KR101589296B1 - Positive electrode active material for rechargable lithium battery, method for synthesis the same, and rechargable lithium battery including the same - Google Patents
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Abstract
하기 화학식 1로 표시되는 코어, 및 상기 코어의 표면에 위치하는 코팅층을 포함하고, 상기 코팅층은 알루미늄, 알루미늄 산화물, 리튬알루미늄 산화물, 또는 이들의 조합을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것이다.
[화학식 1]
LixMyO2
상기 화학식 1에서 M은 [NiaCobMn(1-a-b)]1-c- dZrcWd이고,
0.9≤x≤1.5, 0.9≤y≤1.1, 0.4≤a≤0.8, 0<b≤0.4, 0<c≤0.01, 및 0<d≤0.005이다.1. A cathode active material for a lithium secondary battery comprising a core represented by the following Chemical Formula 1 and a coating layer disposed on a surface of the core, wherein the coating layer comprises aluminum, aluminum oxide, lithium aluminum oxide, or a combination thereof, And a lithium secondary battery comprising the same.
[Chemical Formula 1]
Li x M y O 2
In the above formula (1), M is [Ni a Co b Mn (1-ab) ] 1-c- d Zr c W d ,
0.9? X? 1.5, 0.9? Y? 1.1, 0.4? A? 0.8, 0 <b? 0.4, 0 <c? 0.01, and 0 <d?
Description
리튬 이차 전지용 양극 활물질, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것이다.
A cathode active material for a lithium secondary battery, a production method thereof, and a lithium secondary battery comprising the same.
전지는 내부에 들어 있는 화학 물질의 전기 화학적 산화 환원 반응시 발생하는 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하는 장치로, 전지 내부의 에너지가 모두 소모되면 폐기하여야 하는 일차 전지와 여러 번 충전할 수 있는 이차 전지로 나눌 수 있다. 이 중 이차 전지는 화학 에너지와 전기 에너지의 가역적 상호 변환을 이용하여 여러 번 충방전하여 사용할 수 있다.A battery is a device that converts the chemical energy generated by an electrochemical oxidation-reduction reaction of an internal chemical substance into electrical energy. When the energy inside the battery is exhausted, the primary battery and the rechargeable secondary battery . Among them, the secondary battery can be used by charging and discharging several times by using reversible conversion between chemical energy and electric energy.
최근 첨단 전자산업의 발달로 전자 장비의 소형화 및 경량화가 가능하게 됨에 따라 휴대용 전자 기기의 사용이 증대되고 있다. 이러한 휴대용 전자 기기의 전원으로 높은 에너지 밀도를 가진 전지의 필요성이 증대되어 리튬 이차 전지의 연구가 활발하게 진행되고 있다.Background Art [0002] With the recent development of high-tech electronic industry, it is possible to miniaturize and lighten electronic equipments, and the use of portable electronic equipments is increasing. The need for a battery having a high energy density as a power source for such portable electronic devices has been increased, and research on lithium secondary batteries has been actively conducted.
이러한 리튬 이차 전지는 리튬을 인터칼레이션(intercalation) 및 디인터칼레이션(deintercalation)할 수 있는 양극 활물질을 포함하는 양극 및 리튬을 인터칼레이션 및 디인터칼레이션할 수 있는 음극 활물질을 포함하는 음극을 포함하는 전지 셀에 전해질을 주입하여 사용된다.Such a lithium secondary battery includes a positive electrode including a positive electrode active material capable of intercalating and deintercalating lithium and a negative electrode including a negative active material capable of intercalating and deintercalating lithium And the electrolyte is injected into the battery cell.
이 중 양극 활물질로 다양한 전이 금속을 포함하는 산화물을 사용하여 전지 특성을 개선하는 연구가 진행되고 있다. 전이 금속을 포함하는 산화물로는 예컨대 리튬 코발트계 산화물, 리튬 니켈계 산화물, 또는 리튬 망간계 산화물 등을 들 수 있다.Among them, studies have been made to improve the battery characteristics by using oxides containing various transition metals as the cathode active material. Examples of the oxide containing a transition metal include lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, lithium manganese oxide and the like.
현재 활발하게 연구 개발되고 있는 양극재료로 LiCoO2는 안정된 충방전특성, 우수한 전자전도성, 높은 열적 안정성 및 평탄한 방전전압 특성을 갖는 뛰어난 물질이나, 코발트는 매장량이 적고 고가인 데다가 인체에 대한 독성이 있기 때문에 다른 양극 재료 개발이 요망된다. LiCoO 2 is a superior cathode material with stable charge / discharge characteristics, excellent electron conductivity, high thermal stability and flat discharge voltage characteristics, but cobalt has a low storage capacity, high cost and toxicity to human body Therefore, development of other cathode materials is desired.
LiNiO2는 재료합성에 어려움이 있을 뿐만 아니라 열적 안정성에 문제가 있어 상품화되지 못하고 있으며, LiMn2O4는 저가격 제품에 일부가 상품화되고 있다. 그러나, 스피넬 구조를 갖는 LiMn2O4는 이론용량이 148mAh/g 정도로 다른 재료에 비해 작고, 3차원 터널 구조를 갖기 때문에 리튬이온의 삽입 및 탈리시 확산저항이 커서 확산 계수가 2차원 구조를 갖는 LiCoO2와 LiNiO2에 비해 낮으며, 수명 특성이 좋지 않다. LiNiO 2 not only has difficulty in material synthesis but also has a problem in thermal stability and can not be commercialized. LiMn 2 O 4 is partly commercialized at a low price. However, since LiMn 2 O 4 having a spinel structure has a theoretical capacity of about 148 mAh / g and is smaller than other materials and has a three-dimensional tunnel structure, diffusion resistance is large when lithium ions are inserted and removed, It is lower than LiCoO 2 and LiNiO 2 , and has poor life characteristics.
상기 문제점들을 극복할 수 있는 재료로서 층상 결정구조를 갖는 재료들에 관해 많은 연구가 진행되어 왔다. 이중 에서 최근 가장 각광받는 층상 결정구조를 갖는 재료로 리튬 니켈코발트망간계 산화물 들 수 있다. 이 재료는 LiCoO2에 비해 저가격, 고용량, 우수한 열적 안정성 등의 특성을 나타낸다. 그러나 이 재료는 충방전 사이클 특성, 레이트 특성, 열정 안정성 등을 동시에 만족시키기에는 한계가 있다. As a material capable of overcoming the above problems, much research has been conducted on materials having a layered crystal structure. Of these, lithium nickel cobalt manganese-based oxides can be used as a material having a layered crystal structure most recently exposed. This material exhibits properties such as low cost, high capacity and excellent thermal stability compared to LiCoO 2 . However, this material has a limitation in satisfying the charging / discharging cycle characteristic, the rate characteristic, the heat stability and the like at the same time.
이에, 전지 특성을 향상시키기 위하여 상기 리튬 니켈코발트망간계 산화물에 지르코늄 등의 다른 전이금속을 도핑하는 시도들과 상기 리튬 니켈코발트망간계 산화물에 다른 금속을 코팅하는 연구들이 활발히 진행되고 있다.
In order to improve the battery characteristics, attempts have been made to coat the lithium nickel cobalt manganese oxide with another transition metal such as zirconium and other metals to coat the lithium nickel cobalt manganese oxide with another metal.
충방전 특성과 수명 특성 등이 우수한 리튬 이차 전지용 양극 활물질, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지를 제공하는 것이다.
Discharge characteristics and life characteristics, a method for producing the same, and a lithium secondary battery comprising the lithium secondary battery.
본 발명의 일 구현예에서는 하기 화학식 1로 표시되는 금속 산화물, 및 상기 금속 산화물의 표면에 위치하는 코팅층을 포함하고, 상기 코팅층은 알루미늄, 알루미늄 산화물, 리튬알루미늄 산화물, 또는 이들의 조합을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 제공한다.An embodiment of the present invention includes a metal oxide represented by the following Chemical Formula 1 and a coating layer positioned on the surface of the metal oxide, wherein the coating layer is made of a metal selected from the group consisting of aluminum, aluminum oxide, lithium aluminum oxide, A cathode active material for a secondary battery is provided.
[화학식 1][Chemical Formula 1]
LixMyO2 Li x M y O 2
상기 화학식 1에서 M은 [NiaCobMn(1-a-b)]1-c- dZrcWd이고, In the above formula (1), M is [Ni a Co b Mn (1-ab) ] 1-c- d Zr c W d ,
0.9≤x≤1.5, 0.9≤y≤1.1, 0.4≤a≤0.8, 0<b≤0.4, 0<c≤0.01, 및 0<d≤0.005이다. 0.9? X? 1.5, 0.9? Y? 1.1, 0.4? A? 0.8, 0 <b? 0.4, 0 <c? 0.01, and 0 <d?
상기 화학식 1로 표시되는 금속 산화물은 니켈 리치계 산화물일 수 있고, 이 경우 화학식 1에서 0.6≤a≤0.8일 수 있다. The metal oxide represented by the formula (1) may be a nickel-rich oxide, and in this case, 0.6? A? 0.8 in the formula (1).
상기 코팅층은 상기 금속 산화물 1 몰부에 대하여 0.001 내지 0.01 몰부 포함될 수 있다. The coating layer may be included in an amount of 0.001 to 0.01 mole per 1 mole part of the metal oxide.
상기 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 입경은 5㎛ 내지 15㎛일 수 있다. The particle size of the cathode active material for the lithium secondary battery may be 5 탆 to 15 탆.
상기 리튬 이차 전지용 양극 활물질은 구형(spherical)일 수 있다. The cathode active material for the lithium secondary battery may be spherical.
상기 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 탭밀도는 2 내지 3 g/ml일 수 있다. The tap density of the cathode active material for the lithium secondary battery may be 2 to 3 g / ml.
상기 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 비표면적은 0.2 내지 0.7 m2/g일 수 있다.The specific surface area of the cathode active material for the lithium secondary battery may be 0.2 to 0.7 m 2 / g.
본 발명의 다른 일 구현예에서는 하기 화학식 1의 금속 산화물을 준비하는 단계; 하기 화학식 1의 금속 산화물 및 알루미늄 화합물을 용매에 첨가하여 혼합하는 단계; 상기 단계의 혼합물을 건조하는 단계; 및 건조된 혼합물을 열처리하는 단계를 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a method for preparing a metal oxide, Adding a metal oxide and an aluminum compound of the following formula (1) to a solvent and mixing them; Drying the mixture of steps; And heat treating the dried mixture. The present invention also provides a method for producing a cathode active material for a lithium secondary battery.
[화학식 1][Chemical Formula 1]
LixMyO2 Li x M y O 2
상기 화학식 1에서 M은 [NiaCobMn(1-a-b)]1-c- dZrcWd이고, 0.9≤x≤1.5, 0.9≤y≤1.1, 0.4≤a≤0.8, 0<b≤0.4, 0<c≤0.01, 및 0<d≤0.005이다.Wherein M is represented by [Ni a Co b Mn (1-ab) ] 1-c- d Zr c W d , 0.9? X? 1.5, 0.9? Y? 1.1, 0.4? A? 0.8, 0 <b ? 0.4, 0 < c? 0.01, and 0 < d?
상기 화학식 1의 금속 산화물을 준비하는 단계는 구체적으로, 리튬 원료, 니켈 원료, 코발트 원료, 망간 원료, 지르코늄 원료, 및 텅스텐 원료를 포함하는 금속염 수용액을 제조하는 단계; 상기 금속염 수용액을 분쇄하는 단계; 상기 분쇄된 금속염 수용액을 분무 건조하여 금속 산화물 전구체를 제조하는 단계; 및 상기 금속 산화물 전구체를 열처리하는 단계를 포함할 수 있다. The step of preparing the metal oxide of Formula 1 may include: preparing an aqueous metal salt solution containing a lithium source, a nickel source, a cobalt source, a manganese source, a zirconium source, and a tungsten source; Pulverizing the aqueous metal salt solution; Spray-drying the pulverized metal salt aqueous solution to prepare a metal oxide precursor; And heat treating the metal oxide precursor.
상기 금속염 수용액을 분쇄하는 단계는 원료 물질들의 입경이 0.3 ㎛ 이하가 되도록 분쇄하는 것일 수 있다.The step of pulverizing the metal salt aqueous solution may be performed such that the raw material particles have a particle size of 0.3 μm or less.
상기 금속 산화물 전구체의 입경은 5㎛ 내지 15㎛일 수 있다.The particle size of the metal oxide precursor may be 5 탆 to 15 탆.
상기 금속 산화물 전구체를 열처리하는 단계는 860 내지 890℃에서 수행될 수 있다. The step of heat-treating the metal oxide precursor may be performed at 860 to 890 ° C.
상기 금속 산화물 전구체를 열처리하는 단계는 24 내지 36 시간 동안 수행될 수 있다. The step of heat-treating the metal oxide precursor may be performed for 24 to 36 hours.
상기 화학식 1의 금속 산화물 및 알루미늄 화합물을 용매에 첨가하여 혼합하는 단계에서, 상기 용매는 수계 용매, 즉 물일 수 있다. In the step of adding the metal oxide and the aluminum compound of Formula 1 to a solvent and mixing them, the solvent may be an aqueous solvent, that is, water.
상기 알루미늄 화합물은 구체적으로 알루미늄 설페이트, 알루미늄 나이트레이트, 알루미늄 아세테이트, 알루미늄 클로라이드, 또는 이들의 조합일 수 있다. The aluminum compound may specifically be aluminum sulfate, aluminum nitrate, aluminum acetate, aluminum chloride, or a combination thereof.
상기 알루미늄 화합물은 상기 화학식 1의 금속 산화물 1 몰부에 대하여 0.001 내지 0.01 몰부 첨가될 수 있다. The aluminum compound may be added in an amount of 0.001 to 0.01 mol based on 1 mol of the metal oxide of the formula (1).
상기 화학식 1의 금속 산화물 및 알루미늄 화합물을 용매에 첨가하여 혼합하는 단계는 1분 내지 60분 동안 수행될 수 있다. The step of adding the metal oxide and the aluminum compound of Formula 1 to the solvent and mixing may be performed for 1 minute to 60 minutes.
상기 건조된 혼합물을 열처리하는 단계는 550℃ 내지 750℃에서 수행될 수 있다. The step of heat-treating the dried mixture may be performed at 550 ° C to 750 ° C.
본 발명의 또 다른 일 구현예에서는 상기 양극 활물질을 포함하는 양극, 음극, 및 전해액을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a lithium secondary battery including the positive electrode, the negative electrode, and the electrolyte containing the positive electrode active material.
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.
일 구현예에 따른 양극 활물질과 이를 포함하는 리튬 이차 전지는 충방전 특성 및 수명 특성 등이 우수하다.
The positive electrode active material according to one embodiment and the lithium secondary battery including the same have excellent charge / discharge characteristics and life characteristics.
도 1은 실시예 1에서 제조한 양극 활물질을 촬영한 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 2는 실시예 1 내지 3의 전지에 대한 수명 특성 평가 그래프이다.
도 3은 실시예 4 내지 8의 전지에 대한 수명 특성 평가 그래프이다.
도 4는 비교예 1의 전지에 대한 수명 특성 평가 그래프이다.
도 5는 비교예 2의 전지에 대한 수명 특성 평가 그래프이다.
도 6은 비교예 3의 전지에 대한 수명 특성 평가 그래프이다.1 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the cathode active material prepared in Example 1. FIG.
FIG. 2 is a graph showing life characteristics of the batteries of Examples 1 to 3; FIG.
Fig. 3 is a graph showing life characteristic evaluations for the batteries of Examples 4 to 8. Fig.
4 is a graph showing the life characteristics of the battery of Comparative Example 1;
5 is a graph showing the life characteristics of the battery of Comparative Example 2;
6 is a graph showing the life characteristics of the battery of Comparative Example 3;
이하, 본 발명의 구현 예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 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, the present invention is not limited thereto, and the present invention is only defined by the scope of the following claims.
본 발명의 일 구현예에서는 하기 화학식 1로 표시되는 금속 산화물, 및 상기 금속 산화물의 표면에 위치하는 코팅층을 포함하고, 상기 코팅층은 알루미늄, 알루미늄 산화물, 리튬알루미늄 산화물, 또는 이들의 조합을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 제공한다.An embodiment of the present invention includes a metal oxide represented by the following
[화학식 1][Chemical Formula 1]
LixMyO2 Li x M y O 2
상기 화학식 1에서 M은 [NiaCobMn(1-a-b)]1-c- dZrcWd이고, 0.9≤x≤1.5, 0.9≤y≤1.1, 0.4≤a≤0.8, 0<b≤0.4, 0<c≤0.01, 및 0<d≤0.005이다.Wherein M is represented by [Ni a Co b Mn (1-ab) ] 1-c- d Zr c W d , 0.9? X? 1.5, 0.9? Y? 1.1, 0.4? A? 0.8, 0 <b ? 0.4, 0 < c? 0.01, and 0 < d?
상기 양극 활물질은 리튬 니켈코발트망간계 산화물에 지르코늄(Zr)과 텅스텐(W)이 일정량 도핑되어 있고, 그 표면에 알루미늄, 알루미늄 산화물, 및/또는 리튬알루미늄 산화물 등이 코팅되어 있는 형태일 수 있다.The cathode active material may be a lithium nickel cobalt manganese oxide doped with zirconium (Zr) and tungsten (W) in a predetermined amount, and aluminum, aluminum oxide, and / or lithium aluminum oxide may be coated on the surface thereof.
상기 양극 활물질은 충방전 특성, 수명 특성, 율특성, 안정성 등이 우수하다.The positive electrode active material is excellent in charge / discharge characteristics, life characteristics, rate characteristics, stability and the like.
상기 화학식 1에서 x는 Li의 몰비율, t는 M의 몰 비율이다. 리튬의 몰비율인 x는 0.9≤x≤1.5이고, 구체적으로 0.9≤x≤1.4, 0.9≤x≤1.3, 0.9≤x≤1.2일 수 있다.In the above formula (1), x is the molar ratio of Li and t is the molar ratio of M. The molar ratio x of lithium is 0.9? X? 1.5, and specifically 0.9? X? 1.4, 0.9? X? 1.3, 0.9? X? 1.2.
상기 M은 전이금속으로, 니켈, 코발트, 망간, 지르코늄, 및 텅스텐을 포함할 수 있다. 상기 M은 구체적으로 [NiaCobMn(1-a-b)]1-c- dZrcWd으로 표시된다. The M may be a transition metal, and may include nickel, cobalt, manganese, zirconium, and tungsten. M is specifically expressed as [Ni a Co b Mn (1-ab) ] 1-c- d Zr c W d .
상기 식에서 a는 니켈의 몰비율, b는 코발트의 몰비율이고, c는 지르코늄의 몰비율, d는 텅스텐의 몰비율이다. Where a is the molar ratio of nickel, b is the molar ratio of cobalt, c is the molar ratio of zirconium, and d is the molar ratio of tungsten.
니켈의 몰비율은 0.4≤a≤0.8이다. 일 예로 상기 화학식 1로 표시되는 금속 산화물은 니켈 리치계 산화물일 수 있는데, 이 때 0.5≤a≤0.8, 0.55≤a≤0.8, 0.6≤a≤0.8일 수 있다. 니켈의 함량이 상기 범위를 만족할 경우 전지의 고율 충방전 특성 및 고율 출력 특성을 구현할 수 있다. 특히 니켈 함량이 증가할 수록 에너지 밀도가 높고 가격 측면에서 유리하다. The molar ratio of nickel is 0.4? A? 0.8. For example, the metal oxide represented by
코발트의 몰비율은 0<b≤0.4로, 구체적으로 0<b≤0.3, 0.1≤b≤0.4, 0.1≤b≤0.3일 수 있다.The molar ratio of cobalt is 0 < b? 0.4, specifically 0 < b? 0.3, 0.1? B? 0.4 and 0.1? B? 0.3.
상기 a와 b의 범위 내에서, 니켈, 코발트, 망간의 비율은 적절히 조절될 수 있다.Within the ranges of a and b above, the ratio of nickel, cobalt and manganese can be suitably controlled.
지르코늄의 몰비율은 0<c≤0.01이며, 구체적으로 0<c≤0.009, 0<c≤0.008, 0<c≤0.007, 0.001≤c≤0.01, 0.001≤c≤0.009, 0.002≤c≤0.008, 0.003≤c≤0.007일 수 있다. 이 경우 상기 양극 활물질은 우수한 전지 특성을 나타낼 수 있다.0 < c < = 0.001, 0.00 < 0.003? C? 0.007. In this case, the cathode active material may exhibit excellent battery characteristics.
텅스텐의 함량은 0<d≤0.005로, 구체적으로 0<d≤0.004, 0<d≤0.003, 0.0005≤d≤0.005, 0.0006≤d≤0.004, 0.0007≤d≤0.003일 수 있다. 이 경우 상기 양극 활물질은 우수한 전지 특성을 나타낼 수 있다.The content of tungsten may be 0 <d? 0.005, specifically 0? D? 0.004, 0? D? 0.003, 0.0005? D? 0.005, 0.0006? D? 0.004, and 0.0007? D? In this case, the cathode active material may exhibit excellent battery characteristics.
상기 코팅층은 상기 화학식 1로 표시되는 금속 산화물 1 몰부에 대하여 0.001 내지 0.01 몰부 포함될 수 있다. 상기 코팅층의 함량이 상기 범위를 만족할 경우 전지의 충방전 특성, 수명 특성 등이 개선될 수 있다. The coating layer may be contained in an amount of 0.001 to 0.01 mole per 1 mole of the metal oxide represented by the general formula (1). When the content of the coating layer satisfies the above range, the charge / discharge characteristics and life characteristics of the battery can be improved.
상기 양극 활물질은 지르코늄과 텅스텐을 도핑하여 사용함으로써 전지의 충방전 특성, 수명 특성 등을 개선할 수 있다.The cathode active material can improve charge / discharge characteristics, life characteristics, etc. of the battery by using zirconium and tungsten.
상기 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 입경은 5㎛ 내지 15㎛, 구체적으로 6㎛ 내지 15㎛, 7㎛ 내지 15㎛, 8㎛ 내지 15㎛, 9㎛ 내지 15㎛, 10㎛ 내지 15㎛, 8㎛ 내지 14㎛일 수 있다. 상기 양극 활물질의 입경이 상기 범위를 만족할 경우, 상기 양극 활물질은 우수한 전지 특성을 나타낼 수 있다.The cathode active material for a lithium secondary battery according to
상기 양극 활물질의 입경은 D50을 의미할 수 있으며, D50은 누적 분포 곡선(cumulative size-distribution curve)에서 부피비로 50%에서의 입자 크기를 의미한다.The particle size of the cathode active material may mean D50, and D50 means a particle size at 50% by volume ratio in a cumulative size-distribution curve.
상기 리튬 이차 전지용 양극 활물질은 구형(spherical)일 수 있다. 상기 코팅층은 구형의 금속 산화물 표면에 연속적으로 또는 불연속적으로 형성되어 있을 수 있고, 코팅된 양극 활물질의 최종 형태도 구형을 유지할 수 있다. 이 경우 상기 양극 활물질은 우수한 전지 특성을 구현할 수 있다. The cathode active material for the lithium secondary battery may be spherical. The coating layer may be continuously or discontinuously formed on the surface of the spherical metal oxide, and the final shape of the coated cathode active material may be spherical. In this case, the positive electrode active material can realize excellent battery characteristics.
상기 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 탭밀도는 2 내지 3 g/ml, 구체적으로 2.1 내지 3 g/ml, 2.2 내지 3 g/ml, 2 내지 2.9 g/ml, 2 내지 2.8 g/ml일 수 있다. 상기 양극 활물질은 상기 범위의 탭밀도를 만족하여 전극 제조 시 유리하고 극판의 로딩량을 높여 전지의 에너지 밀도를 증가시킬 수 있다. The tap density of the cathode active material for the lithium secondary battery may be 2 to 3 g / ml, specifically 2.1 to 3 g / ml, 2.2 to 3 g / ml, 2 to 2.9 g / ml, and 2 to 2.8 g / ml. The cathode active material satisfies the tap density in the above range, which is advantageous in the production of electrodes and can increase the loading amount of the electrode plate to increase the energy density of the battery.
상기 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 비표면적은 0.2 내지 0.7 m2/g, 구체적으로 0.25 내지 0.7 m2/g, 0.3 내지 0.7 m2/g, 0.4 내지 0.7 m2/g일 수 있다. 상기 양극 활물질은 상기 범위의 비표면적을 만족하여 전지의 수명 특성 부분에서 유리하다. The specific surface area of the positive electrode active material for a lithium secondary battery may be 0.2 to 0.7 m 2 / g, specifically 0.25 to 0.7 m 2 / g, 0.3 to 0.7 m 2 / g, and 0.4 to 0.7 m 2 / g. The positive electrode active material satisfies the specific surface area in the above range and is advantageous in the life characteristic portion of the battery.
상기 비표면적은 BET (Bnauer-Emmett-Teller) 비표면적을 의미한다.The specific surface area means a BET (Bnauer-Emmett-Teller) specific surface area.
본 발명의 다른 일 구현예에서는 하기 화학식 1의 금속 산화물을 준비하는 단계; 하기 화학식 1의 금속 산화물 및 알루미늄 화합물을 용매에 첨가하여 혼합하는 단계; 상기 단계의 혼합물을 건조하는 단계; 및 건조된 혼합물을 열처리하는 단계를 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a method for preparing a metal oxide, Adding a metal oxide and an aluminum compound of the following formula (1) to a solvent and mixing them; Drying the mixture of steps; And heat treating the dried mixture. The present invention also provides a method for producing a cathode active material for a lithium secondary battery.
[화학식 1][Chemical Formula 1]
LixMyO2 Li x M y O 2
상기 화학식 1에서 M은 [NiaCobMn(1-a-b)]1-c- dZrcWd이고, 0.9≤x≤1.5, 0.9≤y≤1.1, 0.4≤a≤0.8, 0<b≤0.4, 0<c≤0.01, 및 0<d≤0.005이다.Wherein M is represented by [Ni a Co b Mn (1-ab) ] 1-c- d Zr c W d , 0.9? X? 1.5, 0.9? Y? 1.1, 0.4? A? 0.8, 0 <b ? 0.4, 0 < c? 0.01, and 0 < d?
상기 제조 방법을 통하여, 화학식 1로 표시되는 금속 산화물, 및 상기 금속 산화물의 표면에 위치하는 코팅층을 포함하고, 상기 코팅층은 알루미늄, 알루미늄 산화물, 리튬알루미늄 산화물, 또는 이들의 조합을 포함하는 형태의 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 제조할 수 있다.A metal oxide represented by
상기 양극 활물질은 충방전 특성, 수명 특성, 율특성, 안정성 등이 우수하다.The positive electrode active material is excellent in charge / discharge characteristics, life characteristics, rate characteristics, stability and the like.
상기 화학식 1에 대한 구체적인 설명은 전술한 바와 동일하다.A detailed description of the
우선, 화학식 1의 금속 산화물을 준비하는 단계에 대해 구체적으로 설명한다.First, the step of preparing the metal oxide of formula (1) will be described in detail.
상기 화학식 1의 금속 산화물을 준비하는 단계는 구체적으로, 리튬 원료, 니켈 원료, 코발트 원료, 망간 원료, 지르코늄 원료, 및 텅스텐 원료를 포함하는 금속염 수용액을 제조하는 단계; 상기 금속염 수용액을 분쇄하는 단계; 상기 분쇄된 금속염 수용액을 분무 건조하여 금속 산화물 전구체를 제조하는 단계; 및 상기 금속 산화물 전구체를 열처리하는 단계를 포함할 수 있다. The step of preparing the metal oxide of
상기 리튬 원료는 예를 들어 탄산리튬, 수산화리튬, 질산리튬, 산화리튬, 또는 이들의 조합일 수 있다. The lithium source may be, for example, lithium carbonate, lithium hydroxide, lithium nitrate, lithium oxide, or a combination thereof.
상기 니켈 원료는 예를 들어 황산니켈염, 질산니켈염, 염산니켈염, 초산니켈염, 또는 이들의 조합일 수 있다. The nickel source may be, for example, a nickel sulfate salt, a nickel nitrate salt, a nickel chloride salt, a nickel acetate salt, or a combination thereof.
상기 코발트 원료는 황산코발트염, 질산코발트염, 염산코발트염, 초산코발트염, 또는 이들의 조합일 수 있다. The cobalt raw material may be a cobalt sulfate cobalt salt, a cobalt nitrate salt, a cobalt hydrochloride salt, a cobalt acetate salt, or a combination thereof.
상기 망간 원료는 황산망간염, 질산망간염, 염산망간염, 초산망간염, 또는 이들의 조합일 수 있다. The manganese raw material may be manganese sulfate, manganese nitrate, manganese hydrochloride, manganese nitrate, or a combination thereof.
상기 지르코늄 원료는 지르코늄 사염화물(ZrCl4), 황산지르코늄염, 수산화지르코늄(Zr(OH)4), 또는 이들의 조합일 수 있다. The zirconium source may be zirconium tetrachloride (ZrCl 4 ) , zirconium sulfate, zirconium hydroxide (Zr (OH) 4 ), or combinations thereof.
상기 텅스텐 원료는 삼산화텅스텐(WO3), 파라텅스텐산암모늄(ammonium paratungstate; APT; (NH4)10W12O41·5H2O), 또는 이들의 조합일 수 있다.The tungsten raw material may be tungsten trioxide (WO 3 ), ammonium paratungstate (APT; (NH 4 ) 10 W 12 O 41 .5H 2 O), or a combination thereof.
이는 각 금속의 원료를 예시한 것일 뿐 이에 한정되는 것은 아니다.This is an example of raw materials for each metal, but is not limited thereto.
상기 금속염 수용액을 분쇄하는 단계는 예를 들어 비드밀(bead mill)을 이용하여 분쇄하는 것일 수 있다. The step of pulverizing the metal salt aqueous solution may be carried out, for example, by pulverizing using a bead mill.
또한 상기 금속염 수용액을 분쇄하는 단계는 원료 물질들의 입경이 0.3 ㎛ 이하가 되도록 분쇄하는 것일 수 있다. 이 경우 그 다음 단계인 분무 건조 단계를 효과적으로 수행할 수 있다.Also, the step of pulverizing the metal salt aqueous solution may be performed such that the particle diameters of the raw materials are 0.3 μm or less. In this case, the spray drying step as the next step can be effectively performed.
상기 분쇄된 금속염 수용액을 분무 건조하여 수득된 금속 산화물 전구체는 그 입경이 5㎛ 내지 15㎛일 수 있다. 구체적으로 상기 금속 산화물 전구체의 입경은 6㎛ 내지 15㎛, 7㎛ 내지 15㎛, 8㎛ 내지 15㎛, 9㎛ 내지 15㎛, 10㎛ 내지 15㎛, 8㎛ 내지 14㎛일 수 있다. 이 경우, 입경이 5㎛ 내지 15㎛이고 입도 분포가 양호한 양극 활물질이 효과적으로 제조될 수 있다.The metal oxide precursor obtained by spray drying the pulverized metal salt aqueous solution may have a particle diameter of 5 to 15 탆. Specifically, the particle size of the metal oxide precursor may be 6 탆 to 15 탆, 7 탆 to 15 탆, 8 탆 to 15 탆, 9 탆 to 15 탆, 10 탆 to 15 탆, and 8 탆 to 14 탆. In this case, a cathode active material having a particle diameter of 5 탆 to 15 탆 and a good particle size distribution can be effectively produced.
상기 금속 산화물 전구체의 입경은 D50을 의미할 수 있다.The particle size of the metal oxide precursor may mean D50.
상기 금속 산화물 전구체를 열처리하는 단계는 860 내지 890℃에서 수행될 수 있다. 또한 상기 금속 산화물 전구체를 열처리하는 단계는 24 내지 36 시간 동안 수행될 수 있다. 이 경우 화학식 1로 표시되는 금속 산화물이 효과적으로 제조될 수 있고, 이를 포함하는 양극 활물질은 우수한 전지 특성을 구현할 수 있다.The step of heat-treating the metal oxide precursor may be performed at 860 to 890 ° C. Also, the step of heat-treating the metal oxide precursor may be performed for 24 to 36 hours. In this case, the metal oxide represented by
이하, 화학식 1의 금속 산화물에 알루미늄 등을 코팅하는 과정에 대해 설명한다.Hereinafter, a process of coating aluminum oxide or the like on the metal oxide represented by
일 구현예에 따른 양극 활물질의 제조 방법에서는 코팅 방법으로 수계 코팅 방법을 사용하는데, 이때 유기 용매를 사용하지 않고 친환경적인 수계 용매를 사용할 수 있다. 즉, 상기 화학식 1의 금속 산화물 및 알루미늄 화합물을 용매에 첨가하여 혼합하는 단계에서, 상기 용매는 물일 수 있다. 이 경우 친환경적이라는 장점이 있다.In the method of preparing a cathode active material according to one embodiment, a water-based coating method is used as a coating method. In this case, an environmentally friendly aqueous solvent can be used without using an organic solvent. That is, in the step of adding the metal oxide and the aluminum compound of
코팅 원료로 사용되는 상기 알루미늄 화합물은 구체적으로 알루미늄 설페이트, 알루미늄 나이트레이트, 알루미늄 아세테이트, 알루미늄 클로라이드, 또는 이들의 조합일 수 있다.The aluminum compound used as the coating raw material may specifically be aluminum sulfate, aluminum nitrate, aluminum acetate, aluminum chloride, or a combination thereof.
상기 알루미늄 화합물은 상기 화학식 1의 금속 산화물 1 몰부에 대하여 0.001 내지 0.01 몰부 첨가될 수 있다. 이 경우 전지의 충방전 특성, 수명 특성 등이 개선될 수 있다. The aluminum compound may be added in an amount of 0.001 to 0.01 mol based on 1 mol of the metal oxide of the formula (1). In this case, the charge / discharge characteristics, lifetime characteristics and the like of the battery can be improved.
상기 화학식 1의 금속 산화물 및 알루미늄 화합물을 용매에 첨가하여 혼합하는 단계는 1분 내지 60분 동안 수행될 수 있다. 즉, 코팅하는 시간은 1분 내지 60분일 수 있다. 구체적으로 코팅 시간은 1분 내지 30분, 1분 내지 20분, 1분 내지 15분, 1분 내지 10분, 1분 내지 5분일 수 있다. 이 경우 코팅층이 효과적으로 형성될 수 있고, 이를 포함하는 양극 활물질은 우수한 전지 특성을 나타낼 수 있다.The step of adding the metal oxide and the aluminum compound of
화학식 1의 금속 산화물, 알루미늄 화합물, 및 용매의 혼합물을 제조한 후에는 용매를 제거하기 위하여 상기 혼합물을 건조하는 단계를 수행한다. 상기 건조 단계는 100℃ 내지 200℃에서 수행될 수 있다. After the mixture of the metal oxide of formula (1), the aluminum compound and the solvent is prepared, the step of drying the mixture to remove the solvent is carried out. The drying step may be performed at 100 ° C to 200 ° C.
상기 건조된 혼합물은 550℃ 내지 750℃에서 열처리(소성)하는 과정을 거친다. 상기 소성 온도는 구체적으로 550℃ 내지 700℃, 550℃ 내지 650℃일 수 있다. 이 경우 효과적으로 코팅층이 형성된 양극 활물질을 제조할 수 있다.The dried mixture is subjected to a heat treatment (firing) at 550 ° C to 750 ° C. The firing temperature may specifically be 550 to 700 ° C, 550 to 650 ° C. In this case, it is possible to produce a positive electrode active material in which a coating layer is effectively formed.
상기 건조된 혼합물을 열처리하는 단계는 5 내지 15시간 동안 수행될 수 있다. 이 경우 코팅층을 효과적으로 형성할 수 있다. The step of heat-treating the dried mixture may be performed for 5 to 15 hours. In this case, the coating layer can be effectively formed.
이와 같이 형성된 코팅층은 알루미늄 산화물을 주로 포함하는 것으로 보인다. 또한 화학식 1의 금속 산화물의 표면에 존재하는 리튬이 코팅층으로 확산되어, 상기 코팅층은 리튬알루미늄 산화물도 포함하는 것으로 보인다.The coating layer thus formed appears to mainly contain aluminum oxide. Also, lithium present on the surface of the metal oxide of
상기 양극 활물질은 알루미늄, 알루미늄 산화물, 및/또는 리튬알루미늄 산화물 등으로 이루어진 코팅층을 포함함으로써 우수한 전지 특성을 구현할 수 있다.The positive electrode active material may include a coating layer made of aluminum, aluminum oxide, and / or lithium aluminum oxide to achieve excellent battery characteristics.
본 발명의 또 다른 일 구현예에서는 상기 양극 활물질을 포함하는 양극, 음극, 및 전해액을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a lithium secondary battery including the positive electrode, the negative electrode, and the electrolyte containing the positive electrode active material.
상기 양극은 집전체 및 상기 집전체 위에 형성되는 양극 활물질 층을 포함한다. The positive electrode includes a current collector and a positive electrode active material layer formed on the current collector.
상기 집전체로는 Al을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.Al may be used as the current collector, but the present invention is not limited thereto.
상기 양극 활물질 층은 양극 활물질, 바인더, 그리고 선택적으로 도전재를 포함한다.The cathode active material layer includes a cathode active material, a binder, and optionally a conductive material.
상기 바인더는 예를 들어 폴리비닐알콜, 카르복시메틸셀룰로즈, 히드록시프로필셀룰로즈, 디아세틸셀룰로즈, 폴리비닐클로라이드, 카르복실화된 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 에틸렌 옥사이드를 포함하는 폴리머, 폴리비닐피롤리돈, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이티드 스티렌-부타디엔 러버, 에폭시 수지, 나일론 등일 수 있다. The binder may be selected from, for example, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose, hydroxypropylcellulose, diacetylcellulose, polyvinyl chloride, carboxylated polyvinyl chloride, polyvinyl fluoride, polymers comprising ethylene oxide, Styrene-butadiene rubber, acrylated styrene-butadiene rubber, epoxy resin, nylon, and the like can be used.
상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로, 전지에서 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성 재료이면 어떠한 것도 사용 가능하다. 도전재의 예로 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 탄소섬유, 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말, 금속 섬유 등을 사용할 수 있고, 또한 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 재료를 1종 또는 1종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.The conductive material is used for imparting conductivity to the electrode. Any conductive material can be used without causing any chemical change in the battery. Examples of the conductive material include metal powders such as natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, ketjen black, carbon fiber, copper, nickel, aluminum and silver, metal fibers and the like, and conductive materials such as polyphenylene derivatives May be used alone or in combination.
상기 음극은 집전체 및 상기 집전체 위에 형성된 음극 활물질 층을 포함한다. The negative electrode includes a current collector and a negative electrode active material layer formed on the current collector.
상기 집전체로는 구리 박, 니켈 박, 스테인레스강 박, 티타늄 박, 니켈 발포체(foam), 구리 발포체, 전도성 금속이 코팅된 폴리머 기재, 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다.The current collector may be a copper foil, a nickel foil, a stainless steel foil, a titanium foil, a nickel foil, a copper foil, a polymer substrate coated with a conductive metal, or a combination thereof.
상기 음극 활물질 층은 음극 활물질, 바인더 조성물, 및/또는 도전재를 포함한다.The negative electrode active material layer includes a negative electrode active material, a binder composition, and / or a conductive material.
상기 음극 활물질로는 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션/디인터칼레이션할 수 있는 물질, 리튬 금속, 리튬 금속의 합금, 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질, 또는 전이 금속 산화물을 포함한다. The negative electrode active material includes a material capable of reversibly intercalating / deintercalating lithium ions, a lithium metal, an alloy of lithium metal, a material capable of doping and dedoping lithium, or a transition metal oxide.
상기 음극 활물질과 바인더 조성물, 도전재에 대한 설명은 생략한다.Descriptions of the negative electrode active material, the binder composition and the conductive material will be omitted.
상기 전해질은 비수성 유기 용매와 리튬염을 포함한다. 상기 비수성 유기 용매와 리튬염은 상용되는 것이라면 제한 없이 적용될 수 있으므로 자세한 설명은 생략한다.The electrolyte includes a non-aqueous organic solvent and a lithium salt. The non-aqueous organic solvent and the lithium salt can be used as long as they are compatible with each other, so that detailed explanation is omitted.
이하 본 발명의 실시예 및 비교예를 기재한다. 하기 실시예는 본 발명의 일 실시예일뿐이므로 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, examples and comparative examples of the present invention will be described. The following examples are only illustrative of the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention.
실시예Example 1 One
(1) 양극 활물질의 제조(1) Preparation of cathode active material
금속 산화물 전구체를 제조하기 위하여, 원재료인 Li2CO3, Ni(OH)2, Co(OH)2, Mn3O4, Zr(OH)4, 및 WO3를 계량한 후 증류수에 분산 시킨다. 분산된 슬러리는 지르코늄 비드 밀(Zr-bead mill)을 이용하여 작은 입자(Dmax = 0.3㎛ 이하)가 될 때까지 분쇄시킨다. 분쇄된 슬러리는 스프레이 드라이어(Spray Dryer)를 이용하여 금속 산화물 전구체를 합성한다. 이때 합성된 금속 산화물 전구체의 평균 입경(D50)은 5㎛ 내지 15㎛이다. In order to prepare the metal oxide precursor, Li 2 CO 3 , Ni (OH) 2 , Co (OH) 2 , Mn 3 O 4 , Zr (OH) 4 and WO 3 as raw materials are weighed and dispersed in distilled water. The dispersed slurry is pulverized to a small particle size (Dmax = 0.3 μm or less) using a zirconium bead mill. The pulverized slurry is synthesized as a metal oxide precursor by using a spray dryer. The average particle diameter (D50) of the synthesized metal oxide precursor is 5 占 퐉 to 15 占 퐉.
합성된 금속 산화물 전구체 1.5kg을 물라이트(mullite) 재질의 내화갑(saggar)에 충진한 후, 소결로에서 공기(air)분위기로 소성온도 870 ~ 890℃ 조건에서 승온속도 2.85℃/min로 소성한다. 승온 7시간, 유지 10시간, 냉각 2.5시간, 유지5 시간, 냉각 6시간으로 총 30시간 동안 소결한다. 1.5 kg of the synthesized metal oxide precursor was charged in a saggar of mullite and then sintered in an air atmosphere in a sintering furnace at a sintering temperature of 870 to 890 ° C and a sintering temperature of 2.85 ° C / do. Sintered for a total of 30 hours at a temperature of 7 hours, a holding time of 10 hours, a cooling time of 2.5 hours, a holding time of 5 hours and a cooling time of 6 hours.
소결된 물질을 분쇄 분급하여, 리튬니켈코발트망간 복합금속 산화물인 Li1.05(Ni0.65Mn0.175Co0.175)0.994Zr0.005W0.001O2을 얻었다. The sintered material was pulverized and classified to obtain lithium nickel cobalt manganese composite metal oxide Li 1.05 (Ni 0.65 Mn 0.175 Co 0.175 ) 0.994 Zr 0.005 W 0.001 O 2 .
상기 금속 산화물을 상온에서 알루미늄 나이트레이트(Al(NO3)3) 0.005mol 수용액에 분산시켜 10분 동안 코팅하였다. 이후 압력 여과기(filter press)를 이용하여 고/액 분리를 하고, 고압의 프레시 에어(Fresh Air)를 이용하여 활물질 표면의 잔여 수분을 제거하였다. The metal oxide was dispersed in an aqueous solution of 0.005 mol of aluminum nitrate (Al (NO 3 ) 3 ) at room temperature and coated for 10 minutes. Thereafter, the mixture was subjected to solid / liquid separation using a filter press, and residual moisture on the surface of the active material was removed using a high-pressure fresh air.
고/액 분리된 활물질은 150℃ 유동층 건조기를 이용하여 건조하였다.The active / liquid separated active material was dried using a fluid bed dryer at 150 ° C.
건조된 활물질 3kg을 물라이트(mullite) 재질의 내화갑(saggar)에 충진 후 열처리로에서 열처리 온도 550~750℃ 조건에서 승온속도 2.85℃/min으로 소성하였다. 승온 3시간, 유지 5시간, 냉각 2시간으로 총 10시간 동안 열처리한다. 3 kg of the dried active material was filled in a saggar of mullite and then fired in a heat treatment furnace at a heat treatment temperature of 550 to 750 ° C at a heating rate of 2.85 ° C / min. Heat for 3 hours, 5 hours and 2 hours for 10 hours.
알루미늄 표면 처리된 활물질을 분쇄 분급하고 최종적으로 Li1.00(Ni0.65Mn0.175Co0.175)0.994Zr0.005W0.001Al0.005O2을 얻었다.The aluminum surface-treated active material was pulverized and classified to obtain Li 1.00 (Ni 0.65 Mn 0.175 Co 0.175 ) 0.994 Zr 0.005 W 0.001 Al 0.005 O 2 .
상기 합성된 양극 활물질의 물성은 아래 표 1에 나타내었다. The physical properties of the synthesized cathode active material are shown in Table 1 below.
(2) 리튬 이차 전지((2) Lithium secondary battery ( HalfHalf -- cellcell )의 제조)
상기에서 제조된 양극 활물질과 도전제(Denka black), 바인더(PVDF)의 질량비가 92:4:4가 되도록 N-메틸-2피롤리돈 용매에서 균일하게 혼합하였다. 상기의 혼합물을 알루미늄 호일에 고르게 도포한 후 롤프레스에서 압착하고 100℃ 진공오븐에서 12시간 진공 건조하여 양극을 제조하였다.The mixture was homogeneously mixed in a N-methyl-2-pyrrolidone solvent such that the mass ratio of the cathode active material, the conductive material (Denka black) and the binder (PVDF) was 92: 4: 4. The mixture was uniformly applied to an aluminum foil, compressed by a roll press, and vacuum-dried in a vacuum oven at 100 캜 for 12 hours to prepare a positive electrode.
상대 전극으로 Li-metal을 사용하고, 전해액으로 EC:EMC = 1:2인 혼합용매에 1몰의 LiPF6용액을 액체 전해액으로 사용하여 통상적인 제조방법에 따라 반쪽 전지(half coin cell)를 제조하였다. A half-coin cell was prepared according to a conventional manufacturing method using Li-metal as a counter electrode and 1 mol of LiPF 6 solution as a liquid electrolyte in a mixed solvent of EC: EMC = 1: 2 as an electrolyte solution. Respectively.
실시예Example 2 2
알루미늄 나이트레이트 0.01 몰을 코팅한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 양극 활물질을 합성하고 전지를 제조하였다.A cathode active material was synthesized and a battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that 0.01 mol of aluminum nitrate was coated.
실시예Example 3 3
알루미늄 나이트레이트 0.001 몰을 코팅한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 양극 활물질을 합성하고 전지를 제조하였다.A cathode active material was synthesized and a battery was prepared in the same manner as in Example 1, except that 0.001 mol of aluminum nitrate was coated.
실시예Example 4 내지 8 4 to 8
코팅 시간을 각각 2분, 5분, 15분, 30분 60분으로 설정한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 양극 활물질을 합성하고 전지를 제조하였다.The cathode active material was synthesized in the same manner as in Example 1 except that the coating time was set to 2 minutes, 5 minutes, 15 minutes, and 30 minutes and 60 minutes, respectively, to prepare a battery.
비교예Comparative Example 1 One
실시예 1에서 알루미늄 표면 처리를 하지 않은 금속 산화물인Li1.05(Ni0.65Mn0.175Co0.175)0.994Zr0.005W0.001O2을 양극 활물질로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 전지를 제조하였다. A battery was fabricated in the same manner as in Example 1, except that Li 1.05 (Ni 0.65 Mn 0.175 Co 0.175 ) 0.994 Zr 0.005 W 0.001 O 2 , which is a metal oxide not subjected to aluminum surface treatment in Example 1, was used as a cathode active material .
비교예Comparative Example 2 2
실시예 1에서 전구체 제조시 지르코늄 원료과 텅스텐 원료를 사용하지 않아, Zr과 W가 도핑되지 않은 금속 산화물 Li1 .05Ni0 .65Mn0 .175Co0 .175O2을 사용하고, 이 금속 산화물에 실시예 1에서와 같이 알루미늄 표면 처리한 양극 활물질을 사용하였다. 즉 Li1 .00Ni0 .65Mn0 .175Co0 .175Al0 .005O2을 양극 활물질로 사용하였다. 전지는 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.The metal oxide Li 1 .05 Ni 0 .65 Mn 0 .175 Co 0 .175 O 2 , in which Zr and W were not doped, was used without using the zirconium raw material and the tungsten raw material in the production of the precursor in Example 1, A cathode active material treated with an aluminum surface was used as in Example 1. That is used to Li 1 .00 Ni 0 .65 Mn 0 .175
비교예Comparative Example 3 3
Zr, W를 도핑하지 않고, 알루미늄으로 표면 처리도 하지 않은 Li1.05Ni0.65Mn0.175Co0.175O2을 양극 활물질로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 전지를 제조하였다.A battery was produced in the same manner as in Example 1, except that Li 1.05 Ni 0.65 Mn 0.175 Co 0.175 O 2, which was not doped with Zr and W and was not surface-treated with aluminum, was used as a cathode active material.
평가예Evaluation example 1: 양극 활물질의 주사전자현미경 사진 1: Scanning electron microscope photograph of cathode active material
실시예 1에서 제조한 양극 활물질을 촬영한 주사전자현미경(SEM) 사진을 도 1에 나타내었다. A scanning electron microscope (SEM) photograph of the cathode active material prepared in Example 1 is shown in FIG.
도 1을 참고하면 입경이 약 5 내지 15 ㎛이고 입도 분포가 균일한 양극 활물질이 제조되었음을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 1, it can be seen that a cathode active material having a particle diameter of about 5 to 15 μm and a uniform particle size distribution was produced.
평가예Evaluation example 2: 수명 특성 평가 2: Evaluation of life characteristics
도 2는 실시예 1 내지 3의 전지에 대한 수명 특성 평가 그래프이다.FIG. 2 is a graph showing life characteristics of the batteries of Examples 1 to 3; FIG.
도 3은 실시예 4 내지 8의 전지에 대한 수명 특성 평가 그래프이다.Fig. 3 is a graph showing life characteristic evaluations for the batteries of Examples 4 to 8. Fig.
도 4는 비교예 1의 전지에 대한 수명 특성 평가 그래프이고, 도 5는 비교예 2의 전지에 대한 수명 특성 평가 그래프이다. 도 6은 비교예 3의 전지에 대한 수명 특성 평가 그래프이다.FIG. 4 is a graph showing the life characteristics of the battery of Comparative Example 1, and FIG. 5 is a graph showing life characteristics of the battery of Comparative Example 2. 6 is a graph showing the life characteristics of the battery of Comparative Example 3;
도 2 내지 도 6을 참고하면, 실시예 1 내지 9의 전지는 비교예 1 내지 3의 전지에 비하여 수명 특성이 향상되었음을 확인할 수 있다.Referring to FIGS. 2 to 6, it can be seen that the batteries of Examples 1 to 9 have improved life characteristics as compared with the batteries of Comparative Examples 1 to 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 (20)
상기 금속 산화물의 표면에 위치하는 코팅층을 포함하고,
상기 코팅층은 알루미늄, 알루미늄 산화물, 리튬알루미늄 산화물, 또는 이들의 조합을 포함하고,
상기 코팅층은 상기 금속 산화물 1 몰부에 대하여 0.001 내지 0.01 몰부 포함되는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질:
[화학식 1]
LixMyO2
상기 화학식 1에서 M은 [NiaCobMn(1-a-b)]1-c-dZrcWd이고,
0.9≤x≤1.5, 0.9≤y≤1.1, 0.6≤a≤0.8, 0<b≤0.4, 0<c≤0.01, 및 0<d≤0.005이다.A metal oxide represented by the following formula (1), and
And a coating layer disposed on a surface of the metal oxide,
Wherein the coating layer comprises aluminum, aluminum oxide, lithium aluminum oxide, or a combination thereof,
Wherein the coating layer is contained in an amount of 0.001 to 0.01 mole per 1 mole of the metal oxide.
[Chemical Formula 1]
Li x M y O 2
In the above formula (1), M is [Ni a Co b Mn (1-ab) ] 1-cd Zr c W d ,
0.9? X? 1.5, 0.9? Y? 1.1, 0.6? A? 0.8, 0 <b? 0.4, 0 <c? 0.01, and 0 <d?
상기 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 입경은 5㎛ 내지 15㎛인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.The method of claim 1,
Wherein the positive electrode active material for lithium secondary batteries has a particle diameter of 5 탆 to 15 탆.
상기 리튬 이차 전지용 양극 활물질은 구형인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.The method of claim 1,
Wherein the positive electrode active material for a lithium secondary battery is a spherical positive electrode active material for a lithium secondary battery.
상기 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 탭밀도는 2 내지 3 g/ml인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.The method of claim 1,
Wherein the tap density of the cathode active material for the lithium secondary battery is 2 to 3 g / ml.
상기 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 비표면적은 0.2 내지 0.7 m2/g인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.The method of claim 1,
Wherein the specific surface area of the positive electrode active material for the lithium secondary battery is 0.2 to 0.7 m 2 / g.
하기 화학식 1의 금속 산화물 및 알루미늄 화합물을 용매에 첨가하여 혼합하는 단계;
상기 단계의 혼합물을 건조하는 단계; 및
건조된 혼합물을 열처리하는 단계;
를 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법이되,
하기 화학식 1의 금속 산화물 및 알루미늄 화합물을 용매에 첨가하여 혼합하는 단계;에서, 상기 알루미늄 화합물은 상기 화학식 1의 금속 산화물 1 몰부에 대하여 0.001 내지 0.01 몰부 첨가되는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법:
[화학식 1]
LixMyO2
상기 화학식 1에서 M은 [NiaCobMn(1-a-b)]1-c-dZrcWd이고,
0.9≤x≤1.5, 0.9≤y≤1.1, 0.6≤a≤0.8, 0<b≤0.4, 0<c≤0.01, 및 0<d≤0.005이다.Preparing a metal oxide represented by Formula 1 below;
Adding a metal oxide and an aluminum compound of the following formula (1) to a solvent and mixing them;
Drying the mixture of steps; And
Heat treating the dried mixture;
A cathode active material for a lithium secondary battery,
Wherein the aluminum compound is added in an amount of 0.001 to 0.01 mole per mole of the metal oxide of Formula 1, in the step of adding and mixing the metal oxide and the aluminum compound of Formula 1 below to the solvent :
[Chemical Formula 1]
Li x M y O 2
In the above formula (1), M is [Ni a Co b Mn (1-ab) ] 1-cd Zr c W d ,
0.9? X? 1.5, 0.9? Y? 1.1, 0.6? A? 0.8, 0 <b? 0.4, 0 <c? 0.01, and 0 <d?
상기 화학식 1의 금속 산화물을 준비하는 단계는
리튬 원료, 니켈 원료, 코발트 원료, 망간 원료, 지르코늄 원료, 및 텅스텐 원료를 포함하는 금속염 수용액을 제조하는 단계;
상기 금속염 수용액을 분쇄하는 단계;
상기 분쇄된 금속염 수용액을 분무 건조하여 금속 산화물 전구체를 제조하는 단계; 및
상기 금속 산화물 전구체를 열처리하는 단계를 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.9. The method of claim 8,
The step of preparing the metal oxide of the formula (1)
Preparing a metal salt aqueous solution containing a lithium source, a nickel source, a cobalt source, a manganese source, a zirconium source, and a tungsten source;
Pulverizing the aqueous metal salt solution;
Spray-drying the pulverized metal salt aqueous solution to prepare a metal oxide precursor; And
And heat treating the metal oxide precursor. The method for producing a cathode active material for a lithium secondary battery according to claim 1,
상기 금속염 수용액을 분쇄하는 단계는 원료 물질들의 입경이 0.3 ㎛ 이하가 되도록 분쇄하는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.The method of claim 9,
Wherein the pulverizing the metal salt aqueous solution is carried out by pulverizing the raw material so that the particle diameters of the raw materials are 0.3 mu m or less.
상기 금속 산화물 전구체의 입경은 5㎛ 내지 15㎛인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.The method of claim 9,
Wherein the metal oxide precursor has a particle diameter of 5 to 15 占 퐉.
상기 금속 산화물 전구체를 열처리하는 단계는 860 내지 890℃에서 수행되는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.The method of claim 9,
Wherein the step of heat-treating the metal oxide precursor is performed at 860 to 890 캜.
상기 금속 산화물 전구체를 열처리하는 단계는 24 내지 36 시간 동안 수행되는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.The method of claim 9,
Wherein the heat treatment of the metal oxide precursor is performed for 24 to 36 hours.
상기 화학식 1의 금속 산화물 및 알루미늄 화합물을 용매에 첨가하여 혼합하는 단계에서, 상기 용매는 물인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.9. The method of claim 8,
A method for producing a cathode active material for a lithium secondary battery, wherein the solvent is water, wherein the metal oxide and the aluminum compound of Formula 1 are added to and mixed with a solvent.
상기 알루미늄 화합물은 알루미늄 설페이트, 알루미늄 나이트레이트, 알루미늄 아세테이트, 알루미늄 클로라이드, 또는 이들의 조합인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.9. The method of claim 8,
Wherein the aluminum compound is aluminum sulfate, aluminum nitrate, aluminum acetate, aluminum chloride, or a combination thereof.
상기 화학식 1의 금속 산화물 및 알루미늄 화합물을 용매에 첨가하여 혼합하는 단계는 1분 내지 60분 동안 수행되는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.9. The method of claim 8,
Wherein the step of adding the metal oxide and the aluminum compound of Formula 1 to the solvent and mixing is performed for 1 minute to 60 minutes.
상기 건조된 혼합물을 열처리하는 단계는 550℃ 내지 750℃에서 수행되는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.9. The method of claim 8,
Wherein the step of heat-treating the dried mixture is performed at 550 to 750 ° C.
상기 건조된 혼합물을 열처리하는 단계는 5 내지 10시간 동안 수행되는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.9. The method of claim 8,
Wherein the heat treatment of the dried mixture is performed for 5 to 10 hours.
음극, 및
전해액을 포함하는 리튬 이차 전지. A positive electrode comprising the positive electrode active material according to any one of claims 1 to 7,
Cathode, and
A lithium secondary battery comprising an electrolytic solution.
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