KR101576274B1 - Positive active material for rechargeable lithium battery, method for manufacturing the same, and rechargeable lithium battery including the same - Google Patents

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Abstract

제1 리튬 전이금속 복합 산화물, 상기 제1 리튬 전이금속 복합 산화물의 표면에 위치하는 제2 리튬 전이금속 복합 산화물, 상기 제2 리튬 전이금속 복합 산화물의 표면에 위치하는 제1 코팅층, 및 상기 제1 코팅층의 표면에 위치하는 제2 코팅층을 포함하고, 상기 제1 코팅층은 하기 화학식 1로 표시되고, 상기 제2 코팅층은 하기 화학식 2로 표시되는 리튬 이차 전지용 양극 활물질, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다.
[화학식 1]
LiaVbOc
[화학식 2]
VdOe
상기 화학식 1 및 화학식 2에서,
0.01≤a≤6, 1≤b≤6, 2≤c≤13, 1≤d≤6 및 2≤e≤13 이다.
A first lithium-transition metal composite oxide, a second lithium-transition metal composite oxide positioned on the surface of the first lithium-transition metal composite oxide, a first coating layer positioned on a surface of the second lithium-transition metal composite oxide, And a second coating layer disposed on the surface of the coating layer, wherein the first coating layer is represented by the following Formula 1 and the second coating layer is represented by the following Formula 2, a method for producing the same, A lithium secondary battery is provided.
[Chemical Formula 1]
Li a V b O c
(2)
V d O e
In the above formulas (1) and (2)
6, 1? B? 6, 2? C? 13, 1? D? 6 and 2? E? 13.

Description

리튬 이차전지용 양극 활물질, 이들의 제조방법, 및 이를 포함하는 리튬 이차전지{POSITIVE ACTIVE MATERIAL FOR RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY, METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME, AND RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY INCLUDING THE SAME}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a cathode active material for a lithium secondary battery, a method for producing the same, and a lithium secondary battery including the same. Technical Field [0001] The present invention relates to a positive active material for a lithium secondary battery,

리튬 이차전지용 양극 활물질, 이들의 제조방법, 및 이를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다. A cathode active material for a lithium secondary battery, a process for producing the same, and a lithium secondary battery comprising the same.

최근 휴대용 전자기기의 소형화 및 경량화 추세와 관련하여 이들 기기의 전원으로 사용되는 전지의 고성능화 및 대용량화에 대한 필요성이 높아지고 있다.Recently, with regard to the tendency to miniaturize and lighten portable electronic devices, there is an increasing need for high performance and large capacity of batteries used as power sources for these devices.

전지는 양극과 음극에 전기 화학 반응이 가능한 물질을 사용함으로써 전력을 발생시키는 것이다. 이러한 전지 중 대표적인 예로는 양극 및 음극에서 리튬 이온이 인터칼레이션/디인터칼레이션될 때의 화학전위(chemical potential)의 변화에 의하여 전기 에너지를 생성하는 리튬 이차 전지가 있다.Cells generate electricity by using materials that can electrochemically react to the positive and negative electrodes. A representative example of such a battery is a lithium secondary battery that generates electrical energy by a change in chemical potential when the lithium ions are intercalated / deintercalated in the positive electrode and the negative electrode.

상기 리튬 이차 전지는 리튬 이온의 가역적인 인터칼레이션/디인터칼레이션이 가능한 물질을 양극과 음극 활물질로 사용하고, 상기 양극과 음극 사이에 전해질을 충전하여 제조한다.The lithium secondary battery is manufactured by using a material capable of reversible intercalation / deintercalation of lithium ions as a positive electrode and a negative electrode active material, and filling an electrolyte between the positive electrode and the negative electrode.

리튬 이차 전지의 양극 활물질로는 리튬 복합금속 화합물이 사용되고 있으며, 그 예로 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiNi1 -kCokO2(0<k<1), LiMnO2 등의 복합금속 산화물들이 연구되고 있다.As the cathode active material of the lithium secondary battery, a lithium composite metal compound is used. Examples of the lithium composite metal compound include LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNiO 2 , LiNi 1 -k Co k O 2 (0 <k <1), LiMnO 2 Metal oxides are being studied.

예컨대, 리튬 니켈계 산화물은 코발트계 산화물보다 비용이 저렴하면서도 4.3 V로 충전되었을 때 높은 방전 용량을 나타내는 바, 도핑된 리튬 니켈계 산화물의 가역 용량은 LiCoO2의 용량(약 165 mAh/g)을 초과하는 약 200 mAh/g에 근접한다. 따라서 리튬 니켈계 양극 활물질은 약간 낮은 방전 전압과 체적 밀도(volumetric density)에도 불구하고 개선된 에너지 밀도를 가짐으로써 고용량 전지에 상용화되고 있다.For example, the lithium nickel oxide shows a higher discharge capacity when it is charged at 4.3 V, although the cost is lower than that of the cobalt oxide. The reversible capacity of the doped lithium nickel oxide indicates the capacity of LiCoO 2 (about 165 mAh / g) To about 200 mAh / g. Therefore, the lithium nickel based cathode active material has been commercialized in a high capacity battery by having an improved energy density despite a slightly low discharge voltage and a volumetric density.

특히 최근에는 고용량 전지를 개발하기 위하여 니켈 리치계 양극 활물질에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. Recently, studies on nickel-rich cathode active materials have been actively conducted to develop high capacity batteries.

그런데 니켈 리치계 양극 활물질들의 가장 큰 문제점은 고온 구조 안정성과 합성 시 표면에 잔류하게 되는 Li2CO3 와 LiOH와 같은 리튬 불순물의 존재이다. 표면에 잔류하는 리튬 불순물들은 공기중의 CO2나 H2O와 반응하여 Li2CO3를 형성하게 된다. 또한 Ni3 +이온은 CO2의 분압이 높아지거나 장기간 공기 중에 노출되거나 또는 전기 화학 반응 중에 Ni2 +이온으로 환원되고 이는 용량감소로 직결된다. However, the biggest problem of the nickel-rich cathode active materials is the high-temperature structural stability and the presence of lithium impurities such as Li 2 CO 3 and LiOH which remain on the surface during synthesis. The lithium impurities remaining on the surface react with CO 2 or H 2 O in the air to form Li 2 CO 3 . In addition, Ni 3 + ions are higher the partial pressure of CO 2, or reduced to Ni 2 + ions during the exposure, or an electrochemical reaction in the long term air but it also leads to reduced capacity.

뿐만 아니라 리튬 불순물들은 활물질의 pH를 결정하는 요소로, pH가 높은 활물질은 전극 슬러리 제조시 겔화(gelation)를 유발하여 극판의 균일도를 떨어뜨리므로 상용화에 적합하지 않다. 또한 Li2CO3는 초기 비가역 용량을 형성하고, 표면의 리튬 이온 이동을 방해하는 등의 문제를 야기할 뿐 아니라 전기화학 반응 중에 분해 반응에 의해 가스 발생의 주범이 되기도 한다. In addition, lithium impurities determine the pH of the active material, and active materials with high pH cause gelation in the preparation of the electrode slurry, which reduces the uniformity of the electrode plate and is therefore not suitable for commercialization. In addition, Li 2 CO 3 not only causes initial irreversible capacity and interferes with lithium ion movement on the surface, but also causes gas generation by decomposition reaction during electrochemical reaction.

이에, 양극 활물질의 구조안정성 확보 및 표면의 부반응 억제를 위하여 많은 표면처리 연구가 진행되었다. 표면 안정성 확보를 위한 표면처리 물질에는 대표적으로 Ag 등의 다양한 금속과, Al2O3, ZrO2, CeO2 등의 금속 산화물, 금속 인산화물, ZrF2, AlF3, SrF2 등의 금속 불화물과 탄소 화합물 등이 있다. 그러나 기존의 표면처리물질은 절연체로 작용해 전지 전도성 및 리튬 이온 전도성 측면에서는 불리한 면이 있어, 초기 용량 저하나 초기 저항 증가 등을 유발하였다. 그리고 코팅으로 해결할 수 없는 표면에 잔류하는 리튬 불순물을 제거하기 위하여 재 열처리나 워싱(washing) 등을 진행하였으나, 재 열처리 시에는 리튬 불순물이 냉각 중 표면에 재 결정화 되며, 대량으로 워싱할 때에는 수분 조절의 문제점이 발생하였다. Therefore, many surface treatment studies have been carried out in order to secure the structural stability of the cathode active material and to suppress the side reaction of the surface. Surface treatment materials for ensuring surface stability typically include various metals such as Ag, metal oxides such as Al 2 O 3 , ZrO 2 and CeO 2 , metal phosphates, metal fluorides such as ZrF 2 , AlF 3 and SrF 2 , Carbon compounds and the like. However, existing surface treatment materials act as insulators, which are disadvantageous in terms of battery conductivity and lithium ion conductivity, resulting in initial capacity decrease and initial resistance increase. In order to remove lithium impurities remaining on the surface which can not be solved by coating, reheat treatment or washing was carried out. In the reheating treatment, lithium impurities are re-crystallized on the surface during cooling, .

양극 활물질의 표면에 잔류하는 리튬 화합물과 반응 가능한 화합물을 이용하여 표면처리 함으로서, 리튬 화합물을 제거하여 전극 슬러리 겔화를 방지하고 전지 구동 시 가스 발생을 억제할 수 있고, 이 화합물이 표면에 안정한 코팅층으로 존재하여 전극과 전해액의 부반응을 억제할 수 있는 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 제공하고, 이에 따라 안전성과 고율특성, 수명특성 등이 향상된 리튬 이차 전지를 제공한다.By performing surface treatment using a compound capable of reacting with the lithium compound remaining on the surface of the cathode active material, it is possible to prevent gelation of the electrode slurry by removing the lithium compound, suppress gas generation during driving of the battery, Which is capable of suppressing a side reaction between an electrode and an electrolyte, to provide a lithium secondary battery having improved safety, high rate characteristics, and long life characteristics.

본 발명의 일 구현예는 제1 리튬 전이금속 복합 산화물, 상기 제1 리튬 전이금속 복합 산화물의 표면에 위치하는 제2 리튬 전이금속 복합 산화물, 상기 제2 리튬 전이금속 복합 산화물의 표면에 위치하는 제1 코팅층, 및 상기 제1 코팅층의 표면에 위치하는 제2 코팅층을 포함하고, 상기 제1 코팅층은 하기 화학식 1로 표시되고, 상기 제2 코팅층은 하기 화학식 2로 표시되는 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 제공한다.One embodiment of the present invention is a lithium secondary battery comprising a first lithium-transition metal composite oxide, a second lithium-transition metal composite oxide positioned on the surface of the first lithium-transition metal composite oxide, 1 coating layer and a second coating layer disposed on a surface of the first coating layer, wherein the first coating layer is represented by the following Formula 1 and the second coating layer is represented by the following Formula 2: do.

[화학식 1][Chemical Formula 1]

LiaVbOc Li a V b O c

[화학식 2](2)

VdOe V d O e

상기 화학식 1 및 화학식 2에서,In the above formulas (1) and (2)

0.01≤a≤6, 1≤b≤6, 2≤c≤13, 1≤d≤6 및 2≤e≤13 이다.6, 1? B? 6, 2? C? 13, 1? D? 6 and 2? E? 13.

상기 제2 리튬 전이금속 복합 산화물은 바나듐으로 도핑될 수 있다.The second lithium transition metal complex oxide may be doped with vanadium.

상기 제1 코팅층 및 제2 코팅층은 상기 제1 리튬 전이금속 복합 산화물 및 제2 리튬 전이금속 복합 산화물의 전이금속 100 몰부에 대하여 0.1 내지 5 몰부 포함될 수 있다.The first coating layer and the second coating layer may be contained in an amount of 0.1 to 5 moles relative to 100 moles of the transition metal of the first lithium-transition metal composite oxide and the second lithium-transition metal composite oxide.

상기 제1 리튬 전이금속 복합 산화물은 하기 화학식 3으로 표시될 수 있고, 상기 제2 리튬 전이금속 복합 산화물은 하기 화학식 4로 표시될 수 있다.The first lithium-transition metal composite oxide may be represented by the following formula (3), and the second lithium-transition metal composite oxide may be represented by the following formula (4).

[화학식 3](3)

LiM0 xM1 yM2 zO2 LiM O x M 1 y M 2 z O 2

[화학식 4][Chemical Formula 4]

LiM0 xM1 yM2 zViO2 LiM O x M 1 y M 2 z V i O 2

상기 화학식 3 및 화학식 4에서,In the above formulas (3) and (4)

M0, M1 및 M2는 각각 독립적으로 Ni, Co, Mn, Al, Ti, Mg 또는 Zr 이고, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1 및 0.01≤i≤5 이다.M 0 , M 1 and M 2 are each independently Ni, Co, Mn, Al, Ti, Mg or Zr; 0? X? 1, 0? Y? 1, 0? Z? 1, to be.

상기 M0는 Ni일 수 있다.The M 0 may be Ni.

상기 화학식 1에서, 0.05≤a≤6 일 수 있고, b=2 일 수 있고, c=5 일 수 있다.In Formula 1, 0.05? A? 6, b = 2, and c = 5.

상기 화학식 2에서, d=2 일 수 있고, e=5 일 수 있다.In Formula 2, d = 2 and e = 5.

본 발명의 다른 일 구현예는 리튬 전이금속 복합 산화물을 준비하는 단계; 상기 리튬 전이금속 복합 산화물 및 바나듐 원료물질을 혼합하는 단계; 상기 단계의 혼합물을 분무건조하거나 졸겔법을 사용하여, 상기 리튬 전이금속 복합 산화물의 표면에 바나듐 원료물질을 코팅하는 단계; 상기 리튬 전이금속 복합 산화물의 표면에 바나듐 원료물질이 코팅된 물질을 열처리하는 단계; 및 상기 리튬 전이금속 복합 산화물의 표면에 상기 화학식 1로 표시되는 제1 코팅층이 형성되고, 상기 제1 코팅층의 표면에 상기 화학식 2로 표시되는 제2 코팅층이 형성된 양극 활물질을 수득하는 단계를 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing a lithium secondary battery, comprising: preparing a lithium-transition metal composite oxide; Mixing the lithium transition metal complex oxide and the vanadium raw material; Coating a vanadium raw material on the surface of the lithium-transition metal composite oxide by spray-drying or using a sol-gel method; Heat treating a material coated with a vanadium raw material on the surface of the lithium-transition metal composite oxide; And obtaining a cathode active material having a first coating layer represented by Formula 1 formed on the surface of the lithium-transition metal composite oxide and a second coating layer represented by Formula 2 formed on the surface of the first coating layer, A method for producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery is provided.

상기 수득된 양극 활물질에서 상기 리튬 전이금속 복합 산화물은 제1 리튬 전이금속 산화물 및 제2 리튬 전이금속 산화물을 포함하며, 상기 제1 리튬 전이금속 산화물 표면에 상기 제2 리튬 전이금속 산화물이 형성된 것일 수 있다.In the obtained cathode active material, the lithium-transition metal composite oxide includes a first lithium-transition metal oxide and a second lithium-transition metal oxide, and the second lithium-transition metal oxide is formed on the surface of the first lithium- have.

상기 리튬 전이금속 복합 산화물 및 바나듐 원료물질을 혼합하는 단계에서, 상기 바나듐 원료물질은 상기 리튬 전이금속 복합 산화물의 전이금속 100 몰부에 대하여 0.1 내지 5 몰부 첨가될 수 있다.In the step of mixing the lithium-transition metal composite oxide and the vanadium source material, the vanadium source material may be added in an amount of 0.1 to 5 moles per 100 moles of the transition metal of the lithium-transition metal composite oxide.

상기 리튬 전이금속 복합 산화물을 준비하는 단계는 공침법으로 전이금속 수산화물을 제조하는 단계; 상기 전이금속 수산화물 및 리튬 원료를 혼합하는 단계; 및 상기 단계의 혼합물을 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.The preparation of the lithium-transition metal composite oxide may include preparing a transition metal hydroxide by coprecipitation; Mixing the transition metal hydroxide and a lithium source; And heat treating the mixture of steps.

상기 리튬 전이금속 복합 산화물의 표면에 바나듐 원료물질이 코팅된 물질을 열처리하는 단계에서 상기 열처리는 300℃ 내지 500℃에서 수행될 수 있다.In the step of heat-treating the material coated with the vanadium raw material on the surface of the lithium-transition metal composite oxide, the heat treatment may be performed at 300 ° C to 500 ° C.

상기 리튬 전이금속 복합 산화물의 표면에 바나듐 원료물질이 코팅된 물질을 열처리하는 단계에서 상기 열처리는 1시간 내지 10시간 동안 수행될 수 있다.In the step of heat-treating the material coated with the vanadium raw material on the surface of the lithium-transition metal composite oxide, the heat treatment may be performed for 1 hour to 10 hours.

본 발명의 또 다른 일 구현예는 상기 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 포함하는 양극; 음극; 및 전해질을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다.Another embodiment of the present invention is a positive electrode comprising a positive electrode active material for a lithium secondary battery; cathode; And a lithium secondary battery comprising the electrolyte.

일 구현예에 따른 리튬 이차 전지용 양극 활물질은 전해액과의 부반응이 적고 표면에 잔류하는 리튬 화합물이 거의 존재하지 않아 전극 슬러리의 겔화가 방지되고 전지 구동시 가스 발생 우려가 없다. 이에 따라 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지는 안정성과 고율특성 및 수명특성 등이 우수하다.The positive electrode active material for a lithium secondary battery according to an embodiment has little side reaction with an electrolyte and almost no lithium compound remains on the surface, so that gelation of the electrode slurry is prevented and there is no risk of gas generation when the battery is driven. Accordingly, the lithium secondary battery according to one embodiment is excellent in stability, high rate characteristics, and life characteristics.

도 1은 일 구현예에 따른 양극 활물질의 구조를 설명하기 위한 양극 활물질 단면의 개략도이다.
도 2는 실시예 1과 비교예 1의 양극 활물질의 주사전자현미경(SEM) 사진이다. (a) 및 (c)는 비교예 1의 양극 활물질의 주사전자현미경 사진이고, (b) 및 (d)는 실시예 1의 양극 활물질의 주사전자현미경 사진이다.
도 3a는 실시예 1의 양극 활물질 표면의 투과전자현미경(TEM) 사진이고, 도 3b 및 도 3c는 실시예 1의 양극 활물질 표면의 Ni 및 V 분포를 나타낸 EDS 맵핑(mapping) 사진 및 라인 스캐터링(line scattering) 그래프이다.
도 4a, 도 4c 및 도 4e는 비교예 1의 양극 활물질에 대하여 표면에서부터 내부로 들어가면서 측정한 특정 원소의 유무 및 산화수 변화 그래프이다.
도 4b, 도 4d 및 도 4f는 실시예 1의 양극 활물질에 대하여 표면에서부터 내부로 들어가면서 측정한 특정 원소의 유무 및 산화수 변화 그래프(XPS)이다.
도 5a 및 도 5b는 실시에 1의 양극 활물질에 대하여 표면에서부터 내부로 들어가면서 측정한 특정 원소의 유무 및 산화수 변화 그래프(EELS)이다.
도 6은 실시예 1과 비교예 1의 양극 활물질의 투과전자현미경(TEM) 사진이다. (a) 및 (c)는 비교예 1의 양극 활물질의 투과전자현미경 사진이고, (b) 및 (d)는 실시예 1의 양극 활물질의 주사전자현미경 사진이다. 또한, ① 및 ②는 비교예 1의 양극 활물질의 구조결정성을 확인할 수 있는 변환이미지이며, ③ 및 ④는 실시예 1의 양극 활물질의 구조결정성을 확인할 수 있는 변환이미지이다.
도 7a는 실시예 1 및 비교예 1에서 제조한 전지에 대한 상온에서의 수명 특성을 나타낸 그래프이고, 도 7b는 실시예 1 및 비교예 1에서 제조한 전지에 대한 상온에서의 율 특성을 나타낸 그래프이고, 도 7c는 고온에서의 수명 특성을 나타낸 그래프이다.
도 8은 실시예 2와 비교예 2의 양극 활물질의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 9a 및 도 9b는 각각 비교예 2와 실시예 2의 양극 활물질에 대하여 표면에서부터 내부로 들어가면서 측정한 특정 원소의 유무를 나타낸 그래프이다.
도 10은 실시예 2 및 비교예 2에서 제조한 전지에 대한 율별 특성을 나타낸 그래프이다.
도 11은 실시예 2 및 비교예 2에서 제조한 전지에 대한 수명 특성을 나타낸 그래프이다.
도 12는 실시예 3과 비교예 3의 양극 활물질의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 13a 및 도 13b는 각각 비교예 3과 실시예 3의 양극 활물질에 대하여 표면에서부터 내부로 들어가면서 측정한 특정 원소의 유무를 나타낸 그래프이다.
도 14는 실시예 3 및 비교예 3에서 제조한 전지에 대한 율별 특성을 나타낸 그래프이다.
도 15는 실시예 3 및 비교예 3에서 제조한 전지에 대한 수명 특성을 나타낸 그래프이다.
1 is a schematic view of a cathode active material section for explaining a structure of a cathode active material according to one embodiment.
2 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the cathode active material of Example 1 and Comparative Example 1. Fig. (a) and (c) are scanning electron micrographs of the cathode active material of Comparative Example 1, and (b) and (d) are scanning electron micrographs of the cathode active material of Example 1.
3A and 3B are transmission electron microscope (TEM) photographs of the surface of the positive electrode active material of Example 1, FIGS. 3B and 3C are photographs of EDS mapping showing the Ni and V distribution of the surface of the positive electrode active material of Example 1 and line scattering (line scattering) graph.
FIGS. 4A, 4C, and 4E are graphs showing the presence or absence of specific elements and the change in the oxidation number of the positive electrode active material of Comparative Example 1 measured from the surface toward the inside.
4B, 4D and 4F are graphs showing the presence or absence of specific elements and the graph of the change in oxidation number (XPS) measured from the surface to the inside of the cathode active material of Example 1. FIG.
FIGS. 5A and 5B are graphs showing the presence or absence of specific elements and the graph of the change in oxidation number (EELS) measured from the surface to the inside of the cathode active material of Embodiment 1. FIG.
6 is a transmission electron microscope (TEM) photograph of the cathode active material of Example 1 and Comparative Example 1. Fig. (a) and (c) are transmission electron micrographs of the cathode active material of Comparative Example 1, and (b) and (d) are SEM micrographs of the cathode active material of Example 1. Also, (1) and (2) are transformed images to confirm the structural crystallinity of the cathode active material of Comparative Example 1, and (3) and (4) are transformed images in which the structural crystallinity of the cathode active material of Example 1 can be confirmed.
FIG. 7A is a graph showing lifetime characteristics at room temperature for the cells prepared in Example 1 and Comparative Example 1, FIG. 7B is a graph showing rate characteristics at room temperature for the cells prepared in Example 1 and Comparative Example 1, And Fig. 7C is a graph showing lifetime characteristics at a high temperature.
8 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the cathode active material of Example 2 and Comparative Example 2. Fig.
9A and 9B are graphs showing the presence or absence of specific elements measured from the surface to the inside of the cathode active material of Comparative Example 2 and Example 2, respectively.
10 is a graph showing the characteristics of the cells prepared in Example 2 and Comparative Example 2 by rate.
11 is a graph showing lifetime characteristics of the batteries manufactured in Example 2 and Comparative Example 2. FIG.
12 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the cathode active material of Example 3 and Comparative Example 3. Fig.
FIGS. 13A and 13B are graphs showing the presence or absence of specific elements measured from the surface to the inside of the cathode active materials of Comparative Examples 3 and 3, respectively.
FIG. 14 is a graph showing the characteristics of the batteries manufactured in Example 3 and Comparative Example 3 by rate. FIG.
15 is a graph showing lifetime characteristics of the batteries manufactured in Example 3 and Comparative Example 3. Fig.

이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, it should be understood that the present invention is not limited thereto, and the present invention is only defined by the scope of the following claims.

본 명세서에서, 제1 리튬 전이금속 복합 산화물 및 제2 리튬 전이금속 복합 산화물은 도 1에 나타낸 바와 같이, 리튬 전이금속 복합 산화물 내에서, 입자 중심에 가까운 부분이 제1 리튬 전이금속 복합 산화물이고, 표면에 가까운 부분이 제2 리튬 전이금속 복합 산화물이다.In the present specification, as shown in Fig. 1, the first lithium-transition metal composite oxide and the second lithium-transition metal composite oxide are the first lithium-transition metal composite oxide in the lithium transition metal complex oxide, And the portion near the surface is the second lithium transition metal complex oxide.

또한, 본 명세서에서, 제1 코팅층 및 제2 코팅층은 도 1에 나타낸 바와 같이, 코팅층 내부가 제1 코팅층이고, 코팅층 회부가 제2 코팅층이다.
Further, in this specification, the first coating layer and the second coating layer are the first coating layer inside the coating layer and the second coating layer as the coating layer returning, as shown in Fig.

본 발명의 일 구현예는 제1 리튬 전이금속 복합 산화물, 상기 제1 리튬 전이금속 복합 산화물의 표면에 위치하는 제2 리튬 전이금속 복합 산화물, 상기 제2 리튬 전이금속 복합 산화물의 표면에 위치하는 코팅층을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 제공한다.An embodiment of the present invention is a lithium secondary battery comprising a first lithium-transition metal composite oxide, a second lithium-transition metal composite oxide positioned on the surface of the first lithium-transition metal composite oxide, a coating layer positioned on the surface of the second lithium- And a cathode active material for a lithium secondary battery.

예컨대, 상기 양극 활물질은 제1 리튬 전이금속 복합 산화물, 상기 제1 리튬 전이금속 복합 산화물의 표면에 위치하는 제2 리튬 전이금속 복합 산화물, 상기 제2 리튬 전이금속 복합 산화물의 표면에 위치하는 제1 코팅층, 및 상기 제1 코팅층의 표면에 위치하는 제2 코팅층을 포함하고, 상기 제1 코팅층은 하기 화학식 1로 표시되고, 상기 제2 코팅층은 하기 화학식 2로 표시된다.For example, the cathode active material may include a first lithium-transition metal composite oxide, a second lithium-transition metal composite oxide positioned on the surface of the first lithium-transition metal composite oxide, a first lithium- And a second coating layer disposed on a surface of the first coating layer, wherein the first coating layer is represented by the following Formula 1, and the second coating layer is represented by the following Formula 2.

[화학식 1][Chemical Formula 1]

LiaVbOc Li a V b O c

[화학식 2](2)

VdOe V d O e

상기 화학식 1 및 화학식 2에서,In the above formulas (1) and (2)

0.01≤a≤6, 1≤b≤6, 2≤c≤13, 1≤d≤6 및 2≤e≤13 이다.6, 1? B? 6, 2? C? 13, 1? D? 6 and 2? E? 13.

일반적으로 양극 활물질의 경우, 표면에 Li2CO3, LiOH 등 리튬 불순물이 존재하는데, 이러한 리튬 불순물은 전극 슬러리 제조 시 겔화를 유발하여 극판 균일도를 떨어트린다. 또한 리튬 불순물은 초기 비가역 용량을 형성하고 리튬 이온 이동을 방해할 뿐 아니라 전지 구동 중 가스를 발생시키는 문제가 있다.Generally, in the case of the cathode active material, lithium impurities such as Li 2 CO 3 and LiOH are present on the surface. Such lithium impurities cause gelation in the production of the electrode slurry, thereby lowering the uniformity of the electrode plate. In addition, lithium impurities form an initial irreversible capacity and interfere with lithium ion movement, and also generate gas during battery operation.

그러나 일 구현예에 따른 양극 활물질은 상기 화학식 1로 표시되는 리튬바나듐 산화물인 제1 코팅층 및 상기 화학식 2로 표시되는 바나듐 산화물인 제2 코팅층이 표면에 잔류하는 리튬 불순물을 제거하는 역할을 하여 전극 슬러리 겔화와 가스 발생 등이 억제되고, 고율 특성, 수명 특성 등의 전지 특성이 향상된다. 또한, 상기 제1 코팅층 및 제2 코팅층은 양극 활물질과 전해액의 부반응을 억제하는 역할도 한다.However, the positive electrode active material according to an embodiment of the present invention has a function of removing lithium impurities remaining on the surface of the positive electrode active material, the first coating layer being lithium vanadium oxide represented by Formula 1 and the second coating layer being vanadium oxide represented by Formula 2, Gelation and gas generation and the like are suppressed, and cell characteristics such as high-rate characteristics and life characteristics are improved. The first coating layer and the second coating layer also function to suppress side reactions between the cathode active material and the electrolyte.

예컨대, 상기 화학식 1에서, a는 0.05 내지 6 일 수 있고, b는 2 일 수 있고, c는 5 일 수 있다.For example, in the above formula (1), a may be 0.05 to 6, b may be 2, and c may be 5.

예컨대, 상기 화학식 2에서, d는 2 일 수 있고, e는 5 일 수 있다.For example, in Formula 2, d may be 2, and e may be 5.

상기 '제1 코팅층 및 제2 코팅층'은 상기 '제1 리튬 전이금속 복합 산화물 및 제2 리튬 전이금속 복합 산화물'의 전이금속 100 몰부에 대하여 0.1 내지 5 몰부, 예컨대 0.1 내지 4몰부, 0.1 내지 3몰부, 0.1 내지 2몰부, 0.1 내지 1몰부 포함될 수 있다. 이 경우 상기 제1 코팅층 및 제2 코팅층은 상기 제2 리튬 전이금속 복합 산화물의 표면에 잔류하던 리튬 불순물을 효과적으로 제거하여, 우수한 전지 성능을 나타낼 수 있다.The 'first coating layer and the second coating layer' may be used in an amount of 0.1 to 5 molar parts, for example, 0.1 to 4 molar parts, and 0.1 to 3 molar parts, based on 100 molar parts of the transition metal of the first lithium transition metal complex oxide and the second lithium transition metal complex oxide, Molar fraction, 0.1 to 2 molar fraction, and 0.1 to 1 molar fraction. In this case, the first coating layer and the second coating layer effectively remove lithium impurities remaining on the surface of the second lithium-transition metal composite oxide, thereby exhibiting excellent battery performance.

상기 제1 리튬 전이금속 복합 산화물은 하기 화학식 3으로 표시될 수 있고, 상기 제2 리튬 전이금속 복합 산화물은 하기 화학식 4로 표시될 수 있다.The first lithium-transition metal composite oxide may be represented by the following formula (3), and the second lithium-transition metal composite oxide may be represented by the following formula (4).

[화학식 3](3)

LiM0 xM1 yM2 zO2 LiM O x M 1 y M 2 z O 2

[화학식 4][Chemical Formula 4]

LiM0 xM1 yM2 zViO2 LiM O x M 1 y M 2 z V i O 2

상기 화학식 3 및 화학식 4에서,In the above formulas (3) and (4)

M0, M1 및 M2는 각각 독립적으로 Ni, Co, Mn, Al, Ti, Mg 또는 Zr 이고, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1 및 0.01≤i≤5 이다.M 0 , M 1 and M 2 are each independently Ni, Co, Mn, Al, Ti, Mg or Zr; 0? X? 1, 0? Y? 1, 0? Z? 1, to be.

상기 제2 리튬 전이금속 복합 산화물은 표면에 바나듐 산화물을 포함하는 코팅층이 형성되면서 제2 복합산화물 표면층이 바나듐으로 도핑될 수 있다. 즉, 상기 제2 리튬 전이금속 복합 산화물은 바나듐으로 도핑된 것일 수 있다. 이 경우 이를 포함하는 양극 활물질은 고용량을 구현하면서 전지의 수명 특성 등을 향상시킬 수 있다.The second lithium-transition metal composite oxide may be doped with vanadium while the coating layer containing vanadium oxide is formed on the surface of the second lithium-transition metal composite oxide. That is, the second lithium-transition metal composite oxide may be doped with vanadium. In this case, the cathode active material containing the cathode active material can improve the lifetime characteristics of the battery while realizing a high capacity.

상기 화학식 4에서 i는 바나듐의 도핑량을 의미하고, 예컨대 0.01 내지 0.5, 0.01 내지 0.02 일 수 있다. In Formula 4, i means the doping amount of vanadium, and may be, for example, 0.01 to 0.5 and 0.01 to 0.02.

예컨대, 상기 M0는 Ni 일 수 있다.For example, M 0 may be Ni.

예컨대, 일 구현예에 따른 양극 활물질은 니켈을 포함하는 층상구조의 양극 활물질일 수 있다. For example, the cathode active material according to one embodiment may be a layered cathode active material including nickel.

예컨데, 상기 제1 리튬 전이금속 복합 산화물 및 제2 리튬 전이금속 복합 산화물은 일 구현예에 따른 양극 활물질 내 전이금속 총량에 대하여 니켈을 60 몰% 이상, 예컨대 65 몰% 이상, 70 몰% 이상, 75 몰% 이상, 80 몰% 이상 포함할 수 있고, 90 몰% 이하 포함할 수 있다. 즉, 상기 제1 리튬 전이금속 복합 산화물 및 제2 리튬 전이금속 복합 산화물은 니켈 리치계 산화물일 수 있다. 이 경우 상기 양극 활물질은 저비용으로 고용량을 구현할 수 있다. 니켈의 함량이 많을수록 잔류 리튬의 문제가 심각해지는 문제가 있는데, 일 구현예에 따른 양극 활물질은 니켈 함량이 많더라도 잔류 리튬이 제거될 수 있고 따라서 잔류 리튬에 따른 문제점들을 극복할 수 있다.For example, the first lithium-transition metal composite oxide and the second lithium-transition metal composite oxide may contain at least 60 mol% of nickel, for example, at least 65 mol%, at least 70 mol%, and more preferably at least 70 mol%, based on the total amount of transition metals in the cathode active material, 75 mol% or more, 80 mol% or more, and 90 mol% or less. That is, the first lithium-transition metal composite oxide and the second lithium-transition metal composite oxide may be nickel-based oxide. In this case, the positive electrode active material can realize a high capacity at low cost. As the content of nickel is increased, the problem of residual lithium becomes more serious. In the cathode active material according to one embodiment, residual lithium can be removed even if nickel content is high, and thus, problems due to residual lithium can be overcome.

상기 양극 활물질의 입경은 1㎛ 내지 20㎛일 수 있으며, 상기 제1 리튬 전이금속 복합 산화물 및 제2 리튬 전이금속 복합 산화물의 종류에 따라 입경 범위는 다양할 수 있다. 또한 제1 코팅층 및 제2 코팅층은 코팅의 농도에 따라 다양한 두께를 가질 수 있다.The particle size of the cathode active material may be from 1 탆 to 20 탆, and the range of particle diameters may vary depending on the types of the first lithium-transition metal composite oxide and the second lithium-transition metal composite oxide. The first coating layer and the second coating layer may have various thicknesses depending on the concentration of the coating.

본 발명의 다른 일 구현예는 리튬 전이금속 복합 산화물을 준비하는 단계; 상기 리튬 전이금속 복합 산화물 및 바나듐 원료물질을 혼합하는 단계; 상기 단계의 혼합물을 분무건조하거나 졸겔법을 사용하여, 상기 리튬 전이금속 복합 산화물의 표면에 바나듐 원료물질을 코팅하는 단계; 상기 리튬 전이금속 복합 산화물의 표면에 바나듐 원료물질이 코팅된 물질을 열처리하는 단계; 및 상기 리튬 전이금속 복합 산화물의 표면에 하기 화학식 1로 표시되는 제1 코팅층이 형성되고, 상기 제1 코팅층의 표면에 하기 화학식 2로 표시되는 제2 코팅층이 형성된 양극 활물질을 수득하는 단계를 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing a lithium secondary battery, comprising: preparing a lithium-transition metal composite oxide; Mixing the lithium transition metal complex oxide and the vanadium raw material; Coating a vanadium raw material on the surface of the lithium-transition metal composite oxide by spray-drying or using a sol-gel method; Heat treating a material coated with a vanadium raw material on the surface of the lithium-transition metal composite oxide; And a step of obtaining a cathode active material in which a first coating layer represented by the following Chemical Formula 1 is formed on the surface of the lithium-transition metal composite oxide and a second coating layer represented by Chemical Formula 2 is formed on the surface of the first coating layer, A method for producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery is provided.

[화학식 1][Chemical Formula 1]

LiaVbOc Li a V b O c

[화학식 2](2)

VdOe V d O e

상기 화학식 1 및 화학식 2에서,In the above formulas (1) and (2)

0.01≤a≤6, 1≤b≤6, 2≤c≤13, 1≤d≤6 및 2≤e≤13 이다.6, 1? B? 6, 2? C? 13, 1? D? 6 and 2? E? 13.

상기 제조 방법을 통하여 전술한 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 제조할 수 있다.The above-described cathode active material for a lithium secondary battery can be produced through the above-described production method.

일반적으로 리튬 전이금속 복합 산화물의 표면에는 리튬 불순물이 존재하는데, 상기 일 구현예의 제조 방법에 따라 상기 리튬 불순물이 제거된 양극 활물질을 수득할 수 있다. In general, lithium impurities are present on the surface of the lithium-transition metal composite oxide, and the cathode active material from which the lithium impurity is removed can be obtained according to the production method of this embodiment.

구체적으로, 상기 리튬 전이금속 복합 산화물의 표면에 잔류하던 리튬 불순물은 바나듐 원료물질 등과 반응하여 리튬바나듐산화물 등으로 바뀔 수 있고, 상기 리튬바나듐산화물 등은 바나듐산화물 등과 함께 제1 코팅층 및 제2 코팅층의 구성성분이 될 수 있다. 이에 따라 리튬 불순물이 제거된 양극 활물질을 수득할 수 있다.Specifically, the lithium impurity remaining on the surface of the lithium-transition metal composite oxide reacts with the vanadium raw material or the like to be converted into lithium vanadium oxide or the like, and the lithium vanadium oxide and the like, together with the vanadium oxide and the like, May be a constituent. As a result, a cathode active material from which lithium impurities have been removed can be obtained.

상기 일 구현예에 따라 제조된 양극 활물질을 전지에 적용할 경우 전극 슬러리 겔화와 가스 발생 등이 억제되고, 고율특성, 수명특성 등이 향상될 수 있다.When the cathode active material prepared according to one embodiment is applied to a battery, gelation of the electrode slurry and generation of gas can be suppressed, and high-rate characteristics and life characteristics can be improved.

상기 리튬 전이금속 복합 산화물을 준비하는 단계는 구체적으로, 공침법으로 전이금속 수산화물을 제조하는 단계; 상기 전이금속 수산화물 및 리튬 원료를 혼합하는 단계; 및 상기 단계의 혼합물을 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.The preparation of the lithium-transition metal composite oxide may be performed by, for example, preparing a transition metal hydroxide by coprecipitation; Mixing the transition metal hydroxide and a lithium source; And heat treating the mixture of steps.

상기 열처리하는 단계는 600 내지 900℃에서 수행될 수 있고 12 내지 24시간 동안 수행될 수 있다.The heat treatment may be performed at 600 to 900 占 폚 and may be performed for 12 to 24 hours.

상기 리튬 전이금속 복합 산화물은 제1 리튬 전이금속 산화물 및 제2 리튬 전이금속 산화물을 포함하며, 상기 제1 리튬 전이금속 산화물 표면에 상기 제2 리튬 전이금속 산화물이 형성될 수 있다.The lithium-transition metal composite oxide includes a first lithium-transition metal oxide and a second lithium-transition metal oxide, and the second lithium-transition metal oxide may be formed on the surface of the first lithium-transition metal oxide.

상기 제1 리튬 전이금속 복합 산화물 및 제2 리튬 전이금속 복합 산화물은 일 구현예에 따른 양극 활물질 내 전이금속 총량에 대하여 니켈을 60 몰% 이상 포함하는 니켈 리치계 산화물일 수 있다. The first lithium-transition metal composite oxide and the second lithium-transition metal composite oxide may be a nickel-rich oxide containing at least 60 mol% of nickel based on the total amount of transition metals in the cathode active material according to an exemplary embodiment.

구체적으로 상기 제1 리튬 전이금속 복합 산화물은 하기 화학식 3으로 표시될 수 있고, 상기 제2 리튬 전이금속 복합 산화물은 하기 화학식 4로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다. Specifically, the first lithium-transition metal composite oxide may be represented by the following Chemical Formula 3, and the second lithium-transition metal composite oxide may include a compound represented by Chemical Formula 4 below.

[화학식 3](3)

LiM0 xM1 yM2 zO2 LiM O x M 1 y M 2 z O 2

[화학식 4][Chemical Formula 4]

LiM0 xM1 yM2 zViO2 LiM O x M 1 y M 2 z V i O 2

상기 화학식 3 및 화학식 4에서,In the above formulas (3) and (4)

M0, M1 및 M2는 각각 독립적으로 Ni, Co, Mn, Al, Ti, Mg 또는 Zr 이고, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1 및 0.01≤i≤5 이다. 예컨대, 상기 M0는 Ni 일 수 있다.M 0 , M 1 and M 2 are each independently Ni, Co, Mn, Al, Ti, Mg or Zr; 0? X? 1, 0? Y? 1, 0? Z? 1, to be. For example, M 0 may be Ni.

상기 리튬 전이금속 복합 산화물 및 바나듐 원료물질을 혼합하는 단계에서, 상기 바나듐 원료물질은 상기 리튬 전이금속 복합 산화물의 전이금속 100몰부에 대하여 0.1 내지 5 몰부, 구체적으로 0.1 내지 4몰부, 0.1 내지 3몰부, 0.1 내지 2몰부, 0.1 내지 1몰부 첨가되는 것일 수 있다. 이 경우 코팅층이 형성되면서 상기 리튬 전이금속 복합 산화물의 표면에 잔류하던 리튬 불순물이 효과적으로 제거되어, 전지 성능이 개선될 수 있다.In the step of mixing the lithium-transition metal composite oxide and the vanadium raw material, the vanadium raw material is added in an amount of 0.1 to 5 moles, specifically 0.1 to 4 moles, and 0.1 to 3 moles, , 0.1 to 2 moles, and 0.1 to 1 mole, respectively. In this case, the lithium impurity remaining on the surface of the lithium-transition metal composite oxide is effectively removed while the coating layer is formed, and battery performance can be improved.

상기 리튬 전이금속 복합 산화물의 표면에 바나듐 원료물질이 코팅된 물질을 열처리하는 단계에서 상기 열처리는 300 내지 500℃에서 수행될 수 있고, 1 내지 10시간 동안 수행될 수 있다. 이 경우 안정된 코팅층이 형성될 수 있고, 상기 리튬 전이금속 복합 산화물의 표면에 잔류하던 리튬 불순물이 효과적으로 제거될 수 있다. In the step of heat-treating the material coated with the vanadium raw material on the surface of the lithium-transition metal composite oxide, the heat treatment may be performed at 300 to 500 ° C, and may be performed for 1 to 10 hours. In this case, a stable coating layer can be formed, and lithium impurities remaining on the surface of the lithium-transition metal composite oxide can be effectively removed.

본 발명의 또 다른 일 구현예에서는 상기 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 포함하는 양극; 음극; 및 전해질을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다.In another embodiment of the present invention, there is provided a positive electrode comprising the positive electrode active material for the lithium secondary battery; cathode; And a lithium secondary battery comprising the electrolyte.

상기 양극은 상기 일 구현예에 따른 양극 활물질과, 도전재, 결합제 및 용매를 혼합하여 양극 활물질 조성물을 제조한 다음, 알루미늄 집전체 상에 직접 코팅 및 건조하여 제조한다. 또는 상기 양극 활물질 조성물을 별도의 지지체 상에 캐스팅한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 알루미늄 집전체 상에 라미네이션하여 제조가 가능하다.The positive electrode is prepared by mixing a positive electrode active material according to one embodiment, a conductive material, a binder and a solvent to prepare a positive electrode active material composition, and then directly coating and drying on the aluminum current collector. Or by casting the positive electrode active material composition on a separate support, then peeling the support from the support, and laminating the resulting film on an aluminum current collector.

상기 도전재는 구체적으로 카본 블랙, 흑연, 금속 분말 등일 수 있다. 상기 결합제는 비닐리덴플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌 및 그 혼합물일 수 있다. 또한 용매는 N-메틸피롤리돈, 아세톤, 테트라하이드로퓨란, 데칸 등을 사용한다. 이때 양극 활물질, 도전재, 결합제 및 용매의 함량은 리튬 이차 전지에서 통상적으로 사용하는 수준으로 사용된다.The conductive material may specifically be carbon black, graphite, metal powder, or the like. The binder may be a vinylidene fluoride / hexafluoropropylene copolymer, polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polymethyl methacrylate, polytetrafluoroethylene, and mixtures thereof. Further, N-methylpyrrolidone, acetone, tetrahydrofuran, decane and the like are used as the solvent. At this time, the content of the cathode active material, the conductive material, the binder and the solvent is used at a level normally used in a lithium secondary battery.

상기 음극은 양극과 마찬가지로 음극 활물질, 결합제 및 용매를 혼합하여 애노드 활물질 조성물을 제조하며, 이를 구리 집전체에 직접 코팅하거나 별도의 지지체 상에 캐스팅하고 이 지지체로부터 박리시킨 음극 활물질 필름을 구리 집전체에 라미네이션하여 제조한다. 이때 음극 활물질 조성물에는 필요한 경우에는 도전재를 더욱 함유하기도 한다.The negative electrode is prepared by mixing an anode active material, a binder and a solvent in the same manner as in the case of the anode. The anode active material composition is directly coated on the copper current collector or cast on a separate support, and the anode active material film, Laminated. At this time, the negative electrode active material composition may further contain a conductive material if necessary.

상기 음극 활물질로는 리튬을 인터칼레이션/디인터칼레이션할 수 있는 재료가 사용되고, 예컨대, 리튬 금속이나 리튬 합금, 코크스, 인조 흑연, 천연 흑연, 유기 고분자 화합물 연소체, 탄소 섬유 등을 사용한다. 또한 도전재, 결합제 및 용매는 전술한 양극의 경우와 동일하게 사용된다. As the negative electrode active material, a material capable of intercalating / deintercalating lithium is used. For example, lithium metal, lithium alloy, coke, artificial graphite, natural graphite, organic polymeric compound combustion material, . The conductive material, the binder and the solvent are used in the same manner as in the case of the above-mentioned anode.

상기 세퍼레이터는 리튬 이차 전지에서 통상적으로 사용되는 것이라면 모두 다 사용가능하며, 일예로 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 be polyethylene, polypropylene, polyvinylidene fluoride or a multilayer film of two or more thereof. The separator may be a polyethylene / polypropylene double-layer separator, It is needless to say that a mixed multilayer film such as a polyethylene / polypropylene / polyethylene three-layer separator, a polypropylene / polyethylene / polypropylene three-layer separator and the like can be used.

상기 리튬 이차 전지에 충전되는 전해질로는 비수성 전해질 또는 공지된 고체 전해질 등이 사용 가능하며, 리튬염이 용해된 것을 사용한다. As the electrolyte to be charged into the lithium secondary battery, a non-aqueous electrolyte or a known solid electrolyte may be used, and a lithium salt dissolved therein may be used.

상기 비수성 전해질의 용매는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트, 부틸렌카보네이트, 비닐렌카보네이트 등의 환상 카보네이트; 디메틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트, 디에틸카보네이트 등의 쇄상 카보네이트; 아세트산메틸, 아세트산에틸, 아세트산프로필, 프로피온산메틸, 프로피온산에틸, γ-부티로락톤 등의 에스테르류; 1,2-디메톡시에탄, 1,2-디에톡시에탄, 테트라히드로푸란, 1,2-디옥산, 2-메틸테트라히드로푸란 등의 에테르류; 아세토니트릴 등의 니트릴류; 디메틸포름아미드 등의 아미드류 등을 사용할 수 있다. 이들을 단독또는 복수개 조합하여 사용할 수 있다. 특히, 환상 카보네이트와 쇄상 카보네이트와의 혼합 용매를 바람직하게 사용할 수 있다.The solvent of the non-aqueous electrolyte is not particularly limited, but cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and vinylene carbonate; Chain carbonates such as dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate and diethyl carbonate; Esters such as methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate and? -Butyrolactone; Ethers such as 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, tetrahydrofuran, 1,2-dioxane and 2-methyltetrahydrofuran; Nitriles such as acetonitrile; Amides such as dimethylformamide and the like can be used. These may be used singly or in combination. Particularly, a mixed solvent of cyclic carbonate and chain carbonate can be preferably used.

또한 전해질로서, 폴리에틸렌옥시드, 폴리아크릴로니트릴 등의 중합체 전해질에 전해액을 함침한 겔상 중합체 전해질이나, LiI, Li3N 등의 무기 고체 전해질이 가능하다.As the electrolyte, a gelated polymer electrolyte in which an electrolyte solution is impregnated with a polymer electrolyte such as polyethylene oxide or polyacrylonitrile, or an inorganic solid electrolyte such as LiI or Li 3 N can be used.

이때 리튬염은 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, LiC4F9SO3, LiSbF6, LiAlO4, LiAlCl4, LiCl, 및 LiI로 이루어진 군에서 선택된 1종이 가능하다.
Wherein the lithium salt is selected from the group consisting of LiPF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAsF 6 , LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, LiC 4 F 9 SO 3 , LiSbF 6 , LiAlO 4 , LiAlCl 4 , LiCl, and LiI.

이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred embodiments and comparative examples of the present invention will be described. However, the following examples are only a preferred embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.

실시예Example 1 One

공침법을 이용하여 Ni0 .75Co0 .11Mn0 .14(OH)2 (평균입경: 약 11㎛)를 제조하여 이를 LiOH와 균일하게 혼합한 후 이 혼합물을 공기 분위기 하에서 18시간 동안 750℃에서 소성하여 LiNi0 .75Co0 .11Mn0 .14O2를 제조하였다. Ni 0 .75 Co 0 .11 using a coprecipitation Mn 0 .14 (OH) 2: The mixture was uniformly mixed it with LiOH to prepare a (average particle size of about 11㎛) under an air atmosphere for 18 hours, 750 calcined at ℃ was prepared LiNi 0 .75 Co 0 .11 Mn 0 .14 O 2.

에탄올 용매 100ml에 바나듐 옥시트리프로폭사이드(Vanadium oxytripropoxide), 바나딜 아세틸아세토네이트(Vanadyl acetylacetonate), 암모늄 바나데이트(Ammonium vanadate)와 같은 바나듐 출발물질을 활물질의 전이금속의 0.4mol%가 되도록 계량한 후 녹여, 65℃로 1시간 동안 균일하게 분산 시켜 코팅용액을 만든다. 코팅 용액에 상기에서 제조한 LiNi0 .75Co0 .11Mn0 .14O2을 이 용액에 첨가하여 균일하게 분산시켜 혼합용액을 만든다. 상기 혼합용액을 110℃에서 1시간 동안 가열하며 에탄올을 증발시킨다. 분무건조방식을 이용 시에는 상기 혼합용액을 교반하며 200℃로 가열되어 있는 분무건조기 내부로 일정속도로 투입하여 건조 후 분무건조기 하단에 수득되는 것을 취한다. A vanadium starting material such as vanadium oxytripropoxide, vanadyl acetylacetonate, and ammonium vanadate was weighed to 0.4 mol% of the transition metal of the active material in 100 ml of an ethanol solvent And then dispersed uniformly at 65 ° C for 1 hour to prepare a coating solution. It was added to a LiNi 0 .75 Co 0 .11 Mn 0 .14 O 2 was prepared in the coating solution to the solution to and uniformly distributed to make a mixed solution. The mixed solution is heated at 110 DEG C for 1 hour, and ethanol is evaporated. When using the spray drying method, the mixed solution is stirred at a constant speed into a spray dryer heated to 200 ° C, dried, and then taken at the bottom of the spray dryer.

이 혼합용액을 분무건조방식 또는 졸겔법을 통해 처리하여 활물질 표면에 코팅시켰다. 이후 이 건조된 분말을 3시간 동안 400℃에서 소성하여 표면에 다양한 층으로 표면처리된 양극 활물질 제조하였다. This mixed solution was treated by a spray drying method or a sol-gel method to coat the surface of the active material. The dried powder was then fired at 400 ° C for 3 hours to prepare a surface-treated cathode active material having various layers on the surface.

폴리비닐리덴 플루오라이드 바인더를 N-메틸-2-피롤리돈 용매에 용해시킨 후, 이 용액에 상기 양극 활물질 및 카본 블랙 도전재를 첨가하여 양극 활물질 슬러리를 제조하였다. 이때 상기 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합 비율은 92:4:4 중량비로 하였다. 상기 슬러리를 Al 포일에 코팅하고, 110℃에서 600분간 건조하여 양극을 제조하였다. 제조된 양극과 음극으로는 리튬 금속을, 전해액으로는 1.15M LiPF6, EC/DMC/DEC=3/4/3(v/v) 혼합용액을 사용하여 반쪽 전지인 CR2016 사이즈의 코인 전지를 제조하였다.After the polyvinylidene fluoride binder was dissolved in a solvent of N-methyl-2-pyrrolidone, the cathode active material and the carbon black conductive material were added to this solution to prepare a cathode active material slurry. The mixing ratio of the cathode active material, the conductive material and the binder was 92: 4: 4 by weight. The slurry was coated on an Al foil and dried at 110 DEG C for 600 minutes to prepare a positive electrode. A coin battery of size CR2016, which is a half cell, was manufactured using a lithium metal as the anode and cathode, and a mixed solution of 1.15M LiPF 6 and EC / DMC / DEC = 3/4/3 (v / v) Respectively.

실시예Example 2 2

LiNi0 .75Co0 .11Mn0 .14O2 대신에 LiNi0 .8Co0 .1Mn0 .1O2를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 양극 활물질과 전지를 제조하였다.Instead of LiNi 0 .75 Co 0 .11 Mn 0 .14 O 2 was prepared in the LiNi 0 .8 Co 0 .1 Mn 0 .1 O and the positive electrode active material and battery in the same manner as in Example 1 except for using 2 .

실시예Example 3 3

LiNi0 .75Co0 .11Mn0 .14O2 대신에 LiNi0 .8Co0 .15Al0 .05O2를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 양극 활물질과 전지를 제조하였다.Instead of LiNi 0 .75 Co 0 .11 Mn 0 .14 O 2 , except that the LiNi 0 .8 Co 0 .15 Al 0 .05 O 2 was prepared the positive electrode active material and battery in the same manner as in Example 1 .

비교예Comparative Example 1 One

실시예 1에서 제조한 LiNi0 .75Co0 .11Mn0 .14O2를 코팅 공정 없이 양극 활물질로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 전지를 제조하였다.Embodiment, except that the LiNi 0 .75 Co 0 .11 Mn 0 .14 O 2 produced in Example 1 as a cathode active material without a coating process to prepare a cell in the same manner as in Example 1.

비교예Comparative Example 2 2

양극 활물질로 LiNi0 .75Co0 .11Mn0 .14O2 대신에 LiNi0 .8Co0 .1Mn0 .1O2를 사용한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 전지를 제조하였다. And it was prepared in a cell in the same manner as in Comparative Example 1 except for using a positive electrode active material LiNi 0 .8 Co 0 .1 Mn 0 .1 O 2 instead of LiNi 0 .75 Co 0 .11 Mn 0 .14 O 2 .

비교예Comparative Example 3 3

양극 활물질로 LiNi0 .75Co0 .11Mn0 .14O2 대신에 LiNi0 .8Co0 .15Al0 .05O2를 사용한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 전지를 제조하였다.
And it was prepared in a cell in the same manner as in Comparative Example 1 except for using a positive electrode active material LiNi 0 .8 Co 0 .15 Al 0 .05 O 2 instead of LiNi 0 .75 Co 0 .11 Mn 0 .14 O 2 .

실시예Example 1 및  1 and 비교예Comparative Example 1에 대한 평가 Rating for 1

(1) 외관 평가(1) Appearance evaluation

도 2는 실시예 1과 비교예 1의 양극 활물질의 주사전자현미경(SEM) 사진이다. 도 2의 (a) 및 (c)는 비교예 1의 양극 활물질이고, 도 2의 (b) 및 (d)는 실시예 1의 양극 활물질이다. 2 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the cathode active material of Example 1 and Comparative Example 1. Fig. 2 (a) and 2 (c) show the cathode active material of Comparative Example 1, and FIGS. 2 (b) and 2 (d) show the cathode active material of Example 1.

(2) 입자 표면의 (2) NiNi 및 V 분포 분석 And V distribution analysis

도 3a는 실시예 1의 양극 활물질 표면의 투과전자현미경(TEM) 사진이며, 도 3b 및 도 3c는 실시예 1의 양극 활물질 표면의 Ni 및 V 분포를 나타낸 EDS 사진 및 line scattering 그래프이다. 특히, 상기 도 3c에서, 바나듐이 코팅된 영역(8 nm) 및 바나듐이 제2 리튬 전이금속 복합 산화물에 도핑된 영역(8nm 내지 25nm)을 확인할 수 있으며, 이로부터 바나듐이 도핑된 제2 리튬 전이금속 복합 산화물 및 바나듐이 다수 포함된 코팅층을 확인할 수 있다. FIG. 3A is a transmission electron microscope (TEM) photograph of the surface of the positive electrode active material of Example 1, and FIGS. 3B and 3C are EDS photographs and line scattering graphs showing Ni and V distributions of the surface of the positive electrode active material of Example 1. In particular, in FIG. 3C, a region (8 nm) coated with vanadium and a region (8 nm to 25 nm) doped with vanadium in the second lithium-transition metal composite oxide can be identified, from which a vanadium- Metal complex oxides and vanadium in the coating layer.

(3) 원소 분석 및 (3) elemental analysis and 산화수Oxidation number 변화 분석 Change analysis

도 4는 실시예 1과 비교예 1의 양극 활물질에 대하여 표면에서부터 내부로 들어가면서 측정한 특정 원소의 유무 및 산화수 변화 그래프(XPS)이다. 도 3a, 도 3c, 및 도 3e는 비교예 1에 대한 그래프이고, 도 3b, 도 3d, 및 도 3f는 실시예 1에 대한 그래프이다. FIG. 4 is a graph showing the presence or absence of specific elements and the graph of the change in oxidation number (XPS) measured from the surface to the inside of the cathode active material of Example 1 and Comparative Example 1. FIG. Figs. 3A, 3C, and 3E are graphs for Comparative Example 1, and Figs. 3B, 3D, and 3F are graphs for Example 1. Fig.

도 3a와 도 3b를 비교하면, 도 3a의 경우 표면 부근에 Li2CO3의 함량이 많이 검출되는 반면 도 3b의 경우 거의 검출되지 않는다는 것을 알 수 있다. 도 3c와 도 3d를 비교하면, 도 3d의 경우에만 코팅층에 의해 바나듐 양이온이 검출되고 있음을 알 수 있다. 도 3e와 도 3f를 비교해보면 일부 바나듐이 표면에 도핑됨으로 인하여 Ni의 산화수가 3+이 대부분이었던 비교예에 비하여, 실시예에서는 Ni2 +로 산화수가 변화되었다. Comparing FIGS. 3A and 3B, it can be seen that the content of Li 2 CO 3 is detected in the vicinity of the surface in FIG. 3 A, but is almost not detected in FIG. 3B. Comparing FIG. 3C with FIG. 3D, it can be seen that the vanadium cation is detected by the coating layer only in FIG. 3D. Comparing FIGS. 3E and 3F, in comparison with the comparative example in which the oxidation number of Ni was 3+ due to the fact that some vanadium was doped on the surface, the oxidation number changed to Ni 2 + in the examples.

또한, 도 5는 실시예 1의 양극 활물질에 대하여 표면에서부터 내부로 들어가면서 측정한 특정 원소의 유무 및 산화수 변화 그래프(EELS)이다. 5 is a graph showing the presence or absence of specific elements and the change in oxidation number (EELS) measured from the surface toward the inside of the positive electrode active material of Example 1. Fig.

도 5a 및 도 5b로부터, 양극 활물질 표면의 바나듐 산화수는 5+임을 알 수 있다. 5+의 산화수를 가지는 바나듐은 열역학적으로 가장 안정한 바나듐이다. 한편, 8nm 에서의 바나듐 산화수가 5+에서 4+로 약간 이동(shift)이 일어난 것을 확인할 수 있다. 이는 표면에 잔류하고 있던 잔류 리튬이 바나듐 산화물과 반응하여 LicV2O5 (0.01≤c≤6)를 형성하면서 바나듐의 산화수가 변화한 것이다. 또한, 15 nm에서는 니켈과 바나듐이 공존하며, 바나듐으로 표면 처리하기 전에는 니켈의 주산화수가 3+이었으나, 표면 처리 후에는 2+로 변화한 것을 확인할 수 있다. 이는 산화수가 높은 바나듐이 전이금속자리에 도핑되면서 산화수 balance를 맞추기 위해 산화수 전이가 일어난 것이다.5A and 5B, it can be seen that the vanadium oxidation number on the surface of the positive electrode active material is 5+. Vanadium having an oxidation number of 5+ is the most thermodynamically stable vanadium. On the other hand, it can be seen that the vanadium oxidation number at 8 nm slightly shifted from 5+ to 4+. This is because the residual lithium remaining on the surface reacts with the vanadium oxide to form Li c V 2 O 5 (0.01? C ? 6) and the oxidation number of vanadium changes. In addition, nickel and vanadium coexist at 15 nm, and it was confirmed that the main oxidation number of nickel was 3+ before surface treatment with vanadium, but changed to 2+ after surface treatment. This is due to the fact that oxidation of vanadium is carried out in order to adjust the balance of oxidation as vanadium is doped into the transition metal sites.

(4) 코팅층 형상(4) Coating layer shape

도 6은 실시예 1과 비교예 1의 양극 활물질의 투과전자현미경(TEM) 사진이다. 도 6의 (a) 및 (c)는 비교예 1의 양극 활물질이고, 도 2의 (b) 및 (d)는 실시예 1의 양극 활물질이다. 또한, ① 및 ②는 비교예 1의 양극 활물질의 구조결정성을 확인할 수 있는 변환이미지이며, ③ 및 ④는 실시예 1의 양극 활물질의 구조결정성을 확인할 수 있는 변환이미지이다. 바나듐의 도핑으로 인하여 증가한 Ni2 + 이온이 표면에서 Li+ 이온 자리를 차지하여 전기화학적 특성을 저하시킬 수 있는데, 바나듐이 도핑된 표면 구조가 비교예 1에 비하여 실시예 1이 안정됨을 확인할 수 있다. 6 is a transmission electron microscope (TEM) photograph of the cathode active material of Example 1 and Comparative Example 1. Fig. 6 (a) and 6 (c) show the cathode active material of Comparative Example 1, and FIGS. 2 (b) and 2 (d) show the cathode active material of Example 1. Also, (1) and (2) are transformed images to confirm the structural crystallinity of the cathode active material of Comparative Example 1, and (3) and (4) are transformed images in which the structural crystallinity of the cathode active material of Example 1 can be confirmed. It can be seen that the Ni 2 + ion increased due to the doping of vanadium occupies the Li + ion site on the surface, which may degrade the electrochemical characteristics, and that the vanadium-doped surface structure is more stable than that of Comparative Example 1 .

(5) 전기 화학 평가(5) Electrochemical evaluation

또한 실시예 1 및 비교예 1에서 제조한 전지에 대하여 상온에서 1 C-rate 기준으로 수명 특성을 평가하였고 그 결과를 도 7a에 나타내었다. 도 7a를 참고하면, 비교예 1에 비하여 실시예 1의 경우 수명 특성이 더욱 우수하다는 것을 알 수 있다. The life characteristics of the cells prepared in Example 1 and Comparative Example 1 were evaluated at a room temperature and a 1 C-rate. The results are shown in FIG. 7a. Referring to FIG. 7A, it can be seen that the life characteristics of Example 1 are superior to those of Comparative Example 1.

또한, 실시예 1 및 비교예 1에서 제조한 전지에 대하여 상온에서 0.1 C-rate에서부터 7C-rate까지 변화시켜 율별 특성을 평가하였고 그 결과를 도 7b에 나타내었다. 도 7b를 통하여, 비교예 1에 비하여 실시예 1의 경우 고율에서의 출력 특성이 더욱 우수하다는 것을 알 수 있다. The characteristics of the batteries prepared in Example 1 and Comparative Example 1 were evaluated at various rates from 0.1 C-rate to 7 C-rate at room temperature. The results are shown in FIG. 7B. It can be seen from FIG. 7B that the output characteristic at the high rate is better in the case of the first embodiment than the first comparative example.

또한, 실시예 1 및 비교예 1에서 제조한 전지에 대하여 고온에서 1 C-rate 기준으로 수명 특성을 평가하였고 그 결과를 도 7c에 나타내었다. 도 7c를 참고하면, 비교예 1에 비하여 실시예 1의 경우 수명 특성이 더욱 우수하다는 것을 알 수 있다. The life characteristics of the cells prepared in Example 1 and Comparative Example 1 were evaluated at a high temperature of 1 C-rate and the results are shown in FIG. 7c. Referring to FIG. 7C, it can be seen that the life characteristics of Example 1 are superior to those of Comparative Example 1.

실시예Example 2 및  2 and 비교예Comparative Example 2에 대한 평가 Rating for 2

(1) 외관 평가(1) Appearance evaluation

도 8은 실시예 2와 비교예 2의 양극 활물질의 주사전자현미경(SEM) 사진이다. 도 8의 (a) 및 (c)는 비교예 2의 양극 활물질이고, 도 6의 (b) 및 (d)는 실시예 2의 양극 활물질이다. 8 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the cathode active material of Example 2 and Comparative Example 2. Fig. 8 (a) and 8 (c) show the cathode active material of Comparative Example 2, and FIGS. 6 (b) and 6 (d) show the cathode active material of Example 2.

(2) 원소 분석 및 (2) elemental analysis and 산화수Oxidation number 변화 분석 Change analysis

도 9a 및 도 9b는 각각 비교예 2와 실시예 2의 양극 활물질에 대하여 표면에서부터 내부로 들어가면서 측정한 특정 원소의 유무 및 산화수 변화 그래프이다. 도 9a 및 도 9b에서 왼쪽 피크는 Li2Co3의 함량을 나타내는 피크이고, 오른쪽 피크는 탄화수소(hydrocarbon)을 나타내는 피크이다. FIGS. 9A and 9B are graphs showing the presence or absence of specific elements and the change in oxidation number, respectively, of the cathode active materials of Comparative Example 2 and Example 2 measured from the surface to the inside. 9A and 9B, the left peak is a peak indicating the content of Li 2 CO 3 , and the right peak is a peak indicating hydrocarbon.

도 9a의 경우 표면 부근에 Li2CO3의 함량이 많이 검출되는 반면 도 9b의 경우 거의 검출되지 않는다는 것을 알 수 있다. In FIG. 9A, the content of Li 2 CO 3 is detected in the vicinity of the surface, whereas in FIG. 9B, almost no detection is made.

(3) 전기 화학 평가(3) Electrochemical evaluation

실시예 2 및 비교예 2에서 제조한 전지에 대하여 상온에서 0.1 C-rate에서부터 10 C-rate까지 변화시켜 율별 특성을 평가하였고 그 결과를 도 10에 나타내었다. 도 10을 통하여, 비교예 2에 비하여 실시예 2의 경우 고율에서의 출력 특성이 더욱 우수하다는 것을 알 수 있다. The characteristics of the cells prepared in Example 2 and Comparative Example 2 were evaluated at various rates from 0.1 C-rate to 10 C-rate at room temperature. The results are shown in FIG. 10, it can be seen that the output characteristic at the high rate in the case of the second embodiment is better than that of the second comparative example.

또한 실시예 2 및 비교예 2에서 제조한 전지에 대하여 고온에서 1 C-rate 기준으로 수명 특성을 평가하였고 그 결과를 도 11에 나타내었다. 도 11을 참고하면, 비교예 2에 비하여 실시예 2의 경우 수명 특성이 더욱 우수하다는 것을 알 수 있다. The life characteristics of the batteries prepared in Example 2 and Comparative Example 2 were evaluated at a high temperature of 1 C-rate and the results are shown in FIG. Referring to FIG. 11, it can be seen that the life characteristics of Example 2 are better than those of Comparative Example 2.

실시예Example 3 및  3 and 비교예Comparative Example 3에 대한 평가 Rating for 3

(1) 외관 평가(1) Appearance evaluation

도 12는 실시예 3과 비교예 3의 양극 활물질의 주사전자현미경(SEM) 사진이다. 도 12의 (a) 및 (c)는 비교예 3의 양극 활물질이고, 도 12의 (b) 및 (d)는 실시예 3의 양극 활물질이다. 12 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the cathode active material of Example 3 and Comparative Example 3. Fig. 12 (a) and 12 (c) show the cathode active material of Comparative Example 3, and FIGS. 12 (b) and 12 (d) show the cathode active material of Example 3.

(2) 원소 분석 및 (2) elemental analysis and 산화수Oxidation number 변화 분석 Change analysis

도 13a 및 도 13b는 각각 비교예 3과 실시예 3의 양극 활물질에 대하여 표면에서부터 내부로 들어가면서 측정한 특정 원소의 유무를 나타낸 그래프이다. 도 13a 및 도 13b에서 왼쪽 피크는 Li2Co3의 함량을 나타내는 피크이고, 오른쪽 피크는 탄화수소(hydrocarbon)을 나타내는 피크이다.FIGS. 13A and 13B are graphs showing the presence or absence of specific elements measured from the surface to the inside of the cathode active materials of Comparative Examples 3 and 3, respectively. 13A and 13B, the left peak is a peak indicating the content of Li 2 CO 3 , and the right peak is a peak indicating hydrocarbon.

도 13a의 경우 표면 부근에 Li2CO3의 함량이 많이 검출되는 반면 도 13b의 경우 거의 검출되지 않는다는 것을 알 수 있다. In FIG. 13A, the content of Li 2 CO 3 is detected in the vicinity of the surface, whereas in FIG. 13B, it is almost not detected.

(3) 전기 화학 평가(3) Electrochemical evaluation

실시예 3 및 비교예 3에서 제조한 전지에 대하여 상온에서 0.1 C-rate에서부터 10 C-rate까지 변화시켜 율별 특성을 평가하였고 그 결과를 도 14에 나타내었다. 도 14를 통하여, 비교예 3에 비하여 실시예 3의 경우 고율에서의 출력 특성이 더욱 우수하다는 것을 알 수 있다. The characteristics of the batteries prepared in Example 3 and Comparative Example 3 were evaluated at various rates from 0.1 C-rate to 10 C-rate at room temperature. The results are shown in FIG. It can be seen from FIG. 14 that the output characteristic at the high rate is better in the case of the third embodiment than the third embodiment.

또한 실시예 3 및 비교예 3에서 제조한 전지에 대하여 고온에서 1 C-rate 기준으로 수명 특성을 평가하였고 그 결과를 도 15에 나타내었다. 도 15를 참고하면, 비교예 3에 비하여 실시예 3의 경우 수명 특성이 더욱 우수하다는 것을 알 수 있다.
The life characteristics of the batteries prepared in Example 3 and Comparative Example 3 were evaluated at a high temperature of 1 C-rate and the results are shown in FIG. Referring to FIG. 15, it can be seen that the life characteristics of Example 3 are better than those of Comparative Example 3.

본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the following claims. As will be understood by those skilled in the art. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.

Claims (19)

제1 리튬 전이금속 복합 산화물,
상기 제1 리튬 전이금속 복합 산화물의 표면에 위치하는 제2 리튬 전이금속 복합 산화물,
상기 제2 리튬 전이금속 복합 산화물의 표면에 위치하는 제1 코팅층, 및
상기 제1 코팅층의 표면에 위치하는 제2 코팅층을 포함하고,
상기 제1 코팅층은 하기 화학식 1로 표시되고,
상기 제2 코팅층은 하기 화학식 2로 표시되며,
상기 제1 리튬 전이금속 복합 산화물은 하기 화학식 3으로 표시되고,
상기 제2 리튬 전이금속 복합 산화물은 하기 화학식 4로 표시되는 리튬 이차 전지용 양극 활물질:
[화학식 1]
LiaVbOc
[화학식 2]
VdOe
[화학식 3]
LiM0 xM1 yM2 zO2
[화학식 4]
LiM0 xM1 yM2 zViO2
상기 화학식 1 및 화학식 2에서,
0.01≤a≤6, 1≤b≤6, 2≤c≤13, 1≤d≤6 및 2≤e≤13 이며,
상기 화학식 3 및 화학식 4에서,
M0, M1 및 M2는 각각 독립적으로 Ni, Co, Mn, Al, Ti, Mg 또는 Zr 이고, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1 및 0.01≤i≤5 이다.
A first lithium transition metal complex oxide,
A second lithium-transition metal composite oxide positioned on the surface of the first lithium-transition metal composite oxide,
A first coating layer positioned on the surface of the second lithium-transition metal composite oxide, and
And a second coating layer positioned on a surface of the first coating layer,
Wherein the first coating layer is represented by the following Formula 1,
Wherein the second coating layer is represented by the following formula (2)
Wherein the first lithium-transition metal composite oxide is represented by the following general formula (3)
Wherein the second lithium-transition metal composite oxide is represented by the following Formula 4:
[Chemical Formula 1]
Li a V b O c
(2)
V d O e
(3)
LiM O x M 1 y M 2 z O 2
[Chemical Formula 4]
LiM O x M 1 y M 2 z V i O 2
In the above formulas (1) and (2)
6, 1? B? 6, 2? C? 13, 1? D? 6 and 2? E? 13,
In the above formulas (3) and (4)
M 0 , M 1 and M 2 are each independently Ni, Co, Mn, Al, Ti, Mg or Zr; 0? X? 1, 0? Y? 1, 0? Z? 1, to be.
제1항에서,
상기 제2 리튬 전이금속 복합 산화물은 바나듐으로 도핑된 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
The method of claim 1,
Wherein the second lithium-transition metal composite oxide is doped with vanadium.
제1항에서,
상기 제1 코팅층 및 제2 코팅층은 상기 제1 리튬 전이금속 복합 산화물 및 제2 리튬 전이금속 복합 산화물의 전이금속 100 몰부에 대하여 0.1 내지 5 몰부 포함되는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
The method of claim 1,
Wherein the first coating layer and the second coating layer are contained in an amount of 0.1 to 5 moles relative to 100 moles of the transition metal of the first lithium-transition metal composite oxide and the second lithium-transition metal composite oxide.
삭제delete 제1항에서,
상기 M0는 Ni인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
The method of claim 1,
Wherein M 0 is Ni.
제1항에서,
상기 화학식 1에서,
0.05≤a≤6, b=2 및 c=5 인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
The method of claim 1,
In Formula 1,
0.05? A? 6, b = 2, and c = 5.
제1항에서,
상기 화학식 2에서,
d=2 및 e=5 인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
The method of claim 1,
In Formula 2,
d = 2 and e = 5.
리튬 전이금속 복합 산화물을 준비하는 단계;
상기 리튬 전이금속 복합 산화물 및 바나듐 원료물질을 혼합하는 단계;
상기 단계의 혼합물을 분무건조하거나 졸겔법을 사용하여, 상기 리튬 전이금속 복합 산화물의 표면에 바나듐 원료물질을 코팅하는 단계;
상기 리튬 전이금속 복합 산화물의 표면에 바나듐 원료물질이 코팅된 물질을 열처리하는 단계; 및
상기 리튬 전이금속 복합 산화물의 표면에 하기 화학식 1로 표시되는 제1 코팅층이 형성되고, 상기 제1 코팅층의 표면에 하기 화학식 2로 표시되는 제2 코팅층이 형성된 양극 활물질을 수득하는 단계를 포함하되,
상기 수득된 양극 활물질에서 상기 리튬 전이금속 복합 산화물은 제1 리튬 전이금속 산화물 및 제2 리튬 전이금속 산화물을 포함하며, 상기 제1 리튬 전이금속 산화물 표면에 상기 제2 리튬 전이금속 산화물이 형성된 것이며,
상기 제1 리튬 전이금속 복합 산화물은 하기 화학식 3으로 표시되고, 상기 제2 리튬 전이금속 복합 산화물은 하기 화학식 4로 표시되는 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법:
[화학식 1]
LiaVbOc
[화학식 2]
VdOe
[화학식 3]
LiM0 xM1 yM2 zO2
[화학식 4]
LiM0 xM1 yM2 zViO2
상기 화학식 1 및 화학식 2에서,
0.01≤a≤6, 1≤b≤6, 2≤c≤13, 1≤d≤6 및 2≤e≤13 이며,
상기 화학식 3 및 화학식 4에서,
M0, M1 및 M2는 각각 독립적으로 Ni, Co, Mn, Al, Ti, Mg 또는 Zr 이고, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1 및 0.01≤i≤5 이다.
Preparing a lithium-transition metal composite oxide;
Mixing the lithium transition metal complex oxide and the vanadium raw material;
Coating a vanadium raw material on the surface of the lithium-transition metal composite oxide by spray-drying or using a sol-gel method;
Heat treating a material coated with a vanadium raw material on the surface of the lithium-transition metal composite oxide; And
(1) on the surface of the lithium-transition metal composite oxide, and a second coating layer represented by the following formula (2) is formed on the surface of the first coating layer,
In the obtained cathode active material, the lithium-transition metal composite oxide includes a first lithium transition metal oxide and a second lithium transition metal oxide, and the second lithium transition metal oxide is formed on the surface of the first lithium transition metal oxide,
Wherein the first lithium-transition metal composite oxide is represented by the following Chemical Formula 3 and the second lithium-transition metal composite oxide is represented by Chemical Formula 4:
[Chemical Formula 1]
Li a V b O c
(2)
V d O e
(3)
LiM O x M 1 y M 2 z O 2
[Chemical Formula 4]
LiM O x M 1 y M 2 z V i O 2
In the above formulas (1) and (2)
6, 1? B? 6, 2? C? 13, 1? D? 6 and 2? E? 13,
In the above formulas (3) and (4)
M 0 , M 1 and M 2 are each independently Ni, Co, Mn, Al, Ti, Mg or Zr; 0? X? 1, 0? Y? 1, 0? Z? 1, to be.
삭제delete 제8항에서,
상기 제2 리튬 전이금속 복합 산화물은 바나듐으로 도핑된 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the second lithium-transition metal composite oxide is doped with vanadium.
제8항에서,
상기 리튬 전이금속 복합 산화물 및 바나듐 원료물질을 혼합하는 단계에서,
상기 바나듐 원료물질은 상기 리튬 전이금속 복합 산화물의 전이금속 100 몰부에 대하여 0.1 내지 5 몰부 첨가되는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
9. The method of claim 8,
In the step of mixing the lithium-transition metal composite oxide and the vanadium raw material,
Wherein the vanadium source material is added in an amount of 0.1 to 5 moles per 100 moles of the transition metal of the lithium-transition metal composite oxide.
삭제delete 제8항에서,
상기 M0는 Ni인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
9. The method of claim 8,
Wherein M 0 is Ni.
제8항에서,
상기 리튬 전이금속 복합 산화물을 준비하는 단계는
공침법으로 전이금속 수산화물을 제조하는 단계;
상기 전이금속 수산화물 및 리튬 원료를 혼합하는 단계; 및
상기 단계의 혼합물을 열처리하는 단계를 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
9. The method of claim 8,
The step of preparing the lithium-transition metal composite oxide
Preparing a transition metal hydroxide by coprecipitation;
Mixing the transition metal hydroxide and a lithium source; And
And heat-treating the mixture of the above-mentioned steps.
제8항에서,
상기 리튬 전이금속 복합 산화물의 표면에 바나듐 원료물질이 코팅된 물질을 열처리하는 단계에서 상기 열처리는 300℃ 내지 500℃에서 수행되는 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the heat treatment is performed at 300 ° C to 500 ° C in the step of heat treating the material coated with the vanadium raw material on the surface of the lithium-transition metal composite oxide.
제8항에서,
상기 리튬 전이금속 복합 산화물의 표면에 바나듐 원료물질이 코팅된 물질을 열처리하는 단계에서 상기 열처리는 1시간 내지 10시간 동안 수행되는 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the heat treatment is performed for 1 hour to 10 hours in the step of heat treating the material coated with the vanadium raw material on the surface of the lithium-transition metal composite oxide.
제8항에서,
상기 화학식 1에서,
0.05≤a≤6, b=2 및 c=5 인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
9. The method of claim 8,
In Formula 1,
0.05? A? 6, b = 2, and c = 5.
제8항에서,
상기 화학식 2에서,
d=2 및 e=5 인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
9. The method of claim 8,
In Formula 2,
d = 2 and e = 5.
제1항 내지 제3항 및 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 포함하는 양극; 음극; 및 전해질을 포함하는 리튬 이차 전지.A positive electrode comprising a positive electrode active material for a lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 3 and 5 to 7; cathode; And an electrolyte.
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