mo, and V) Element of species, X is halogen or sulfur, 0.9 ≦ a ≦ 1.2, 0 ≦ x ≦ 1 and 0 ≦ δ ≦ 0.2)

이때 상기 화학식 1 내지 3의 화합물은 층상 결정 암염 구조를 가지며, 화학식 4의 화합물은 큐빅 결정 구조를 가지는 스피넬 화합물이며, 화학식 5의 화합물은 올리빈(olivine)형 결정 구조를 갖는다.In this case, the compounds of Formulas 1 to 3 have a layered crystal rock salt structure, the compound of Formula 4 is a spinel compound having a cubic crystal structure, the compound of Formula 5 has an olivine (olivine) crystal structure.

상기 코어의 표면에 표면처리원소를 포함하는 옥시플루오라이드 화합물이 표면 처리층을 형성하여 종래 전지의 충전 과정 중 전해질의 산화에 의해 생성되는 산에 의해 양극 활물질이 용해되는 문제를 해소할 뿐만 아니라 전해액과 양극 활물질 간의 반응을 억제한다.Oxyfluoride compound containing a surface treatment element on the surface of the core to form a surface treatment layer to solve the problem that the positive electrode active material is dissolved by the acid generated by the oxidation of the electrolyte during the charging process of the conventional battery as well as the electrolyte solution And reaction between the positive electrode active material and the positive electrode active material.

상기 표면 처리층의 표면처리원소는 3족 전이금속, 4족 전이금속, 5족 전이금속, 6족 전이금속, 7족 전이금속, 8족 전이금속, 9족 전이금속, 13족 원소, 14족 원소, 15족 원소, 란탄족 원소 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종이 가능하다.The surface treatment element of the surface treatment layer is a Group 3 transition metal, Group 4 transition metal, Group 5 transition metal, Group 6 transition metal, Group 7 transition metal, Group 8 transition metal, Group 9 transition metal, Group 13 element, Group 14 One kind selected from the group consisting of an element, a group 15 element, a lanthanide element, and a combination thereof is possible.

바람직하게는, 상기 3족 전이금속으로는 Sc 및 Y를, 4족 전이금속은 Ti 및 Zr을, 5족 전이금속은 V, Nb, 6족 전이금속은 Cr, Mo, 및 W를, 7족 전이금속은 Mn 을, 8족 전이금속은 Fe를, 9족 전이금속은 Co를, 13족 원소는 B, Al, Ga, 및 In을, 14족 원소는 C, Si, Ge, 및 Sn을, 15족 원소는 P, As, 및 Sb를, 란탄족 원소는 La, Ce, Sm, 및 Gd이 가능하다.Preferably, the Group 3 transition metal is Sc and Y, the Group 4 transition metal is Ti and Zr, the Group 5 transition metal is V, Nb, Group 6 transition metal is Cr, Mo, and W, Group 7 The transition metal is Mn, the Group 8 transition metal is Fe, the Group 9 transition metal is Co, the Group 13 elements are B, Al, Ga, and In, and the Group 14 elements are C, Si, Ge, and Sn, Group 15 elements may be P, As, and Sb, and lanthanide elements may be La, Ce, Sm, and Gd.

더욱 바람직하게는, 상기 표면처리원소는 3가의 산화가를 가지는 Sc, Y, Zr, V, Nb, Cr, Mo, W, Mn, Fe, Co, B, Al, Ga, In, As, La, Ce, Sm, Gd 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종이 가능하다.More preferably, the surface treatment element is a Sc, Y, Zr, V, Nb, Cr, Mo, W, Mn, Fe, Co, B, Al, Ga, In, As, La, having a trivalent oxidation value One selected from the group consisting of Ce, Sm, Gd, and combinations thereof is possible.

이때 표면 처리되는 표면처리원소를 포함하는 옥시플루오라이드 화합물은 코어 100 몰에 대해 0.1 내지 20 몰, 바람직하게는 0.5 내지 10 몰, 보다 바람직하게는 0.5 내지 4 몰의 함량으로 함유된다. 만약 상기 옥시플루오라이드 화합물의 함량이 0.1 몰 미만이면 코팅 효과가 나타나지 않으며, 이와 반대로 20 몰을 초과하면 리튬 이차 전지의 초기 방전 용량이 감소하며 고율 특성이 떨어진다.At this time, the oxyfluoride compound containing the surface treatment element to be surface-treated is contained in an amount of 0.1 to 20 mol, preferably 0.5 to 10 mol, more preferably 0.5 to 4 mol with respect to 100 mol of the core. If the content of the oxyfluoride compound is less than 0.1 mole does not exhibit a coating effect, on the contrary, if it exceeds 20 moles, the initial discharge capacity of the lithium secondary battery decreases and the high rate characteristic is deteriorated.

이러한 리튬의 가역적인 인터칼레이션/디인터칼레이션이 가능한 화합물 코어의 표면에 표면처리원소를 포함하는 옥시플루오라이드 화합물이 표면 처리층이 형성된 양극 활물질은 종래 전지의 충전 과정 중 전해질의 산화에 의해 생성되는 산에 의해 양극 활물질이 용해되는 문제를 해소할 뿐만 아니라 전해액과 양극 활물질 간의 반응을 억제한다.The positive electrode active material in which an oxyfluoride compound containing a surface treatment element is formed on the surface of a compound core capable of reversible intercalation / deintercalation of lithium has a surface treatment layer formed by oxidation of an electrolyte during a charging process of a conventional battery. Not only does it solve the problem of dissolving the positive electrode active material by the generated acid, but also suppresses the reaction between the electrolyte solution and the positive electrode active material.

이때 표면 처리층은 열처리 온도에 따라 비정질, 결정질, 또는 결정질과 비정질이 혼합된 형태를 가진다.At this time, the surface treatment layer has an amorphous, crystalline, or a mixture of crystalline and amorphous depending on the heat treatment temperature.

전술한 바와 같이, 코어; 및 상기 코어의 표면에 표면처리원소를 포함하는 옥시플루오라이드 화합물을 포함하는 표면 처리층을 포함하는 양극 활물질은 표면 처리원소를 포함하는 염과 플루오라이드 화합물 간의 공침 특성을 이용하여 수행한다. 이때 양극 활물질의 제조는 하기와 같은 방법으로 수행 가능하다.As mentioned above, the core; And a surface treatment layer including an oxyfluoride compound containing a surface treatment element on the surface of the core is performed using co-precipitation properties between a salt containing a surface treatment element and a fluoride compound. In this case, the preparation of the cathode active material may be performed by the following method.

도 1은 본 발명의 양극 활물질의 제조방법을 보여주는 순서도이다. 1 is a flowchart showing a method of manufacturing a cathode active material of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 양극 활물질은,1, the cathode active material according to the present invention,

용매에 표면처리원소를 포함하는 염과 리튬의 가역적인 인터칼레이션/디인터칼레이션이 가능한 화합물인 코어를 혼합하여 전구체 용액을 제조하는 단계(S1);Preparing a precursor solution by mixing a salt containing a surface treatment element with a solvent and a core which is a compound capable of reversible intercalation / deintercalation of lithium (S1);

상기 전구체 용액에 플루오라이드 화합물 용액을 첨가하여 공침 화합물을 얻는 단계(S2); 및 Adding a fluoride compound solution to the precursor solution to obtain a coprecipitation compound (S2); And

상기 공침 화합물을 여과 후 건조하고, 산화 분위기 하에서 열처리하는 단계(S3)를 거쳐 제조된다.The coprecipitation compound is manufactured after filtration, drying, and heat treatment under an oxidizing atmosphere (S3).

먼저, 반응기에 용매를 주입하고 표면처리원소를 포함하는 염을 첨가한 후 균일하게 혼합하여 표면처리원소를 포함하는 염 용액을 제조한다(S1).First, a solvent is injected into the reactor, a salt containing the surface treatment element is added, and then uniformly mixed to prepare a salt solution including the surface treatment element (S1).

상기 표면처리원소를 포함하는 염은 M은 3족 전이금속, 4족 전이금속, 5족 전이금속, 6족 전이금속, 7족 전이금속, 8족 전이금속, 9족 전이금속, 13족 원소, 14족 원소, 15족 원소, 란탄족 원소 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 원소를 포함하는 알콕사이드, 황산염, 질산염, 초산염, 염화물, 및 인산염으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 화합물이 가능하다.The salt containing the surface treatment element M is a Group 3 transition metal, Group 4 transition metal, Group 5 transition metal, Group 6 transition metal, Group 7 transition metal, Group 8 transition metal, Group 9 transition metal, Group 13 element, One compound selected from the group consisting of alkoxides, sulfates, nitrates, acetates, chlorides, and phosphates comprising one element selected from the group consisting of group 14 elements, group 15 elements, lanthanide elements, and combinations thereof Do.

이때 사용되는 용매는 상기 염이 용해될 수 있는 용매가 바람직하며, 추후 첨가되는 플루오라이드 화합물 용액과 혼화성이 좋은 용매가 가능하다. 대표적으로, 물, 알코올 및 에테르로 이루어진 군에서 선택된 단독 또는 이들의 혼합 용매 가 사용된다. 이때 상기 알코올은 메탄올, 에탄올, 이소프로판올 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 C1 내지 C4의 저급 알코올이 바람직하다. 또한 상기 에테르는 에틸렌 글라이콜 또는 부틸렌 글라이콜이 바람직하다. The solvent used is preferably a solvent in which the salt can be dissolved, and a solvent having good miscibility with a fluoride compound solution to be added later is possible. Typically, single or mixed solvents thereof selected from the group consisting of water, alcohols and ethers are used. At this time, the alcohol is preferably C1 to C4 lower alcohols selected from the group consisting of methanol, ethanol, isopropanol and combinations thereof. In addition, the ether is preferably ethylene glycol or butylene glycol.

이어서, 상기 제조된 표면처리원소를 포함하는 염 용액에 표면 처리 하고자 하는 코어로서 리튬의 가역적인 인터칼레이션/디인터칼레이션이 가능한 화합물을 첨가하여 균일하게 혼합하여 전구체 용액을 제조한다.Subsequently, a precursor solution is prepared by adding a compound capable of reversible intercalation / deintercalation of lithium as a core to be surface treated to a salt solution including the prepared surface treatment element and uniformly mixing the same.

이때 표면처리원소를 포함하는 염은, 최종 제조되는 표면처리원소를 포함하는 옥시플루오라이드 화합물이 리튬의 가역적인 인터칼레이션/디인터칼레이션이 가능한 화합물인 코어 100 몰에 대하여 0.1 내지 20 몰, 바람직하게는 0.5 내지 10 몰, 보다 바람직하게는 0.5 내지 4 몰이 될 수 있도록 그 함량을 조절한다.In this case, the salt containing the surface treatment element is 0.1 to 20 mol with respect to 100 mol of the core oxyfluoride compound containing the surface treatment element to be prepared is a compound capable of reversible intercalation / deintercalation of lithium, Preferably the content is adjusted to be 0.5 to 10 moles, more preferably 0.5 to 4 moles.

상기 제조된 전구체 용액은 전구체의 농도가 0.005 M 내지 0.1 M이 되도록 조절한다. 만약, 전구체의 농도가 0.005 M 미만이면 후속 공정에서 플루오라이드 화합물과의 반응이 미비하여 충분한 양의 코어 상에 표면 처리층을 형성하기 어렵다. 이와 반대로 0.1 M를 초과하게 되면 코팅되는 후속 공정에서 플루오라이드 화합물과의 과도한 반응으로 인해 코팅 처리층을 구성하는 입자의 크기가 커져 코어의 표면에 코팅하기가 어려워지므로 상기 범위 내에서 적절히 선택한다. The prepared precursor solution is adjusted so that the concentration of the precursor is 0.005 M to 0.1 M. If the concentration of the precursor is less than 0.005 M, the reaction with the fluoride compound is insufficient in the subsequent process, making it difficult to form the surface treatment layer on a sufficient amount of the core. On the contrary, if the content exceeds 0.1 M, it is difficult to coat the surface of the core due to the excessive reaction with the fluoride compound in the subsequent process of coating, which makes the coating layer selected appropriately within the above range.

이때 전구체의 제조는 50 내지 100 ℃의 온도에서 2 내지 48 시간 동안 50 내지 1000 rpm으로 교반하여 수행한다. 이때 상기 반응온도가 50 ℃ 미만이면 균일한 전구체 용액의 제조가 어려우며, 이와 반대로 100 ℃ 이상이면 용매가 증발하는 문제가 발생한다. 또한 상기 교반은 통상의 교반 장치를 사용하며, 대표적으로 임펠러가 부착된 반응기 내에서 수행한다.At this time, the preparation of the precursor is carried out by stirring at 50 to 1000 rpm for 2 to 48 hours at a temperature of 50 to 100 ℃. In this case, when the reaction temperature is less than 50 ° C., it is difficult to prepare a uniform precursor solution. On the contrary, when the reaction temperature is 100 ° C. or more, the solvent evaporates. In addition, the stirring is performed using a conventional stirring device, typically in a reactor to which an impeller is attached.

다음으로, 상기에서 제조된 전구체 용액에 플루오라이드 화합물 용액을 첨가한 후, 표면처리원소와의 반응을 통해 공침 화합물을 얻는다(S2).Next, after the fluoride compound solution is added to the precursor solution prepared above, a coprecipitation compound is obtained through reaction with the surface treatment element (S2).

상기 플루오라이드 화합물은 플루오라이드(F)를 포함하는 NH4F, HF, AHF(Anhydrous hydrogen fluoride) 등 플루오르(F)가 포함된 것이 사용될 수 있으며 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 화합물인 것을 특징으로 하는 미세 분말 불소화합물의 제조방법이 제공된다. 이때 사용되는 용매는 전구체 용액의 용매와 동일하거나, 이와 혼화성이 우수한 용매를 사용한다.The fluoride compound may be one containing fluorine (F) such as NH 4 F, HF, AHF (Anhydrous hydrogen fluoride) including fluoride (F), and at least one compound selected from the group consisting of A method for producing a fine powder fluorine compound is provided. At this time, the solvent used is the same as the solvent of the precursor solution, or a solvent having excellent miscibility.

이러한 플루오라이드 화합물은 전구체 용액 중 코어의 주위에 존재하는 표면처리원소와 반응하며 착체 화합물을 형성하고, 코어와 함께 고분산도의 미세 분말을 형성한다. 상기 고분산도의 미세 분말은 용매에 용해되지 않아 공침 화합물로 얻어지며 반응기 하부로 그대로 침전된다. This fluoride compound reacts with the surface treatment elements present around the core in the precursor solution to form a complex compound, and together with the core to form a fine powder of high dispersion. The high dispersion fine powder is not dissolved in a solvent to obtain a coprecipitation compound and precipitates as it is to the bottom of the reactor.

상기 공침 화합물은 고분산도의 미세 분말 특성상 서로 뭉치는 현상이 강해 큰 입자 형태로 얻어질 수 있는데, 이때 입자 크기가 커질수록 양극 활물질로서의 특성이 저하된다. 따라서 고분산도의 미세 분말 형태의 공침 화합물을 얻기 위해선, 반응물의 농도, 적하 속도, 교반 속도 및 반응 온도의 제어가 필수적이다. The coprecipitation compound may be obtained in the form of large particles due to the strong pulverization phenomenon due to the characteristics of the fine powder of high dispersion, wherein the larger the particle size, the lower the properties of the positive electrode active material. Therefore, to obtain co-precipitation compounds in the form of highly dispersed fine powders, it is necessary to control the concentration of the reactants, the dropping rate, the stirring speed and the reaction temperature.

바람직하기로, 플루오라이드 화합물은 0.1M 내지 18M의 농도로 사용하는 것이 좋다. 이때 플루오라이드 화합물의 함량은 표면처리원소와 공침할 수 있도록 화학 양론비를 조절한다. 즉, 상기 함량은 최종 제조되는 표면처리원소를 포함하 는 옥시플루오라이드 화합물이 코어 100 몰에 대해 0.1 내지 20 몰, 바람직하게는 0.5 내지 10 몰, 보다 바람직하게는 0.5 내지 4 몰이 되는 범위 내에서 조절한다.Preferably, the fluoride compound is used at a concentration of 0.1M to 18M. At this time, the content of the fluoride compound is adjusted to the stoichiometric ratio to be co-precipitated with the surface treatment element. That is, the content is within the range that the oxyfluoride compound containing the surface-treated element to be produced is 0.1 to 20 moles, preferably 0.5 to 10 moles, more preferably 0.5 to 4 moles with respect to 100 moles of the core. Adjust

이러한 본 단계의 공침 반응은 50 내지 100 ℃의 온도에서 50 내지 1000 rpm의 속도로 교반하여 일정한 속도로 플루오라이드 화합물 용액을 적하시켜 3 내지 48 시간 동안 수행한다. 상기 반응 온도가 50 ℃ 미만이면 공침 반응이 잘 일어나지 않으며, 100 ℃ 이상이면 반응 속도가 증가하여 표면 처리층을 형성하는 물질의 입자가 크게 성장 하여 코팅 효과가 저하된다. The coprecipitation reaction of this step is carried out for 3 to 48 hours by dropping the fluoride compound solution at a constant rate by stirring at a rate of 50 to 1000 rpm at a temperature of 50 to 100 ℃. If the reaction temperature is less than 50 ℃ co-precipitation does not occur well, if the reaction temperature is more than 100 ℃ to increase the particles of the material forming the surface treatment layer is greatly grown coating effect.

더욱이 상기 플루오라이드 화합물 용액의 첨가는 전구체 용액 중 코어가 단독으로 반응기 내부에 침전이 생기지 않는 상태로 잘 혼합하면서 플루오라이드 화합물 용액을 일정한 속도로 첨가한 후 천천히 첨가한다.Further, the addition of the fluoride compound solution is slowly added after adding the fluoride compound solution at a constant rate while mixing the core alone in the precursor solution without causing precipitation in the reactor alone.

다음으로, 상기에서 얻어진 공침 화합물을 여과한 후, 건조하고 산화 분위기 하에 열처리하면 공침 화합물의 표면에 존재하는 표면처리원소를 포함하는 플루오라이드 화합물이 표면처리원소를 포함하는 옥시플루오라이드 화합물로 전환된다(S3). 이러한 단계를 거쳐 코어의 표면에 표면처리원소를 포함하는 옥시플루오라이드 화합물의 표면 처리층이 형성된 양극 활물질을 제조한다.Next, the coprecipitation compound obtained above is filtered, and then dried and heat-treated under an oxidizing atmosphere to convert the fluoride compound containing the surface treatment element present on the surface of the coprecipitation compound into the oxyfluoride compound containing the surface treatment element. (S3). Through this step, a cathode active material having a surface treatment layer of an oxyfluoride compound containing a surface treatment element on the surface of the core is prepared.

상기 여과 및 건조는 이 분야에서 통상적으로 사용되는 장치를 이용하여 수행할 수 있다. 이때 건조는 110 내지 200 ℃에서 15 내지 30 시간 동안 수행한다.The filtration and drying may be carried out using a device commonly used in this field. At this time, the drying is carried out at 110 to 200 ℃ for 15 to 30 hours.

이때 열처리는 산화 분위기 하에서 300 내지 1000 ℃에서 2 내지 10 시간 동안 수행한다. 이러한 열처리를 통해 표면 처리층에 형성되는 표면처리원소를 포함하는 플루오라이드 화합물을 표면처리원소를 포함하는 옥시플루오라이드 화합물로 의 전환될 뿐만 아니라 건조시 미처 제거하지 못한 불순물을 제거하고 코어와 표면 처리층과의 결합력, 및 표면 처리층 물질간의 결합력을 더욱 증가시킨다. 만약 상기 열처리의 온도가 300 ℃ 미만이면 표면에 옥시플루오라이드 포함할 때 불순물이 제대로 제거 되지 않아 싸이클 특성이 감소되며, 이와 반대로 온도가 1000 ℃를 초과하면 열처리 이후 옥시플루오라이드의 형성이 어려워져 전지의 싸이클 특성이 감소한다.At this time, the heat treatment is performed for 2 to 10 hours at 300 to 1000 ℃ under an oxidizing atmosphere. This heat treatment not only converts the fluoride compound containing the surface treatment element formed in the surface treatment layer into the oxyfluoride compound containing the surface treatment element, but also removes impurities that have not been removed during drying, and the core and surface treatment. The binding force between the layers and the surface treatment layer material is further increased. If the temperature of the heat treatment is less than 300 ℃ cyclic fluoride is not properly removed when including the oxyfluoride on the surface, the cycle characteristics are reduced, on the contrary, if the temperature exceeds 1000 ℃ it becomes difficult to form oxyfluoride after heat treatment The cycle characteristics of are reduced.

이때 산화 분위기는 산소, 또는 산소를 포함하는 공기를 열처리 장치 내로 유입시켜 수행한다.At this time, the oxidizing atmosphere is performed by introducing oxygen or air containing oxygen into the heat treatment apparatus.

전술한 방법에 의해 제조된, 본 발명에 따른 양극 활물질은 리튬 이차 전지의 양극의 양극 활물질로 바람직하게 적용한다.The positive electrode active material according to the present invention, prepared by the method described above, is preferably applied as a positive electrode active material of a positive electrode of a lithium secondary battery.

리튬 이차 전지는 양극 활물질을 포함하는 양극; 리튬 이온을 인터칼레이션 및 디인터칼레이션할 수 있는 음극 활물질을 포함하는 음극; 및 상기 양극과 음극 사이에 전해질을 포함하며, 이때 상기 양극 활물질로 본 발명에 따른 리튬의 가역적인 인터칼레이션/디인터칼레이션이 가능한 화합물을 포함하는 코어; 및 상기 코어의 표면에 표면처리원소를 포함하는 옥시플루오라이드 화합물의 표면 처리층을 포함하는 양극 활물질을 사용한다.The lithium secondary battery may include a positive electrode including a positive electrode active material; A negative electrode including a negative electrode active material capable of intercalating and deintercalating lithium ions; And an electrolyte between the positive electrode and the negative electrode, wherein the core comprises a compound capable of reversible intercalation / deintercalation of lithium according to the present invention as the positive electrode active material; And a surface treatment layer of an oxyfluoride compound containing a surface treatment element on the surface of the core.

리튬 이차 전지는 사용하는 세퍼레이터와 전해질의 종류에 따라 리튬 이온 전지, 리튬 이온 폴리머 전지 및 리튬 폴리머 전지로 분류될 수 있고, 형태에 따라 원통형, 각형, 코인형, 파우치형 등으로 분류될 수 있으며, 사이즈에 따라 벌크 타입과 박막 타입으로 나눌 수 있다. 이들 전지의 구조와 제조방법은 이 분야에 널 리 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략한다.  The lithium secondary battery may be classified into a lithium ion battery, a lithium ion polymer battery, and a lithium polymer battery according to the type of separator and electrolyte used, and may be classified into a cylindrical shape, a square shape, a coin type, a pouch type, and the like, Depending on the size, it can be divided into bulk type and thin film type. Since the structure and manufacturing method of these batteries are widely known in the art, detailed description thereof will be omitted.

도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 리튬 이차 전지의 사시도이다. 도 2는 음극(3), 양극(5), 이 음극(3) 및 양극(5) 사이에 세퍼레이터(7)를 배치하여 전극 조립체(9)를 제조하고 이를 케이스(15)에 위치시키고 전해액을 주입하여 상기 음극(3), 상기 양극(5) 및 상기 세퍼레이터(7)가 전해액에 함침되도록 한다. 상기 음극(3) 및 양극(5)은 전지 작용시 발생되는 전류를 집전하기 위한 역할로서 도전성 리드 부재가 각기 부착되고, 이 리드 부재는 각기 양, 음극에서 발생된 전류를 양, 음극 단자로 유도하게 된다. 도면에는 파우치형 이차 전지를 도시한 것이지만 본 발명의 리튬 이차 전지가 이 형상으로 한정되는 것은 아니며, 전지로서 작동할 수 있는 어떠한 형상도 가능함은 당연하다. 2 is a perspective view of a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 shows the preparation of the electrode assembly 9 by placing the separator 7 between the cathode 3, the anode 5, the cathode 3, and the anode 5 and placing it in the case 15. Injection is performed so that the cathode 3, the anode 5, and the separator 7 are impregnated with the electrolyte. The negative electrode 3 and the positive electrode 5 serve to collect current generated during battery operation, and conductive lead members are respectively attached to each other, and the lead members respectively induce positive and negative currents generated from the positive and negative terminals. Done. Although the pouch type secondary battery is illustrated in the drawings, the lithium secondary battery of the present invention is not limited to this shape, and any shape capable of operating as a battery is possible.

이때 상기 양극은 상기 본 발명에 따른 양극 활물질을 사용하여 제조한다. 상기 양극은 상기 양극 활물질, 도전재, 및 바인더를 혼합하여 양극 활물질층 형성용 조성물을 제조한 후, 이 조성물을 알루미늄 포일 등의 양극 전류 집전체에 도포한 후 압연하여 제조할 수 있다.In this case, the positive electrode is manufactured using the positive electrode active material according to the present invention. The positive electrode may be prepared by mixing the positive electrode active material, the conductive material, and the binder to prepare a composition for forming a positive electrode active material layer, and then rolling the composition after applying the composition to a positive electrode current collector such as aluminum foil.

상기 바인더로는 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로즈, 히드록시프로필렌셀룰로즈, 디아세틸렌셀룰로즈, 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐피롤리돈, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.As the binder, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, hydroxypropylene cellulose, diacetylene cellulose, polyvinyl chloride, polyvinylpyrrolidone, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyethylene or polypropylene may be used. It may be, but is not limited thereto.

또한 상기 도전재로는 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성 재료이면 어떠한 것도 사용가능하며, 그 예로 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 탄소섬유, 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말, 금속 섬유 등을 사용할 수 있고, 또한 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 재료를 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. In addition, in the battery constituted as the conductive material, any electronic conductive material can be used without causing chemical change. For example, natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, ketjen black, carbon fiber, copper, nickel , Metal powders such as aluminum and silver, metal fibers, and the like can be used, and conductive materials such as polyphenylene derivatives can be mixed and used.

상기 음극은 음극 활물질을 포함한다. 상기 음극 활물질로는 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물을 사용할 수 있다. 음극 활물질의 구체적인 예로는 인조흑연, 천연흑연, 흑연화 탄소섬유, 비정질탄소 등의 탄소질재료를 사용할 수 있다. 또, 상기 탄소질 재료 이외에, 리튬과 합금화가 가능한 금속질 화합물, 또는 금속질 화합물과 탄소질 재료를 포함하는 복합물도 음극 활물질로 사용할 수 있다. 리튬과 합금화가 가능한 금속으로는, Si, Al, Sn, Pb, Zn, Bi, In, Mg, Ga, Cd, Si 합금, Sn 합금, 또는 Al 합금 등을 예시할 수 있다. 또, 음극활성물질로서 금속 리튬 박막도 사용할 수 있다. The negative electrode includes a negative electrode active material. As the negative electrode active material, a compound capable of reversible intercalation and deintercalation of lithium may be used. Specific examples of the negative electrode active material may be a carbonaceous material such as artificial graphite, natural graphite, graphitized carbon fiber, amorphous carbon, or the like. In addition to the carbonaceous material, a metallic compound capable of alloying with lithium, or a composite containing a metallic compound and a carbonaceous material may also be used as the negative electrode active material. As a metal which can be alloyed with lithium, Si, Al, Sn, Pb, Zn, Bi, In, Mg, Ga, Cd, Si alloy, Sn alloy, Al alloy, etc. can be illustrated. Moreover, a metal lithium thin film can also be used as a negative electrode active material.

상기 음극은 역시 양극과 마찬가지로 상기 음극 활물질, 바인더 및 선택적으로 도전재를 혼합하여 음극 활물질층 형성용 조성물을 제조한 후 이를 구리 포일 등의 음극 전류 집전체에 도포하여 제조될 수 있다.Like the positive electrode, the negative electrode may be prepared by mixing the negative electrode active material, a binder, and optionally a conductive material to prepare a composition for forming a negative electrode active material layer, and then coating the negative electrode current collector such as copper foil.

상기 리튬 이차 전지에 충전되는 전해질로는 비수성 전해질 또는 공지된 고체 전해질 등이 사용 가능하다.As the electrolyte charged in the lithium secondary battery, a non-aqueous electrolyte or a known solid electrolyte may be used.

상기 비수성 유기용매는 전지의 전기화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 한다. 비수성 유기용매로는 카보네이트계, 에스테르계, 에테르계 또는 케톤계 용매를 사용할 수 있다. 상기 카보네이트계 용매로는 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트(DPC), 메틸프로필 카보네이트(MPC), 에틸프로필 카보네이트(EPC), 메틸에틸 카보네이트(MEC), 에틸메틸 카보네이트(EMC), 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 부틸렌 카보네이트(BC) 등이 사용될 수 있으며, 상기 에스테르계 용매로는 n-메틸 아세테이트, n-에틸 아세테이트, n-프로필 아세테이트 등이 사용될 수 있다. The non-aqueous organic solvent serves as a medium through which ions involved in the electrochemical reaction of the battery can move. As the non-aqueous organic solvent, a carbonate, ester, ether or ketone solvent may be used. Examples of the carbonate solvents include dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate (DPC), methylpropyl carbonate (MPC), ethylpropyl carbonate (EPC), methylethyl carbonate (MEC), and ethylmethyl carbonate. (EMC), ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), etc. may be used. Examples of the ester solvent include n-methyl acetate, n-ethyl acetate, n-propyl acetate, and the like. Can be used.

리튬 이차 전지의 종류에 따라 양극과 음극 사이에 세퍼레이터가 존재할 수 있다. 이러한 세퍼레이터로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드 또는 이들의 2층 이상의 다층막이 사용될 수 있으며, 폴리에틸렌/폴리프로필렌 2층 세퍼레이터, 폴리에틸렌/폴리프로필렌/폴리에틸렌 3층 세퍼레이터, 폴리프로필렌/폴리에틸렌/폴리프로필렌 3층 세퍼레이터 등과 같은 혼합 다층막이 사용될 수 있음은 물론이다.The separator may exist between the positive electrode and the negative electrode according to the type of the lithium secondary battery. As the separator, polyethylene, polypropylene, polyvinylidene fluoride or two or more multilayer films thereof may be used, and polyethylene / polypropylene two-layer separator, polyethylene / polypropylene / polyethylene three-layer separator, polypropylene / polyethylene / poly It goes without saying that a mixed multilayer film such as a propylene three-layer separator can be used.

이때 양극으로 본 발명에 따른 양극 활물질을 사용함으로써 종래 전지의 충전 과정 중 전해질의 산화에 의해 생성되는 산에 의해 양극 활물질이 용해되는 문제를 해소할 뿐만 아니라 전해액과 양극 활물질 간의 반응을 억제한다. 그 결과 리튬 이차 전지의 충방전 특성, 수명특성, 고전압 특성, 고율 특성 및 열 안전성을 향상시킨다.At this time, by using the positive electrode active material according to the present invention as a positive electrode not only solves the problem of dissolving the positive electrode active material by the acid generated by the oxidation of the electrolyte during the charging process of the conventional battery, but also suppresses the reaction between the electrolyte solution and the positive electrode active material. As a result, the charge and discharge characteristics, lifespan characteristics, high voltage characteristics, high rate characteristics, and thermal stability of the lithium secondary battery are improved.

이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일 뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred examples and comparative examples of the present invention are described. However, the following examples are only one preferred embodiment of the present invention and the present invention is not limited to the following examples.

[실시예]EXAMPLE

양극 활물질Positive electrode active material

(( 실시예Example 1)  One) AlOFAlOF 코팅- coating- LiCoOLiCoO 22 양극 활물질 제조Manufacture of positive electrode active material

반응기에 0.013 M의 Al(NO3)3·9H2O 수용액을 주입한 후 양극 활물질인 LiCoO2 4 kg을 첨가하였다. 이때 반응기의 온도를 80℃로 유지시키면서 임펠러 속도 600 rpm으로 2시간 교반하였다. 이어서, 6 M NH4F 수용액 2 L를 1 ㎖/min의 유량으로 서서히 반응기에 연속적으로 투입한 다음, 24시간 동안 교반하여 미 반응물을 모두 침전시켜 공침 화합물을 얻었다.An aqueous 0.013 M Al (NO 3 ) 3 .9H 2 O solution was injected into the reactor, and then 4 kg of LiCoO 2 , a positive electrode active material, was added. At this time, the reactor was stirred at an impeller speed of 600 rpm while maintaining the temperature at 80 ° C for 2 hours. Subsequently, 2 L of 6 M NH 4 F aqueous solution was slowly added to the reactor at a flow rate of 1 ml / min, and stirred for 24 hours to precipitate all unreacted materials to obtain a coprecipitation compound.

상기 공침 화합물을 여과하여 회수하고, 이를 110℃ 온풍 항온조에서 12시간 건조시켰다. 이어서 공기 분위기 하에서 400 ℃로 열처리하여 AlOF가 코팅된 LiCoO2 양극 활물질 분말을 제조하였다. 이때 제조된 양극 활물질 분말은 LiCoO2 100 몰에 대해 AlOF가 2 몰로 코팅되었다.The coprecipitation compound was collected by filtration and dried in a 110 ° C. warm air thermostat for 12 hours. Subsequently, an AlOF-coated LiCoO 2 positive electrode active material powder was prepared by heat treatment at 400 ° C. under an air atmosphere. In this case, the prepared cathode active material powder was coated with 2 mol of AlOF based on 100 mol of LiCoO 2 .

(( 실시예Example 2)  2) AlOFAlOF 코팅- coating- LiLi [[ NiNi 1One /3/ 3 CoCo 1One /3/ 3 MnMn 1One /3/ 3 ]O] O 22 양극 활물질 제조 Manufacture of positive electrode active material

양극 활물질로 LiCoO2 대신에 Li[Ni1 /3Co1 /3Mn1 /3]O2를 함량을 변화시켜 사용하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여 AlOF가 코팅된 Li[Ni1/3Co1/3Mn1/3]O2 양극 활물질 분말을 제조하였다. 이때 제조된 양극 활물질 분말은 Li[Ni1 /3Co1 /3Mn1 /3]O2 100 몰에 대해 AlOF가 0.5 몰로 코팅되었다.In place of LiCoO 2 as a positive electrode active material Li [Ni 1/3 Co 1 /3 Mn 1/3] O used by changing the second to the content, and Example 1 and using the same procedure Li [Ni 1-cost AlOF the coating / 3 Co 1/3 Mn 1/3 ] O 2 positive electrode active material powder was prepared. At this time, the prepared cathode active material powder was Li [Ni 1/3 Co 1 /3 Mn 1/3] O 2 was coated AlOF 0.5 moles per 100 moles.

(( 실험예Experimental Example 1) 표면 특성 분석 1) Surface Characterization

상기 실시예 1에서 제조된 AlOF가 코팅된 LiCoO2 양극 활물질의 표면을 주사 전자현미경(SEM, 상표명:JSM 6400, 회사명:JEOL, Japan)으로 관찰하여, 얻어진 결과를 도 3에 나타내었다.The surface of the AlOF-coated LiCoO 2 positive electrode active material prepared in Example 1 was observed with a scanning electron microscope (SEM, trade name: JSM 6400, company name: JEOL, Japan), and the results obtained are shown in FIG. 3.

도 3은 실시예 1에서 제조된 양극 활물질의 주사전자현미경 사진으로, 미세 분말의 AlOF가 LiCoO2 표면에 균일하게 코팅되었음을 알 수 있다.3 is a scanning electron micrograph of the positive electrode active material prepared in Example 1, it can be seen that AlOF of the fine powder is uniformly coated on the LiCoO 2 surface.

반쪽전지(Half battery ( HalfHalf cellcell ))

(( 실시예Example 3)  3) AlOFAlOF 코팅- coating- LiCoOLiCoO 22 포함 전지 제조Inclusion Battery Manufacturing

상기 실시예 1에서 제조된 AlOF가 코팅된 LiCoO2 양극 활물질과, 도전재로 아세틸렌블랙, 흑연(KS6, Lonza 사 제품), 결합제로는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVdF)를 85:3.75:3.75:7.5의 중량비로 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 상기 슬러리를 20 ㎛ 두께의 알루미늄박에 균일하게 도포한 후 110 ℃에서 건조한 다음, 롤 프레스로 가압하여 양극판을 제조하였다.AlOF-coated LiCoO 2 positive electrode active material prepared in Example 1, acetylene black, graphite (KS6, manufactured by Lonza) as a conductive material, polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder is 85: 3.75: 3.75: A slurry was prepared by mixing at a weight ratio of 7.5. The slurry was uniformly coated on an aluminum foil having a thickness of 20 μm, dried at 110 ° C., and pressed by a roll press to prepare a positive electrode plate.

상기 제조된 양극판과 리튬 메탈을 상대 전극으로 하며, 다공성 폴리에틸렌막(두께: 25 ㎛)을 세퍼레이터로 하고, 에틸렌 카보네이트: 디메틸 카보네이트 = 1:1(부피비) 혼합용매에 1몰 LiPF6가 용해된 전해액을 사용하여 리튬 전지의 통상적인 제조공정에 따라 2032 규격의 코인 전지(coin cell)를 제조하였다. Electrolyte solution in which 1 mol LiPF 6 is dissolved in a mixed solvent using a prepared positive electrode plate and a lithium metal as a counter electrode, a porous polyethylene membrane (thickness: 25 μm) as a separator, and ethylene carbonate: dimethyl carbonate = 1: 1 (volume ratio) mixed solvent. According to the conventional manufacturing process of a lithium battery, a coin cell of 2032 standard was prepared.

(( 비교예Comparative example 1)  One) LiCoOLiCoO 22 단독 전지 제조 Single cell manufacture

양극 활물질로 AlOF가 코팅되지 않은 LiCoO2 분말을 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 3과 동일하게 수행하여 코인 전지를 제조하였다.As a cathode active material was prepared in a coin cell in the same way as in Example 3, except that the LiCoO 2 powder AlOF is uncoated.

(( 비교예Comparative example 2)  2) LiLi [[ NiNi 1One /3/ 3 CoCo 1One /3/ 3 MnMn 1One /3/ 3 ]O] O 22 단독 전지 제조 Single cell manufacture

양극 활물질로 AlOF가 코팅되지 않은 Li[Ni1 /3Co1 /3Mn1 /3]O2 분말을 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 3과 동일하게 수행하여 코인 전지를 제조하였다.As a cathode active material was prepared in a coin cell in the same way as in Example 3, except that the Li [Ni 1/3 Co 1 /3 Mn 1/3] O 2 powder AlOF is uncoated.

(( 참조예Reference Example 1)  One) AlFAlF 33 코팅- coating- LiCoOLiCoO 22 포함 전지 제조 Inclusion Battery Manufacturing

양극 활물질로 AlF3가 코팅된 LiCoO2 분말을 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 3과 동일하게 수행하여 코인 전지를 제조하였다. 이때 AlF3가 코팅된 LiCoO2 양극 활물질 분말은 실시예 1과 동일하게 수행하되, 최종 열처리를 불활성 분위기 하에서 400 ℃로 열처리하여 제조하였다.A coin battery was manufactured in the same manner as in Example 3, except that LiCoO 2 powder coated with AlF 3 was used as the cathode active material. At this time, AlF 3 coated LiCoO 2 positive electrode active material powder was carried out in the same manner as in Example 1, the final heat treatment was prepared by heat treatment at 400 ℃ under an inert atmosphere.

(( 실험예Experimental Example 2)  2) AlOFAlOF 표면  surface 처리층이Treatment layer 형성된  Formed LiCoOLiCoO 22 를 포함하는 전지의 수명 특성Life characteristics of a battery containing

상기 실시예 3 및 비교예 1에서 제작된 전지의 특성을 평가하기 위하여 충방전기(Toyo 사 제작, Toscat3000U, Japan)를 이용하여 상온(30 ℃)에서 3.0 내지 4.5 V의 전위영역에서 0.5 C-rate로 충방전 실험을 하였으며, 얻어진 결과를 도 4에 나타내었다.In order to evaluate the characteristics of the battery manufactured in Example 3 and Comparative Example 1 using a charger and discharger (Toyo, Toscat3000U, Japan) 0.5 C-rate in the potential region of 3.0 to 4.5 V at room temperature (30 ℃) Charge and discharge experiments were carried out as shown in FIG. 4.

도 4는 실시예 3의 AlOF가 코팅된 LiCoO2를 양극 활물질로 사용한 전지와, 비교예 1의 LiCoO2를 양극 활물질로 단독으로 사용한 전지의 싸이클 수명 특성을 보여주는 그래프이다. 4 is a graph showing cycle life characteristics of a battery using AlOF-coated LiCoO 2 of Example 3 as a cathode active material and a battery using LiCoO 2 of Comparative Example 1 alone as a cathode active material.

도 4를 참조하면, 비교예 1의 AlOF가 코팅되지 않은 LiCoO2를 양극 활물질로 사용한 전지의 경우 충방전에 따라 급격한 용량의 감소가 발생하였다. 반면에, 본 발명에 따라 AlOF가 코팅된 LiCoO2를 양극 활물질로 사용한 실시예 3의 전지는 초기 방전 용량은 코팅되지 않은 LiCoO2와 같은 180 mAh/g 보였으며 20 번째 싸이클까지 90%의 우수한 용량 유지율을 보였다. 그 결과 본 발명에 따라 AlOF가 코팅된 양극 활물질을 포함하는 전지는 4.5 V 이상의 고전압 영역에서도 우수한 싸이클 수명 특성을 가짐을 알 수 있다. Referring to FIG. 4, in the case of a battery using LiCoO 2 not coated with AlOF of Comparative Example 1 as a cathode active material, a sudden decrease in capacity occurred due to charge and discharge. On the other hand, the battery of Example 3 using AlOF-coated LiCoO 2 as the positive electrode active material according to the present invention showed an initial discharge capacity of 180 mAh / g, which is the same as that of uncoated LiCoO 2, and an excellent capacity of 90% until the 20th cycle. Retention rate was shown. As a result, it can be seen that the battery including the AlOF-coated positive electrode active material according to the present invention has excellent cycle life even in a high voltage region of 4.5 V or more.

(( 실험예Experimental Example 3)  3) AlOFAlOF 표면  surface 처리층이Treatment layer 형성된  Formed LiLi [[ NiNi 1One /3/ 3 CoCo 1One /3/ 3 MnMn 1One /3/ 3 ]O] O 22 를 포함하는 Containing 전지의 수명 특성Battery Life Characteristics

상기 실시예 4 및 비교예 2에서 제작된 전지의 특성을 평가하기 위하여 충방전기(Toyo 사 제작, Toscat3000U, Japan)를 이용하여 상온(30 ℃)에서 3.0 내지 4.5 V의 전위영역에서 0.5 C-rate로 충방전 실험을 하였으며, 얻어진 결과를 도 5에 나타내었다.In order to evaluate the characteristics of the batteries manufactured in Examples 4 and 2, 0.5 C-rate in a potential region of 3.0 to 4.5 V at room temperature (30 ° C.) using a charger / discharger (manufactured by Toyo, Toscat3000U, Japan). Charge and discharge experiments were carried out as shown in FIG. 5.

도 5는 실시예 4의 AlOF가 코팅된 Li[Ni1 /3Co1 /3Mn1 /3]O2를 양극 활물질로 사용한 전지와, 비교예 2의 Li[Ni1 /3Co1 /3Mn1 /3]O2를 단독으로 양극 활물질로 사용한 전지의 싸이클 수명 특성을 보여주는 그래프이다. Figure 5 embodiment the 4 AlOF a coating of Li [Ni 1/3 Co 1 /3 Mn 1/3] of the battery and Comparative Example 2 with O 2 as a positive electrode active material Li [Ni 1/3 Co 1 /3 Mn 1/3] O 2 is a graph showing the cycle life characteristics of the battery using the positive electrode active material alone.

도 5를 참조하면, 두 전지 모두 초기 용량은 모두 173 mAh/g으로 동일한 값을 나타내었으나, 50 싸이클 후 비교예 2의 AlOF가 코팅되지 않은 양극 활물질을 사용한 전지의 경우 초기 용량 대비 75%의 용량 보전율을 보인 반면에, 본 발명에 따른 실시예 4의 AlOF가 코팅된 양극 활물질을 사용한 전지의 경우는 92%의 용량 보전율을 보였다. Referring to FIG. 5, both batteries had the same initial capacity as 173 mAh / g, but after 50 cycles, the battery using the AlOF-coated positive electrode active material of Comparative Example 2 had a capacity of 75% of the initial capacity. While the retention rate was shown, the battery using the AlOF-coated positive electrode active material of Example 4 according to the present invention showed a capacity retention rate of 92%.

(( 실험예Experimental Example 4) 표면  4) surface 처리층으로With processing layer AlOFAlOF 또는  or AlFAlF 33 가 형성된 활물질에 따른 전지의 C-rate 특성Characteristics of the battery according to the active material

상기 실시예 3 및 참조예 1에서 제작된 전지의 특성을 평가하기 위하여 충방전기(Toyo 사 제작, Toscat3000U, Japan)를 이용하여 상온(30℃)에서 3.0 내지 4.5 V의 전위영역에서 전류 밀도를 0.2 C 내지 5.0 C-rate로 변화시켜가며 실험하였으며, 얻어진 결과를 도 6에 나타내었다.In order to evaluate the characteristics of the batteries manufactured in Example 3 and Reference Example 1, the current density was 0.2 in a potential region of 3.0 to 4.5 V at room temperature (30 ° C.) using a charger / discharger (manufactured by Toyo, Toscat3000U, Japan). The experiment was carried out with C to 5.0 C-rate, and the obtained results are shown in FIG. 6.

도 6은 실시예 3의 AlOF가 코팅된 LiCoO2를 양극 활물질로 사용한 전지와, 참조예 1의 AlF3가 코팅된 LiCoO2를 양극 활물질로 사용한 전지의 C-rate에 따른 방전 용량 그래프이다. 6 is a discharge capacity graph according to C-rate of a battery using AlOF-coated LiCoO 2 of Example 3 as a cathode active material and a battery using AlCo 3 coated LiCoO 2 of the reference example 1 as a cathode active material.

도 6을 참조하면, 낮은 0.2 C-rate의 전류에서는 두 전극 모두 175 mAh/g로 비슷한 방전 용량을 보였으나, C-rate가 증가할수록(전류밀도가 증가를 의미), 본 발명에 따라 AlOF가 코팅된 LiCoO2 양극 활물질을 사용한 실시예 3의 전지가 참조예 1의 그것과 비교하여 보다 우수한 C-rate 특성을 보였다.Referring to FIG. 6, both electrodes showed a similar discharge capacity at 175 mAh / g at a low current of 0.2 C-rate, but as C-rate increased (meaning that the current density increased), AlOF was increased according to the present invention. Coated LiCoO 2 The battery of Example 3 using the positive electrode active material showed better C-rate characteristics compared to that of Reference Example 1.

완전전지(Full battery FullFull cellcell ))

(( 실시예Example 5)  5) AlOFAlOF 코팅- coating- LiCoOLiCoO 22 포함 전지 제조Inclusion Battery Manufacturing

상기 실시예 3에서 제조된 양극판을 양극으로 사용하고 코인형 완전전지를 제조하였다. 이때 음극 활물질은 결정성이 높은 MCMB 2528 이였으며 이를 구리 호일에 균일하게 도포하여 사용하였다. 음극으로는 메조카본 마이크로비드(mesocarbon microbeads: MCMB)와 PVdF를 96 : 4의 중량비로 혼합하여 음극용 슬러리를 제조하고, 상기 음극용 슬러리를 구리 호일에 균일하게 도포한 것을 사용하였다. The positive electrode plate prepared in Example 3 was used as a positive electrode, and a coin-type complete cell was prepared. In this case, the negative active material was MCMB 2528 having high crystallinity, and was uniformly applied to copper foil. As a negative electrode, mesocarbon microbeads (MCMB) and PVdF were mixed in a weight ratio of 96: 4 to prepare a slurry for the negative electrode, and the negative electrode slurry was uniformly coated on a copper foil.

상기 양극과 음극을 상대 전극으로 하며, 다공성 폴리에틸렌막(두께: 25㎛)을 세퍼레이터로 하고, 에틸렌 카보네이트: 디메틸 카보네이트= 1:1 (부피비) 혼합용매에 1몰 LiPF6가 용해된 전해액을 사용하여 리튬 이차 전지의 통상적인 제조 공정에 따라 2032 규격의 전지를 제조하였다. Using the positive electrode and the negative electrode as the counter electrode, the porous polyethylene membrane (thickness: 25㎛) as a separator, ethylene carbonate: dimethyl carbonate = 1: 1 (volume ratio) by using an electrolyte solution in which 1 mol LiPF 6 dissolved in a mixed solvent A battery of the 2032 standard was manufactured according to a conventional manufacturing process of a lithium secondary battery.

(( 참조예Reference Example 2)  2) AlFAlF 33 코팅- coating- LiCoOLiCoO 22 포함 전지 제조Inclusion Battery Manufacturing

양극 활물질로 AlF3가 코팅된 LiCoO2 분말을 사용하여 양극을 제조한 것을 제외하고, 실시예 5와 동일하게 수행하여 코인형 완전전지를 제조하였다. 이때 양극 활물질인 AlF3가 코팅된 LiCoO2 분말의 제조는 참조예 1에서 제시한 바에 의해 제조하였다.A coin-type full cell was prepared in the same manner as in Example 5 except that the cathode was manufactured using AlCo 3 coated LiCoO 2 powder as the cathode active material. In this case, the preparation of AlCo 3 coated LiCoO 2 powder, which is a cathode active material, was prepared as shown in Reference Example 1.

(( 실험예Experimental Example 5) 표면  5) surface 처리층으로With processing layer AlOFAlOF 또는  or AlFAlF 33 가 형성된 활물질에 따른 전지의 수명 특성Life Characteristics of Batteries According to the Active Materials Formed

상기 실시예 5 및 참조예 2에서 제작된 완전전지의 특성을 평가하기 위하여 충방전기(Toyo 사 제작, Toscat3000U, Japan)를 이용하여 상온(30 ℃)에서 3.0 내지 4.4 V의 전위영역에서 1 C-Rate로 실험을 수행하였으며, 얻어진 결과를 도 7에 나타내었다.In order to evaluate the characteristics of the complete battery manufactured in Example 5 and Reference Example 2, 1 C- in a potential region of 3.0 to 4.4 V at room temperature (30 ° C.) using a charge / discharger (manufactured by Toyo, Toscat3000U, Japan). The experiment was performed at a rate, and the obtained results are shown in FIG. 7.

도 7은 실시예 5의 AlOF가 코팅된 LiCoO2를 양극 활물질로 사용한 전지와, 참조예 2의 AlF3가 코팅된 LiCoO2를 양극 활물질로 사용한 전지의 싸이클 수명 특성을 보여주는 그래프이다.FIG. 7 is a graph showing cycle life characteristics of a battery using AlOF-coated LiCoO 2 of Example 5 as a positive electrode active material and a battery using AlF 3 coated LiCoO 2 of reference example 2 as a positive electrode active material.

도 7을 참조하면, 참조예 2의 AlF3가 코팅된 LiCoO2를 양극 활물질로 사용한 전지의 경우 173 mAh/g의 초기 용량을 나타내었으나, 300 싸이클 후 초기 용량 대비 88%의 용량 보전율을 나타내었다. 이와 비교하여 본 발명에 따라 AlOF가 코팅된 LiCoO2를 양극 활물질로 사용한 실시예 5의 전지의 경우는 300 싸이클 후에도 92%의 용량 보전율을 나타내었다.7, the eoteuna indicate the Reference Example 2 The initial capacity of 173 mAh / g for the cell with the AlF 3 is coated with LiCoO 2 as a cathode active material of 300 exhibited a capacity holding ratio of over 88% of initial capacity after cycles . In comparison, the battery of Example 5 using AlOF-coated LiCoO 2 as a cathode active material according to the present invention showed a capacity retention rate of 92% even after 300 cycles.

전술한 바와 같이, 본 발명에 의해 표면에 표면처리원소를 포함하는 옥시플루오라이드 화합물이 코팅된 양극 활물질을 포함함으로써, 리튬 이차 전지의 충방전 특성, 수명특성, 고전압특성, 고율특성 및 열 안전성을 향상시킨다.As described above, by including the positive electrode active material coated with the oxyfluoride compound containing a surface treatment element on the surface according to the present invention, the charge and discharge characteristics, life characteristics, high voltage characteristics, high rate characteristics and thermal stability of the lithium secondary battery Improve.

Claims (17)

리튬의 가역적인 인터칼레이션/디인터칼레이션이 가능한 화합물을 포함하는 코어; 및A core comprising a compound capable of reversible intercalation / deintercalation of lithium; And 상기 코어의 표면에 표면처리원소를 포함하는 옥시플루오라이드 화합물(VOF3를 제외함)의 표면 처리층을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질.A cathode active material for a lithium secondary battery comprising a surface treatment layer of an oxyfluoride compound (except for VOF 3 ) containing a surface treatment element on the surface of the core. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 코어는 하기 화학식 1 내지 5로 표시되는 화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종을 포함하는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질:The core is a cathode active material for a lithium secondary battery comprising one selected from the group consisting of compounds represented by the following formulas 1 to 5: [화학식 1][Formula 1] LiaCo1 - xMxO2 Xδ Li a Co 1 - x M x O 2 X δ (상기 화학식 1에서, M은 Ni, Mn, Mg, Ca, Sr, B, Al, Ga, Si, Ge, Sn, Sb, Ti, V, Cr, Fe, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, 및 W로 이루어진 군에서 선택된 1종의 원소이고, X는 할로겐 또는 황이며, 0.9≤a≤1.2, 0≤x≤0.2 및 0≤δ≤0.2이다)(In Formula 1, M is Ni, Mn, Mg, Ca, Sr, B, Al, Ga, Si, Ge, Sn, Sb, Ti, V, Cr, Fe, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, and one of the elements selected from the group consisting of W, X is halogen or sulfur, 0.9≤a≤1.2, 0≤x≤0.2 and 0≤δ≤0.2) [화학식 2][Formula 2] LiaNi1 -x-y- zCoxMnyMzO2 Xδ Li a Ni 1 -xy- z Co x Mn y M z O 2 X δ (상기 화학식 2에서, M은 B, Al, Ga, Mg, Ca, Ti, V, Cr, Fe, Zn, Si, Y, Zr, Nb, In, Sn, Mo, 및 W로 이루어진 군에서 선택된 1종의 원소이고, X는 할로겐 또는 황이며, 0.9≤a≤1.2, 0.02≤x≤0.5, 0≤y≤0.5, 0≤z≤0.2, 및 0≤δ≤0.2이다)(In Formula 2, M is 1 selected from the group consisting of B, Al, Ga, Mg, Ca, Ti, V, Cr, Fe, Zn, Si, Y, Zr, Nb, In, Sn, Mo, and W) Element of species, X is halogen or sulfur, 0.9 ≦ a ≦ 1.2, 0.02 ≦ x ≦ 0.5, 0 ≦ y ≦ 0.5, 0 ≦ z ≦ 0.2, and 0 ≦ δ ≦ 0.2) [화학식 3][Formula 3] LiaNixCo1 -2 xMnx - yMyO2 Xδ Li a Ni x Co 1 -2 x Mn x - y M y O 2 X δ (상기 화학식 3에서, M은 B, Al, Ga, Mg, Ca, Ti, V, Cr, Fe, Zn, Si, Y, Zr, Nb, In, Sn, Mo, 및 W로 이루어진 군에서 선택된 1종의 원소이고, X는 할로겐 또는 황이며, 0.9≤a≤1.2, 0≤x≤0.5, 0≤y≤0.2,및 0≤δ≤0.2 이다)(In Formula 3, M is 1 selected from the group consisting of B, Al, Ga, Mg, Ca, Ti, V, Cr, Fe, Zn, Si, Y, Zr, Nb, In, Sn, Mo, and W) Element of species, X is halogen or sulfur, 0.9 ≦ a ≦ 1.2, 0 ≦ x ≦ 0.5, 0 ≦ y ≦ 0.2, and 0 ≦ δ ≦ 0.2) [화학식 4][Formula 4] LiaMn2 - xMxO4 Xδ Li a Mn 2 - x M x O 4 X δ (상기 화학식 4에서, M은 M은 B, Al, Ga, Mg, Ca, Ti, V, Cr, Fe, Zn, Si, Y, Zr, Nb, In, Sn, Mo, 및 W로 이루어진 군에서 선택된 1종이고, X는 할로겐 또는 황이며, 0.9≤a≤1.2, 0≤x≤0.5, 및 0≤δ≤0.2 이다)(In Formula 4, M is M is B, Al, Ga, Mg, Ca, Ti, V, Cr, Fe, Zn, Si, Y, Zr, Nb, In, Sn, Mo, and W in the group consisting of 1 species selected, X is halogen or sulfur, 0.9 ≦ a ≦ 1.2, 0 ≦ x ≦ 0.5, and 0 ≦ δ ≦ 0.2) [화학식 5][Formula 5] LiaMxFe1 - xPO4 Xδ Li a M x Fe 1 - x PO 4 X δ (상기 화학식 5에서, M은 B, Al, Ga, Mg, Ca, Ti, V, Cr, Fe, Zn, Si, Y, Zr, Nb, In, Sn, Mo, 및 V로 이루어진 군에서 선택된 1종의 원소이고, X는 할로겐 또는 황이며,0.9≤a≤1.2, 0≤x≤1 및 0≤δ≤0.2 이다)(In Chemical Formula 5, M is 1 selected from the group consisting of B, Al, Ga, Mg, Ca, Ti, V, Cr, Fe, Zn, Si, Y, Zr, Nb, In, Sn, Mo, and V) Element of species, X is halogen or sulfur, 0.9 ≦ a ≦ 1.2, 0 ≦ x ≦ 1 and 0 ≦ δ ≦ 0.2) 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 표면처리원소는 3족 전이금속, 4족 전이금속, 5족 전이금속(V를 제외함), 6족 전이금속, 7족 전이금속, 8족 전이금속, 9족 전이금속, 13족 원소, 14족 원소, 15족 원소, 란탄족 원소 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종인 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.The surface treatment element is a Group 3 transition metal, Group 4 transition metal, Group 5 transition metal (except V), Group 6 transition metal, Group 7 transition metal, Group 8 transition metal, Group 9 transition metal, Group 13 element, A cathode active material for a lithium secondary battery, which is one selected from the group consisting of Group 14 elements, Group 15 elements, lanthanide elements, and combinations thereof. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 표면처리원소는 Sc, Y, Ti, Zr, Nb, Cr, Mo, W, Mn, Fe, Co, B, Al, Ga, In, C, Si, Ge, Sn, P, As, Sb, La, Ce, Sm, Gd 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종인 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.The surface treatment elements are Sc, Y, Ti, Zr, Nb, Cr, Mo, W, Mn, Fe, Co, B, Al, Ga, In, C, Si, Ge, Sn, P, As, Sb, La , Ce, Sm, Gd, and a positive electrode active material for a lithium secondary battery that is one selected from the group consisting of these. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 양극 활물질은 코어 100 몰에 대해 표면처리원소를 포함하는 옥시플루오라이드 화합물을 0.1 내지 20 몰로 포함하는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.The cathode active material is a cathode active material for a lithium secondary battery containing 0.1 to 20 moles of an oxyfluoride compound containing a surface treatment element relative to 100 moles of the core. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 양극 활물질은 코어 100 몰에 대해 표면처리원소를 포함하는 옥시플루오라이드 화합물을 0.5 내지 10 몰로 포함하는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.The cathode active material is a cathode active material for a lithium secondary battery containing 0.5 to 10 moles of an oxyfluoride compound containing a surface treatment element with respect to 100 moles of the core. 표면처리원소를 포함하는 염 용액과 리튬의 가역적인 인터칼레이션/디인터칼레이션이 가능한 화합물의 코어를 혼합하여 전구체 용액을 제조하는 단계;Preparing a precursor solution by mixing a salt solution including a surface treatment element and a core of a compound capable of reversible intercalation / deintercalation of lithium; 상기 전구체 용액에 플루오라이드 화합물 용액을 첨가하여 공침 화합물을 얻는 단계; 및 Adding a fluoride compound solution to the precursor solution to obtain a coprecipitation compound; And 상기 공침 화합물을 여과 후 건조하고, 산화 분위기 하에 열처리하는 단계를 포함하는 제1항의 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조방법.The method of manufacturing a cathode active material for a lithium secondary battery according to claim 1, wherein the coprecipitation compound is dried after filtration and heat-treated under an oxidizing atmosphere. 제7항에 있어서, The method of claim 7, wherein 상기 표면처리원소를 포함하는 염은 3족 전이금속, 4족 전이금속, 5족 전이금속(V를 제외함), 6족 전이금속, 7족 전이금속, 8족 전이금속, 9족 전이금속, 13족 원소, 14족 원소, 15족 원소, 란탄족 원소 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 표면처리원소를 포함하는 알콕사이드, 황산염, 질산염, 초산염, 염화물, 및 인산염으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 화합물을 사용하는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조방법.The salt containing the surface treatment element is a Group 3 transition metal, Group 4 transition metal, Group 5 transition metal (excluding V), Group 6 transition metal, Group 7 transition metal, Group 8 transition metal, Group 9 transition metal, Selected from the group consisting of alkoxides, sulfates, nitrates, acetates, chlorides, and phosphates comprising one surface treatment element selected from the group consisting of Group 13 elements, Group 14 elements, Group 15 elements, lanthanide elements, and combinations thereof The manufacturing method of the positive electrode active material for lithium secondary batteries which uses 1 type of compound. 제7항에 있어서, The method of claim 7, wherein 상기 표면처리원소의 염 용액은 물, 알코올, 에테르 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종을 용매로 사용하는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조방법.The salt solution of the surface treatment element is a method for producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery using one selected from the group consisting of water, alcohol, ether and combinations thereof as a solvent. 제7항에 있어서, The method of claim 7, wherein 상기 전구체 용액은 0.005 M 내지 0.1 M의 농도로 사용하는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조방법.The precursor solution is a method for producing a cathode active material for a lithium secondary battery that is used at a concentration of 0.005 M to 0.1 M. 제7항에 있어서, The method of claim 7, wherein 상기 전구체 용액의 제조는 50 내지 100 ℃에서 수행하는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조방법.Preparation of the precursor solution is to be carried out at 50 to 100 ℃ a method for producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery. 제7항에 있어서, The method of claim 7, wherein 상기 플루오라이드 화합물은 NH4F, HF, AHF(Anhydrous hydrogen fluoride) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 화합물을 사용하는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조방법.The fluoride compound is a method of producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery using one compound selected from the group consisting of NH 4 F, HF, AHF (Anhydrous hydrogen fluoride) and combinations thereof. 제7항에 있어서, The method of claim 7, wherein 상기 플루오라이드 화합물 용액은 물, 알코올, 에테르 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종을 용매로 사용하는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조방법.The fluoride compound solution is a method of producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery using one selected from the group consisting of water, alcohol, ether and combinations thereof as a solvent. 제7항에 있어서, The method of claim 7, wherein 상기 건조는 110 내지 200 ℃에서 수행하는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조방법.The drying is a method for producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery that is carried out at 110 to 200 ℃. 제7항에 있어서, The method of claim 7, wherein 상기 산화 분위기는 산소, 또는 산소를 포함하는 공기를 유입시켜 수행하는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조방법.The oxidizing atmosphere is a method for producing a positive active material for a lithium secondary battery that is performed by introducing oxygen or air containing oxygen. 제7항에 있어서, The method of claim 7, wherein 상기 열처리는 300 내지 1000 ℃에서 수행하는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조방법.The heat treatment is carried out at 300 to 1000 ° C a method for producing a cathode active material for a lithium secondary battery. 양극 활물질을 포함하는 양극, 음극 활물질을 포함하는 음극 및 이들 사이에 존재하는 전해질을 포함하고,A positive electrode including a positive electrode active material, a negative electrode including a negative electrode active material, and an electrolyte present between them, 상기 양극 활물질이 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 양극 활물질인 것인 리튬 이차 전지.The cathode secondary battery is the cathode active material according to any one of claims 1 to 6.
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