KR101013938B1 - Positive active material for rechargeable lithium battery, method for preparing same, and rechargeable lithium battery using same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리튬 이차 전지용 양극 활물질, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것으로, 상기 양극 활물질은 리튬 함유 화합물; 및 상기 리튬 함유 화합물을 둘러싸는, 금속 산화물 또는 금속 수산화물을 포함하는 코팅층을 포함하며, 상기 코팅층의 두께 표준 편차는 2nm 내지 300nm이다.The present invention relates to a positive electrode active material for a lithium secondary battery, a manufacturing method thereof, and a lithium secondary battery including the same, wherein the positive electrode active material includes a lithium-containing compound; And a coating layer comprising a metal oxide or metal hydroxide surrounding the lithium containing compound, wherein the standard deviation of the thickness of the coating layer is from 2 nm to 300 nm.

본 발명의 리튬 이차 전지용 양극 활물질은, 리튬 이차 전지의 충방전 특성, 수명 특성, 고율 특성, 및 열 안정성을 향상시킬 수 있다. The positive electrode active material for lithium secondary batteries of the present invention can improve the charge and discharge characteristics, life characteristics, high rate characteristics, and thermal stability of lithium secondary batteries.

양극 활물질, 코팅, 금속 산화물, 금속 수산화물, 킬레이팅제, 고율특성, 수명특성 Cathode active material, coating, metal oxide, metal hydroxide, chelating agent, high rate, life

Description

리튬 이차 전지용 양극 활물질, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지{POSITIVE ACTIVE MATERIAL FOR RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY, METHOD FOR PREPARING SAME, AND RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY USING 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 TECHNICAL FIELD

본 발명은 리튬 이차 전지용 양극 활물질, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 충방전 특성, 수명 특성, 고전압 및 고율 특성이 우수하고, 열 안정성이 뛰어난 리튬 이차 전지용 양극 활물질, 이의 제조 방법, 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 for manufacturing the same, and a lithium secondary battery including the same, and more particularly, for a lithium secondary battery having excellent charge and discharge characteristics, life characteristics, high voltage and high rate characteristics, and excellent thermal stability. The present invention relates to a positive electrode active material, a method of manufacturing the same, and a lithium secondary battery including the same.

이차 전지는 PDA, 이동전화, 노트북 컴퓨터 등의 정보 통신을 위한 휴대용 전자기기, 전기 자전거, 전기 자동차 등의 전원으로 사용되며, 그 수요가 급격하게 증가하고 있는 실정이다. 특히, 이들 제품의 성능은 이차 전지에 의해 크게 좌우되므로 고성능 전지에 대한 요구는 대단히 크다. 이차 전지에 요구되는 특성으로는, 충방전 특성, 수명 특성, 또는 고율 특성과 고온 안정성 등이 있다.Secondary batteries are used as power sources for portable electronic devices, electric bicycles, and electric vehicles for information and communication such as PDAs, mobile phones, and notebook computers, and the demand for them is rapidly increasing. In particular, the performance of these products is highly dependent on the secondary battery, so the demand for a high performance battery is very large. The characteristics required for the secondary battery include charge and discharge characteristics, life characteristics, high rate characteristics, high temperature stability, and the like.

리튬 이차 전지의 경우에는, 높은 전압 및 에너지 밀도를 갖는 장점이 있다. 리튬 이차 전지는 음극 활물질로 리튬 금속을 사용하는 리튬 전지와, 리튬 이온이 삽입 또는 탈리될 수 있는 탄소 등의 층간 화합물을 사용하는 리튬 이온 전지로 구 분될 수 있다. 또한, 사용되는 전해질에 따라서, 액체를 사용하는 액체형 전지, 액체 및 폴리머를 혼용해서 사용하는 겔형 폴리머 전지, 순수하게 고분자만을 사용하는 고체형 폴리머 전지로 구분될 수도 있다.In the case of a lithium secondary battery, there is an advantage of having a high voltage and an energy density. The lithium secondary battery may be classified into a lithium battery using lithium metal as a negative electrode active material, and a lithium ion battery using an interlayer compound such as carbon into which lithium ions may be inserted or desorbed. Moreover, depending on the electrolyte used, it may be divided 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.

시판되는 소형 리튬 이온 전지는 양극 활물질로는 LiCoO2를, 음극 활물질로는 탄소를 사용하고 있다. 또한, 일본 몰리 에너지사는 양극 활물질로 LiMn2O4를 사용하고 있으나, 그 사용량이 LiCoO2에 비해 무시될 정도의 소량이다. 또한, 현재 활발하게 연구 개발되고 있는 양극 활물질로는 LiNiO2, LiCoxNi1 - xO2와 LiMn2O4을 들 수 있다. LiCoO2는 안정된 충방전 특성, 우수한 전자 전도성, 높은 열적 안정성, 및 평탄한 방전 전압 특성을 갖는 장점이 있으나, Co는 매장량이 적고 고가인 데다 인체에 대한 독성이 있기 때문에 다른 양극 활물질에 개발이 요구되고 있다. 또한, LiNiO2는 합성에 어려움이 있으며, 열적 안정성에도 문제가 있어 상품화되지 못하며, LiMn2O4는 저가격 제품에 일부가 상품화되고 있다. 그러나 스피넬 구조를 갖는 LiMn2O4는 이론용량이 148mAh/g 정도로 다른 재료에 비해 작고, 3차원 터널 구조를 갖기 때문에 리튬이온의 삽입 또는 탈리 시 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 고온 특성이 LiCoO2에 비해 열악하여 실제 전지에 널리 사용되고 있지 못하고 있는 실정이다. Commercially available small lithium ion batteries use LiCoO 2 as the positive electrode active material and carbon as the negative electrode active material. In addition, Moly Energy Japan uses LiMn 2 O 4 as the positive electrode active material, but the amount thereof is negligible compared to LiCoO 2 . In addition, positive electrode active materials currently being actively researched and developed include LiNiO 2 , LiCo x Ni 1 - x O 2 and LiMn 2 O 4 . LiCoO 2 has the advantages of stable charging and discharging characteristics, excellent electronic conductivity, high thermal stability, and flat discharge voltage characteristics, but Co is required to be developed for other cathode active materials because of its low reserves, high cost, and toxicity to human body. have. In addition, LiNiO 2 is difficult to synthesize, there is also a problem in thermal stability is not commercialized, LiMn 2 O 4 is part of the low-priced products are commercialized. However, LiMn 2 O 4, which has a spinel structure, has a theoretical capacity of 148 mAh / g, which is smaller than other materials, and has a three-dimensional tunnel structure. It is lower than 2 and LiNiO 2 and has poor cycle characteristics due to the Jahn-Teller effect. In particular, the high temperature property at 55 ° C or higher is inferior to LiCoO 2 and is not widely used in actual batteries.

따라서 상기 문제점들을 극복할 수 있는 재료로서 양극 활물질의 표면에 코팅을 하여 전기화학적 특성을 향상시키는 방법에 대한 많은 연구가 진행되어 왔다. 한국 삼성에스디아아이 주식회사에서는 이 코팅 방법에 대하여 연구를 진행하였으며 특허를 제출하였다.Therefore, many studies have been conducted on a method of improving the electrochemical properties by coating the surface of the cathode active material as a material that can overcome the above problems. Samsung SDI Korea Co., Ltd. has researched this coating method and submitted a patent.

일 예로서, 대한민국 특허공보 제2003-0032363에는 코팅원소 또는 코팅원소 함유 화합물을 유기 용매에 첨가하여 코팅원소 함유 유기 현탁액을 제조한 후 상기 유기 현탁액에 물을 첨가하여 코팅액을 제조하고 이 코팅액을 양극 활물질의 표면에 코팅하는 방법이 기재되어 있다. 자세하게는 양극 활물질 표면에 Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, Sn, V, Ge, Ga, B, As, 또는 Zr을 포함하는 하이드록사이드, 옥시하이드록사이드, 옥시카보네이트, 하이드록시카보네이트 염을 코팅하는 기술이 제안되었다.As an example, Korean Patent Publication No. 2003-0032363 discloses an organic suspension containing a coating element or a coating element-containing compound in an organic solvent to prepare a coating element-containing organic suspension, and then adding water to the organic suspension to prepare a coating liquid. A method of coating on the surface of an active material is described. Specifically, hydroxides, oxyhydroxides, and oxycarbonates containing Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, Sn, V, Ge, Ga, B, As, or Zr on the surface of the positive electrode active material. A technique for coating hydroxycarbonate salts has been proposed.

또한, 대한민국 특허공보 제2003-0033912호에는 리튬 함유 화합물 위에 코팅 원소 함유 산화물로 코팅층이 형성된 양극 활물질이 기재되어 있으나, 현재까지는 목적할 만한 성능을 갖는 양극 활물질은 계발되고 있지 않은 실정이다. In addition, Korean Patent Publication No. 2003-0033912 discloses a cathode active material in which a coating layer is formed of a coating element-containing oxide on a lithium-containing compound, but until now, a cathode active material having a desired performance has not been developed.

본 발명은 충방전 특성, 수명 특성, 고전압, 및 고율 특성이 우수하고, 열 안정성이 뛰어난 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 제공하는 것이다.The present invention provides a cathode active material for a lithium secondary battery that is excellent in charge and discharge characteristics, lifespan characteristics, high voltage, and high rate characteristics, and has excellent thermal stability.

본 발명은 또한, 상기 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법을 제공하는 것이다.This invention also provides the manufacturing method of the said positive electrode active material for lithium secondary batteries.

본 발명은 또한, 상기 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공하는 것이다.This invention also provides the lithium secondary battery containing the said positive electrode active material for lithium secondary batteries.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 구현예에 따르면 리튬 함유 화합물 및 상기 리튬 함유 화합물을 둘러싸는, 금속 산화물 또는 금속 수산화물을 포함하는 코팅층을 포함하며, 상기 코팅층의 두께 표준 편차가 2nm 내지 300nm인 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 제공한다.In order to achieve the above object, according to an embodiment of the present invention includes a coating layer containing a metal oxide or metal hydroxide, surrounding the lithium-containing compound and the lithium-containing compound, the thickness standard deviation of the coating layer is 2nm to 300nm It provides a positive electrode active material for a lithium secondary battery.

본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 리튬 함유 화합물, 카르복실기 함유 아미노산 킬레이팅제, 및 용매를 혼합하여, 표면에 히드록시기를 갖는 리튬 함유 화합물을 포함하는 수용액을 제조하는 단계; 및 상기 수용액에 금속 산화물 또는 금속 수산화물의 전구체 및 염기성 용액을 첨가하고 건조시켜 양극 활물질을 제조하는 단계를 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, by mixing a lithium-containing compound, a carboxyl group-containing amino acid chelating agent, and a solvent, to prepare an aqueous solution containing a lithium-containing compound having a hydroxyl group on the surface; And adding a precursor and a basic solution of a metal oxide or a metal hydroxide to the aqueous solution and drying the same to prepare a cathode active material.

본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 상기 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다.According to another embodiment of the present invention, a lithium secondary battery including the cathode active material is provided.

기타, 본 발명의 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.Other details of the embodiments of the present invention are included in the following detailed description.

본 발명에 따른 양극 활물질은 리튬 함유 화합물 표면에 금속 산화물 또는 금속 수산화물을 포함하는 코팅층이 형성되어, 전해액과 리튬 함유 화합물간의 반응을 억제할 수 있다. 따라서, 전지의 용량이 급격히 저하되는 현상을 개선하며, 충방전 특성, 수명 특성, 고전압 및 고율 특성이 우수하고, 열 안정성이 뛰어난 장점이 있다. 따라서, 리튬 이차 전지에 적용시 전지 성능을 향상시킬 수 있다.In the cathode active material according to the present invention, a coating layer containing a metal oxide or a metal hydroxide is formed on a surface of a lithium-containing compound, thereby suppressing a reaction between an electrolyte solution and a lithium-containing compound. Therefore, it is possible to improve the phenomenon that the capacity of the battery is sharply reduced, excellent in charge and discharge characteristics, life characteristics, high voltage and high rate characteristics, and excellent thermal stability. Therefore, the battery performance can be improved when applied to a lithium secondary battery.

이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것이고, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, this is presented as an example, whereby the present invention is not limited and the present invention is defined only by the scope of the claims to be described later.

이하, 본 발명에서 언급되는 “코팅층의 두께 표준 편차”란 코팅층 두께의 표준 편차를 의미하며, 표준 편차란 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게, 널리 인지된 내용이므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.Hereinafter, the "standard deviation of the thickness of the coating layer" referred to in the present invention means the standard deviation of the thickness of the coating layer, and the standard deviation is well known to those skilled in the art, and thus detailed description thereof will be omitted.

본 발명의 일 구현예에 따른 양극 활물질은, 리튬 함유 화합물 및 상기 리튬 함유 화합물을 둘러싸는, 금속 산화물 또는 금속 수산화물을 포함하는 코팅층을 포함하며, 상기 코팅층은 두께 표준 편차가 2nm 내지 300nm인 것이다. The positive electrode active material according to the embodiment of the present invention includes a coating layer including a metal oxide or a metal hydroxide, surrounding the lithium-containing compound and the lithium-containing compound, wherein the coating layer has a thickness standard deviation of 2 nm to 300 nm.

상기 코팅층은 리튬 함유 화합물 표면 전체를 균일하게 둘러싸서 형성되어 있다. 이러한 코팅층은 코팅되지 않는 리튬 함유 화합물 또는 리튬 함유 화합물의 일부를 둘러싸는, 코팅층을 포함하는 리튬 함유 화합물에 비하여 전해액과 리튬 함유 화합물간의 부반응을 억제할 수 있다.The coating layer is formed by uniformly surrounding the entire surface of the lithium-containing compound. Such a coating layer can suppress side reactions between an electrolyte solution and a lithium-containing compound as compared to a lithium-containing compound or a lithium-containing compound that is not coated and surrounding a portion of the lithium-containing compound.

상기 코팅층을 형성하는 금속 산화물 또는 금속 수산화물은, MOx 및 M(OH)x(이때, M은 Al, Mg, Ni, Co, Cr, Mo, 및 W 중에서 선택된 1종 이상의 원소이고, 1≤x≤4임)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 것일 수 있다.The metal oxide or metal hydroxide forming the coating layer is MOx and M (OH) x (wherein M is at least one element selected from Al, Mg, Ni, Co, Cr, Mo, and W, 1 ≦ x ≦ 4) one or more selected from the group consisting of.

상기 코팅층은 두께 표준 편차가 2nm 내지 300nm인 것이 바람직하고, 2nm 내지 100nm인 것이 보다 바람직하고, 10nm 내지 100nm인 것이 보다 더욱 바람직하고, 20nm 내지 50nm인 것이 가장 바람직하다. 코팅층의 두께 표준 편차가 상기 범위일 때는, 금속 산화물 또는 금속 수산화물 입자가 리튬 함유 화합물 표면에 균일하게 코팅될 수 있는 장점이 있으나, 상기 범위를 벗어나는 경우에는 국소적으로 코팅이 이루어져, 코팅되지 않은 부분이 전해액과 반응하는 문제점이 있으며, 과도하게 코팅된 부분은 저항체로 작용하는 문제점이 있어 바람직하지 못하다. The coating layer preferably has a thickness standard deviation of 2 nm to 300 nm, more preferably 2 nm to 100 nm, still more preferably 10 nm to 100 nm, and most preferably 20 nm to 50 nm. When the thickness standard deviation of the coating layer is in the above range, there is an advantage that the metal oxide or metal hydroxide particles can be uniformly coated on the surface of the lithium-containing compound, but if outside the above range, the coating is made locally, the uncoated portion There is a problem of reacting with the electrolyte, and the excessively coated portion is not preferable because there is a problem acting as a resistor.

상기 코팅층의 금속 산화물 또는 금속 수산화물은 양극 활물질 총량에 대하여, 0.1 내지 10 중량%로 함유될 수 있다. 함량이 0.1 중량% 미만인 경우에는 코팅 효과가 미비하며, 10 중량%를 초과하는 경우에는 그 자체의 중량으로 인해 용량이나 에너지 밀도가 감소하는 문제점이 있어 바람직하지 못하다.The metal oxide or metal hydroxide of the coating layer may be contained in an amount of 0.1 to 10% by weight based on the total amount of the positive electrode active material. If the content is less than 0.1% by weight, the coating effect is insignificant, and if it exceeds 10% by weight, there is a problem that the capacity or energy density decreases due to its own weight, which is not preferable.

또한, 상기 코팅층이 금속 수산화물을 포함하는 경우에는, 금속 수산화물 외에 카르복실기 함유 아미노산 킬레이팅제를 더 포함할 수 있다. 이때, 카르복실기(COOH)는 히드록시기(OH)를 포함한다.In addition, when the coating layer includes a metal hydroxide, it may further include a carboxyl group-containing amino acid chelating agent in addition to the metal hydroxide. At this time, the carboxyl group (COOH) includes a hydroxyl group (OH).

상기 카르복실기 함유 아미노산 킬레이팅제는, 금속 수산화물과 리튬 함유 화합물을 킬레이션시킬 수 있는 것으로, 대표적인 예로는 아스파르트산(aspartic acid), 글루탐산(glutamic acid), 페닐알라닌(phenylalanine), 글리신(glycine), 히스티딘(histidine), 이소루신(isoleucine), 리신(lysine), 루신(leucine), 메티오닌(methionine), 아스파라긴(asparagine), 프롤린(proline), 글루타민(glutamine), 아르기닌(arginine), 트레오닌(threonine), 셀레노시스테인(selenocysteine), 발린(valine), 트립토판(tryptophan), 또는 티로신(tyrosine) 등을 들 수 있다.The carboxyl group-containing amino acid chelating agent is capable of chelating a metal hydroxide and a lithium-containing compound, and examples thereof include aspartic acid, glutamic acid, phenylalanine, glycine, histidine (histidine), isoleucine (isoleucine), lysine, leucine, methionine, asparagine, proline, glutamine, arginine, threonine, threonine, Selenocysteine, valine, tryptophan, tyrosine, and the like.

상기 카르복실기 함유 아미노산 킬레이팅제의 아미노기는 양극활물질과 결합하는 역할을 하며, 상기 카르복실기 함유 아미노산 킬레이팅제의 카르복실기는 킬레이팅제와 결합한 양극 활물질과 코팅물질을 연결시켜주는 역할을 한다. 특히 상기 카르복실기 함유 아미노산 킬레이팅제에 포함되는 히드록시기는 리튬 함유 화합물 표면에 히드록시기를 도입하여 금속 수산화물의 금속 원소와 친화성을 높여 안정된 결합을 유도함으로써, 균일한 코팅층이 형성되도록 한다. 즉, 카르복실기 함유 아미노산 킬레이팅제에 의해, 리튬 함유 화합물 표면에 코팅층이 균일하게 형성될 수 있어, 코팅층의 두께 표준 편차가 현저히 줄어들 수 있다.The amino group of the carboxyl group-containing amino acid chelating agent serves to bind the positive electrode active material, and the carboxyl group of the carboxyl group-containing amino acid chelating agent serves to connect the positive electrode active material combined with the chelating agent and the coating material. In particular, the hydroxy group included in the carboxyl group-containing amino acid chelating agent introduces a hydroxy group on the surface of the lithium-containing compound to increase the affinity with the metal element of the metal hydroxide to induce a stable bond, thereby forming a uniform coating layer. That is, by the carboxyl group-containing amino acid chelating agent, the coating layer can be uniformly formed on the surface of the lithium-containing compound, so that the standard deviation of the thickness of the coating layer can be significantly reduced.

상기 카르복실기 함유 아미노산 킬레이팅제는, 금속 수산화물 1 몰에 대하여, 0.01 내지 1 몰로 함유할 수 있으며, 바람직하게는 0.05 내지 0.2 몰로 함유할 수 있다. 카르복실기 함유 아미노산 킬레이팅제의 함량이 0.01 몰 미만인 경우 첨가 효과가 거의 없으며, 1 몰을 초과하는 경우 두께가 너무 두꺼워져 저항으로 작용하는 문제가 발생할 수 있어 바람직하지 못하다.The carboxyl group-containing amino acid chelating agent may be contained in an amount of 0.01 to 1 mol, and preferably 0.05 to 0.2 mol, based on 1 mol of the metal hydroxide. When the content of the carboxyl group-containing amino acid chelating agent is less than 0.01 mole, there is almost no effect of addition, and when it exceeds 1 mole, the thickness becomes too thick and may cause a problem of acting as resistance, which is not preferable.

상기 코팅층은 비정질(amorphous), 결정질, 또는 결정질과 비정질이 혼합된 형태일 수 있다.The coating layer may be amorphous, crystalline, or a mixture of crystalline and amorphous.

또한, 상기 리튬 함유 화합물은, 하기 화학식 1 내지 16으로 표현되는 육방정계 층상 암염구조를 갖는 화합물, 하기 화학식 17로 표현되는 올리빈 구조를 갖는 화합물, 하기 화학식 18 내지 21로 표현되는 큐빅구조를 갖는 스피넬 화합물인 것이 바람직하다.In addition, the lithium-containing compound, a compound having a hexagonal layered rock salt structure represented by the following formulas 1 to 16, a compound having an olivine structure represented by the following formula 17, having a cubic structure represented by the following formulas 18 to 21 It is preferred that it is a spinel compound.

[화학식 1][Formula 1]

Li1 +a[Co1 - xMx]O2- bFb Li 1 + a [Co 1 - x M x ] O 2- b F b

[화학식 2][Formula 2]

Li1 +a[Co1 - xMx]O2- bSb Li 1 + a [Co 1 - x M x ] O 2- b S b

(상기 화학식 1 및 2에 있어서, 0≤a≤0.2, 0≤b≤0.2, 0.01≤x≤0.1, M은 Mg, Al, Ni, Mn, Zn, Fe, Cr, Ga, Mo, 및 W로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 원소이며, 바람직하게는 0.01≤a≤0.2이고 0.01≤b≤0.2임)(In Formulas 1 and 2, 0≤a≤0.2, 0≤b≤0.2, 0.01≤x≤0.1, M is Mg, Al, Ni, Mn, Zn, Fe, Cr, Ga, Mo, and W At least one element selected from the group consisting of: preferably 0.01 ≦ a ≦ 0.2 and 0.01 ≦ b ≦ 0.2)

[화학식 3](3)

Li1 +a[Ni1 - xMx]O2- bFb Li 1 + a [Ni 1 - x M x ] O 2- b F b

[화학식 4][Formula 4]

Li1 +a[Ni1 - xMx]O2- bSb Li 1 + a [Ni 1 - x M x ] O 2- b S b

(상기 화학식 3 및 4에 있어서, 0≤a≤0.2, 0≤b≤0.2, 0.01≤x≤0.5, M은 Mg, Al, Co, Mn, Zn, Fe, Cr, Ga, Mo, 및 W로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 원소이고, 바람직하게는 0.01≤a≤0.2이고 0.01≤b≤0.2임)(In Formulas 3 and 4, 0≤a≤0.2, 0≤b≤0.2, 0.01≤x≤0.5, M is Mg, Al, Co, Mn, Zn, Fe, Cr, Ga, Mo, and W At least one element selected from the group consisting of: preferably 0.01 ≦ a ≦ 0.2 and 0.01 ≦ b ≦ 0.2)

[화학식 5][Chemical Formula 5]

Li1 +a[Ni1 -x- yCoxMny]O2- bFb Li 1 + a [Ni 1 -x- y Co x Mn y ] O 2- b F b

[화학식 6][Formula 6]

Li1 +a[Ni1 -x- yCoxMny]O2- bSb Li 1 + a [Ni 1 -x- y Co x Mn y ] O 2- b S b

(상기 화학식 5 및 6에 있어서, 0≤a≤0.2, 0≤b≤0.1, 0.05≤x≤0.3, 0.1≤y≤0.35, 0.15≤x+y≤0.6이고, 바람직하게는 0.01≤a≤0.2이고 0.01≤b≤0.1임)(In the formulas 5 and 6, 0≤a≤0.2, 0≤b≤0.1, 0.05≤x≤0.3, 0.1≤y≤0.35, 0.15≤x + y≤0.6, preferably 0.01≤a≤0.2 And 0.01≤b≤0.1)

[화학식 7][Formula 7]

Li[Lia(NixCo1 -2 xMnx)1-a]O2- bFb Li [Li a (Ni x Co 1 -2 x Mn x ) 1-a ] O 2- b F b

[화학식 8][Formula 8]

Li[Lia(NixCo1 -2 xMnx)1-a]O2Sb Li [Li a (Ni x Co 1 -2 x Mn x ) 1-a ] O 2 S b

(상기 화학식 7 및 8에 있어서, 0≤a≤0.2, 0.01≤x≤0.5, 0≤b≤0.1이고, 바람직하게는 0.01≤a≤0.2이고 0.01≤b≤0.1임)(In the formulas 7 and 8, 0≤a≤0.2, 0.01≤x≤0.5, 0≤b≤0.1, preferably 0.01≤a≤0.2 and 0.01≤b≤0.1)

[화학식 9][Formula 9]

Li[Lia(NixCo1 -2 xMnx -y/2My)1-a]O2- bFb Li [Li a (Ni x Co 1 -2 x Mn x -y / 2 M y ) 1-a ] O 2- b F b

[화학식 10][Formula 10]

Li[Lia(NixCo1 -2 xMnx -y/2My)1-a]O2- bSb Li [Li a (Ni x Co 1 -2 x Mn x -y / 2 M y ) 1-a ] O 2- b S b

(상기 화학식 9 및 10에 있어서, 0≤a≤0.2, 0.01≤x≤0.5, 0.01≤y≤0.1, 0≤b≤0.1이고, M은 Mg, Ca, Cu, 및 Zn로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 원소이고, 바람직하게는 0.01≤a≤0.2이고 0.01≤b≤0.1임)(In the formulas 9 and 10, 0≤a≤0.2, 0.01≤x≤0.5, 0.01≤y≤0.1, 0≤b≤0.1, M is selected from the group consisting of Mg, Ca, Cu, and Zn At least one element, preferably 0.01 ≦ a ≦ 0.2 and 0.01 ≦ b ≦ 0.1)

[화학식 11][Formula 11]

Li[Lia(Ni1 /3Co(1/3-2x)Mn(1/3+x)Mx)1-a]O2 - bFb Li [Li a (Ni 1/ 3 Co (1 / 3-2x) Mn (1/3 + x) M x) 1-a] O 2 - b F b

[화학식 12][Chemical Formula 12]

Li[Lia(Ni1 /3Co(1/3-2x)Mn(1/3+x)Mx)1-a]O2 - bSb Li [Li a (Ni 1/ 3 Co (1 / 3-2x) Mn (1/3 + x) M x) 1-a] O 2 - b S b

(상기 화학식 11 및 12에 있어서, 0≤a≤0.2, 0.01≤x≤0.5, 0.01≤y≤0.1, 0≤b≤0.1이고, M은 Mg, Ca, Cu, 및 Zn으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 원소이고, 바람직하게는 0.01≤a≤0.2이고 0.01≤b≤0.1임)(In the formulas 11 and 12, 0≤a≤0.2, 0.01≤x≤0.5, 0.01≤y≤0.1, 0≤b≤0.1, M is selected from the group consisting of Mg, Ca, Cu, and Zn At least one element, preferably 0.01 ≦ a ≦ 0.2 and 0.01 ≦ b ≦ 0.1)

[화학식 13][Formula 13]

Li[Lia(NixCo1 -2x- yMnxMy)1-a]O2- bFb Li [Li a (Ni x Co 1 -2x- y Mn x M y ) 1-a ] O 2- b F b

[화학식 14][Formula 14]

Li[Lia(NixCo1 -2x- yMnxMy)1-a]O2- bSb Li [Li a (Ni x Co 1 -2x- y Mn x M y ) 1-a ] O 2- b S b

(상기 화학식 13 및 14에 있어서, 0≤a≤0.2, 0.01≤x≤0.5, 0.01≤y≤0.1, 0≤b≤0.1이고, M은 B, Al, Fe, 및 Cr로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 원소이고, 바람직하게는 0.01≤a≤0.2이고 0.01≤b≤0.1임)(In the formulas 13 and 14, 0≤a≤0.2, 0.01≤x≤0.5, 0.01≤y≤0.1, 0≤b≤0.1, M is selected from the group consisting of B, Al, Fe, and Cr At least one element, preferably 0.01 ≦ a ≦ 0.2 and 0.01 ≦ b ≦ 0.1)

[화학식 15][Formula 15]

Li[Lia(NixCo1 -2x- yMnx -z/2MyNz)1-a]O2- bFb Li [Li a (Ni x Co 1 -2x- y Mn x -z / 2 M y N z ) 1-a ] O 2- b F b

[화학식 16][Formula 16]

Li[Lia(NixCo1 -2x- yMnx -z/2MyNz)1-a]O2- bSb Li [Li a (Ni x Co 1 -2x- y Mn x -z / 2 M y N z ) 1-a ] O 2- b S b

(상기 화학식 15 및 16에 있어서, 0≤a≤0.2, 0.01≤x≤0.5, 0.01≤y≤0.1, 0≤b≤0.1이고, M은 B, Al, Fe, 및 Cr로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 원 소, N은 Mg 또는 Ca이고, 바람직하게는 0.01≤a≤0.2이고 0.01≤b≤0.1임)(In Formulas 15 and 16, 0≤a≤0.2, 0.01≤x≤0.5, 0.01≤y≤0.1, 0≤b≤0.1, M is selected from the group consisting of B, Al, Fe, and Cr At least one element, N is Mg or Ca, preferably 0.01 ≦ a ≦ 0.2 and 0.01 ≦ b ≦ 0.1)

[화학식 17][Formula 17]

LiMxFe1 - xPO4 LiM x Fe 1 - x PO 4

(상기 화학식 17에서, 0≤x≤1이고, M은 Co, Ni, Mn으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 원소임) (In Formula 17, 0≤x≤1, M is at least one element selected from the group consisting of Co, Ni, Mn)

[화학식 18][Formula 18]

Li1 +a[Mn2 - xMx]O4- bFb Li 1 + a [Mn 2 - x M x ] O 4- b F b

[화학식 19][Formula 19]

Li1 +a[Mn2 - xMx]O4- bSb Li 1 + a [Mn 2 - x M x ] O 4- b S b

(상기 화학식 18 또는 19에서, 0≤a≤0.15, 0≤b≤0.2, 0.01≤x≤0.1이고, M은 Co, Ni, Cr, Mg, Al, Zn, Mo, W 으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 원소이고, 바람직하게는 0.01≤a≤0.15이고 0.01≤b≤0.2임)(In Formula 18 or 19, 0≤a≤0.15, 0≤b≤0.2, 0.01≤x≤0.1, M is selected from the group consisting of Co, Ni, Cr, Mg, Al, Zn, Mo, W At least one element, preferably 0.01 ≦ a ≦ 0.15 and 0.01 ≦ b ≦ 0.2)

[화학식 20][Formula 20]

Li1 +a[Ni0 .5Mn1 .5- xMx]O4- bFb Li 1 + a [Ni 0 .5 Mn 1 .5- x M x] O 4- b F b

[화학식 21][Formula 21]

Li1 +a[Ni0 .5Mn1 .5- xMx]O4- bSb Li 1 + a [Ni 0 .5 Mn 1 .5- x M x] O 4- b S b

(상기 화학식 20 또는 21에 있어서, 0≤a≤0.15, 0≤b≤0.2, 0.01≤x≤0.1이고, M은 Co, Ni, Cr, Mg, Al, Zn, Mo, W로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 원소이고, 바람직하게는 0.01≤a≤0.15이고 0.01≤b≤0.2임)(In Formula 20 or 21, 0≤a≤0.15, 0≤b≤0.2, 0.01≤x≤0.1, M is selected from the group consisting of Co, Ni, Cr, Mg, Al, Zn, Mo, W At least one element, preferably 0.01 ≦ a ≦ 0.15 and 0.01 ≦ b ≦ 0.2)

이때, 상기 리튬 함유 화합물은 1㎛ 내지 50㎛의 평균 입도를 갖는 것이 바람직하고, 5㎛ 내지 20㎛의 평균 입도를 갖는 것이 보다 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 리튬 함유 화합물의 평균 입도가 상기 범위일 때는 코팅층이 표면에 고르게 코팅될 수 있어 바람직하다. At this time, the lithium-containing compound preferably has an average particle size of 1 50㎛, more preferably have an average particle size of 5 20㎛, but is not limited thereto. When the average particle size of the lithium-containing compound is in the above range, the coating layer may be evenly coated on the surface, which is preferable.

본 발명의 다른 구현예에 따른 양극 활물질의 제조 방법은, 리튬 함유 화합물, 카르복실기 함유 아미노산 킬레이팅제, 및 용매를 혼합하여 표면에 히드록시기를 갖는 리튬 함유 화합물을 포함하는 수용액을 제조하는 단계(S1); 및 상기 수용액에 금속 산화물 또는 금속 수산화물의 전구체 및 염기성 용액을 첨가하고 건조시켜 양극 활물질을 제조하는 단계(S2)를 포함한다. Method for producing a positive electrode active material according to another embodiment of the present invention, by mixing a lithium-containing compound, a carboxyl group-containing amino acid chelating agent, and a solvent to prepare an aqueous solution containing a lithium-containing compound having a hydroxyl group on the surface (S1) ; And adding a precursor and a basic solution of a metal oxide or a metal hydroxide to the aqueous solution and drying the same to prepare a cathode active material (S2).

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 제조 방법을 나타낸 흐름도이며, 도 1을 참조하여 양극 활물질의 제조 방법에 대해 설명하도록 한다.1 is a flow chart showing a manufacturing method according to an embodiment of the present invention, with reference to Figure 1 will be described for the manufacturing method of the positive electrode active material.

먼저, 리튬 함유 화합물, 카르복실기 함유 아미노산 킬레이팅제, 및 용매를 혼합하여 표면에 히드록시기를 갖는 리튬 함유 화합물을 포함하는 수용액을 제조한다(S1).First, an aqueous solution containing a lithium-containing compound, a carboxyl group-containing amino acid chelating agent, and a solvent is mixed to prepare a lithium-containing compound having a hydroxy group on its surface (S1).

상기 리튬 함유 화합물 및 카르복실기 함유 아미노산 킬레이팅제는 앞서 설명한 것과 동일하다. The lithium-containing compound and the carboxyl group-containing amino acid chelating agent are the same as described above.

또한, 상기 용매로는 수용성 용매를 사용할 수 있으며, 대표적인 예로는, 물, 에탄올, 메탄올 등을 들 수 있으나. 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, a water-soluble solvent may be used as the solvent, and representative examples thereof include water, ethanol, methanol, and the like. It is not limited to this.

상기 공정을 통해 리튬 함유 화합물 표면과 카르복실기 함유 아미노산 킬레이팅제 아미노기가 결합하여, 표면에 다수의 히드록시기를 갖는 리튬 함유 화합물이 제조되므로, 후 공정시 코팅층의 금속과 리튬 함유 화합물간의 친화력이 향상될 수 있다.Through the above process, the lithium-containing compound having a plurality of hydroxy groups on the surface thereof is prepared by combining the surface of the lithium-containing compound with the carboxyl group-containing amino acid chelating agent. have.

이어서, 앞서 제조한 수용액에 금속 산화물 또는 금속 수산화물의 전구체 및 염기성 용액을 첨가하고 건조시켜 양극 활물질을 제조한다(S2).Subsequently, a precursor and a basic solution of a metal oxide or a metal hydroxide are added to the previously prepared aqueous solution and dried to prepare a cathode active material (S2).

상기 금속 산화물 또는 금속 수산화물의 전구체로는 Al, Mg, Ni, Co, Cr, Mo, 및 W로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함하는 금속염인 것이 바람직하다. 대표적인 예로는, 적어도 하나의 상기 원소를 포함하는 알콕사이드염, 황산염, 질산염, 초산염, 염화염, 인산염, 또는 이들의 조합을 들 수 있다.The precursor of the metal oxide or the metal hydroxide is preferably a metal salt containing at least one element selected from the group consisting of Al, Mg, Ni, Co, Cr, Mo, and W. Representative examples include alkoxide salts, sulfates, nitrates, acetates, chlorides, phosphates, or combinations thereof comprising at least one of the above elements.

상기 금속 산화물 또는 금속 수산화물 전구체는, 염 상태로 첨가하거나, 또는 용매에 용해시켜 첨가할 수 있다. The metal oxide or the metal hydroxide precursor may be added in a salt state or dissolved in a solvent.

상기 금속 산화물 또는 금속 수산화물 전구체의 용해에 사용되는 용매로는, 수용성 용매를 사용할 수 있으며, 대표적인 예로는 물, 에탄올, 메탄올 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.As a solvent used for dissolving the metal oxide or metal hydroxide precursor, a water-soluble solvent may be used, and representative examples thereof include water, ethanol and methanol, but are not limited thereto.

상기 염기성 용액으로는 암모니아 수용액, 수산화나트륨 수용액, 수산화칼륨 수용액 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The basic solution may be an aqueous ammonia solution, an aqueous sodium hydroxide solution, an aqueous potassium hydroxide solution, or the like, but is not limited thereto.

또한, 상기 염기성 용액의 농도는 0.5 내지 5M 정도인 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, the concentration of the basic solution is preferably about 0.5 to 5M, but is not limited thereto.

또한, 상기 염기성 용액은, 앞서 제조한 수용액 및 금속 산화물 또는 금속 수산화물 및 염기성 용액을 포함하는 혼합물의 pH가 7 내지 10이 될 때까지 첨가되 는 것이 바람직하다. pH가 상기 범위일 때는 코팅하고자 하는 물질이 형성이 되기 때문에 바람직하다. 또한, 반응온도는 50 내지 100℃인 것이 바람직하고, 반응시간은 5 내지 24시간인 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, the basic solution is preferably added until the pH of the mixture containing the aqueous solution and the metal oxide or metal hydroxide and the basic solution prepared above is 7 to 10. When the pH is in the above range is preferable because the material to be coated is formed. In addition, the reaction temperature is preferably 50 to 100 ° C, and the reaction time is preferably 5 to 24 hours, but is not necessarily limited thereto.

상기 건조 온도는 80 내지 130℃인 것이 바람직하다. 상기 온도로 건조할 경우 코팅 반응 진행 후 양극 활물질에 잔존할 수 있는 수분을 제거할 수 있어 바람직하다. 또한, 건조 시간은 6 내지 24시간인 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.It is preferable that the said drying temperature is 80-130 degreeC. When drying at the temperature it is preferable to remove the moisture that can remain in the positive electrode active material after the coating reaction proceeds. In addition, the drying time is preferably 6 to 24 hours, but is not limited thereto.

상기 건조하여 제조된 양극 활물질은, 리튬 함유 화합물, 리튬 함유 화합물 표면에 균일하게 코팅된 금속 수산화물, 및 아미노산 킬레이팅제를 포함하며, 특히 상기 금속 수산화물은 아미노산 킬레이팅제에 의해 리튬 함유 화합물에 코팅된 형태일 수 있다.The dried positive electrode active material includes a lithium-containing compound, a metal hydroxide uniformly coated on the surface of the lithium-containing compound, and an amino acid chelating agent, and in particular, the metal hydroxide is coated on the lithium-containing compound by an amino acid chelating agent. It may be in the form.

또한, 상기 건조하여 제조한 양극 활물질은 추가로 열처리할 수 있다. 열처리는 200 내지 700℃에서 실시하는 것이 바람직하며, 산화성, 환원성, 또는 진공상태에서 실시하는 것이 보다 바람직하다. 이러한, 열처리 공정을 추가로 실시하면, 미처 제거되지 못한 불순물이 제거될 수 있어, 목적하는 금속 산화물 코팅층을 갖는 양극 활물질을 수득할 수 있으며, 금속 산화물과 리튬 함유 화합물의 결합력을 더욱 향상시킬 수 있다.In addition, the dried and prepared positive electrode active material may be further heat treated. It is preferable to perform heat processing at 200-700 degreeC, and it is more preferable to carry out in oxidative, reducing, or vacuum state. If the heat treatment process is further performed, impurities that could not be removed can be removed, thereby obtaining a positive electrode active material having a desired metal oxide coating layer, and further improving the bonding strength between the metal oxide and the lithium-containing compound. .

또한, 열처리 시간은 1 내지 10시간인 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, the heat treatment time is preferably 1 to 10 hours, but is not limited thereto.

본 발명의 양극 활물질은 표면이 금속 산화물 또는 금속 수산화물로 코팅되 어 있어, 양극 활물질 근처에서 생성되는 산에 대한 영향력이 적으며, 양극 활물질과 전해액과의 반응이 억제될 수 있다. 따라서, 전지 용량이 급격하게 줄어드는 현상을 개선할 수 있으며, 충방전 특성, 수명 특성, 고전압 및 고율 특성이 우수하고, 열적 안정성이 뛰어나다.Since the surface of the cathode active material of the present invention is coated with a metal oxide or metal hydroxide, there is little influence on the acid generated near the cathode active material, the reaction between the cathode active material and the electrolyte can be suppressed. Therefore, it is possible to improve the phenomenon in which the battery capacity is drastically reduced, and is excellent in charge and discharge characteristics, life characteristics, high voltage and high rate characteristics, and excellent in thermal stability.

이하, 실시예를 통하여, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 하나, 이러한 실시예들은 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 아니 된다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but these examples are for illustrative purposes only and should not be construed as limiting the present invention.

<< 실시예Example 1> 1>

글루탐산에 의해 By glutamic acid CoCo 33 OO 44 가 코팅된 Coated 스피넬형Spinel type 양극 활물질의 제조 Preparation of Cathode Active Material

2L 반응기에 증류수 1200ml, 스피넬형 리튬 함유 화합물 LiAl0 .05Mn1 .95O4 100g, 글루탐산 0.06mol을 넣고 4 시간 동안 교반을 시켰다. 이 때 반응기의 온도를 40℃ 정도로 유지하였다. 이후, Co(NO3)26H2O를 양극 활물질 대비 5중량%로 100ml의 증류수에 녹인 후, 반응기에 넣어주고 1시간 동안 교반시켰다. 이때 반응기 내부에 pH 측정기를 설치하여 pH가 7이 될 때까지 2M 농도의 암모니아 용액을 넣어주었다. 제조된 코발트 하이드록사이드가 코팅된 스피넬형 양극 활물질을 증류수로 세척 및 필터링하였다. 이후, 110℃ 온풍항온조에서 12시간 동안 건조시킨 후, 산화분위기에서 500℃로 열처리하여 Co3O4로 코팅된 스피넬형 양극 활물질을 제 조하였다. 이때, 양극 활물질의 코팅층에 함유된 Co3O4는 양극 활물질 100 중량%에 대하여 1 중량% 이었고, 코팅층의 두께 표준 편차는 10nm 내지 30nm이었고, 코팅층의 평균 두께는 20nm 내지 50nm이었다. 1200 ml of distilled water, spinel-type lithium-containing compound LiAl 0 .05 Mn 1 .95 O 4 in 2L reactor 100 g and 0.06 mol of glutamic acid were added thereto, followed by stirring for 4 hours. At this time, the temperature of the reactor was maintained at about 40 ℃. Thereafter, Co (NO 3 ) 2 6H 2 O was dissolved in 100 ml of distilled water at 5% by weight relative to the positive electrode active material, and then put in a reactor and stirred for 1 hour. At this time, a pH meter was installed inside the reactor, and ammonia solution of 2M concentration was added until the pH was 7. The prepared cobalt hydroxide coated spinel positive electrode active material was washed with distilled water and filtered. Then, after drying for 12 hours in a 110 ℃ hot air thermostat, a spinel type positive electrode active material coated with Co 3 O 4 by heat treatment at 500 ℃ in an oxidizing atmosphere. At this time, Co 3 O 4 contained in the coating layer of the positive electrode active material was 1% by weight based on 100% by weight of the positive electrode active material, the standard deviation of the thickness of the coating layer was 10nm to 30nm, the average thickness of the coating layer was 20nm to 50nm.

<< 비교예Comparative example 1> 1>

글루탐산을 시트르산으로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 양극 활물질을 제조하였다. 이때, 양극 활물질의 코팅층의 두께 표준 편차는 500nm 이었다.A positive electrode active material was prepared in the same manner as in Example 1 except that glutamic acid was changed to citric acid. At this time, the thickness standard deviation of the coating layer of the positive electrode active material was 500 nm.

<< 비교예Comparative example 2> 2>

글루탐산을 시트르산 암모늄으로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 양극 활물질을 제조하였다. 이때, 양극 활물질의 코팅층의 두께 표준 편차는 500 nm이었다.A positive electrode active material was prepared in the same manner as in Example 1 except that glutamic acid was changed to ammonium citrate. At this time, the thickness standard deviation of the coating layer of the positive electrode active material was 500 nm.

<< 비교예Comparative example 3> 3>

코팅을 실시하지 않은 LiAl0 .05Mn1 .95O4를 양극 활물질로 사용하였다.A non-conducting coating LiAl 0 .05 Mn 1 .95 O 4 was used as a positive electrode active material.

양극 활물질의 특성 평가Characterization of Cathode Active Material

(i) XRD 평가(i) XRD evaluation

실시예 1에서 제조된 양극 활물질을 X선 회절 분석 장치(상표명:Rint-2000, 회사명: Rigaku, Japan)를 이용하여 X선 회절 패턴을 측정하였고, 이를 도 2에 나타내었다. 도 2에 도시된 피크로부터, 스피넬형 양극활물질로서 큐빅구조의 FD3m 공간군을 가짐을 확인할 수 있었다. The X-ray diffraction pattern of the cathode active material prepared in Example 1 was measured using an X-ray diffraction analyzer (trade name: Rint-2000, company name: Rigaku, Japan), and the result is illustrated in FIG. 2. From the peaks shown in FIG. 2, it was confirmed that the spinel-type cathode active material had a cubic-structured FD3m space group.

(ii) FE- SEM(field emission scanning electron microscopy) 촬영(ii) FE- SEM (field emission scanning electron microscopy)

상기 실시예 1 및 비교예 1 내지 2에서 제조된 양극 활물질 및 비교예 3의 양극 활물질을 전계 방출 주사 전자 현미경(상표명:JSM 6400, 회사명: JEOL, Japan)으로 FE-SEM 사진 촬영하여, 도 3 내지 6에 나타내었다.The positive electrode active materials prepared in Examples 1 and Comparative Examples 1 and 2 and the positive electrode active materials of Comparative Example 3 were photographed by FE-SEM with a field emission scanning electron microscope (trade name: JS 6400, company name: JEOL, Japan). 3 to 6 are shown.

도 3을 참조하면, 실시예 1 에 따라 제조된 양극 활물질은 전체적으로 균일하게 코팅층이 형성되어 있음을 확인할 수 있었다. 그러나, 도 4 및 5를 참조하면, 비교예 1 및 2에 따른 양극 활물질은 코팅물질이 뭉쳐서 형성되어 있으며, 국소적으로만 코팅물질이 도포되어 있음을 확인할 수 있었다.Referring to Figure 3, it can be seen that the positive electrode active material prepared according to Example 1 has a uniform coating layer formed as a whole. However, referring to FIGS. 4 and 5, the cathode active materials according to Comparative Examples 1 and 2 were formed by agglomeration of coating materials, and only the coating materials were locally applied.

또한, 도 6을 참조하면, 비교예 3에 따른 코팅층이 형성되지 않은 양극 활물질의 형상을 확인할 수 있었다.In addition, referring to FIG. 6, the shape of the cathode active material in which the coating layer according to Comparative Example 3 was not formed could be confirmed.

(ⅲ) TEM(transmission electron microscope) 촬영(Ⅲ) Transmission electron microscope (TEM)

상기 실시예 1에서 제조된 양극 활물질을 투과 전자 현미경(상표명:JSM 2010, 회사명:JEOL, Japan)으로 TEM 사진 촬영하여, 도 7에 나타내었다. 도 7을 참조하면, 표면에 형성된 코팅층의 두께가 균일함을 확인할 수 있다.The positive electrode active material prepared in Example 1 was TEM photographed with a transmission electron microscope (trade name: JSM 2010, company name: JEOL, Japan), and is shown in FIG. 7. Referring to Figure 7, it can be seen that the thickness of the coating layer formed on the surface is uniform.

양극의 제조Manufacture of anode

상기 실시예 1 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 양극 활물질과, 아세틸렌 블 랙 도전제, 폴리비닐리덴 플루오라이드 바인더를 NMP 용매 중에서 각각 85:7.5:7.5의 중량비로 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 이 슬러리를 20㎛ 두께의 알루미늄박에 균일하게 도포하고, 120℃에서 진공 건조하여 각각의 양극을 제조하였다.The slurry was prepared by mixing the positive electrode active materials prepared in Example 1 and Comparative Examples 1 to 3, acetylene black conductive agent, and polyvinylidene fluoride binder in a weight ratio of 85: 7.5: 7.5, respectively, in NMP solvent. This slurry was uniformly applied to an aluminum foil having a thickness of 20 μm, and vacuum dried at 120 ° C. to prepare respective positive electrodes.

코인 전지의 제조Manufacture of coin battery

상기 제조된 각각의 양극 및 리튬호일을 상대전극으로 하며, 다공성 폴리에틸렌막(셀가르드 엘엘씨 제, Celgard 2300, 두께: 25㎛)을 세퍼레이터로 하고, 1M LiPF6의 전해액(에틸렌 카보네이트: 디메틸 카보네이트= 1:1,부피비)을 사용하여 통상의 방법에 의해 2032 규격의 코인 전지(coin cell)를 각각 제조하였다.Each of the positive electrode and the lithium foil prepared as a counter electrode, a porous polyethylene membrane (Celgard ELC, Celgard 2300, thickness: 25㎛) as a separator, the electrolyte of 1M LiPF 6 (ethylene carbonate: dimethyl carbonate = 1: 1, volume ratio) to prepare a coin cell (coin cell) of the 2032 standard by a conventional method, respectively.

상기 제조된 전지의 특성을 평가하기 위하여 전기화학 분석 장치(Toyo사 제작, Toscat3000U, Japan)를 이용하여 55℃, 3.0 내지 4.3V의 전위영역, 및 0.8mA/cm2의 전류밀도 조건에서 충ㆍ방전 실험을 하였다. In order to evaluate the characteristics of the battery, the electrochemical analyzer (Toscat3000U, Japan, manufactured by Toyo) was charged and charged at 55 ° C, a potential region of 3.0 to 4.3V, and a current density of 0.8 mA / cm 2 . Discharge experiments were made.

실험 후에 실시예 1, 비교예 2 내지 3의 양극활물질을 이용하여 제조된 전지의 싸이클에 따른 용량을 도 8에 나타내었다. 도 8을 참조하면, 실시예 1의 글루탐산을 사용하여 Co3O4를 코팅한 스피넬형 양극 활물질을 이용한 전지의 경우, 100번째 싸이클까지 55℃ 및 0.8mA/cm2의 전류밀도에서 98.9% 용량 유지율을 보여 싸이클 횟수에 따른 용량감소가 거의 없었으나, 비교예 2 및 3의 양극 활물질을 이용한 전지의 경우, 수명 특성이 현저히 낮게 나타났다.After the experiment, the capacity according to the cycle of the battery prepared using the positive electrode active material of Example 1, Comparative Examples 2 to 3 is shown in FIG. Referring to FIG. 8, in the case of a battery using a spinel positive electrode active material coated with Co 3 O 4 using glutamic acid of Example 1, the capacity of 98.9% at 55 ° C. and a current density of 0.8 mA / cm 2 until the 100th cycle was used. Although there was almost no capacity decrease according to the number of cycles due to the retention rate, the battery life using the positive electrode active materials of Comparative Examples 2 and 3 was significantly lower.

또한, 상기 제조된 전지의 율특성을 평가하기 위하여 전기화학 분석장 치(Toyo사 제작, Toscat3000U, Japan)를 이용하여 30℃ 및 55℃에서, 3.0 내지 4.3 V의 전위영역, 및 다양한 전류밀도 조건에서 충ㆍ방전 실험을 하였다. In addition, in order to evaluate the rate characteristics of the manufactured battery, a potential region of 3.0 to 4.3 V, and various current density conditions at 30 ° C and 55 ° C using an electrochemical analyzer (Toscat3000U, Japan, manufactured by Toyo) Charge and discharge experiments were conducted at.

실험 후, 실시예 1 및 비교예 3의 양극 활물질을 이용하여 제조된 전지의 싸이클에 따른 표준용량을 도 9에 나타내었다. 도 9를 참조하면, 실시예 1의 글루탐산을 사용하여 Co3O4를 코팅한 스피넬형 양극 활물질을 사용한 전지의 경우, 비교예 3에 비하여, 55℃ 고온의 다양한 전류 밀도 조건에서 우수한 율특성을 나타내었다.After the experiment, the standard capacity according to the cycle of the battery prepared using the positive electrode active material of Example 1 and Comparative Example 3 is shown in FIG. Referring to FIG. 9, in the case of a battery using a spinel positive electrode active material coated with Co 3 O 4 using glutamic acid of Example 1, compared to Comparative Example 3, excellent rate characteristics were obtained at various current density conditions at 55 ° C. high temperature. Indicated.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.The present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications may be made by those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention. It is possible.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 양극 활물질의 제조 방법을 나타낸 흐름도이다.1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a cathode active material according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 실시예 1에서 제조된 양극 활물질의 X-선 회절 분석 사진이다.2 is an X-ray diffraction analysis photograph of the positive electrode active material prepared in Example 1 of the present invention.

도 3은 본 발명의 실시예 1에서 제조된 양극 활물질의 FE-SEM 사진이다.3 is an FE-SEM photograph of the positive electrode active material prepared in Example 1 of the present invention.

도 4는 본 발명의 비교예 1에서 제조된 양극 활물질의 FE-SEM 사진이다.Figure 4 is a FE-SEM picture of the positive electrode active material prepared in Comparative Example 1 of the present invention.

도 5는 본 발명의 비교예 2에서 제조된 양극 활물질의 FE-SEM 사진이다.5 is an FE-SEM photograph of the cathode active material prepared in Comparative Example 2 of the present invention.

도 6은 본 발명의 비교예 3에서 제조된 양극 활물질의 FE-SEM 사진이다.6 is an FE-SEM photograph of the cathode active material prepared in Comparative Example 3 of the present invention.

도 7은 본 발명의 실시예 1에서 제조된 양극 활물질의 TEM 사진이다.7 is a TEM photograph of the positive electrode active material prepared in Example 1 of the present invention.

도 8는 본 발명의 실시예 1 및 비교예 2 및 3에서 제조된 양극 활물질을 이용한 반전지의 싸이클 특성 그래프이다.8 is a cycle characteristic graph of a half cell using the positive electrode active material prepared in Example 1 and Comparative Examples 2 and 3 of the present invention.

도 9은 본 발명의 실시예 1 및 비교예 3에서 제조된 양극 활물질을 이용한 반전지의 율특성 그래프이다.9 is a graph showing the rate characteristic of the half-cell using the positive electrode active material prepared in Example 1 and Comparative Example 3.

Claims (10)

리튬 함유 화합물; 및Lithium-containing compounds; And 상기 리튬 함유 화합물을 둘러싸는, 금속 산화물 또는 금속 수산화물, 및 카르복실기 함유 아미노산 킬레이팅제를 포함하는 코팅층을 포함하고,A coating layer comprising a metal oxide or a metal hydroxide and a carboxyl group-containing amino acid chelating agent surrounding the lithium-containing compound, 상기 코팅층은 두께 표준 편차가 2nm 내지 300nm 인 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.The coating layer has a thickness standard deviation of 2nm to 300nm positive electrode active material for a lithium secondary battery. 삭제delete 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 리튬 함유 화합물은 하기 화학식 1 내지 16으로 이루어진 군에서 선택되는 육방정계 층상 암염구조를 갖는 화합물, 하기 화학식 17로 표현되는 올리빈 구조를 갖는 화합물, 하기 화학식 18 내지 21로 표현되는 큐빅구조를 갖는 스피넬 화합물, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.The lithium-containing compound is a compound having a hexagonal layered rock salt structure selected from the group consisting of Formulas 1 to 16, a compound having an olivine structure represented by the formula (17), having a cubic structure represented by the formulas 18 to 21 A spinel compound, and a positive electrode active material for a lithium secondary battery selected from the group consisting of a combination thereof. [화학식 1][Formula 1] Li1 +a[Co1 - xMx]O2- bFb Li 1 + a [Co 1 - x M x ] O 2- b F b [화학식 2][Formula 2] Li1 +a[Co1 - xMx]O2- bSb Li 1 + a [Co 1 - x M x ] O 2- b S b (상기 화학식 1 및 2에 있어서, 0≤a≤0.2, 0≤b≤0.2, 0.01≤x≤0.1, M은 Mg, Al, Ni, Mn, Zn, Fe, Cr, Ga, Mo, 및 W로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 원소임)(In Formulas 1 and 2, 0≤a≤0.2, 0≤b≤0.2, 0.01≤x≤0.1, M is Mg, Al, Ni, Mn, Zn, Fe, Cr, Ga, Mo, and W At least one element selected from the group consisting of: [화학식 3](3) Li1 +a[Ni1 - xMx]O2- bFb Li 1 + a [Ni 1 - x M x ] O 2- b F b [화학식 4][Formula 4] Li1 +a[Ni1 - xMx]O2- bSb Li 1 + a [Ni 1 - x M x ] O 2- b S b (상기 화학식 3 및 4에 있어서, 0≤a≤0.2, 0≤b≤0.2, 0.01≤x≤0.5, M은 Mg, Al, Co, Mn, Zn, Fe, Cr, Ga, Mo, 및 W로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 원소임)(In Formulas 3 and 4, 0≤a≤0.2, 0≤b≤0.2, 0.01≤x≤0.5, M is Mg, Al, Co, Mn, Zn, Fe, Cr, Ga, Mo, and W At least one element selected from the group consisting of: [화학식 5][Chemical Formula 5] Li1 +a[Ni1 -x- yCoxMny]O2- bFb Li 1 + a [Ni 1 -x- y Co x Mn y ] O 2- b F b [화학식 6][Formula 6] Li1 +a[Ni1 -x- yCoxMny]O2- bSb Li 1 + a [Ni 1 -x- y Co x Mn y ] O 2- b S b (상기 화학식 5 및 6에 있어서, 0≤a≤0.2, 0≤b≤0.1, 0.05≤x≤0.3, 0.1≤ y≤0.35, 0.15≤x+y≤0.6임)(In the formulas 5 and 6, 0≤a≤0.2, 0≤b≤0.1, 0.05≤x≤0.3, 0.1≤y≤0.35, 0.15≤x + y≤0.6) [화학식 7][Formula 7] Li[Lia(NixCo1 -2 xMnx)1-a]O2- bFb Li [Li a (Ni x Co 1 -2 x Mn x ) 1-a ] O 2- b F b [화학식 8][Formula 8] Li[Lia(NixCo1 -2 xMnx)1-a]O2Sb Li [Li a (Ni x Co 1 -2 x Mn x ) 1-a ] O 2 S b (상기 화학식 7 및 8에 있어서, 0≤a≤0.2, 0.01≤x≤0.5, 0≤b≤0.1임)(In the formulas 7 and 8, 0≤a≤0.2, 0.01≤x≤0.5, 0≤b≤0.1) [화학식 9][Formula 9] Li[Lia(NixCo1 -2 xMnx -y/2My)1-a]O2- bFb Li [Li a (Ni x Co 1 -2 x Mn x -y / 2 M y ) 1-a ] O 2- b F b [화학식 10][Formula 10] Li[Lia(NixCo1 -2 xMnx -y/2My)1-a]O2- bSb Li [Li a (Ni x Co 1 -2 x Mn x -y / 2 M y ) 1-a ] O 2- b S b (상기 화학식 9 및 10에 있어서, 0≤a≤0.2, 0.01≤x≤0.5, 0.01≤y≤0.1, 0≤b≤0.1이고, M은 Mg, Ca, Cu, 및 Zn로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 원소임)(In the formulas 9 and 10, 0≤a≤0.2, 0.01≤x≤0.5, 0.01≤y≤0.1, 0≤b≤0.1, M is selected from the group consisting of Mg, Ca, Cu, and Zn 1 or more elements) [화학식 11][Formula 11] Li[Lia(Ni1 /3Co(1/3-2x)Mn(1/3+x)Mx)1-a]O2 - bFb Li [Li a (Ni 1/ 3 Co (1 / 3-2x) Mn (1/3 + x) M x) 1-a] O 2 - b F b [화학식 12][Chemical Formula 12] Li[Lia(Ni1 /3Co(1/3-2x)Mn(1/3+x)Mx)1-a]O2 - bSb Li [Li a (Ni 1/ 3 Co (1 / 3-2x) Mn (1/3 + x) M x) 1-a] O 2 - b S b (상기 화학식 11 및 12에 있어서, 0≤a≤0.2, 0.01≤x≤0.5, 0.01≤y≤0.1, 0≤b≤0.1이고, M은 Mg, Ca, Cu, 및 Zn으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 원소임)(In the formulas 11 and 12, 0≤a≤0.2, 0.01≤x≤0.5, 0.01≤y≤0.1, 0≤b≤0.1, M is selected from the group consisting of Mg, Ca, Cu, and Zn 1 or more elements) [화학식 13][Formula 13] Li[Lia(NixCo1 -2x- yMnxMy)1-a]O2- bFb Li [Li a (Ni x Co 1 -2x- y Mn x M y ) 1-a ] O 2- b F b [화학식 14][Formula 14] Li[Lia(NixCo1 -2x- yMnxMy)1-a]O2- bSb Li [Li a (Ni x Co 1 -2x- y Mn x M y ) 1-a ] O 2- b S b (상기 화학식 13 및 14에 있어서, 0≤a≤0.2, 0.01≤x≤0.5, 0.01≤y≤0.1, 0≤b≤0.1이고, M은 B, Al, Fe, 및 Cr로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 원소임)(In the formulas 13 and 14, 0≤a≤0.2, 0.01≤x≤0.5, 0.01≤y≤0.1, 0≤b≤0.1, M is selected from the group consisting of B, Al, Fe, and Cr 1 or more elements) [화학식 15][Formula 15] Li[Lia(NixCo1 -2x- yMnx -z/2MyNz)1-a]O2- bFb Li [Li a (Ni x Co 1 -2x- y Mn x -z / 2 M y N z ) 1-a ] O 2- b F b [화학식 16][Formula 16] Li[Lia(NixCo1 -2x- yMnx -z/2MyNz)1-a]O2- bSb Li [Li a (Ni x Co 1 -2x- y Mn x -z / 2 M y N z ) 1-a ] O 2- b S b (상기 화학식 15 및 16에 있어서, 0≤a≤0.2, 0.01≤x≤0.5, 0.01≤y≤0.1, 0≤b≤0.1이고, M은 B, Al, Fe, 및 Cr로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 원소, N은 Mg 또는 Ca임)(In Formulas 15 and 16, 0≤a≤0.2, 0.01≤x≤0.5, 0.01≤y≤0.1, 0≤b≤0.1, M is selected from the group consisting of B, Al, Fe, and Cr One or more elements, N being Mg or Ca) [화학식 17][Formula 17] LiMxFe1 - xPO4 LiM x Fe 1 - x PO 4 (상기 화학식 17에 있어서, 0≤x≤1이고, M은 Co, Ni, 및 Mn로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 원소임)(In Formula 17, 0≤x≤1, M is at least one element selected from the group consisting of Co, Ni, and Mn) [화학식 18][Formula 18] Li1 +a[Mn2 - xMx]O4- bFb Li 1 + a [Mn 2 - x M x ] O 4- b F b [화학식 19][Formula 19] Li1 +a[Mn2 - xMx]O4- bSb Li 1 + a [Mn 2 - x M x ] O 4- b S b (상기 화학식 18 및 19에 있어서, 0≤a≤0.15, 0≤b≤0.2, 0.01≤x≤0.1이고, M은 Co, Ni, Cr, Mg, Al, Zn, Mo, 및 W로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 원소임)(In Formulas 18 and 19, 0≤a≤0.15, 0≤b≤0.2, 0.01≤x≤0.1, M is in the group consisting of Co, Ni, Cr, Mg, Al, Zn, Mo, and W At least one element selected) [화학식 20][Formula 20] Li1 +a[Ni0 .5Mn1 .5- xMx]O4- bFb Li 1 + a [Ni 0 .5 Mn 1 .5- x M x] O 4- b F b [화학식 21][Formula 21] Li1 +a[Ni0 .5Mn1 .5- xMx]O4- bSb Li 1 + a [Ni 0 .5 Mn 1 .5- x M x] O 4- b S b (상기 화학식 20 및 21에 있어서, 0≤a≤0.15, 0≤b≤0.2, 0.01≤x≤0.1이고, M은 Co, Ni, Cr, Mg, Al, Zn, Mo, 및 W로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 원소임)(In the formulas 20 and 21, 0≤a≤0.15, 0≤b≤0.2, 0.01≤x≤0.1, M is in the group consisting of Co, Ni, Cr, Mg, Al, Zn, Mo, and W At least one element selected) 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 금속 산화물 또는 금속 수산화물은, The metal oxide or metal hydroxide, MOx 및 M(OH)x(단, M은 Al, Mg, Ni, Co, Cr, Mo, 및 W로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 원소, 1≤x≤4)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.MO x and M (OH) x (wherein M is at least one element selected from the group consisting of Al, Mg, Ni, Co, Cr, Mo, and W, 1≤x≤4) A positive electrode active material for lithium secondary batteries that is at least one species. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 금속 산화물 또는 금속 수산화물은 양극 활물질 총량에 대하여, 0.1 내지 10 중량%로 함유되는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.The metal oxide or the metal hydroxide is contained in 0.1 to 10% by weight based on the total amount of the positive electrode active material positive electrode active material for lithium secondary batteries. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 카르복실기 함유 아미노산 킬레이팅제는, 금속 수산화물 1몰에 대하여 0.01 내지 1몰로 함유되는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.The said carboxyl group-containing amino acid chelating agent is contained in 0.01-1 mol with respect to 1 mol of metal hydroxides. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 코팅층은 두께 표준 편차가 2nm 내지 100nm인 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.The coating layer has a thickness standard deviation of 2nm to 100nm positive electrode active material for a lithium secondary battery. 리튬 함유 화합물, 카르복실기 함유 아미노산 킬레이팅제, 및 용매를 혼합하여, 표면에 히드록시기를 갖는 리튬 함유 화합물을 포함하는 수용액을 제조하는 단계; 및  Mixing a lithium-containing compound, a carboxyl group-containing amino acid chelating agent, and a solvent to prepare an aqueous solution containing a lithium-containing compound having a hydroxy group on its surface; And 상기 수용액에 금속 산화물 또는 금속 수산화물 전구체 및 염기성 용액을 첨가하고 건조시켜 양극 활물질을 제조하는 단계Preparing a cathode active material by adding and drying a metal oxide or metal hydroxide precursor and a basic solution to the aqueous solution 를 포함하는 제1항 및 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.A method for producing a cathode active material for a lithium secondary battery according to any one of claims 1 and 3 to 7. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 건조공정 후 열처리 공정을 더 실시하는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.A method of manufacturing a cathode active material for a lithium secondary battery, which further performs a heat treatment step after the drying step. 제1항 및 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 양극 활물질을 포함하는 양극을 포함하는 리튬 이차 전지.A lithium secondary battery comprising a positive electrode comprising the positive electrode active material according to any one of claims 1 and 3.
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