KR101630421B1 - Positive active material for lithium secondary battery, method of preparing same and a lithium secondary battery comprising the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리튬 이차전지용 양극 활물질 및 그 제조방법에 관한 것으로, 내부 코어, 상기 내부 코어를 둘러싸는 내부층, 및 상기 내부층을 둘러싸는 외부층을 포함하는 양극 활물질로서, 상기 내부층은 상기 내부 코어를 둘러싸는 제1 내부층, 상기 제1 내부층을 둘러싸는 제2 내부층, 및 상기 제2 내부층을 둘러싸는 제3 내부층을 포함하고, 상기 활물질은 전이 금속을 포함하고, 상기 전이 금속은 상기 내부 코어에서 제1 내부층, 제2 내부층으로 갈수록 연속적으로 증가하는 농도구배로 존재하고, 상기 제2 내부층에서, 제3 내부층, 외부층으로 갈수록 연속적으로 감소하는 농도구배로 존재하는, 리튬 이차 전지용 양극 활물질 및 그 제조방법을 제공한다.The present invention relates to a cathode active material for a lithium secondary battery and a method of manufacturing the same, and a cathode active material comprising an inner core, an inner layer surrounding the inner core, and an outer layer surrounding the inner layer, A first inner layer surrounding the core, a second inner layer surrounding the first inner layer, and a third inner layer surrounding the second inner layer, the active material comprising a transition metal, The metal is present in a concentration gradient increasing continuously from the inner core to the first inner layer and the second inner layer, and in the second inner layer, the third inner layer has a concentration gradient continuously decreasing from the outer layer to the inner layer The present invention provides a positive electrode active material for a lithium secondary battery and a method for producing the same.

Description

리튬 이차전지용 양극 활물질, 그 제조방법 및 이를 사용한 리튬 이차 전지{POSITIVE ACTIVE MATERIAL FOR LITHIUM SECONDARY BATTERY, METHOD OF PREPARING SAME AND A LITHIUM SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a positive electrode active material for a lithium secondary battery, a method for manufacturing the same, and a lithium secondary battery using the same. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001]

본 발명은 리튬 이차전지용 양극 활물질, 그 제조방법 및 이를 사용한 리튬 이차 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a cathode active material for a lithium secondary battery, a method of manufacturing the same, and a lithium secondary battery using the same.

과학기술의 급속한 발전에 의해서 최근에 모바일 전자제품 및 여러 통신 기기들이 출시되고 있으며 이들의 기기들의 동력원인 리튬 이차전지의 수요가 급격하게 증가되고 있다. 또한, 환경에 대한 관심도가 증가하여 화석연료의 의존성을 줄이려는 시도가 증가하고 있어서 전기자동차 및 대용량 저장장치로의 응용에 대한 문제가 대두되고 있는 실정이다.Due to the rapid development of science and technology, mobile electronic products and various communication devices have recently been released, and the demand for lithium secondary batteries, which are power sources for these devices, is rapidly increasing. In addition, due to the increased interest in the environment, there has been an increasing tendency to reduce the dependence of fossil fuels, which has led to problems in application to electric vehicles and mass storage devices.

하지만 현재 리튬 이차전지는 아직도 개발단계에 있고 높은 가격과 고용량 구현 문제 및 열적 안정성 문제를 완전히 해결하지 못하고 있어서 전기자동차 및 대용량 전지 분야의 사업이 급속히 커지지 않고 있다. However, lithium secondary batteries are still in the development stage, and they can not completely solve the problem of high price, high capacity and thermal stability, so that the businesses of electric vehicles and high capacity batteries are not rapidly growing.

현재 판매되고 있는 전자제품 내 리튬 이차전지는 LiCoO2의 양극 활물질을 이용한 것인데, 이는 LiCoO2의 우수한 충방전 특성 및 열적 안정성 때문이다. 하지만 코발트 원료의 가격이 높고 인체에 해롭기 때문에 최근에는 다른 양극 활물질 개발이 요구되고 있다.Currently available lithium secondary batteries in electronic products are made of LiCoO 2 cathode active material because of its excellent charge / discharge characteristics and thermal stability of LiCoO 2 . However, since cobalt raw materials are high in price and harmful to the human body, development of other cathode active materials is required in recent years.

또한, LiNiO2는 방전용량이 크고 저가이지만 충방전 시 구조붕괴가 쉽게 일어나고 산화수 문제에 의한 열적 안정성이 낮아서 상용화에는 어려움이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 Ni 자리에 다른 전이금속인 Co를 치환하는 연구가 시도되고 있으나, 여전히 열적 안정성 문제를 개선하지 못하고 있다.In addition, LiNiO 2 has a large discharge capacity and low cost, but it is difficult to commercialize LiNiO 2 because its structure collapses easily during charging and discharging and its thermal stability due to oxidation water problem is low. In order to solve this problem, studies have been made to replace Co with another transition metal in the Ni sites, but the thermal stability problem has not been solved yet.

따라서 2원계 합금을 이용한 양극 활물질보다 열적 안정성이 우수한 3원계 합금, 즉 Ni-Mn-Co를 이용한 양극 활물질이 개발되기에 이르렀다.Therefore, a ternary alloy having superior thermal stability, that is, a cathode active material using Ni-Mn-Co, has been developed more than a cathode active material using a binary alloy.

한편, 3원계 합금[Li(Ni1 /3Mn1 /3Co1 /3)O2]을 이용한 양극 활물질 제조가 많이 시도되고 있으나 고용량을 구현하기 위해서는 Ni의 함량이 증가되어야 하고, Ni 함량이 증가하게되면 용량은 증가하나 이로 인해 열적 안정성이 낮아지게 되어, 3원계 합금을 이용한 양극 활물질의 경우에도 여전히 열적 안정성이 문제되고 있다. 이를 해결하기 위해서 기존에는 코팅이나 도핑 방법을 이용하였으나, 개선 효과는 미미하였다. On the other hand, the ternary alloy [Li (Ni 1/3 Mn 1/3 Co 1/3) O 2] on the positive active material is to be the content of Ni increases in order to realize a high capacity but is tried a lot, and Ni content using The capacity is increased but the thermal stability is lowered. Therefore, the thermal stability of the cathode active material using the ternary alloy is still a problem. In order to solve this problem, coating or doping method was used, but the improvement effect was insignificant.

따라서, 고용량 구현, 열적 안정성 향상과 함께, 수명 특성도 우수한 리튬 이차전지용 양극 활물질을 개발하려는 노력이 계속되고 있다.
Accordingly, efforts to develop a cathode active material for a lithium secondary battery that has a high capacity and an improved thermal stability as well as excellent lifetime characteristics have been continued.

상기와 같은 문제를 해결하기 위해 본 발명에 따른 일 구현예는 리튬 이차전지용 양극 활물질을 제공한다.In order to solve the above problems, one embodiment of the present invention provides a cathode active material for a lithium secondary battery.

또한, 본 발명에 따른 다른 구현예는 리튬 이차전지용 양극 활물질 제조방법을 제공한다.Another embodiment of the present invention provides a method for producing a cathode active material for a lithium secondary battery.

또한, 본 발명에 따른 또 다른 구현예는 상기 리튬 이차 전지용 양극 할물질을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a lithium secondary battery including the anode material for the lithium secondary battery.

일 구현예는 내부 코어, 상기 내부 코어를 둘러싸는 중간층, 및 상기 중간층을 둘러싸는 외부층을 포함하는 양극 활물질로서, 상기 중간층은 상기 내부 코어를 둘러싸는 제1 중간층, 상기 제1 중간층을 둘러싸는 제2 중간층, 및 상기 제2 중간층을 둘러싸는 제3 중간층을 포함하고, 상기 활물질은 전이 금속을 포함하고, 상기 전이 금속은 상기 내부 코어에서 제1 중간층, 제2 중간층으로 갈수록 연속적으로 증가하는 농도구배로 존재하고, 상기 제2 중간층에서, 제3 중간층, 외부층으로 갈수록 연속적으로 감소하는 농도구배로 존재하는, 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 제공한다.One embodiment includes a cathode active material comprising an inner core, an intermediate layer surrounding the inner core, and an outer layer surrounding the intermediate layer, the intermediate layer comprising a first intermediate layer surrounding the inner core, A second intermediate layer, and a third intermediate layer surrounding the second intermediate layer, wherein the active material includes a transition metal, and the transition metal has a concentration that continuously increases from the internal core to the first intermediate layer and the second intermediate layer And is present in a concentration gradient continuously decreasing from the second intermediate layer toward the third intermediate layer and the outer layer. The present invention also provides a cathode active material for a lithium secondary battery.

상기 전이 금속은 Ni 일 수 있다.The transition metal may be Ni.

상기 활물질은 또 다른 전이 금속을 포함하고, 상기 또 다른 전이 금속은 상기 내부 코어에서 제1 중간층, 제2 중간층으로 갈수록 연속적으로 감소하는 농도구배로 존재하고, 상기 제2 중간층에서, 제3 중간층, 외부층으로 갈수록 연속적으로 증가하는 농도구배로 존재할 수 있다.Wherein the active material comprises another transition metal and the transition metal is present in a concentration gradient continuously decreasing from the inner core toward the first intermediate layer and the second intermediate layer, and in the second intermediate layer, Can be present in a continuously increasing concentration gradient toward the outer layer.

상기 또다른 전이 금속은 Co, Mn, Mg, Zn, Ca, Sr, Cu, Zr, P, Fe, Al, Ga, In, Cr, Ge, Sn 또는 이들의 조합일 수 있다.The other transition metal may be Co, Mn, Mg, Zn, Ca, Sr, Cu, Zr, P, Fe, Al, Ga, In, Cr, Ge, or combinations thereof.

상기 내부 코어의 Ni 함량은 양극 활물질 내 전이금속 총량에 대해 50 몰% 내지 80 몰%, 예컨대 50 몰% 내지 70 몰% 일 수 있고, 상기 제2 중간층의 Ni 함량은 양극 활물질 내 전이금속 총량에 대해 70 몰% 내지 99 몰%, 예컨대 80 몰% 내지 99 몰% 일 수 있다.The Ni content of the inner core may be 50 mol% to 80 mol%, for example, 50 mol% to 70 mol% with respect to the total amount of transition metals in the cathode active material, and the Ni content of the second intermediate layer may be Can be from 70 mol% to 99 mol%, for example, from 80 mol% to 99 mol%.

상기 외부층의 Ni 함량은 양극 활물질 내 전이금속 총량에 대해 50 몰% 내지 80 몰%, 예컨대 50 몰% 내지 70 몰% 일 수 있다.The Ni content of the outer layer may be from 50 mol% to 80 mol%, for example, from 50 mol% to 70 mol%, based on the total amount of transition metals in the cathode active material.

상기 양극 활물질의 평균 입경은 5 ㎛ 내지 15 ㎛, 예컨대 7 ㎛ 내지 13㎛, 예컨대 8 ㎛ 내지 12㎛ 일 수 있다.The average particle size of the cathode active material may be 5 탆 to 15 탆, for example, 7 탆 to 13 탆, for example, 8 탆 to 12 탆.

상기 외부층의 두께는 상기 전체 양극 활물질 반경에 대해, 5% 내지 50%, 예컨대 10% 내지 50% 일 수 있다.The thickness of the outer layer may be between 5% and 50%, for example between 10% and 50%, relative to the total cathode active material radius.

상기 내부 코어 및 상기 외부층은 하기 화학식 1로 표시되는 리튬 함유 화합물을 포함할 수 있다.The inner core and the outer layer may comprise a lithium-containing compound represented by the following general formula (1).

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Li[Ni1 -(x+y+z)CoxMnyMz]O2 Li [Ni 1 - (x + y + z) Co x Mn y M z ] O 2

(상기 화학식 1에서, 0<x≤0.2, 0.2<y≤0.4, 0≤z≤0.1, 0.3≤x+y+z≤0.5, M은 Mg, Zn, Ca, Sr, Cu, Zr, P, Fe, Al, Ga, In, Cr, Ge, Sn 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종 이상의 원소이다)Zn, Ca, Sr, Cu, Zr, P, and Z are selected from the group consisting of 0 <x≤0.2, 0.2 <y≤0.4, 0≤z≤0.1, 0.3≤x + At least one element selected from the group consisting of Fe, Al, Ga, In, Cr, Ge, Sn,

상기 제1 중간층 및 제3 중간층은 하기 화학식 2로 표시되는 리튬 함유 화합물을 포함할 수 있고, 상기 제2 중간층은 하기 화학식 3으로 표시되는 리튬 함유 화합물을 포함할 수 있다.The first intermediate layer and the third intermediate layer may include a lithium-containing compound represented by the following formula (2), and the second intermediate layer may include a lithium-containing compound represented by the following formula (3).

[화학식 2](2)

Li[Ni1 -(x1+ y1 + z1 )Cox1Mny1Mz1]O2 Li [Ni 1 - (x 1 + y 1 + z 1 ) Co x 1 Mn y 1 M z 1 ] O 2

(상기 화학식 2에서, 0<x1≤0.1, 0<y1≤0.3, 0≤z1≤0.1, 0.1≤x1+y1+z1≤0.4, M은 Mg, Zn, Ca, Sr, Cu, Zr, P, Fe, Al, Ga, In, Cr, Ge, Sn 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종 이상의 원소이다)Mg, Zn, Ca, Sr, Cu, Zr, P, and Z are selected from 0, 1, At least one element selected from the group consisting of Fe, Al, Ga, In, Cr, Ge, Sn,

[화학식 3](3)

Li[Ni1 -(x2+ y2 + z2 )Cox2Mny2Mz2]O2 Li [Ni 1 - (x 2 + y 2 + z 2 ) Co x 2 Mn y 2 M z 2 ] O 2

(상기 화학식 3에서, 0<x2≤0.1, 0<y2≤0.3, 0≤z2≤0.1, 0.01≤x2+y2+z2≤0.2, M은 Mg, Zn, Ca, Sr, Cu, Zr, P, Fe, Al, Ga, In, Cr, Ge, Sn 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종 이상의 원소이다)Mg, Zn, Ca, Sr, Cu, Zr, P, and Z are selected from the group consisting of 0 <x2≤0.1, 0 <y2≤0.3, 0≤z2≤0.1, 0.01≤x2 + At least one element selected from the group consisting of Fe, Al, Ga, In, Cr, Ge, Sn,

다른 구현예는 제1 금속염 수용액 총량에 대해 50 몰% 이하(0 몰% 제외), 예컨대 10몰% 이하(0 몰% 제외)의 Ni 및 다른 전이 금속을 함유하는 제1 금속염 수용액을 제조하는 단계; 제2 금속염 수용액 총량에 대해 50 몰% 이상(100 몰% 제외)의 Ni 및 다른 전이 금속을 함유하는 제2 금속염 수용액을 제조하는 단계; 상기 제1 용액 상에 제2 용액을 첨가하면서 반응기에서 공침시키는 단계; 상기 제1 용액의 첨가를 멈추어, 제 2용액만을 반응기내로 투입하여 반응기 내부 Ni 농도를 일정하게 유지하는 단계; 상기 Ni 농도가 일정하게 유지되는 용액에 제3 용액을 첨가하여 반응기에서 공침시키는 단계; 상기 공침된 침전물인 전구체를 건조하는 단계; 및 상기 건조된 전구체 및 리튬염을 혼합한 후, 열처리하는 단계를 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질 제조방법을 제공한다.Another embodiment is a process for producing a first metal salt aqueous solution containing not more than 50 mol% (excluding 0 mol%), such as not more than 10 mol% (exclusive of 0 mol%) of Ni and other transition metals relative to the total amount of the first metal salt aqueous solution ; Preparing a second aqueous metal salt solution containing at least 50 mol% (excluding 100 mol%) of Ni and other transition metals based on the total amount of the second metal salt aqueous solution; Coprecipitating in a reactor while adding a second solution onto the first solution; Stopping the addition of the first solution and injecting only the second solution into the reactor to keep the Ni concentration in the reactor constant; Adding a third solution to the solution in which the Ni concentration is kept constant and coprecipitating in a reactor; Drying the precursor that is the coprecipitated precipitate; And mixing the dried precursor and the lithium salt, followed by a heat treatment, to obtain a cathode active material for a lithium secondary battery.

상기 제1 용액 상에 제2 용액을 첨가하여 공침시키는 단계는, 상기 제2 용액의 첨가속도가 점진적으로 증가하도록 첨가하여 공침시키는 단계일 수 있다.The step of adding and co-precipitating the second solution on the first solution may be a step of adding and coprecipitating the solution so that the addition rate of the second solution gradually increases.

상기 제1 용액 상에 제2 용액을 첨가하여 공침시키는 단계 및 Ni 농도가 일정하게 유지되는 용액에 제3 용액을 첨가하여 공침시키는 단계는, 3시간 내지 12시간, 예컨대 3시간 내지 10시간 동안 수행할 수 있다.Adding the second solution to the first solution and coprecipitating it, and adding the third solution to the solution in which the Ni concentration is kept constant, the co-precipitation is performed for 3 hours to 12 hours, for example, 3 hours to 10 hours can do.

상기 제2 용액의 첨가를 멈추어, 용액 내 Ni 농도를 일정하게 유지하는 단계 는, 6시간 내지 20시간, 예컨대 8시간 내지 16시간 동안 수행할 수 있다.The step of stopping the addition of the second solution and keeping the Ni concentration in the solution constant can be carried out for 6 to 20 hours, for example 8 to 16 hours.

상기 제1 금속염 수용액 및 제2 금속염 수용액 내 다른 전이 금속은 Co, Mn, Mg, Zn, Ca, Sr, Cu, Zr, P, Fe, Al, Ga, In, Cr, Ge, Sn 또는 이들의 조합일 수 있다.Other transition metals in the first metal salt aqueous solution and the second metal salt aqueous solution may be selected from the group consisting of Co, Mn, Mg, Zn, Ca, Sr, Cu, Zr, P, Fe, Al, Ga, In, Cr, Ge, Lt; / RTI &gt;

상기 리튬염은 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiN(SO2CF3)2, LiN(SO3C2F5)2, LiC4F9SO3, LiClO4, LiAlO2, LiAlCl4, LiN(CmF2m +1SO2)(CnF2n +1SO2)(m 및 n은 자연수임, 예컨대 m 및 n은 1 내지 100의 정수임), Li2CO3 , LiH, LiBr, LiF, LiNO3, LiNO2, Li2O, Li2SO4 및 LiOH 로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다.The lithium salt is LiPF 6, LiBF 4, LiSbF 6 , LiAsF 6, LiN (SO 2 CF 3) 2, LiN (SO 3 C 2 F 5 ) 2, LiC 4 F 9 SO 3, LiClO 4, LiAlO 2, LiAlCl 4, LiN (C m F 2m +1 SO 2) (C n F 2n +1 SO 2) (m And n is a natural number such as m and n is an integer of 1 to 100), Li 2 CO 3 , LiH, LiBr, LiF, LiNO 3 , LiNO 2 , Li 2 O, Li 2 SO 4 and LiOH Lt; / RTI &gt;

상기 제1 용액, 제2 용액 및 제3 용액은 각각 독립적으로 분산제를 더 포함할 수 있다.The first solution, the second solution and the third solution may each independently include a dispersant.

상기 분산제는 시트르산(citric acid), 주석산, 글리콜산, 말레인산, 또는 이들의 조합일 수 있다.The dispersing agent may be citric acid, tartaric acid, glycolic acid, maleic acid, or a combination thereof.

상기 제1 용액, 제2 용액 및 제3 용액 제조시 첨가제로 붕산을 더 첨가할 수 있다.Further boric acid may be added as an additive in the preparation of the first solution, the second solution and the third solution.

상기 전구체 및 리튬염 혼합 후, 열처리하는 단계는, (a) 250℃ 내지 650℃에서 5시간 내지 20시간 동안 유지시켜 예비 소성하는 단계, (b) 700℃ 내지 1000℃에서 10시간 내지 30시간 동안 소성하는 단계, (c) 500℃ 내지 750℃에서 10시간 내지 20시간 동안 어닐링하는 단계를 포함할 수 있다.(A) prefiring by holding at 250 to 650 ° C for 5 to 20 hours, (b) preheating at 700 to 1000 ° C for 10 to 30 hours And (c) annealing at 500 ° C to 750 ° C for 10 hours to 20 hours.

본 발명의 또 다른 구현예는 상기 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다.Another embodiment of the present invention provides a lithium secondary battery comprising the cathode active material for the lithium secondary battery.

본 발명의 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지용 양극 활물질은 내부 코어에서부터 외부층 사이에, 고농도의 Ni을 함유하는 중간층을 가져 리튬 이차 전지의 용량특성을 개선시킬 수 있다. 또한, 상기 중간층 내 Ni 함량은 내부 코어의 Ni 함량보다 점진적으로 증가하다가, 외부층에 가까워질수록 점진적으로 감소하므로, 공침법으로 리튬 이차 전지용 양극 활물질 제조 시 공정 조건이 용이하고, 외부층 표면의 Ni 농도가 낮기 때문에 리튬 이차 전지의 충방전 시 열적 안정성을 극대화할 수 있다. The cathode active material for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention has an intermediate layer containing a high concentration of Ni between the inner core and the outer layer to improve the capacity characteristics of the lithium secondary battery. In addition, the Ni content in the intermediate layer gradually increases as the Ni content of the inner core gradually increases, and gradually decreases as the Ni content approaches the outer layer. Therefore, the process conditions for preparing the cathode active material for a lithium secondary battery are facilitated by coprecipitation, Since the Ni concentration is low, the thermal stability during charging and discharging of the lithium secondary battery can be maximized.

도 1은 제조예 1에 따른 양극 활물질 전구체의 구성 모식도이다.
도 2는 제조예 1에 사용된 batch type의 반응기 공정도이다.
도 3은 제조예 1에 따른 활물질 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 4는 제조예 1에 따른 반응시간 별 Ni, Mn, Co의 몰% 를 나타낸 그래프이다.
도 5는 제조예 1에 따른 양극 활물질 전구체의 SEM 사진이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic diagram showing the constitution of a cathode active material precursor according to Preparation Example 1; FIG.
FIG. 2 is a batch type reactor process chart used in Production Example 1. FIG.
3 is a flow chart showing a method for producing an active material according to Production Example 1. Fig.
4 is a graph showing mole% of Ni, Mn and Co according to the reaction time according to Production Example 1. FIG.
5 is an SEM photograph of the cathode active material precursor according to Production Example 1. FIG.

이하, 본 발명의 구현예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.

이하 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 도 1을 들어 설명한다.Hereinafter, a cathode active material for a lithium secondary battery according to an embodiment will be described with reference to FIG.

일 구현예에 따른 리튬 이차 전지용 양극 활물질은 내부 코어(1, 10), 상기 내부 코어를 둘러싸는 중간층(20), 및 상기 중간층을 둘러싸는 외부층(5, 30)을 포함하는 양극 활물질로서, 상기 중간층은 상기 내부 코어를 둘러싸는 제1 중간층(2), 상기 제1 중간층을 둘러싸는 제2 중간층(3), 및 상기 제2 중간층을 둘러싸는 제3 중간층(4)을 포함하고, 상기 활물질은 전이 금속을 포함하고, 상기 전이 금속은 상기 내부 코어(1, 10)에서 제1 중간층(2), 제2 중간층(3)으로 갈수록 연속적으로 증가하는 농도구배로 존재하고, 상기 제2 중간층(3)에서, 제3 중간층(4), 외부층(5, 30)으로 갈수록 연속적으로 감소하는 농도구배로 존재한다.A cathode active material for a lithium secondary battery according to an embodiment includes a cathode active material (1, 10), an intermediate layer (20) surrounding the internal core, and an outer layer (5, 30) surrounding the intermediate layer, Wherein the intermediate layer comprises a first intermediate layer (2) surrounding the inner core, a second intermediate layer (3) surrounding the first intermediate layer, and a third intermediate layer (4) surrounding the second intermediate layer, Wherein the transition metal is present in a concentration gradient continuously increasing from the inner core (1, 10) toward the first intermediate layer (2) and the second intermediate layer (3), and the transition metal exists in the second intermediate layer 3, the third intermediate layer 4, and the outer layers 5 and 30, as shown in FIG.

예컨대, 상기 전이 금속은 Ni 일 수 있다.For example, the transition metal may be Ni.

또한, 상기 리튬 이차 전지용 양극 활물질은 상기 Ni 이외의 또다른 전이 금속을 포함할 수 있고, 상기 또다른 전이 금속은 상기 내부 코어에서 제1 중간층, 제2 중간층으로 갈수록 연속적으로 감소하는 농도구배로 존재할 수 있고, 상기 제2 중간층에서, 제3 중간층, 외부층으로 갈수록 연속적으로 증가하는 농도구배로 존재할 수 있다.In addition, the cathode active material for lithium secondary batteries may include another transition metal other than Ni, and the transition metal may exist in a concentration gradient continuously decreasing from the inner core toward the first intermediate layer and the second intermediate layer And may be present in a concentration gradient continuously increasing from the second intermediate layer to the third intermediate layer and the outer layer.

예컨대, 상기 또다른 전이 금속은 Co, Mn, Mg, Zn, Ca, Sr, Cu, Zr, P, Fe, Al, Ga, In, Cr, Ge, Sn 또는 이들의 조합일 수 있다.For example, the another transition metal may be Co, Mn, Mg, Zn, Ca, Sr, Cu, Zr, P, Fe, Al, Ga, In, Cr, Ge, or combinations thereof.

즉, 상기 리튬 이차 전지용 양극 활물질은 내부 코어, 제1 중간층, 제2 중간층, 제3 중간층 및 외부층의 총 5개의 층을 가지며, 상기 내부 코어 및 외부층의 Ni 함량이 가장 낮을 수 있고, 상기 제2 중간층의 Ni 함량이 가장 높을 수 있으며, 상기 제1 중간층 및 제3 중간층의 Ni 함량은 내부 코어 및 외부층의 Ni 함량보다는 높고 제2 중간층의 Ni 함량보다는 낮을 수 있다.That is, the cathode active material for a lithium secondary battery has five layers including an inner core, a first intermediate layer, a second intermediate layer, a third intermediate layer, and an outer layer, the Ni content of the inner core and the outer layer may be lowest, The Ni content of the second intermediate layer may be the highest and the Ni content of the first intermediate layer and the third intermediate layer may be higher than the Ni content of the inner core and the outer layer and lower than the Ni content of the second intermediate layer.

리튬 이차 전지용 양극 활물질의 내부 코어에서 외부층으로 갈수록 Ni 함량이 낮아지는 경우, 열적 안정성을 증가시킬 수 있으나, 전지의 충방전 시 내부 코어와 외부층의 경계면에서, 전이 금속 농도차에 의한 구조 붕괴가 일어나기 쉬워, 전지의 수명특성이 저하되게 된다.When the Ni content decreases from the inner core to the outer layer of the cathode active material for a lithium secondary battery, the thermal stability can be increased. However, at the interface between the inner core and the outer layer during charging and discharging of the battery, And the lifetime characteristics of the battery are deteriorated.

그러나, 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지용 양극 활물질은 내부 코어에서 중간층으로 갈수록 Ni 함량이 증가하다가, 중간층에서 외부층으로 갈수록 다시 Ni 함량이 감소하는 농도 구배를 가짐으로써, 경계면에서의 전이 금속 농도차에 의한 구조 붕괴를 방지할 수 있어 전지의 수명특성을 개선시킬 수 있다.However, in the cathode active material for a lithium secondary battery according to one embodiment, the Ni content increases from the inner core to the intermediate layer, and the concentration of Ni decreases again from the intermediate layer to the outer layer. As a result, It is possible to prevent the structural collapse caused by the secondary battery, thereby improving the lifetime characteristics of the battery.

즉, 상기 리튬 이차 전지용 양극 활물질은 내부 코어에서부터 외부층으로 갈수록 Ni 함량이 증가하다가 감소하는 농도 구배를 가지는 반면, Ni 이외의 전이 금속인 Co, Mn 등은 감소하다가 증가하는 농도 구배를 가지기 때문에, 각 층의 경계면에서의 급격한 상 경계 영역이 존재하지 않아 결정 구조가 안정화된다.That is, since the positive electrode active material for a lithium secondary battery has a concentration gradient increasing and decreasing with increasing Ni content from the inner core to the outer layer, Co, Mn and the like other than Ni have a decreasing and increasing concentration gradient, The crystal structure is stabilized because there is no abrupt phase boundary region at the interface of each layer.

또한, 중간층에서 외부층으로 갈수록 Ni 함량이 낮아져 열적 안정성 역시 증가시킬 수 있다.Further, as the Ni content decreases from the intermediate layer to the outer layer, the thermal stability can also be increased.

예컨대, 상기 내부 코어의 Ni 함량은 양극 활물질 내 전이금속 총량에 대해 50 몰% 내지 80 몰%, 예컨대 50 몰% 내지 70 몰% 일 수 있고, 상기 제2 중간층의 Ni 함량은 양극 활물질 내 전이금속 총량에 대해 70 몰% 내지 99 몰%, 예컨대 80 몰% 내지 99 몰% 일 수 있고, 상기 외부층의 Ni 함량은 양극 활물질 내 전이금속 총량에 대해 50 몰% 내지 80 몰%, 예컨대 50 몰% 내지 70 몰% 일 수 있다.For example, the Ni content of the inner core may be 50 mol% to 80 mol%, for example, 50 mol% to 70 mol% with respect to the total amount of transition metals in the cathode active material, and the Ni content of the second intermediate layer, The Ni content of the outer layer may be from 50 mol% to 80 mol%, such as 50 mol%, based on the total amount of transition metals in the cathode active material, To 70 mol%.

상기 양극 활물질의 평균 입경은 5 ㎛ 내지 15 ㎛, 예컨대 7 ㎛ 내지 13㎛, 예컨대 8 ㎛ 내지 12㎛ 일 수 있다. 양극 활물질의 평균 입경이 상기 범위 내일 경우, 농도 구배를 가지는 양극 활물질의 제조가 용이해지고, 리튬 이온의 이동거리가 적절하여 율 특성이 우수해진다.The average particle size of the cathode active material may be 5 탆 to 15 탆, for example, 7 탆 to 13 탆, for example, 8 탆 to 12 탆. When the average particle diameter of the positive electrode active material is within the above range, the production of the positive electrode active material having a concentration gradient is facilitated, the moving distance of lithium ions is appropriate, and the rate characteristic is excellent.

상기 외부층의 두께는 상기 전체 양극 활물질 반경에 대해, 5% 내지 50%, 예컨대 10% 내지 50% 일 수 있다. 상기 외부층의 두께가 상기 범위 내일 경우 열적 안정성을 향상시킬 수 있다. 그러나, 상기 범위를 벗어나는 경우 방전 용량이 감소하게 된다. The thickness of the outer layer may be between 5% and 50%, for example between 10% and 50%, relative to the total cathode active material radius. When the thickness of the outer layer is within the above range, the thermal stability can be improved. However, when the temperature is outside the above range, the discharge capacity is reduced.

예컨대, 상기 내부 코어 및 상기 외부층은 하기 화학식 1로 표시되는 리튬 함유 화합물을 포함할 수 있고, 상기 제1 중간층 및 제3 중간층은 하기 화학식 2로 표시되는 리튬 함유 화합물을 포함할 수 있고, 상기 제2 중간층은 하기 화학식 3으로 표시되는 리튬 함유 화합물을 포함할 수 있다.For example, the inner core and the outer layer may include a lithium-containing compound represented by the following formula (1), and the first intermediate layer and the third intermediate layer may include a lithium-containing compound represented by the following formula And the second intermediate layer may include a lithium-containing compound represented by the following formula (3).

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Li[Ni1 -(x+y+z)CoxMnyMz]O2 Li [Ni 1 - (x + y + z) Co x Mn y M z ] O 2

[화학식 2](2)

Li[Ni1 -(x1+ y1 + z1 )Cox1Mny1Mz1]O2 Li [Ni 1 - (x 1 + y 1 + z 1 ) Co x 1 Mn y 1 M z 1 ] O 2

[화학식 3](3)

Li[Ni1 -(x2+ y2 + z2 )Cox2Mny2Mz2]O2 Li [Ni 1 - (x 2 + y 2 + z 2 ) Co x 2 Mn y 2 M z 2 ] O 2

상기 화학식 1 내지 3에서, In the above Formulas 1 to 3,

0<x≤0.2, 0.2<y≤0.4, 0≤z≤0.1, 0.3≤x+y+z≤0.5, 0<x1≤0.1, 0<y1≤0.3, 0≤z1≤0.1, 0.1≤x1+y1+z1≤0.4, 0<x2≤0.1, 0<y2≤0.3, 0≤z2≤0.1, 0.01≤x2+y2+z2≤0.2, M은 Mg, Zn, Ca, Sr, Cu, Zr, P, Fe, Al, Ga, In, Cr, Ge, Sn, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종 이상의 원소이다.0 <x? 0.2, 0.2 <y? 0.4, 0? Z? 0.1, 0.3? X + y + z? 0.5, 0 <x1? 0.1, 0 <y1? 0.3, 0? Z1? 0.1, Mg, Zn, Ca, Sr, Cu, Zr, P, and Z are selected from the group consisting of y1 + z1? 0.4, 0 <x2? 0.1, 0 <y2? 0.3, 0? z2? 0.1, 0.01? x2 + y2 + z2? At least one element selected from the group consisting of Fe, Al, Ga, In, Cr, Ge, Sn, and combinations thereof.

상기 내부 코어, 제1 중간층, 제2 중간층, 제3 중간층, 외부층의 조성이 상기와 같을 경우, 우수한 수명특성 및 고용량 특성을 가지면서, 열적 안정성이 매우 우수한 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조가 가능하다.
When the composition of the inner core, the first intermediate layer, the second intermediate layer, the third intermediate layer, and the outer layer is as described above, it is possible to manufacture a cathode active material for lithium secondary batteries having excellent life stability characteristics and high capacity characteristics and excellent thermal stability. Do.

이하에서는 다른 구현예인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법을 도 2를 들어 설명하도록 한다.Hereinafter, a method of manufacturing a cathode active material for a lithium secondary battery according to another embodiment will be described with reference to FIG.

다른 구현예인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법은 제1 금속염 수용액 총량에 대해 50 몰% 이하(0 몰% 제외), 예컨대 10몰% 이하(0 몰% 제외)의 Ni 및 다른 전이 금속을 함유하는 제1 금속염 수용액을 제조하는 단계(S1); 제2 금속염 수용액 총량에 대해 50 몰% 이상(100 몰% 제외)의 Ni 및 다른 전이 금속을 함유하는 제2 금속염 수용액을 제조하는 단계(S2); 상기 제1 용액 상에 제2 용액을 첨가하여 반응기에서 공침시키는 단계(S3); 상기 제1 용액의 첨가를 멈추어, 제 2 용액만 첨가되게 하여 반응기내 용액의 Ni 농도를 일정하게 유지하는 단계(S4); 상기 Ni 농도가 일정하게 유지되는 용액에 제3 용액을 첨가하여 반응기에서 공침시키는 단계(S5); 상기 공침된 침전물인 전구체를 건조하는 단계(S6); 및 상기 전구체 및 리튬염을 혼합한 후, 열처리하는 단계(S7)를 포함한다. Another method for producing a cathode active material for a lithium secondary battery is a method for producing a cathode active material for a lithium secondary battery, which comprises 50 mol% or less (excluding 0 mol%), for example, 10 mol% or less (excluding 0 mol% (S1) preparing a first aqueous metal salt solution; (S2) a second metal salt aqueous solution containing at least 50 mol% (exclusive of 100 mol%) of Ni and other transition metals relative to the total amount of the second metal salt aqueous solution; Adding a second solution to the first solution and coprecipitating it in a reactor (S3); Stopping the addition of the first solution so that only the second solution is added to keep the Ni concentration of the solution in the reactor constant (S4); (S5) adding a third solution to the solution in which the Ni concentration is kept constant and coprecipitating it in the reactor; Drying (S6) the precursor as the coprecipitated precipitate; And a step (S7) of mixing the precursor and the lithium salt followed by heat treatment.

상기 제1 용액 상에 제2 용액을 첨가하여 반응기에서 공침시키는 단계는, 상기 제2 용액의 첨가속도가 점진적으로 증가하도록 첨가하여 반응기에서 공침시키는 단계일 수 있다.The step of adding the second solution to the first solution and coprecipitating it in the reactor may be a step of coprecipitating in the reactor by adding the solution so that the addition rate of the second solution gradually increases.

상기 제조방법에 의하면, 제1 용액에 제2 용액이 첨가되면서 공침이 진행되고 이를 통해서 내부에서부터 점점 Ni 함량이 증가하게된다. 어느정도 시간이 지나게 되면 상기 제1 용액의 공급을 중단하고 제2 용액만을 공급하게 되어 용액의 농도를 어느정도 일정하게 유지하게 한다. 이를 통해서 중간층이 형성된다. According to the above manufacturing method, the second solution is added to the first solution, and the coprecipitation proceeds, thereby gradually increasing the Ni content from the inside. When a certain period of time has elapsed, the supply of the first solution is stopped and only the second solution is supplied so that the concentration of the solution is kept constant to some extent. Through this, an intermediate layer is formed.

그리고 제2용액은 계속해서 공급하고 상기 제3 용액을 첨가하여 반응기에서 공침시켜 제3 중간층 및 외부층을 형성할 수 있다. 이를 통해서 Ni 함량이 점점 감소하게 된다.And the second solution may be continuously supplied, the third solution may be added, and the third intermediate layer and the outer layer may be formed by coprecipitation in the reactor. This leads to a decrease in Ni content.

또한, 상기 제조방법에 의하면, 공침 시작시에 Ni 농도가 너무 높지 않아서 pH를 높게 형성하지 않아도 되며 초기 성장을 안정하게 할 수 있고, 또한 외부층 부근에서의 Ni 농도가 낮고 상대적으로 Mn 등의 Ni 이외의 전이 금속 농도가 높아서 열적 안정성 및 수명특성이 향상 된다.Further, according to the above production method, the Ni concentration is not too high at the start of coprecipitation, so that it is not necessary to form a high pH and the initial growth can be stabilized, and the Ni concentration in the vicinity of the outer layer is low, The other transition metal concentration is high and the thermal stability and lifetime characteristics are improved.

또한, 여러 단계로 나누어 공침이 일어나기 때문에, 계면에서의 급격한 변화없이 활물질의 성장이 가능하므로, 박리 현상이 발생하지 않게 된다.In addition, since coprecipitation takes place at various stages, the active material can be grown without abrupt change at the interface, so that the peeling phenomenon does not occur.

상기 반응기는 회전날개가 정 또는 역날개식으로 설계되고, 1개 내지 4개의 배플(baffle)이 내벽과 2cm 내지 3cm 이격된 구조이며, 또한 이 배플(baffle)들은 반응기 내부의 상하부분의 혼합을 균일하게 하기 위하여 실린더 형태의 원통을 배플과 회전날개 사이에 설치한다. 역날개식 설계도 상하 균일 혼합을 위한 것이고, 반응기의 내면에 설치된 배플을 내벽과 이격시키는 것은 물결의 세기와 방향을 조절하며, 터블런트(turbulent) 효과를 증대시켜 반응액의 지역적 불균일성을 해결하기 위한 것이다. 따라서 상기 반응기를 이용한 경우, 기존의 반응기를 사용한 경우 보다 얻어진 전구체의 탭 밀도는 약 10% 이상 향상된다. 예컨대 상기 전구체의 탭 밀도는 1.95 g/㎤, 예컨대 2.1 g/㎤이상, 예컨대 2.4 g/㎤이다.The reactor is designed such that the rotary blades are designed with a forward or reverse blade type, and one to four baffles are spaced apart from the inner wall by 2 cm to 3 cm, and these baffles are used to mix the upper and lower parts inside the reactor A cylinder-shaped cylinder is installed between the baffle and the rotary vane for uniformity. The reverse bladed design is for uniform vertical mixing. Separating the baffle installed on the inner surface of the reactor from the inner wall adjusts the intensity and direction of the wave, and enhances the turbulent effect to solve the local nonuniformity of the reaction liquid. will be. Therefore, when the reactor is used, the tap density of the obtained precursor is improved by about 10% or more as compared with the case where the conventional reactor is used. For example, the tap density of the precursor is 1.95 g / cm3, such as 2.1 g / cm3 or more, such as 2.4 g / cm3.

예컨대, 상기 제1 용액 상에 제2 용액을 첨가하여 공침시키는 단계 및 Ni 농도가 일정하게 유지되는 용액에 제3 용액을 첨가하여 공침시키는 단계는, 3시간 내지 12시간, 예컨대 3시간 내지 10시간, 예컨대 5시간 내지 7시간 동안 수행할 수 있다.For example, the step of coprecipitation by adding a second solution onto the first solution and the step of co-precipitation by adding a third solution to a solution in which the Ni concentration is kept constant may be performed for 3 to 12 hours, for example, 3 to 10 hours , Such as 5 hours to 7 hours.

예컨대, 상기 제2 용액의 첨가를 멈추어, 용액 내 Ni 농도를 일정하게 유지하는 단계는, 6시간 내지 20시간, 예컨대 8시간 내지 16시간 동안 수행할 수 있다.For example, the step of stopping the addition of the second solution and keeping the Ni concentration in the solution constant may be performed for 6 to 20 hours, for example 8 to 16 hours.

상기 제1 금속염 수용액 및 제2 금속염 수용액 내 다른 전이 금속은 Co, Mn, Mg, Zn, Ca, Sr, Cu, Zr, P, Fe, Al, Ga, In, Cr, Ge, Sn 또는 이들의 조합일 수 있다. 상기 제1 금속염 수용액 내 다른 전이 금속의 함량은 Ni 함량보다 높으며, 상기 제2 금속염 수용액 내 다른 전이 금속의 함량은 Ni 함량보다 낮을 수 있다.Other transition metals in the first metal salt aqueous solution and the second metal salt aqueous solution may be selected from the group consisting of Co, Mn, Mg, Zn, Ca, Sr, Cu, Zr, P, Fe, Al, Ga, In, Cr, Ge, Lt; / RTI &gt; The content of other transition metals in the first metal salt aqueous solution is higher than the Ni content, and the content of other transition metals in the second metal salt aqueous solution may be lower than the Ni content.

상기 제1 용액, 제2 용액 및 제3 용액은 각각 독립적으로 분산제를 더 포함할 수 있다.The first solution, the second solution and the third solution may each independently include a dispersant.

상기 분산제는 시트르산(citric acid), 주석산, 글리콜산, 말레인산, 또는 이들의 조합일 수 있다. 상기 분산제가 금속염 수용액 및 염기성 수용액과 동시에 혼합되는 경우, 분산제와 금속염 수용액의 몰비는 0.2 내지 0.5 : 1, 예컨대 0.2 내지 0.4 : 1 일 수 있다. 분산제와 금속염 수용액의 몰비가 상기 범위 내일 경우, 양극 활물질의 결정성을 높이고, 안정화할 수 있다.The dispersing agent may be citric acid, tartaric acid, glycolic acid, maleic acid, or a combination thereof. When the dispersant is mixed with the metal salt aqueous solution and the basic aqueous solution simultaneously, the molar ratio of the dispersant to the metal salt aqueous solution may be 0.2 to 0.5: 1, for example, 0.2 to 0.4: 1. When the molar ratio of the dispersant and the aqueous metal salt solution is within the above range, the crystallinity of the cathode active material can be enhanced and stabilized.

상기 염기성 수용액의 예로는 NaOH 및 KOH를 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 통상적으로 사용되는 염기성을 띄는 수용액이라면 어떠한 것도 사용 가능하다.Examples of the basic aqueous solution include NaOH and KOH. However, it is not limited thereto, and any aqueous solution having a basicity that is commonly used can be used.

상기 염기성 수용액의 농도는 1M 내지 5M의 것을 사용할 수 있다.The basic aqueous solution may have a concentration of 1M to 5M.

상기 제1 용액, 제2 용액 및 제3 용액 제조시 첨가제로 붕산을 더 첨가할 수 있다. 붕산을 첨가하게 되면 소성시 액상 소결(liquid phase sintering) 역할을 하게 되어 소성 온도가 약 10℃ 정도 낮아지게 된다. 이렇게 소성온도가 낮아지게 되면 에너지 절감 효과가 있다.Further boric acid may be added as an additive in the preparation of the first solution, the second solution and the third solution. When boric acid is added, the sintering temperature will be lowered by about 10 ° C because the sintering will be liquid phase sintering. When the firing temperature is lowered, the energy saving effect is obtained.

이와 같이 얻어진, 내부 코어, 전이 금속의 연속적인 농도 구배를 갖는 중간층(제1 중간층, 제2 중간층, 제3 중간층), 및 외부층으로 이루어진 활물질 전구체에 리튬염을 혼합한 후 열처리하여 활물질을 얻는다. The lithium salt is mixed with the active material precursor, which is the intermediate layer (first intermediate layer, second intermediate layer, and third intermediate layer) having the continuous concentration gradient of the internal core and the transition metal thus obtained, and then heat-treated to obtain an active material .

상기 활물질 전구체에 리튬염을 혼합 후 열처리하는 공정은, (a) 250℃ 내지 650℃에서 5시간 내지 20시간 동안 유지시켜 예비 소성하는 단계, (b) 700℃ 내지 1000℃에서 10시간 내지 30시간 동안 소성하는 단계, (c) 600℃ 내지 750℃에서 10시간 내지 20시간 동안 어닐링하는 단계를 포함할 수 있다.(A) prefiring by holding at 250 to 650 ° C for 5 to 20 hours, (b) preliminarily calcining the lithium salt at 700 to 1000 ° C for 10 to 30 hours (C) annealing at 600 ° C to 750 ° C for 10 to 20 hours.

상기 리튬염은 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiN(SO2CF3)2, LiN(SO3C2F5)2, LiC4F9SO3, LiClO4, LiAlO2, LiAlCl4, LiN(CmF2m +1SO2)(CnF2n +1SO2)(m 및 n은 자연수임, 예컨대 m 및 n은 1 내지 100의 정수임), Li2CO3 , LiH, LiBr, LiF, LiNO3, LiNO2, Li2O, Li2SO4 및 LiOH 로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다.
The lithium salt is LiPF 6, LiBF 4, LiSbF 6 , LiAsF 6, LiN (SO 2 CF 3) 2, LiN (SO 3 C 2 F 5 ) 2, LiC 4 F 9 SO 3, LiClO 4, LiAlO 2, LiAlCl 4, LiN (C m F 2m +1 SO 2) (C n F 2n +1 SO 2) (m And n is a natural number such as m and n is an integer of 1 to 100), Li 2 CO 3 , LiH, LiBr, LiF, LiNO 3 , LiNO 2 , Li 2 O, Li 2 SO 4 and LiOH Lt; / RTI &gt;

본 발명의 또 다른 구현예는 상기 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다. 상기 리튬 전지는 상기 구성을 가지는 양극 활물질을 포함하는 양극, 음극 활물질을 포함하는 음극 및 전해질을 포함한다. 또한, 상기 양극과 상기 음극 사이에 위치하는 세퍼레이터를 더 포함할 수 있다.Another embodiment of the present invention provides a lithium secondary battery comprising the cathode active material for the lithium secondary battery. The lithium battery includes a cathode including the cathode active material having the above-described structure, a cathode including the anode active material, and an electrolyte. The separator may further include a separator positioned between the anode and the cathode.

상기 양극은 집전체 및 집전체의 일면 또는 양면에 형성되는 양극 활물질 층을 포함한다. 상기 집전체는 알루미늄 집전체일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The positive electrode includes a current collector and a positive electrode active material layer formed on one or both surfaces of the current collector. The current collector may be an aluminum current collector, but is not limited thereto.

상기 양극 활물질 층은 양극 활물질, 바인더 및 선택적으로 도전재를 포함한다.The cathode active material layer includes a cathode active material, a binder, and optionally a conductive material.

상기 양극 활물질은 전술한 바와 같다.The positive electrode active material is as described above.

상기 바인더는 양극 활물질 입자들을 서로 잘 부착시키고, 양극 활물질을 집전체에 잘 부착시키는 역할을 하며, 예컨대 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 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The binder serves to adhere the positive electrode active material particles to each other and to adhere the positive electrode active material to the current collector well. Examples of the binder include polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose, hydroxypropylcellulose, diacetylcellulose, polyvinylchloride, Such as polyvinyl chloride, polyvinyl fluoride, polymers comprising ethylene oxide, polyvinyl pyrrolidone, polyurethane, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyethylene, polypropylene, styrene-butadiene rubber, Styrene-butadiene rubber, epoxy resin, nylon, and the like may be used, but the present invention is not limited thereto.

상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성 재료이면 어떠한 것도 사용가능하며, 예컨대 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 natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, , Metal fibers such as 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 집전체의 일면 또는 양면에 형성되어 있는 음극 활물질 층을 포함한다.The negative electrode includes a current collector and a negative electrode active material layer formed on one or both surfaces of the current collector.

음극 활물질 층은 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 layer 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 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션/디인터칼레이션할 수 있는 물질로는 탄소 물질로서, 리튬 이온 이차 전지에서 일반적으로 사용되는 탄소계 음극 활물질은 어떠한 것도 사용할 수 있으며, 그 대표적인 예로는 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 이들을 함께 사용할 수 있다. 상기 결정질 탄소의 예로는 무정형, 판상, 린편상(flake), 구형 또는 섬유형의 천연 흑연 또는 인조 흑연과 같은 흑연을 들 수 있고, 상기 비정질 탄소의 예로는 소프트 카본(soft carbon: 저온 소성 탄소) 또는 하드 카본(hard carbon), 메조페이스 피치 탄화물, 소성된 코크스 등을 들 수 있다.As a material capable of reversibly intercalating / deintercalating lithium ions, any carbonaceous anode active material commonly used in lithium ion secondary batteries can be used as the carbonaceous material. Typical examples thereof include crystalline carbon , Amorphous carbon, or a combination thereof. Examples of the crystalline carbon include graphite such as natural graphite or artificial graphite in the form of amorphous, plate-like, flake, spherical or fibrous type. Examples of the amorphous carbon include soft carbon (soft carbon) Or hard carbon, mesophase pitch carbide, fired coke, and the like.

상기 리튬 금속의 합금으로는 리튬과 Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Si, Sb, Pb, In, Zn, Ba, Ra, Ge, Al 및 Sn으로 이루어진 군에서 선택되는 금속의 합금이 사용될 수 있다.As the lithium metal alloy, a lithium-metal alloy may be selected from the group consisting of lithium, Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Si, Sb, Pb, In, Zn, Ba, An alloy of a selected metal may be used.

상기 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질로는 Si, SiOa(0 < a < 2), Si-B 합금(상기 B는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 전이금속, 희토류 원소 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 원소이며, Si은 아님), Sn, SnO2, Sn-B(상기 B는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 전이금속, 희토류 원소 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 원소이며, Sn은 아님) 등을 들 수 있고, 또한 이들 중 적어도 하나와 SiO2를 혼합하여 사용할 수도 있다. 상기 원소 B로는 Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ti, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Po 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.A material capable of doping and dedoping the lithium are Si, SiO a (0 <a <2), Si-B alloy (wherein B is an alkali metal, alkaline earth metals, Group 13 elements, Group 14 elements, transition metals, Rare earth elements and combinations thereof, but not Si), Sn, SnO 2 , Sn-B (wherein B is at least one element selected from the group consisting of alkali metals, alkaline earth metals, Group 13 elements, Group 14 elements, Element and an element selected from the group consisting of combinations thereof, and not Sn), and at least one of them may be mixed with SiO 2 . As the element B, at least one element selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ti, Ge, P, As, Sb, Se, Te, Po, and combinations thereof.

상기 전해질은 리튬염 및 유기 용매를 포함한다.The electrolyte includes a lithium salt and an organic solvent.

상기 리튬염은 전지 내에서 리튬 이온의 공급원으로 작용하여 기본적인 리튬 이차 전지의 작동을 가능하게 하고, 양극과 음극 사이의 리튬 이온의 이동을 촉진하는 역할을 하는 물질이다. 상기 리튬염의 구체적인 예로는 전술한 바와 같다.The lithium salt serves as a source of lithium ions in the battery to enable operation of a basic lithium secondary battery and to promote the movement of lithium ions between the positive electrode and the negative electrode. Specific examples of the lithium salt are as described above.

상기 리튬염의 농도는 약 0.1M 내지 약 2.0M 범위 내에서 사용될 수 있다. 리튬 염의 농도가 상기 범위로 포함되면, 전해질이 적절한 전도도 및 점도를 가지므로 우수한 전해질 성능을 나타낼 수 있고, 리튬 이온이 효과적으로 이동할 수 있다.The concentration of the lithium salt can be used within the range of about 0.1M to about 2.0M. When the concentration of the lithium salt is within the above range, the electrolyte has an appropriate conductivity and viscosity, so that it can exhibit excellent electrolyte performance and the lithium ion can effectively move.

상기 유기용매는 전지의 전기화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 한다.The organic solvent serves as a medium through which ions involved in the electrochemical reaction of the battery can move.

상기 유기용매로는 예컨대 카보네이트계, 에스테르계, 에테르계, 케톤계, 알코올계, 또는 비양성자성 용매를 사용할 수 있다. 상기 카보네이트계 용매로는 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트(DPC), 메틸프로필 카보네이트(MPC), 에틸프로필 카보네이트(EPC), 에틸메틸 카보네이트(EMC), 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 부틸렌 카보네이트(BC) 등이 사용될 수 있으며, 상기 에스테르계 용매로는 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, n-프로필 아세테이트, 디메틸아세테이트, 메틸프로피오네이트, 에틸프로피오네이트, γ-부티로락톤, 데카놀라이드(decanolide), 발레로락톤, 메발로노락톤(mevalonolactone), 카프로락톤(caprolactone), 등이 사용될 수 있다. 상기 에테르계 용매로는 디부틸 에테르, 테트라글라임, 디글라임, 디메톡시에탄, 2-메틸테트라히드로퓨란, 테트라히드로퓨란 등이 사용될 수 있으며, 상기 케톤계 용매로는 시클로헥사논 등이 사용될 수 있다. 또한 상기 알코올계 용매로는 에틸알코올, 이소프로필 알코올 등이 사용될 수 있으며, 상기 비양성자성 용매로는 R-CN(R은 탄소수 2 내지 20의 직쇄상, 분지상 또는 환 구조의 탄화수소기이며, 이중결합 방향 환 또는 에테르 결합을 포함할 수 있다) 등의 니트릴류 디메틸포름아미드 등의 아미드류, 1,3-디옥솔란 등의 디옥솔란류 술포란(sulfolane)류 등이 사용될 수 있다. As the organic solvent, for example, a carbonate-based, ester-based, ether-based, ketone-based, alcohol-based or aprotic solvent may be used. Examples of the carbonate solvent include dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate (DPC), methylpropyl carbonate (MPC), ethyl propyl carbonate (EPC), ethyl methyl carbonate (EMC) EC), propylene carbonate (PC), and butylene carbonate (BC) may be used. As the ester solvent, methyl acetate, ethyl acetate, n-propyl acetate, dimethyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate , gamma -butyrolactone, decanolide, valerolactone, mevalonolactone, caprolactone, and the like can be used. Examples of the ether solvent include dibutyl ether, tetraglyme, diglyme, dimethoxyethane, 2-methyltetrahydrofuran, and tetrahydrofuran. As the ketone solvent, cyclohexanone may be used have. Examples of the non-protonic solvent include R-CN (wherein R is a linear, branched or cyclic hydrocarbon group having 2 to 20 carbon atoms, and examples thereof include methyl, ethyl, propyl, isopropyl, A double bond aromatic ring or an ether bond); amines such as dimethylformamide; dioxolanes such as 1,3-dioxolane; sulfolanes; and the like.

상기 유기용매는 단독으로 또는 하나 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 하나 이상 혼합하여 사용하는 경우의 혼합 비율은 목적하는 전지 성능에 따라 적절하게 조절할 수 있다.The organic solvents may be used singly or in combination of one or more. If one or more of them are mixed, the mixing ratio may be appropriately adjusted according to the performance of the desired cell.

상기 세퍼레이터는 단일막 또는 다층막일 수 있으며, 예컨대 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드 또는 이들의 조합으로 만들어질 수 있다.
The separator may be a single film or a multilayer film, and may be made of, for example, polyethylene, polypropylene, polyvinylidene fluoride, or a combination thereof.

이하 실시예를 통하여 상술한 본 발명의 구현예를 보다 상세하게 설명한다. 다만 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to examples. The following examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the invention.

(( 실시예Example : 양극 활물질 및 리튬 이차 전지 제조): Preparation of cathode active material and lithium secondary battery)

(반응기 준비)(Reactor preparation)

반응기(용량 20L, 회전모터의 출력 80W이상, 200 rpm 이상)에 증류수 4L를 넣은 후 질소가스를 반응기에 5L/분의 속도로 버블링하며 공급하여 반응기 내부의 용존산소를 제거하였다. 상기 반응기의 온도를 50℃로 유지시키면서 300rpm 내지 700rpm로 교반날개를 회전시켰다. 반응 단계마다 필요에 따라서 저 rpm 또는 고 rpm 으로 교반날개를 회전시켰다.4 L of distilled water was placed in a reactor (capacity 20 L, rotation speed of 80 W or more, 200 rpm or more), and nitrogen gas was bubbled into the reactor at a rate of 5 L / min to remove dissolved oxygen in the reactor. The stirrer was rotated at 300 rpm to 700 rpm while maintaining the temperature of the reactor at 50 캜. The agitating blades were rotated at low rpm or high rpm as required in each reaction step.

(제1 용액 및 제3 용액 제조) (Preparation of first solution and third solution)

상기 반응기에 황산니켈, 황산망간 및 황산코발트를 0.1 : 0.6 : 0.3 몰비로 혼합한 2M 농도의 제1 및 제3 금속염 수용액 제조 Preparation of aqueous solutions of first and third metal salts of 2M concentration in which the nickel sulfate, manganese sulfate and cobalt sulfate were mixed at a molar ratio of 0.1: 0.6: 0.3 was added to the reactor.

(제2 용액 제조)(Preparation of second solution)

상기 반응기에 황산니켈, 황산망간 및 황산코발트를 0.90 : 0.05 : 0.05 몰비로 혼합한 2M 농도의 제2 금속염 수용액 제조Preparation of a second metal salt aqueous solution having a concentration of 2M in which nickel sulfate, manganese sulfate, and cobalt sulfate were mixed at a molar ratio of 0.90: 0.05: 0.05

(양극 활물질 전구체 제조)(Preparation of cathode active material precursor)

상기 제1 용액 상에 상기 제2 용액을 0.5L/h의 일정한 속도로 3 시간 동안 첨가하면서, 반응기 내에서 공침시킨다. 이 후, 제2 용액의 첨가 속도가 0.3L/h가 되도록한다. 이 후, 제1 용액의 첨가를 멈추고, 제 2 용액만 반응기 내부로 0.2L/h 속도로 투입한다. 제2 용액의 혼합물 농도가 일정해지도록 12시간 동안 유지한다.The second solution is added to the first solution at a constant rate of 0.5 L / h for 3 hours while coprecipitating in the reactor. Thereafter, the addition rate of the second solution is set to 0.3 L / h. Thereafter, the addition of the first solution is stopped, and only the second solution is injected into the reactor at a rate of 0.2 L / h. The mixture is kept for 12 hours so that the concentration of the mixture in the second solution becomes constant.

이 후, 상기 제2 용액은 계속해서 투입하면서 제 3용액을 0.5L/시간의 속도로 6 시간 동안 첨가하면서 반응기 내에서 공침시키고, 상기 공침물을 세척 후 건조하여, 내부 코어, 제1 중간층, 제2 중간층, 제3 중간층, 외부층으로 구성된 리튬 이차 전지용 양극 활물질 전구체를 얻는다.Thereafter, the third solution was added continuously at a rate of 0.5 L / hr for 6 hours while the second solution was continuously supplied, and coprecipitated in the reactor. The coprecipitate was washed and dried to obtain an inner core, a first intermediate layer, A second intermediate layer, a third intermediate layer, and an outer layer is obtained.

(양극 활물질 제조)(Cathode active material production)

상기 전구체와 수산화리튬(LiOH)을 1 : 1.03 몰비로 혼합한 후에 2℃/min의  승온 속도로 가열한 후 300℃ 내지 500℃에서 5시간 동안 유지시켜 예비 소성시켰고, 이어서 2℃/min의 승온 속도로 가열한 후 700℃ 내지 900℃에서 10시간 내지 20시간 동안 소성시켰다. 이에 따라 내부 코어 및 외부층은 Li[Ni0 .6Co0 .1Mn0 .3]O2의 리튬 함유 화합물을 포함하며, 제1 중간층 및 제3 중간층은 Li[Ni0 .8Co0 .05Mn0 .15]O2의 리튬 함유 화합물을 포함하며, 제2 중간층은 Li[Ni0 .9Co0 .05Mn0 .05]O2의 리튬 함유 화합물을 포함하는, 5중층으로 구성된 양극 활물질 분말을 얻었다.The precursor and lithium hydroxide (LiOH) were mixed at a molar ratio of 1: 1.03, heated at a heating rate of 2 DEG C / min, prebaked at 300 DEG C to 500 DEG C for 5 hours, Followed by calcination at 700 ° C to 900 ° C for 10 hours to 20 hours. Accordingly, the inner core and the outer layer is Li [Ni 0 .6 Co 0 .1 Mn 0 .3] comprises a lithium-containing compound of the O 2, the first intermediate layer and third intermediate layer is Li [Ni 0 .8 Co 0. 05 Mn 0 .15 ] O 2 , and the second intermediate layer comprises a lithium-containing compound of Li [Ni 0 .9 Co 0 .05 Mn 0 .05 ] O 2 . To obtain an active material powder.

(리튬 이차 전지 제조)(Production of lithium secondary battery)

상기 제조방법에 따른 양극 활물질, 도전재(denka black, denka社), 및 바인더(PVDF-HFP, kurea社)를 92:4:4(wt%/wt%/wt%)의 비율로 혼합하였다. 이어서 알루미늄 호일(16㎛)에 상기 혼합물을 균일하게 도포한 후 롤프레스에서 1톤의 압력으로 균일하게 가압하였다. 이어서 100℃의 진공 오븐에서 진공 건조하여 양극을 제조하였다. 이때 양극 활물질 loading양은 0.006g/cm2이었으며, 압연율은 15.3%였다. 상기 제조된 양극 전극판은 PE분리막(16㎛, SKI社)과 금속리튬을 음극으로 사용하여 CR2032 규격의 코인 타입 하프셀을 제조하였다. 이때 전해질로는 EC:DMC=1:1(v/v)인 혼합 용매에 1.0M의 LiPF6을 포함한 액체 전해액을 사용하였다.
The cathode active material, the conductive material (denka black, denka), and the binder (PVDF-HFP, kurea) according to the above manufacturing method were mixed at a ratio of 92: 4: 4 (wt% / wt% / wt%). Subsequently, the mixture was uniformly applied to an aluminum foil (16 mu m) and uniformly pressed at a pressure of 1 ton in a roll press. And then vacuum-dried in a vacuum oven at 100 DEG C to prepare a positive electrode. At this time, the loading amount of the cathode active material was 0.006 g / cm 2 , and the rolling rate was 15.3%. A coin type half cell of the CR2032 standard was manufactured using the PE separator (16 탆, SKI) and metal lithium as the negative electrode plate. At this time, a liquid electrolyte containing 1.0 M of LiPF 6 was used as a mixed solvent having EC: DMC = 1: 1 (v / v) as an electrolyte.

주사전자현미경(Scanning Electron Microscope ( SEMSEM ) 측정결과) Measurement result

상기 제조방법에 따른 양극 활물질의 표면을 주사전자현미경(SEM)으로 촬영한 사진을 도 5에 나타내었다. 도 5에서는, 미세입자가 양극 활물질 표면에 균일하게 존재하고 있는 것을 확인할 수 있다.
FIG. 5 shows a photograph of the surface of the cathode active material according to the above-mentioned production method taken by scanning electron microscope (SEM). In Fig. 5, it is confirmed that the fine particles are uniformly present on the surface of the positive electrode active material.

이상 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.While the present invention has been described in connection with certain exemplary embodiments, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be interpreted as being included in the scope of the present invention .

1, 10: 내부 코어
2: 제1 중간층
3: 제2 중간층
4: 제3 중간층
5, 30: 외부층
20: 중간층
1, 10: internal core
2: first intermediate layer
3: Second intermediate layer
4: third middle layer
5, 30: outer layer
20: middle layer

Claims (21)

내부 코어, 상기 내부 코어를 둘러싸는 중간층, 및 상기 중간층을 둘러싸는 외부층을 포함하는 양극 활물질로서, 전이 금속으로 Ni를 포함하고,
상기 중간층은 상기 내부 코어를 둘러싸는 제1 중간층, 상기 제1 중간층을 둘러싸는 제2 중간층, 및 상기 제2 중간층을 둘러싸는 제3 중간층을 포함하며,
상기 Ni의 함량은,
상기 내부 코어 내 전이금속 총량에 대해 50 몰% 내지 80 몰%이고, 상기 제2 중간층 내 전이금속 총량에 대해 70 몰% 내지 99 몰%이고, 상기 외부층 내 전이금속 총량에 대해 50 몰% 내지 80 몰%임과 동시에,
상기 내부 코어에서 제1 중간층, 제2 중간층으로 갈수록 연속적으로 증가하는 농도구배로 존재하며, 상기 제2 중간층에서 일정하고, 상기 제2 중간층에서 제3 중간층, 외부층으로 갈수록 연속적으로 감소하는 농도구배로 존재하는 것인,
리튬 이차 전지용 양극 활물질.
A cathode active material comprising an inner core, an intermediate layer surrounding the inner core, and an outer layer surrounding the intermediate layer, the cathode active material comprising Ni as a transition metal,
The intermediate layer comprising a first intermediate layer surrounding the inner core, a second intermediate layer surrounding the first intermediate layer, and a third intermediate layer surrounding the second intermediate layer,
The content of Ni is,
Is from 50 mol% to 80 mol% based on the total amount of transition metals in the inner core, 70 mol% to 99 mol% based on the total amount of transition metals in the second intermediate layer, 80% by mole,
A concentration gradient which continuously increases from the inner core to the first intermediate layer to the second intermediate layer and which is constant in the second intermediate layer and continuously decreases from the second intermediate layer to the third intermediate layer and the outer layer, &Lt; / RTI &gt;
Cathode active material for lithium secondary battery.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 활물질은 또다른 전이 금속을 포함하고,
상기 또다른 전이 금속은 상기 내부 코어에서 제1 중간층, 제2 중간층으로 갈수록 연속적으로 감소하는 농도구배로 존재하고, 상기 제2 중간층에서, 제3 중간층, 외부층으로 갈수록 연속적으로 증가하는 농도구배로 존재하는,
리튬 이차 전지용 양극 활물질.
The method according to claim 1,
Wherein the active material comprises another transition metal,
Wherein the transition metal is present in a concentration gradient continuously decreasing from the inner core toward the first intermediate layer and the second intermediate layer and has a concentration gradient continuously increasing from the second intermediate layer toward the third intermediate layer and the outer layer Existing,
Cathode active material for lithium secondary battery.
제3항에 있어서,
상기 또다른 전이 금속은 Co, Mn, Mg, Zn, Ca, Sr, Cu, Zr, P, Fe, Al, Ga, In, Cr, Ge, Sn 또는 이들의 조합인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
The method of claim 3,
Wherein the another transition metal is a Co, Mn, Mg, Zn, Ca, Sr, Cu, Zr, P, Fe, Al, Ga, In, Cr, Ge, Sn or a combination thereof.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 양극 활물질의 평균 입경은 5 ㎛ 내지 15 ㎛인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
The method according to claim 1,
Wherein the average particle diameter of the positive electrode active material is 5 to 15 占 퐉.
제1항에 있어서,
상기 외부층의 두께는 상기 전체 양극 활물질 반경에 대해, 5% 내지 50%인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
The method according to claim 1,
Wherein the thickness of the outer layer is 5% to 50% with respect to the total cathode active material radius.
제1항에 있어서,
상기 내부 코어 및 상기 외부층은 하기 화학식 1로 표시되는 리튬 함유 화합물을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
[화학식 1]
Li[Ni1-(x+y+z)CoxMnyMz]O2
(상기 화학식 1에서, 0<x≤0.2, 0.2<y≤0.4, 0≤z≤0.1, 0.3≤x+y+z≤0.5, M은 Mg, Zn, Ca, Sr, Cu, Zr, P, Fe, Al, Ga, In, Cr, Ge, Sn 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종 이상의 원소이다)
The method according to claim 1,
Wherein the inner core and the outer layer comprise a lithium-containing compound represented by the following formula (1).
[Chemical Formula 1]
Li [Ni 1- (x + y + z) Co x Mn y M z ] O 2
Zn, Ca, Sr, Cu, Zr, P, and Z are selected from the group consisting of 0 <x≤0.2, 0.2 <y≤0.4, 0≤z≤0.1, 0.3≤x + At least one element selected from the group consisting of Fe, Al, Ga, In, Cr, Ge, Sn,
제9항에 있어서,
상기 제1 중간층 및 제3 중간층은 하기 화학식 2로 표시되는 리튬 함유 화합물을 포함하고,
상기 제2 중간층은 하기 화학식 3으로 표시되는 리튬 함유 화합물을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
[화학식 2]
Li[Ni1 -(x1+ y1 + z1 )Cox1Mny1Mz1]O2
(상기 화학식 2에서, 0<x1≤0.1, 0<y1≤0.3, 0≤z1≤0.1, 0.1≤x1+y1+z1≤0.4, M은 Mg, Zn, Ca, Sr, Cu, Zr, P, Fe, Al, Ga, In, Cr, Ge, Sn 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종 이상의 원소이다)
[화학식 3]
Li[Ni1 -(x2+ y2 + z2 )Cox2Mny2Mz2]O2
(상기 화학식 3에서, 0<x2≤0.1, 0<y2≤0.3, 0≤z2≤0.1, 0.01≤x2+y2+z2≤0.2, M은 Mg, Zn, Ca, Sr, Cu, Zr, P, Fe, Al, Ga, In, Cr, Ge, Sn 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종 이상의 원소이다)
10. The method of claim 9,
Wherein the first intermediate layer and the third intermediate layer comprise a lithium-containing compound represented by the following formula (2)
Wherein the second intermediate layer comprises a lithium-containing compound represented by the following formula (3).
(2)
Li [Ni 1 - (x 1 + y 1 + z 1 ) Co x 1 Mn y 1 M z 1 ] O 2
Mg, Zn, Ca, Sr, Cu, Zr, P, and Z are selected from 0, 1, At least one element selected from the group consisting of Fe, Al, Ga, In, Cr, Ge, Sn,
(3)
Li [Ni 1 - (x 2 + y 2 + z 2 ) Co x 2 Mn y 2 M z 2 ] O 2
Mg, Zn, Ca, Sr, Cu, Zr, P, and Z are selected from the group consisting of 0 <x2≤0.1, 0 <y2≤0.3, 0≤z2≤0.1, 0.01≤x2 + At least one element selected from the group consisting of Fe, Al, Ga, In, Cr, Ge, Sn,
제1 금속염 수용액 총량에 대해 50 몰% 이하의 Ni 및 다른 전이 금속을 함유하는 제1 용액 및 제3 용액을 제조하는 단계;
제2 금속염 수용액 총량에 대해 50 몰% 이상의 Ni 및 다른 전이 금속을 함유하는 제2 금속염 수용액을 제조하는 단계;
상기 제1 용액 상에 제2 용액을 첨가하면서 반응기에서 공침시키는 단계;
상기 제1 용액의 첨가를 멈추고, 제 2 용액만 투입하면서 용액 내 Ni 농도를 일정하게 유지하는 단계;
상기 Ni 농도가 일정하게 유지되는 용액에 제3 용액을 첨가하면서 반응기에서 공침시키는 단계;
상기 공침된 침전물인 전구체를 건조하는 단계; 및
상기 전구체 및 리튬염을 혼합한 후, 열처리하는 단계를 포함하며,
상기 제1 용액 상에 제2 용액을 첨가하여 공침시키는 단계는, 상기 제2 용액의 첨가속도가 점진적으로 증가하도록 첨가하여 공침시키는 단계인,
리튬 이차 전지용 양극 활물질 제조방법.
Preparing a first solution and a third solution containing not more than 50 mol% of Ni and other transition metals with respect to the total amount of the first metal salt aqueous solution;
Preparing a second metal salt aqueous solution containing at least 50 mol% of Ni and other transition metals based on the total amount of the second metal salt aqueous solution;
Coprecipitating in a reactor while adding a second solution onto the first solution;
Stopping the addition of the first solution and keeping the Ni concentration in the solution constant while injecting only the second solution;
Coprecipitating in a reactor while adding the third solution to the solution in which the Ni concentration is kept constant;
Drying the precursor that is the coprecipitated precipitate; And
And mixing the precursor and the lithium salt, followed by heat treatment,
Wherein the step of coprecipitating the second solution by adding the second solution to the first solution is such that the addition rate of the second solution is gradually increased,
(Method for manufacturing cathode active material for lithium secondary battery).
삭제delete 제11항에 있어서,
상기 제1 용액 상에 제2 용액을 첨가하여 공침시키는 단계 및 용액에 제3 용액을 첨가하여 공침시키는 단계는, 3시간 내지 12시간 동안 수행하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질 제조방법.
12. The method of claim 11,
Adding a second solution to the first solution to coprecipitate the first solution, and adding the third solution to the solution to coprecipitate the solution for 3 to 12 hours.
제11항에 있어서,
상기 제2 용액의 첨가를 멈추어, 용액 내 Ni 농도를 일정하게 유지하는 단계 는, 6시간 내지 20시간 동안 수행하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질 제조방법.
12. The method of claim 11,
The step of stopping the addition of the second solution and keeping the Ni concentration in the solution constant is performed for 6 to 20 hours.
제11항에 있어서,
상기 제1 금속염 수용액 및 제2 금속염 수용액 내 다른 전이 금속은 Co, Mn, Mg, Zn, Ca, Sr, Cu, Zr, P, Fe, Al, Ga, In, Cr, Ge, Sn 또는 이들의 조합인 리튬 이차전지용 양극 활물질 제조방법.
12. The method of claim 11,
Other transition metals in the first metal salt aqueous solution and the second metal salt aqueous solution may be selected from the group consisting of Co, Mn, Mg, Zn, Ca, Sr, Cu, Zr, P, Fe, Al, Ga, In, Cr, Ge, Wherein the cathode active material is a lithium secondary battery.
제11항에 있어서,
상기 리튬염은 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiN(SO2CF3)2, LiN(SO3C2F5)2, LiC4F9SO3, LiClO4, LiAlO2, LiAlCl4, LiN(CmF2m +1SO2)(CnF2n +1SO2)(m 및 n은 자연수임), Li2CO3, LiH, LiBr, LiF, LiNO3, LiNO2, Li2O, Li2SO4 및 LiOH로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상인 리튬 이차전지용 양극 활물질 제조방법.
12. The method of claim 11,
The lithium salt is LiPF 6, LiBF 4, LiSbF 6 , LiAsF 6, LiN (SO 2 CF 3) 2, LiN (SO 3 C 2 F 5 ) 2, LiC 4 F 9 SO 3, LiClO 4, LiAlO 2, LiAlCl 4, LiN (C m F 2m +1 SO 2) (C n F 2n +1 SO 2) (m And n is a natural number), at least one selected from the group consisting of Li 2 CO 3, LiH, LiBr, LiF, LiNO 3 , LiNO 2 , Li 2 O, Li 2 SO 4 and LiOH.
제11항에 있어서,
상기 제1 용액, 제2 용액 및 제3 용액은 각각 독립적으로 분산제를 더 포함하는 리튬 이차전지용 양극 활물질 제조방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the first solution, the second solution, and the third solution each further comprise a dispersing agent independently.
제17항에 있어서,
상기 분산제는 시트르산(citric acid), 주석산, 글리콜산, 말레인산 또는 이들의 조합인 리튬 이차전지용 양극 활물질 제조방법.
18. The method of claim 17,
Wherein the dispersing agent is citric acid, tartaric acid, glycolic acid, maleic acid, or a combination thereof.
제11항에 있어서,
상기 제1 용액, 제2 용액 및 제3 용액 제조시 첨가제로 붕산을 더 첨가하는 리튬 이차전지용 양극 활물질 제조방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the first solution, the second solution, and the third solution are further added with boric acid as an additive in the preparation of the cathode active material for a lithium secondary battery.
제11항에 있어서,
상기 전구체 및 리튬염 혼합 후, 열처리하는 단계는,
(a) 250℃ 내지 650℃에서 5시간 내지 20시간 동안 유지시켜 예비 소성하는 단계,
(b) 700℃ 내지 1000℃에서 10시간 내지 30시간 동안 소성하는 단계,
(c) 600℃ 내지 750℃에서 10시간 내지 20시간 동안 어닐링하는 단계를 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질 제조방법.
12. The method of claim 11,
After the mixing of the precursor and the lithium salt,
(a) prefiring by holding at 250 DEG C to 650 DEG C for 5 to 20 hours,
(b) firing at 700 ° C to 1000 ° C for 10 hours to 30 hours,
(c) annealing at 600 ° C to 750 ° C for 10 hours to 20 hours.
제1항, 제3항, 제4항, 및 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차 전지.A lithium secondary battery comprising the cathode active material for a lithium secondary battery according to any one of claims 1, 3, 4, and 7 to 10.
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