KR101611251B1 - 양극활물질, 및 이를 포함하는 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

양극활물질이 제공된다. 상기 양극활물질은, 제1 금속을 포함하는 복수의 금속들로 형성된 1차 입자(first element), 및 하나 이상의 상기 1차 입자로 구성된 2차 입자(second element)를 포함하되, 상기 1차 입자는, 상기 2차 입자의 중심부에서 상기 2차 입자의 표면부를 향하는 연장되고, 상기 2차 입자는, 상기 제1 금속의 함량이 변화되는 농도 구배부, 및 상기 제1 금속의 함량이 일정한 농도 유지부를 포함할 수 있다.

Description

양극활물질, 및 이를 포함하는 이차 전지{Positive active material, and secondary battery comprising the same}
본 발명은 양극활물질, 및 이를 포함하는 이차 전지에 관련된 것으로, 보다 상세하게는, 농도 구배부 및 농도 유지부를 포함하는 양극활물질, 및 이를 포함하는 이차 전지에 관련된 것이다.
스마트폰, MP3 플레이어, 태블릿 PC와 같은 휴대용 모바일 전자 기기의 발전으로, 전기 에너지를 저장할 수 있는 이차 전지에 대한 수요가 폭발적으로 증가하고 있다. 특히, 전기 자동차, 중대형 에너지 저장 시스템, 및 고 에너지 밀도가 요구되는 휴대 기기의 등장으로, 리튬 이차 전지에 대한 수요가 증가하고 있는 실정이다.
이러한, 리튬 이차 전지에 대한 수요의 증가로, 리튬 이차 전지에 사용되는 양극활물질에 대한 연구 개발이 진행되고 있다. 예를 들어, 대한민국 특허공개공보 10-2014-0119621(출원번호 10-2013-0150315)에는, NiαMnβCoγ-δAδCO3(A는 B, Al, Ga, Ti 및 In 으로 이루어진 그룹에서 선택된 1개 또는 2개 이상이고, α는 0.05 내지 0.4 이고, β는 0.5 내지 0.8 이고, γ는 0 내지 0.4 이고, δ는 0.001 내지 0.1)로 표시되는 리튬 과량 양극활물질 제조용 전구체를 이용하여, 전구체에서 치환되는 금속의 종류 및 조성을 조절하고, 첨가되는 금속의 종류 및 첨가량을 조절하여, 고전압 용량 및 장수명 특성을 갖는 이차전지가 개시되어 있다.
대한민국 특허공개공보 10-2014-0119621
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 고신뢰성의 양극활물질, 및 이를 포함하는 이차 전지를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 고용량의 이차 전지를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 고안전성의 이차 전지를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 장수명의 이차 전지를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 충방전 효율이 향상된 이차 전지를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 상술된 것에 제한되지 않는다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 양극활물질을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 양극활물질은, 제1 금속을 포함하는 복수의 금속들로 형성된 1차 입자(first element), 및 하나 이상의 상기 1차 입자로 구성된 2차 입자(second element)를 포함하되, 상기 1차 입자는, 상기 2차 입자의 중심부에서 상기 2차 입자의 표면부를 향하는 연장되고, 상기 2차 입자는, 상기 제1 금속의 함량이 변화되는 농도 구배부, 및 상기 제1 금속의 함량이 일정한 농도 유지부를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 복수의 금속들은, 제2 금속을 더 포함하고, 상기 농도 구배부에서, 상기 중심부에서 상기 표면부 방향으로, 상기 제1 금속의 함량이 증가될수록 상기 제2 금속의 함량은 감소되고, 상기 제1 금속의 함량이 감소될수록 상기 제2 금속의 함량은 증가되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 중심부는, 상기 2차 입자 내부의 일 영역을 포함하고, 상기 1차 입자는, 상기 중심부에서 상기 표면부를 향하여 방사(放射, radiate)되는 로드 형태(rod shape)를 갖는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 농도 구배부의 상기 제1 금속의 평균 함량은, 상기 농도 유지부의 상기 제1 금속의 평균 함량보다 높은 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 중심부에서 상기 표면부 방향으로, 상기 제1 금속의 함량의 변화량은 연속적(continuous)인 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 농도 구배부와 상기 농도 유지부 사이에서, 상기 제1 금속의 함량의 변화량은 불연속적(discontinuous)인 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 농도 유지부는, 제1 농도 유지부, 및 상기 제1 농도 유지부와 다른 상기 제1 금속의 함량을 갖는 제2 농도 유지부를 포함하고, 상기 제1 농도 유지부와 상기 제2 농도 유지부 사이에서, 상기 제1 금속의 함량의 변화량은 불연속적인 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 농도 구배부는, 상기 중심부에서 상기 표면부를 향하는 방향으로, 상기 제1 금속의 함량이 점차적으로 증가되거나, 또는 감소되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 농도 구배부, 및 상기 농도 유지부는 복수로 제공되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 금속은 니켈(Ni)이고, 상기 제2 금속은 망간(Mn)인 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 양극활물질은, 제1 금속을 포함하는 1차 입자, 및 하나 이상의 상기 1차 입자로 구성된 2차 입자를 포함한다. 상기 2차 입자는, 상기 제1 금속의 함량이 변화되는 농도 구배부, 및 상기 제1 금속의 함량이 일정한 농도 유지부를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 2차 입자 내에서 상기 제1 금속의 함량이 조절될 수 있어, 상기 제1 금속의 의한 특성이 향상된 2차 입자를 포함하는 양극활물질이 제공될 수 있다.
도 1a는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 양극활물질의 2차 입자를 설명하기 위해 2차 입자의 단면을 도시한 것이다.
도 1b는 본 발명의 제1 실시 예에 따라 로드 형태의 1차 입자로 구성된 2차 입자를 포함하는 양극활물질을 설명하기 위한 것이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 양극활물질의 2차 입자의 제1 금속의 함량 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 양극활물질의 2차 입자를 설명하기 위해 2차 입자의 단면을 도시한 것이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 양극활물질의 2차 입자의 제1 금속의 함량 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 양극활물질의 2차 입자를 설명하기 위해 2차 입자의 단면을 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 양극활물질의 2차 입자의 제1 금속의 함량 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 양극활물질의 2차 입자를 설명하기 위해 2차 입자의 단면을 도시한 것이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 양극활물질의 2차 입자의 제1 금속의 함량 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 제4 실시 예의 변형 예에 따른 양극활물질의 2차 입자를 설명하기 위해 2차 입자의 단면을 도시한 것이다.
도 12는 본 발명의 제5 실시 예에 따른 양극활물질의 2차 입자를 설명하기 위해 2차 입자의 단면을 도시한 것이다.
도 13은 본 발명의 제5 실시 예에 따른 양극활물질의 2차 입자의 제1 금속의 함량 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 14는 본 발명의 제6 실시 예에 따른 양극활물질의 2차 입자를 설명하기 위해 2차 입자의 단면을 도시한 것이다.
도 15 및 도 16은 본 발명의 제6 실시 예에 따른 양극활물질의 2차 입자의 제1 금속의 함량 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 17은 본 발명의 제6 실시 예의 변형 예에 따른 양극활물질의 2차 입자를 설명하기 위해 2차 입자의 단면을 도시한 것이다.
도 18은 본 발명의 제7 실시 예에 따른 양극활물질의 2차 입자를 설명하기 위해 2차 입자의 단면을 도시한 것이다.
도 19 및 도 20은 본 발명의 제7 실시 예에 따른 양극활물질의 2차 입자의 제1 금속의 함량 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 21은 본 발명의 제7 실시 예의 변형 예에 따른 양극활물질의 2차 입자를 설명하기 위한 2차 입자의 단면을 도시한 것이다.
도 22는 본 발명의 실시 예들에 따른 양극활물질을 포함하는 이차 전지를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
또한, 본 명세서의 도면에 기재된 도면 부호는 각 구성요소들을 구별하기 위해 사용된 것으로, 동일한 도면 부호를 갖는 구성요소들은 서로 공통된 기술적 특징을 포함하고 있는 것으로 해석된다.
또한, 본 명세서에 기재된 "일정하다" 및/또는 "일정한"은, 실질적으로(substantially) 일정한 것을 의미하는 것으로 해석된다. 또한, 본 명세서에 기재된 "중심부"는 내부의 일 영역을 포함하는 의미로 해석되며, 중간 위치, 및/또는 중심 위치에 한정되는 것이 아니다. 또한, 본 명세서에 기재된 "함량"는 atomic ratio 및/또는 농도를 포함하는 것으로 해석된다.
도 1a는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 양극활물질의 2차 입자를 설명하기 위해 2차 입자의 단면을 도시한 것이고, 도 1b는 본 발명의 제1 실시 예에 따라 로드 형태의 1차 입자로 구성된 2차 입자를 포함하는 양극활물질을 설명하기 위한 것이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 양극활물질의 2차 입자의 제1 금속의 함량 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 1a, 도 1b, 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 양극활물질의 2차 입자(second element)는, 중심부(10) 및 표면부(20)를 포함할 수 있다. 상기 중심부(10)는, 본 명세서의 도입부(boilerplate)에 기재된 것과 같이, 상기 2차 입자의 중간 위치, 중심 위치, 및/또는 상기 2차 입자 내부의 일 영역을 포함할 수 있다. 상기 표면부(20)는, 상기 2차 입자의 외면(exterior surface)일 수 있다.
상기 2차 입자는, 도 1a 및 도 1b에서, 구(sphere) 형태인 것으로 도시되었으나, 이에 한정되지 않고, 단면이 타원형인 형태를 가질 수도 있다.
상기 2차 입자는 하나 이상의 1차 입자(30, first element)로 구성될 수 있다. 다시 말하면, 상기 2차 입자는, 상기 1차 입자(30)가 응집된(aggregated) 것일 수 있다. 상기 1차 입자(30)는, 상기 중심부(10)에서 상기 표면부(20)를 향하여 연장될 수 있다. 다시 말하면, 상기 1차 입자(30)는 상기 중심부(10)에서 상기 표면부(20)를 향하여 방사(放射, radiate)되는 로드 형태(rod shape)를 가질 수 있다.
상기 로드 형태를 갖는 상기 1차 입자(30)들 사이, 다시 말하면, 상기 2차 입자의 상기 중심부(10)에서 상기 표면부(20) 방향(D)으로 연장된 상기 1차 입자(30)들 사이에, 금속 이온(예를 들어, 리튬 이온) 및 전해질의 이동 경로가 제공될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따른 양극활물질은, 이차 전지의 충방전 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 1차 입자(30)는, 제1 금속, 제2 금속, 및 제3 금속을 포함하는 복수의 금속들로 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 1차 입자(30)를 포함하는 상기 2차 입자는 상기 제1 내지 제3 금속을 포함하는 복수의 금속들로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 금속은 니켈(Ni)이고, 상기 제2 금속은 망간(Mn)이고, 상기 제3 금속은 코발트(Co)일 수 있다. 이 경우, 상기 2차 입자는, 리튬니켈망간코발트의 화합물로 형성될 수 있다.
상기 2차 입자는, 상기 제1 금속이 함량이 변화되는 농도 구배부(110), 및 상기 제1 금속의 함량이 일정한 농도 유지부(120)를 포함할 수 있다. 상기 농도 유지부(120)는 상기 농도 구배부(110)를 둘러쌀 수 있다. 다시 말하면, 상기 농도 구배부(110)는 상기 2차 입자의 코어(core)에 대응되고, 상기 농도 유지부(120)는 상기 2차 입자의 쉘(shell)에 대응될 수 있다.
상기 농도 구배부(110) 및 상기 농도 유지부(120)를 포함하는 상기 2차 입자는, 상기 제1 금속을 포함하는 수용액, 상기 제2 금속을 포함하는 수용액, 및 상기 제3 금속을 포함하는 수용액의 함량을 조절하여 제조될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 금속을 포함하는 수용액이 황산 니켈이고, 상기 제2 금속을 포함하는 수용액이 황산 망간이고, 상기 제3 금속을 포함하는 수용액이 황산 코발트인 경우, 황산 니켈, 황산 망간, 및 황산 코발트와 공침 반응기 등을 이용하여, 니켈망간코발트 수산화물을 제조하고, 상기 니켈망간코발트 수산화물에 수산화리튬을 혼합, 가열, 및 소성하여, 리튬니켈망간코발트를 포함하는 상기 2차 입자가 제조될 수 있다.
상기 농도 구배부(110)의 상기 제1 금속의 함량은, 상기 중심부(10)에서 상기 표면부(20) 방향(D)으로, 점차적으로 감소(gradually decrease)될 수 있다. 상기 농도 구배부(110)의 상기 제1 금속의 함량이 점차적으로 감소되는 경우, 상기 농도 구배부(110)의 상기 제2 금속 및 상기 제3 금속 중 적어도 어느 하나의 함량이 점차적으로 증가될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 도 2의 (a)에 도시된 것과 같이, 상기 중심부(10)에서 상기 표면부(20) 방향(D)으로 상기 제1 금속의 함량이 점차적으로 감소되는 경우, 상기 제2 금속의 함량(200)이 상기 중심부(10)에서 상기 표면부(20) 방향(D)으로 점차적으로 증가될 수 있다. 이 경우, 상기 제3 금속의 함량은, 증가되거나, 유지되거나, 또는 감소될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 농도 구배부(110)와 상기 농도 유지부(120) 사이에서 상기 제1 금속의 함량의 변화량은, 도 2의 (a)에 도시된 것과 같이, 연속적(continuous)일 수 있다. 이 경우, 상기 농도 구배부(110)의 상기 제1 금속의 함량의 최소값이, 상기 농도 유지부(120)의 상기 제1 금속의 함량의 평균값이 실질적으로 서로 동일할 수 있다. 상술된 것과 같이, 상기 농도 구배부(110)의 상기 제1 금속의 함량이 상기 중심부(10)에서 상기 표면부(20) 방향(D)으로 점차적으로 감소되는 경우, 상기 농도 구배부(110)의 상기 제1 금속의 함량의 최소값은, 상기 농도 유지부(120)에 인접한 상기 농도 구배부(110)의 외곽의 일부분의 상기 제1 금속의 함량 값일 수 있다.
또는, 상술된 바와 달리, 다른 실시 예에 따르면, 상기 농도 구배부(110)와 상기 농도 유지부(120) 사이에서 상기 제1 금속의 함량의 변화량은, 도 2의 (b)에 도시된 것과 같이, 불연속적(discontinuous)일 수 있다. 이 경우, 상기 농도 구배부(110)의 상기 제1 금속의 함량의 최소값은, 상기 농도 유지부(120)의 상기 제1 금속의 함량의 평균값과 다를 수 있다. 상기 농도 유지부(120)의 상기 제1 금속의 함량(210, 220)은, 상기 농도 구배부(110)의 상기 제1 금속이 함량의 최소값, 다시 말하면, 상기 농도 유지부(120)에 인접한 상기 농도 구배부(110)의 외곽의 일부분의 상기 제1 금속의 함량보다, 높거나, 또는 낮을 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 농도 유지부(120)의 상기 제2 금속 및 제3 금속의 함량은 일정할 수 있다. 또는, 다른 실시 예에 따르면, 상기 농도 유지부(120)에서, 상기 제2 금속 및 제3 금속 중 적어도 어느 하나의 함량이 변화될 수 있다.
상술된 본 발명의 제1 실시 예와 달리, 본 발명의 제2 실시 예에 따르면, 농도 구배부 내에서, 상기 제1 금속의 함량의 변화량이 변화될 수 있다. 이하, 이를, 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 양극활물질의 2차 입자를 설명하기 위해 2차 입자의 단면을 도시한 것이고, 도 4 및 도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 양극활물질의 2차 입자의 제1 금속의 함량 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 양극활물질의 2차 입자는, 도 1b를 참조하여 설명된 것과 같이, 상기 중심부(10)에서 상기 표면부(20)를 향하여 연장하는 하나 이상의 상기 1차 입자(30)로 구성될 수 있다. 상기 1차 입자(30)는, 도 1a, 도 1b, 및, 도 2를 참조하여 설명된 것과 같이, 제1 내지 제3 금속을 포함하는 복수의 금속들로 형성될 수 있다.
상기 2차 입자는, 상기 제1 금속의 함량이 변화되는 제1 농도 구배부(110a), 상기 제1 농도 구배부(110a)의 상기 제1 금속의 함량의 변화량과 다른 상기 제1 금속의 변화량을 갖는 제2 농도 구배부(110b), 및 상기 제1 금속의 함량이 일정한 농도 유지부(120)를 포함할 수 있다. 상기 제2 농도 구배부(110b)는 상기 제1 농도 구배부(110a)를 둘러싸고, 상기 농도 유지부(120)는, 상기 제2 농도 구배부(110b)를 둘러쌀 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 도 4의 (a) 및 (b)에 도시된 것과 같이, 상기 제1 농도 구배부(110a)의 상기 제1 금속의 함량, 및 상기 제2 농도 구배부(110b)의 상기 제1 금속의 함량은, 상기 중심부(10)에서 상기 표면부(20) 방향(D)으로, 점차적으로 감소될 수 있다. 예를 들어, 도 4의 (a)에 도시된 것과 같이, 상기 중심부(10)에서 상기 표면부(20) 방향(D)으로, 상기 제1 농도 구배부(110a)의 상기 제1 금속의 함량의 감소량은, 상기 제2 농도 구배부(110b)의 상기 제1 금속의 함량의 감소량보다, 작을 수 있다. 또는, 다른 예를 들어, 도 4의 (b)에 도시된 것과 같이, 상기 중심부(10)에서 상기 표면부(20) 방향(D)으로, 상기 제1 농도 구배부(110a)의 상기 제1 금속의 함량의 감소량은, 상기 제2 농도 구배부(110b)의 상기 제1 금속의 함량의 감소량보다, 클 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 도 5의 (a) 및 (b)에 도시된 것과 같이, 상기 제1 농도 구배부(110a)의 상기 제1 금속의 함량, 및 상기 제2 농도 구배부(110b)의 상기 제1 금속의 함량 중에서 어느 하나는, 상기 중심부(10)에서 상기 표면부(20) 방향(D)으로, 증가하고, 다른 하나는 감소될 수 있다. 예를 들어, 도 5의 (a)에 도시된 것과 같이, 상기 중심부(10)에서 상기 표면부(20) 방향(D)으로, 상기 제1 농도 구배부(110a)의 상기 제1 금속의 함량이 증가되고, 상기 제2 농도 구배부(110b)의 상기 제1 금속의 함량이 감소될 수 있다. 또는, 다른 예를 들어, 도 5의 (b)에 도시된 것과 같이, 상기 중심부(10)에서 상기 표면부(20) 방향(D)으로, 상기 제1 농도 구배부(110a)의 상기 제1 금속의 함량이 감소되고, 상기 제2 농도 구배부(110b)의 상기 제1 금속의 함량이 증가될 수 있다.
상기 제1 및 제2 농도 구배부들(110a, 110b)의 상기 제1 금속의 함량이, 상기 중심부(10)에서 상기 표면부(20) 방향(D)으로, 점차적으로 감소되거나, 또는, 증가되는 경우, 도 2를 참조하여 설명된 것과 같이, 상기 제1 및 제2 농도 구배부들(110a, 110b)의 상기 제2 금속의 함량이, 상기 중심부(10)에서 상기 표면부(20) 방향(D)으로, 점차적으로 증가되거나, 또는 감소될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 도 4 및 도 5에 도시된 것과 같이, 상기 제2 농도 구배부(110b) 및 상기 농도 유지부(120) 사이의 상기 제1 금속의 함량의 변화량이 연속적일 수 있다. 이 경우, 상기 제2 농도 구배부(110b)의 상기 제1 금속의 함량의 최소값 또는 최대값이, 상기 농도 유지부(120)의 상기 제1 금속의 함량의 평균값과 동일할 수 있다. 또는, 다른 실시 예에 따르면, 도 2의 (b)를 참조하여 설명된 것과 같이, 상기 제2 농도 구배부(110b) 및 상기 농도 유지부(120) 사이에서 상기 제1 금속의 함량의 변화량은 불연속적일 수 있다. 이 경우, 상기 제2 농도 구배부(110b)의 상기 제1 금속의 함량의 최소값 또는 최대값과, 상기 농도 유지부(120)의 상기 제1 금속의 함량의 평균값은 다를 수 있다.
상술된 본 발명의 실시 예들과 달리, 본 발명의 제3 실시 예에 따르면, 농도 유지부는 상기 제1 금속의 함량이 서로 다른 제1 농도 유지부 및 제2 농도 유지부를 포함할 수 있다. 이하, 이를, 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 양극활물질의 2차 입자를 설명하기 위해 2차 입자의 단면을 도시한 것이고, 도 7은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 양극활물질의 2차 입자의 제1 금속의 함량 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 양극활물질의 2차 입자는, 도 1b를 참조하여 설명된 것과 같이, 상기 중심부(10)에서 상기 표면부(20)를 향하여 연장하는 하나 이상의 상기 1차 입자(30)로 구성될 수 있다. 상기 1차 입자(30)는, 도 1a, 도 1b, 및, 도 2를 참조하여 설명된 것과 같이, 제1 내지 제3 금속을 포함하는 복수의 금속들로 형성될 수 있다.
상기 2차 입자는, 상기 제1 금속의 함량이 변화되는 농도 구배부(110), 상기 제1 금속의 함량이 일정한 제1 농도 유지부(120a), 및 상기 제1 농도 유지부(120a)와 다른 상기 제1 금속의 함량을 갖고 상기 제1 금속의 함량이 일정한 제2 농도 유지부(120b)를 포함할 수 있다. 상기 제1 농도 유지부(120a)는 상기 농도 구배부(110)를 둘러쌀 수 있다. 상기 제2 농도 유지부(120b)는 상기 제1 농도 유지부(120a)를 둘러쌀 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 농도 구배부(110)의 상기 제1 금속의 함량은, 상기 중심부(10)에서 상기 표면부(20) 방향(D)으로 점차적으로 감소될 수 있다. 이 경우, 상기 농도 구배부(110)의 상기 제2 금속의 함량은, 도 2를 참조하여 설명된 것과 같이, 점차적으로 증가될 수 있다.
상기 제1 농도 유지부(120a) 및 상기 제2 농도 유지부(120b) 사이에서, 상기 제1 금속의 변화량은 불연속적일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 농도 유지부(120a)의 상기 제1 금속의 함량은, 상기 제2 농도 유지부(120b)의 상기 제1 금속의 함량(310)보다 낮을 수 있다. 또는, 이와는 달리, 다른 실시 예에 따르면, 상기 제1 농도 유지부(120a)의 상기 제1 금속의 함량은, 상기 제2 농도 유지부(120b)의 상기 제1 금속의 함량(320)보다 높을 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 도 7에 도시된 것과 같이, 상기 농도 구배부(110) 및 상기 제1 농도 유지부(120a) 사이에서 상기 제1 금속의 함량의 변화량은 연속적일 수 있다. 이 경우, 상기 농도 구배부(110)의 상기 제1 금속의 함량의 최소값이, 상기 제1 농도 유지부(120a)의 상기 제1 금속의 함량의 평균값과 동일할 수 있다. 또는, 다른 실시 예에 따르면, 도 2의 (b)를 참조하여 설명된 것과 같이, 상기 농도 구배부(110)의 상기 제1 금속의 함량의 변화량과 상기 제1 농도 유지부(120a)의 상기 제1 금속의 함량의 변화량은 불연속적일 수 있다. 이 경우, 상기 농도 구배부(110)의 상기 제1 금속의 함량의 최소값과, 상기 제1 농도 유지부(120a)의 상기 제1 금속의 함량의 평균값은 다를 수 있다.
상술된 본 발명의 실시 예들과 달리, 본 발명의 제4 실시 예에 따르면, 2차 입자의 외곽이 농도 구배부로 형성될 수 있다. 이하, 이를 도 8 내지 도 10을 참조하여 설명한다.
도 8은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 양극활물질의 2차 입자를 설명하기 위해 2차 입자의 단면을 도시한 것이고, 도 9 및 도 10은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 양극활물질의 2차 입자의 제1 금속의 함량 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 8 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 제4 실시 예에 따른 양극활물질의 2차 입자는, 도 1b를 참조하여 설명된 것과 같이, 상기 중심부(10)에서 상기 표면부(20)를 향하여 연장하는 하나 이상의 상기 1차 입자(30)로 구성될 수 있다. 상기 1차 입자(30)는, 도 1a, 도 1b, 및, 도 2를 참조하여 설명된 것과 같이, 제1 내지 제3 금속을 포함하는 복수의 금속들로 형성될 수 있다.
상기 2차 입자는, 상기 제1 금속의 함량이 변화되는 제1 농도 구배부(110a), 상기 제1 금속의 함량이 일정한 농도 유지부(120), 및 상기 제1 금속의 함량이 변화되는 제2 농도 구배부(110b)를 포함할 수 있다. 상기 농도 유지부(120)는 상기 제1 농도 구배부(110a)를 둘러쌀 수 있다. 상기 제2 농도 구배부(110b)는 상기 농도 유지부(120)를 둘러쌀 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 도 9의 (a)에 도시된 것과 같이, 상기 제1 농도 구배부(110a)의 상기 제1 금속의 함량, 및 상기 제2 농도 구배부(110b)의 상기 제1 금속이 함량은, 상기 중심부(10)에서 상기 표면부(20) 방향(D)으로, 점차적으로 감소될 수 있다. 또는, 다른 실시 예에 따르면, 도 4의 (b)에 도시된 것과 같이, 상기 제1 농도 구배부(110a)의 상기 제1 금속이 함량, 및 상기 제2 농도 구배부(110b)의 상기 제1 금속이 함량은, 점차적으로 증가될 수 있다.
또는, 또 다른 실시 예에 따르면, 도 10의 (a)에 도시된 것과 같이, 상기 중심부(10)에서 상기 표면부(20) 방향(D)으로, 상기 제1 농도 구배부(110a)의 상기 제1 금속의 함량은 점차적으로 감소되고, 상기 제2 농도 구배부(110b)의 상기 제1 금속의 함량은 점차적으로 증가될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 농도 구배부(110a) 및 상기 제2 농도 구배부(110b)의 계면을 포함하는 일부분의 상기 제1 금속의 함량이, 상기 2차 입자 내에서 최대일 수 있다.
또는, 또 다른 실시 예에 따르면, 도 10의 (b)에 도시된 것과 같이, 상기 중심부(10)에서 상기 표면부(20) 방향(D)으로, 상기 제1 농도 구배부(110a)의 상기 제1 금속의 함량은 점차적으로 증가되고, 상기 제2 농도 구배부(110b)의 상기 제1 금속의 함량은 점차적으로 감소될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 농도 구배부(110a) 및 상기 제2 농도 구배부(110b)의 계면을 포함하는 일부분의 상기 제1 금속의 함량이, 상기 2차 입자 내에서 최소일 수 있다.
상기 중심부(10)에서 상기 표면부(20) 방향(D)으로, 상기 제1 및 제2 농도 구배부들(110a, 110b)의 상기 제1 금속의 함량이 점차적으로 감소되거나, 또는 증가되는 경우, 도 2를 참조하여 설명된 것과 같이, 상기 제1 및 제2 농도 구배부들(110a, 110b)이 상기 제2 금속의 함량은, 상기 중심부(10)에서 상기 표면부(20) 방향(D)으로 점차적으로 증가되거나, 또는 감소될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 도 9 및 도 10에 도시된 것과 같이, 상기 제1 농도 구배부(110a) 및 상기 농도 유지부(120) 사이, 그리고 상기 농도 유지부(120)와 상기 제2 농도 구배부(110b) 사이에서, 상기 제1 금속의 함량의 변화량은 연속적일 수 있다. 이 경우, 상기 제1 및 제2 농도 구배부들(110a, 110b)의 상기 제1 금속의 함량이 최대값 또는 최소값이, 상기 농도 유지부(120)의 상기 제1 금속의 함량의 평균값과 서로 동일할 수 있다. 또는 다른 실시 예에 따르면, 상기 제1 농도 구배부(110a) 및 상기 농도 유지부(120) 사이, 그리고 상기 농도 유지부(120)와 상기 제2 농도 구배부(110b) 사이에서, 상기 제1 금속의 함량의 변화량은 불연속적일 수 있다.
상술된 본 발명의 제4 실시 예와 달리, 본 발명의 제4 실시 예의 변형 예에 따르면, 제2 농도 유지부가, 도 8을 참조하여 설명된 본 발명의 제4 실시 예에 따른 상기 2차 입자의 상기 제2 농도 구배부(110b)를 둘러쌀 수 있다. 이하, 이를 도 11을 참조하여 설명한다.
도 11은 본 발명의 제4 실시 예의 변형 예에 따른 양극활물질의 2차 입자를 설명하기 위해 2차 입자의 단면을 도시한 것이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 제4 실시 예의 변형 예에 따른 양극활물질의 2차 입자는, 도 1b를 참조하여 설명된 것과 같이, 상기 중심부(10)에서 상기 표면부(20)를 향하여 연장하는 하나 이상의 상기 1차 입자(30)로 구성될 수 있다. 상기 1차 입자(30)는, 도 1a, 도 1b, 및, 도 2를 참조하여 설명된 것과 같이, 제1 내지 제3 금속을 포함하는 복수의 금속들로 형성될 수 있다.
상기 2차 입자는, 상기 제1 금속의 함량이 변화되는 제1 농도 구배부(110a), 상기 제1 금속의 함량이 일정한 제1 농도 유지부(120a), 상기 제1 금속의 함량이 변화되는 제2 농도 구배부(110b), 및 상기 제1 금속의 함량이 일정한 제2 농도 유지부(120b)를 포함할 수 있다. 상기 농도 유지부(120)는 상기 제1 농도 구배부(110a)를 둘러싸고, 상기 제2 농도 구배부(110b)는 상기 제1 농도 유지부(120a)를 둘러싸고, 상기 제2 농도 유지부(120b)는 상기 제2 농도 구배부(110b)를 둘러쌀 수 있다.
상기 제1 농도 구배부(110a), 상기 제1 농도 유지부(120a), 및 상기 제2 농도 구배부(110b)는, 도 8 내지 도 10을 참조하여 설명된 제1 농도 구배부(110a), 농도 유지부(120), 및 농도 구배부(110b)에 각각 대응될 수 있다.
상기 제1 및 제2 농도 구배부들(110a, 110b)의 상기 제1 금속의 함량이 도 9를 참조하여 설명된 것과 같은 경우, 상기 제2 농도 유지부(120b)의 상기 제1 금속의 함량의 평균 값은, 상기 제1 농도 유지부(120a)의 상기 제1 금속의 함량의 평균 값과 다를 수 있다. 상기 제1 및 제2 농도 구배부들(110a, 110b)의 상기 제1 금속의 함량이 도 10을 참조하여 설명된 것과 같은 경우, 상기 제2 농도 유지부(120b)의 상기 제1 금속의 함량의 평균 값은, 상기 제1 농도 유지부(120a)의 상기 제1 금속의 함량의 평균 값과 같거나, 또는 다를 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 농도 구배부(110b)와 상기 제2 농도 유지부(120b) 사이에서 상기 제1 금속의 함량의 변화량은 연속적일 수 있다. 이 경우, 상기 제2 농도 구배부(110b)의 상기 제1 금속의 함량의 최소값 또는 최대값이 상기 제2 농도 유지부(120b)의 상기 제1 금속의 함량의 평균값과 동일할 수 있다. 이와는 달리, 다른 실시 예에 따르면, 상기 제2 농도 구배부(110b)와 상기 제2 농도 유지부(120b) 사이에서 상기 제1 금속의 함량의 변화량은 불연속적일 수 있다.
상술된 본 발명의 실시 예들과 달리, 본 발명의 제5 실시 예에 따르면, 농도 유지부들 사이에 농도 구배부가 배치될 수 있다. 이하, 이를 도 12 및 도 13을 참조하여 설명한다.
도 12는 본 발명의 제5 실시 예에 따른 양극활물질의 2차 입자를 설명하기 위해 2차 입자의 단면을 도시한 것이고, 도 13은 본 발명의 제5 실시 예에 따른 양극활물질의 2차 입자의 제1 금속의 함량 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 본 발명의 제5 실시 예에 따른 양극활물질의 2차 입자는, 도 1b를 참조하여 설명된 것과 같이, 상기 중심부(10)에서 상기 표면부(20)를 향하여 연장하는 하나 이상의 상기 1차 입자(30)로 구성될 수 있다. 상기 1차 입자(30)는, 도 1a, 도 1b, 및, 도 2를 참조하여 설명된 것과 같이, 제1 내지 제3 금속을 포함하는 복수의 금속들로 형성될 수 있다.
상기 2차 입자는, 상기 제1 금속의 함량이 일정한 제1 농도 유지부(120a), 상기 제1 금속의 함량이 변화되는 농도 구배부(110), 및 상기 제1 금속의 함량이 일정한 제2 농도 유지부(120b)를 포함할 수 있다. 상기 농도 구배부(110)는 상기 제1 농도 유지부(120a)를 둘러쌀 수 있다. 상기 제2 농도 유지부(120b)는 상기 농도 구배부(110)를 둘러쌀 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 도 13의 (a)에 도시된 것과 같이, 상기 제1 농도 구배부(110)의 상기 제1 금속의 함량은, 상기 중심부(10)에서 상기 표면부(20) 방향(D)으로, 점차적으로 감소될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 농도 유지부(120a)의 상기 제1 금속의 함량은, 상기 제2 농도 유지부(120b)의 상기 제2 금속의 함량보다 높을 수 있다.
또는, 다른 실시 예에 따르면, 도 13의 (b)에 도시된 것과 같이, 상기 제1 농도 구배부(110)의 상기 제1 금속의 함량은, 상기 중심부(10)에서 상기 표면부(2) 방향(D)으로, 점차적으로 증가될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 농도 유지부(120a)의 상기 제1 금속의 함량은, 상기 제2 농도 유지부(120b)의 상기 제2 금속의 함량보다 낮을 수 있다.
상기 중심부(10)에서 상기 표면부(20) 방향(D)으로, 상기 농도 구배부들(110)의 상기 제1 금속의 함량이 점차적으로 감소되거나, 또는 증가되는 경우, 도 2를 참조하여 설명된 것과 같이, 상기 농도 구배부들(110)이 상기 제2 금속의 함량은, 상기 중심부(10)에서 상기 표면부(20) 방향(D)으로 점차적으로 증가되거나, 또는 감소될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 농도 유지부(120a) 및 상기 농도 구배부(110) 사에, 그리고 상기 농도 구배부(110) 및 상기 제2 농도 유지부(120b) 사이에서, 상기 제1 금속의 함량의 변화량은 연속적일 수 있다. 이 경우, 상기 농도 구배부들(110)의 상기 제1 금속의 함량이 최대값 또는 최소값이, 상기 제1 및 제2 농도 유지부들(120a, 120b)의 상기 제1 금속의 함량의 평균값과 서로 동일할 수 있다. 또는 다른 실시 예에 따르면, 상기 제1 농도 유지부(120a) 및 상기 농도 구배부(110) 사에, 그리고 상기 농도 구배부(110) 및 상기 제2 농도 유지부(120b) 사이에서, 상기 제1 금속의 함량의 변화량은 연속적일 수 있다.
상술된 본 발명의 실시 예들과 달리, 본 발명의 제6 실시 예에 따르면, 복수의 농도 유지부들을 농도 구배부가 둘러쌀 수 있다. 이하, 이를 도 14 내지 도 16을 참조하여 설명한다.
도 14는 본 발명의 제6 실시 예에 따른 양극활물질의 2차 입자를 설명하기 위해 2차 입자의 단면을 도시한 것이고, 도 15 및 도 16은 본 발명의 제6 실시 예에 따른 양극활물질의 2차 입자의 제1 금속의 함량 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 14 내지 도 16을 참조하면, 본 발명의 제6 실시 예에 따른 양극활물질의 2차 입자는, 도 1b를 참조하여 설명된 것과 같이, 상기 중심부(10)에서 상기 표면부(20)를 향하여 연장하는 하나 이상의 상기 1차 입자(30)로 구성될 수 있다. 상기 1차 입자(30)는, 도 1a, 도 1b, 및, 도 2를 참조하여 설명된 것과 같이, 제1 내지 제3 금속을 포함하는 복수의 금속들로 형성될 수 있다.
상기 2차 입자는, 상기 제1 금속의 함량이 일정한 제1 농도 유지부(120a), 상기 제1 금속의 함량이 변화되는 제1 농도 구배부(110a), 상기 제1 금속의 함량이 일정한 제2 농도 유지부(120b), 및 상기 제1 금속의 함량이 변화되는 제2 농도 구배부(110b)를 포함할 수 있다. 상기 제1 농도 구배부(110a)는 상기 제1 농도 유지부(120a)를 둘러싸고, 상기 제2 농도 유지부(120b)는 상기 제1 농도 구배부(110a)를 둘러싸고, 상기 제2 농도 구배부(110b)는 상기 제2 농도 유지부(120b)를 둘러쌀 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 도 15의 (a)에 도시된 것과 같이, 상기 제1 및 제2 농도 구배부들(110a, 110b)의 상기 제1 금속의 함량은, 상기 중심부(10)에서 상기 표면부(20) 방향(D)으로, 점차적으로 감소될 수 있다. 또는, 다른 실시 예에 따르면, 도 15의 (b)에 도시된 것과 같이, 상기 제1 및 제2 농도 구배부들(110a, 110b)의 상기 제1 금속의 함량은, 상기 중심부(10)에서 상기 표면부(20) 방향(D)으로, 점차적으로 증가될 수 있다.
또는, 또 다른 실시 예에 따르면, 도 16의 (a)에 도시된 것과 같이, 상기 중심부(10)에서 상기 표면부(20) 방향(D)으로, 상기 제1 농도 구배부(110a)의 상기 제1 금속의 함량은 점차적으로 증가되고, 상기 제2 농도 구배부(110b)의 상기 제1 금속의 함량은 점차적으로 감소될 수 있다. 또는, 또 다른 실시 예에 따르면, 도 16의 (b)에 도시된 것과 같이, 상기 중심부(10)에서 상기 표면부(20) 방향(D)으로, 상기 제1 농도 구배부(110a)의 상기 제1 금속의 함량은 점차적으로 감소되고, 상기 제2 농도 구배부(110b)의 상기 제1 금속의 함량은 점차적으로 증가될 수 있다.
상기 중심부(10)에서 상기 표면부(20) 방향(D)으로, 상기 제1 및 제2 농도 구배부들(110a, 110b)의 상기 제1 금속의 함량이 점차적으로 감소되거나, 또는 증가되는 경우, 도 2를 참조하여 설명된 것과 같이, 상기 제1 및 제2 농도 구배부들(110a, 110b)이 상기 제2 금속의 함량은, 상기 중심부(10)에서 상기 표면부(20) 방향(D)으로 점차적으로 증가되거나, 또는 감소될 수 있다.
상기 제1 농도 유지부(120a) 및 상기 제1 농도 구배부(110a) 사이, 상기 제1 농도 구배부(110a) 및 상기 제2 농도 유지부(120b) 사이, 및 상기 제2 농도 유지부(120b) 및 상기 제2 농도 구배부(110b) 사이에서, 상기 제1 금속의 함량의 변화량이 연속적이거나, 또는 불연속적일 수 있다.
상술된 본 발명의 제5 실시 예와 달리, 본 발명의 제6 실시 예의 변형 예에 따르면, 제3 농도 유지부가, 도 14를 참조하여 설명된 본 발명의 제6 실시 예에 따른 상기 2차 입자의 상기 제2 농도 구배부(110b)를 둘러쌀 수 있다. 이하, 이를 도 17을 참조하여 설명한다.
도 17은 본 발명의 제6 실시 예의 변형 예에 따른 양극활물질의 2차 입자를 설명하기 위해 2차 입자의 단면을 도시한 것이다.
도 17을 참조하면, 본 발명의 제6 실시 예의 변형 예에 따른 양극활물질의 2차 입자는, 도 1b를 참조하여 설명된 것과 같이, 상기 중심부(10)에서 상기 표면부(20)를 향하여 연장하는 하나 이상의 상기 1차 입자(30)로 구성될 수 있다. 상기 1차 입자(30)는, 도 1a, 도 1b, 및, 도 2를 참조하여 설명된 것과 같이, 제1 내지 제3 금속을 포함하는 복수의 금속들로 형성될 수 있다.
상기 2차 입자는, 도 14를 참조하여 설명된 제1 농도 유지부(120a), 제1 농도 구배부(110a), 제2 농도 유지부(120b), 및 제2 농도 구배부(110b) 외에, 상기 제1 금속의 함량이 일정하고, 상기 제2 농도 구배부(110b)를 둘러싸는 제3 농도 유지부(120c)를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 농도 구배부들(110a, 110b)의 상기 제1 금속의 함량이 도 15를 참조하여 설명된 것과 같은 경우, 상기 제3 농도 유지부(120c)의 상기 제1 금속의 함량의 평균 값은, 상기 제1 및 제2 농도 유지부들(120a, 120b)의 상기 제1 금속의 함량의 평균 값과 다를 수 있다. 이와는 달리, 상기 제1 및 제2 농도 구배부들(110a, 110b)의 상기 제1 금속의 함량이 도 16을 참조하여 설명된 것과 같은 경우, 상기 제3 농도 유지부(120c)의 상기 제1 금속의 함량의 평균 값은, 상기 제1 및 제2 농도 유지부들(120a, 120b)의 상기 제1 금속의 함량의 평균 값과 같거나, 또는 다를 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 농도 구배부(110b)와 상기 제3 농도 유지부(120c) 사이에서 상기 제1 금속의 함량의 변화량은 연속적일 수 있다. 이 경우, 상기 제2 농도 구배부(110b)의 상기 제1 금속의 함량의 최소값 또는 최대값이 상기 제3 농도 유지부(120c)의 상기 제1 금속의 함량의 평균값과 동일할 수 있다. 이와는 달리, 다른 실시 예에 따르면, 상기 제2 농도 구배부(110b)와 상기 제3 농도 유지부(120c) 사이에서 상기 제1 금속의 함량의 변화량은 불연속적일 수 있다.
상술된 본 발명의 실시 예들과 달리, 본 발명의 제7 실시 예에 따르면, 상기 제1 금속의 함량의 변화량이 서로 다른 제1 농도 구배부 및 제2 농도 구배부가 2차 입자의 외곽을 구성할 수 있다. 이하, 이를 도 18 내지 도 20을 참조하여 설명한다.
도 18은 본 발명의 제7 실시 예에 따른 양극활물질의 2차 입자를 설명하기 위해 2차 입자의 단면을 도시한 것이고, 도 19 및 도 20은 본 발명의 제7 실시 예에 따른 양극활물질의 2차 입자의 제1 금속의 함량 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 18 내지 도 20을 참조하면, 본 발명의 제7 실시 예에 따른 양극활물질의 2차 입자는, 도 1b를 참조하여 설명된 것과 같이, 상기 중심부(10)에서 상기 표면부(20)를 향하여 연장하는 하나 이상의 상기 1차 입자(30)로 구성될 수 있다. 상기 1차 입자(30)는, 도 1a, 도 1b, 및, 도 2를 참조하여 설명된 것과 같이, 제1 내지 제3 금속을 포함하는 복수의 금속들로 형성될 수 있다.
상기 2차 입자는, 상기 제1 금속의 함량이 일정한 농도 유지부(120), 상기 제1 금속의 함량이 변화되는 제1 농도 구배부(110a), 및 상기 제1 금속의 함량이 변화되는 제2 농도 구배부(110b)를 포함할 수 있다. 상기 제1 농도 구배부(110a)는 상기 농도 유지부(120)를 둘러싸고, 상기 제2 농도 구배부(110b)는 상기 제1 농도 구배부(110a)를 둘러쌀 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 도 19의 (a)에 도시된 것과 같이, 상기 제1 농도 구배부(110a)의 상기 제1 금속의 함량, 및 상기 제2 농도 구배부(110b)의 상기 제1 금속이 함량은, 상기 중심부(10)에서 상기 표면부(20) 방향(D)으로, 점차적으로 감소될 수 있다. 또는, 다른 실시 예에 따르면, 도 19의 (b)에 도시된 것과 같이, 상기 제1 농도 구배부(110a)의 상기 제1 금속이 함량, 및 상기 제2 농도 구배부(110b)의 상기 제1 금속이 함량은, 점차적으로 증가될 수 있다.
또는, 또 다른 실시 예에 따르면, 도 20의 (a)에 도시된 것과 같이, 상기 중심부(10)에서 상기 표면부(20) 방향(D)으로, 상기 제1 농도 구배부(110a)의 상기 제1 금속의 함량은 점차적으로 증가되고, 상기 제2 농도 구배부(110b)의 상기 제1 금속의 함량은 점차적으로 감소될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 농도 구배부(110a) 및 상기 제2 농도 구배부(110b)의 계면을 포함하는 일부분의 상기 제1 금속의 함량이, 상기 2차 입자 내에서 최대일 수 있다.
또는, 또 다른 실시 예에 따르면, 도 20의 (b)에 도시된 것과 같이, 상기 중심부(10)에서 상기 표면부(20) 방향(D)으로, 상기 제1 농도 구배부(110a)의 상기 제1 금속의 함량은 점차적으로 감소되고, 상기 제2 농도 구배부(110b)의 상기 제1 금속의 함량은 점차적으로 증가될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 농도 구배부(110a) 및 상기 제2 농도 구배부(110b)의 계면을 포함하는 일부분의 상기 제1 금속의 함량이, 상기 2차 입자 내에서 최소일 수 있다.
상기 중심부(10)에서 상기 표면부(20) 방향(D)으로, 상기 제1 및 제2 농도 구배부들(110a, 110b)의 상기 제1 금속의 함량이 점차적으로 감소되거나, 또는 증가되는 경우, 도 2를 참조하여 설명된 것과 같이, 상기 제1 및 제2 농도 구배부들(110a, 110b)이 상기 제2 금속의 함량은, 상기 중심부(10)에서 상기 표면부(20) 방향(D)으로 점차적으로 증가되거나, 또는 감소될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 농도 구배부(110a) 및 상기 농도 유지부(120) 사이에서, 상기 제1 금속의 함량의 변화량은 연속적일 수 있다. 이 경우, 상기 제1 농도 구배부(110)의 상기 제1 금속의 함량이 최대값 또는 최소값이, 상기 농도 유지부(120)의 상기 제1 금속의 함량의 평균값과 서로 동일할 수 있다. 또는 다른 실시 예에 따르면, 상기 제1 농도 구배부(110a) 및 상기 농도 유지부(120) 사이에서, 상기 제1 금속의 함량의 변화량은 불연속적일 수 있다.
상술된 본 발명의 제7 실시 예와 달리, 본 발명의 제7 실시 예의 변형 예에 따르면, 제2 농도 유지부가, 도 18을 참조하여 설명된 본 발명의 제7 실시 예에 따른 상기 2차 입자의 제2 농도 구배부(110b)를 둘러쌀 수 있다. 이하, 이를 도 21을 참조하여 설명한다.
도 21은 본 발명의 제7 실시 예의 변형 예에 따른 양극활물질의 2차 입자를 설명하기 위한 2차 입자의 단면을 도시한 것이다.
도 21을 참조하면, 본 발명의 제7 실시 예의 변형 예에 따른 양극활물질의 2차 입자는, 도 1b를 참조하여 설명된 것과 같이, 상기 중심부(10)에서 상기 표면부(20)를 향하여 연장하는 하나 이상의 상기 1차 입자(30)로 구성될 수 있다. 상기 1차 입자(30)는, 도 1a, 도 1b, 및, 도 2를 참조하여 설명된 것과 같이, 제1 내지 제3 금속을 포함하는 복수의 금속들로 형성될 수 있다.
상기 2차 입자는, 상기 제1 금속의 함량이 일정한 제1 농도 유지부(120a), 상기 제1 금속의 함량이 변화되는 제1 및 제2 농도 구배부들(110a, 110b), 및 상기 제1 금속의 함량이 일정한 제2 농도 유지부(120b)를 포함할 수 있다. 상기 제1 농도 구배부(110a) 상기 제1 농도 유지부(120a)를 둘러싸고, 상기 제2 농도 구배부(110b)는 상기 제1 농도 구배부(110a)를 둘러싸고, 상기 제2 농도 유지부(120b)는 상기 제2 농도 구배부(110b)를 둘러쌀 수 있다.
상기 제1 농도 유지부(120a), 상기 제1 농도 구배부(110a), 및 상기 제2 농도 구배부(110b)는, 도 18 내지 도 20을 참조하여 설명된 농도 유지부(120), 제1 농도 구배부(110a), 및 제2 농도 구배부(110b)에 각각 대응될 수 있다.
상기 제1 및 제2 농도 구배부들(110a, 110b)의 상기 제1 금속의 함량이 도 19를 참조하여 설명된 것과 같은 경우, 상기 제2 농도 유지부(120b)의 상기 제1 금속의 함량의 평균 값은, 상기 제1 농도 유지부(120a)의 상기 제1 금속의 함량의 평균 값과 다를 수 있다. 상기 제1 및 제2 농도 구배부들(110a, 110b)의 상기 제1 금속의 함량이 도 20을 참조하여 설명된 것과 같은 경우, 상기 제2 농도 유지부(120b)의 상기 제1 금속의 함량의 평균 값은, 상기 제1 농도 유지부(120a)의 상기 제1 금속의 함량의 평균 값과 같거나, 또는 다를 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 농도 구배부(110b)와 상기 제2 농도 유지부(120b) 사이에서 상기 제1 금속의 함량의 변화량은 연속적일 수 있다. 이 경우, 상기 제2 농도 구배부(110b)의 상기 제1 금속의 함량의 최소값 또는 최대값이 상기 제2 농도 유지부(120b)의 상기 제1 금속의 함량의 평균값과 동일할 수 있다. 이와는 달리, 다른 실시 예에 따르면, 상기 제2 농도 구배부(110b)와 상기 제2 농도 유지부(120b) 사이에서 상기 제1 금속의 함량의 변화량은 불연속적일 수 있다.
상술된 바와 같이, 본 발명의 실시 예들에 따른 2차 입자는, 상기 제1 금속의 함량이 변화되는 농도 구배부, 및 상기 제1 금속의 함량이 일정한 농도 유지부를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 1차 입자가 로드 형태로 형성되는 동시에, 상기 2차 입자의 내부에서 상기 제1 금속의 함량이 조절될 수 있다. 이로 인해, 상기 제1 금속에 의한 특성(예를 들어, 용량 및/또는 안전성)을 최대화시킬 수 있는, 양극활물질이 제공될 수 있다.
상술된 본 발명의 실시 예들에 따른 2차 입자를 포함하는 양극활물질은 이차 전지의 양극에 포함될 수 있다. 이하, 상술된 본 발명의 실시 예들에 따른 양극활물질을 포함하는 이차 전지가 설명된다.
도 22는 본 발명의 실시 예들에 따른 양극활물질을 포함하는 이차 전지를 설명하기 위한 도면이다.
도 22를 참조하면, 본 발명의 실시 예들에 따른 양극활물질을 포함하는 이차 전지는, 양극(410), 상기 양극(410)에 대향되는(facing) 음극(420), 상기 양극(410) 및 상기 음극(420) 사이의 분리막(440), 및 상기 양극(410) 및 상기 음극(420) 사이를 채우는 전해질(430)을 포함할 수 있다.
상기 양극(410)은, 상술된 실시 예들에 따른 양극활물질을 포함할 수 있다.
상기 음극(420)은 음극 활물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 음극 활물질은 흑연이나 하드 카본과 같은 탄소재, Li, Na, Mg, Al, Si, In, Ti, Pb, Ga, Ge, Sn, Bi, Sb, 또는 이들의 합금과 같은 금속재, 실리콘, 또는 실리콘 산화물, 또는 Li4Ti5O12와 같은 Ti계 산화물 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 분리막(440)은, 폴리올레핀계 수지, 불소계 수지, 폴리에스터계 수지, 폴리아크릴로니트릴 수지, 또는 셀룰로오스계 재질의 미세다공막 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하거나, 이들 막에 세라믹과 같은 무기물이 코팅된 것일 수 있다.
상기 전해질(430)은 상기 분리막(440), 상기 양극(410), 및/또는 상기 음극(420)에 함침될 수 있다. 상기 전해질(430)은 겔(gel) 폴리머 타입 전해질, 또는 액체 전해질일 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
10: 중심부
20: 표면부
30: 1차 입자
110, 110a, 110b: 농도 구배부
120, 120a, 120b, 120c: 농도 유지부
410: 양극
420: 음극
430: 전해질
440: 분리막

Claims (10)

  1. 니켈, 코발트, 망간, 및 리튬을 포함하는 1차 입자(first element); 및
    하나 이상의 상기 1차 입자로 구성된 2차 입자(second element)를 포함하되,
    상기 1차 입자는, 상기 2차 입자의 중심부에서 상기 2차 입자의 표면부를 향하는 제1 방향으로 연장되고,
    모든 상기 1차 입자는, 상기 제1 방향으로의 길이가, 상기 제1 방향에 직각인 제2 방향으로의 길이보다 길고,
    상기 2차 입자의 상기 중심부에서 상기 표면부로 갈수록, 상기 2차 입자 내의 모든 상기 1차 입자의 상기 제1 방향으로의 길이가 점차적으로 증가되고,
    상기 2차 입자는, 니켈, 망간, 및 코발트 중에서 적어도 어느 하나의 함량이 변화되는 농도 구배부, 및 니켈, 망간, 및 코발트 중에서 적어도 어느 하나의 함량이 일정한 농도 유지부를 포함하는 양극활물질.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 농도 구배부에서, 상기 중심부에서 상기 표면부 방향으로, 니켈의 함량이 증가될수록 망간 및 코발트 중에서 적어도 어느 하나의 함량은 감소되고, 니켈의 함량이 감소될수록 망간 및 코발트 중에서 적어도 어느 하나의 함량은 증가되는 것을 포함하는 양극활물질.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 중심부는, 상기 2차 입자 내부의 일 영역을 포함하고,
    상기 1차 입자는, 상기 중심부에서 상기 표면부를 향하여 방사(放射, radiate)되는 로드 형태(rod shape)를 갖는 것을 포함하는 양극활물질.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 농도 구배부의 니켈의 평균 함량은, 상기 농도 유지부의 니켈의 평균 함량보다 높은 것을 포함하는 양극활물질.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 중심부에서 상기 표면부 방향으로, 니켈의 함량의 변화량은 연속적(continuous)인 것을 포함하는 양극활물질.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 농도 구배부와 상기 농도 유지부 사이에서, 니켈의 함량의 변화량은 불연속적(discontinuous)인 것을 포함하는 양극활물질.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 농도 유지부는, 제1 농도 유지부, 및 상기 제1 농도 유지부와 다른 니켈 함량을 갖는 제2 농도 유지부를 포함하고,
    상기 제1 농도 유지부와 상기 제2 농도 유지부 사이에서, 니켈의 함량의 변화량은 불연속적인 것을 포함하는 양극활물질.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 농도 구배부는, 상기 중심부에서 상기 표면부를 향하는 방향으로, 니켈의 함량이 점차적으로 증가되거나, 또는 감소되는 것을 포함하는 양극활물질.
  9. 니켈망간코발트 수산화물을 제조하는 단계; 및
    상기 니켈망간코발트 수산화물 및 리튬염을 소성하여 리튬니켈망간코발트를 포함하는 양극활물질 입자를 제조하되,
    상기 니켈망간코발트 수산화물은,
    니켈, 망간, 및 코발트 중에서 적어도 어느 하나의 함량이 변화되는 농도 구배부, 및 니켈, 망간, 및 코발트 중에서 적어도 어느 하나의 함량이 일정한 농도 유지부를 포함하고,
    1차 입자로 구성된 2차 입자를 포함하되, 상기 1차 입자는 상기 2차 입자의 중심부에서 상기 2차 입자의 표면부를 향하는 제1 방향으로 연장되고,
    모든 상기 1차 입자는, 상기 제1 방향으로의 길이가, 상기 제1 방향에 직각인 제2 방향으로의 길이보다 길고,
    상기 2차 입자의 상기 중심부에서 상기 표면부로 갈수록, 상기 2차 입자 내의 모든 상기 1차 입자의 상기 제1 방향으로의 길이가 점차적으로 증가되는 것을 포함하는 양극활물질의 제조 방법.

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