KR101692826B1 - Cathode Active Material with Modified Surface and Method for Preparing the Same - Google Patents

Cathode Active Material with Modified Surface and Method for Preparing the Same Download PDF

Info

Publication number
KR101692826B1
KR101692826B1 KR1020140070193A KR20140070193A KR101692826B1 KR 101692826 B1 KR101692826 B1 KR 101692826B1 KR 1020140070193 A KR1020140070193 A KR 1020140070193A KR 20140070193 A KR20140070193 A KR 20140070193A KR 101692826 B1 KR101692826 B1 KR 101692826B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
active material
cathode active
delete delete
transition metal
precursor
Prior art date
Application number
KR1020140070193A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20150141450A (en
Inventor
박성빈
박병천
정재빈
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to KR1020140070193A priority Critical patent/KR101692826B1/en
Publication of KR20150141450A publication Critical patent/KR20150141450A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101692826B1 publication Critical patent/KR101692826B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/485Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of mixed oxides or hydroxides for inserting or intercalating light metals, e.g. LiTi2O4 or LiTi2OxFy
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • H01M10/0525Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/131Electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139Processes of manufacture
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139Processes of manufacture
    • H01M4/1391Processes of manufacture of electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/50Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese
    • H01M4/505Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese of mixed oxides or hydroxides containing manganese for inserting or intercalating light metals, e.g. LiMn2O4 or LiMn2OxFy
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/52Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
    • H01M4/525Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron of mixed oxides or hydroxides containing iron, cobalt or nickel for inserting or intercalating light metals, e.g. LiNiO2, LiCoO2 or LiCoOxFy
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00Batteries for particular applications
    • H01M2220/20Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Abstract

본 발명은 양극 활물질의 표면안정성을 높이고 양극 활물질의 입자 중심부로 침투하려는 특성을 가진 하나 이상의 A종 원소와, 양극 활물질의 구조 안정성을 높이고 양극 활물질의 입자 표면으로 확산하려는 특성을 가진 하나 이상의 B종 원소를 포함하고;
상기 양극 활물질의 입자 단면 상에서, 상기 A종 원소는 입자 중심부에서 표면으로 갈수록 농도가 증가하는 농도 구배로 분포되어 있고, 상기 B종 원소는 입자 표면에서 중심부로 갈수록 농도가 증가하는 농도 구배로 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지용 양극 활물질 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a cathode active material composition comprising at least one type A element having a property of enhancing the surface stability of the cathode active material and penetrating the center of the cathode active material and at least one type B element having a property of improving the structural stability of the cathode active material and diffusing to the surface of the cathode active material Element;
On the particle cross section of the cathode active material, the species A is distributed in a concentration gradient increasing from the center to the surface of the particle, and the species B is distributed in a concentration gradient increasing from the particle surface to the center A cathode active material for a secondary battery, and a method for manufacturing the same.

Description

표면 개질된 양극 활물질 및 이를 제조하는 방법 {Cathode Active Material with Modified Surface and Method for Preparing the Same}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface-modified cathode active material,

본 발명은 표면 개질된 양극 활물질 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a surface-modified cathode active material and a method for producing the same.

리튬 이차전지의 양극 활물질로는 리튬 함유 코발트 산화물(LiCoO2)을 주로 사용하고 있고, 그 외에 층상 결정 구조의 LiMnO2, 스피넬 결정 구조의 LiMn2O4 등의 리튬 함유 망간 산화물과, 리튬 함유 니켈 산화물(LiNiO2)의 사용도 사용되고 있다.Lithium-containing cobalt oxide (LiCoO 2 ) is mainly used as a cathode active material of the lithium secondary battery, and lithium-containing manganese oxides such as LiMnO 2 having a layered crystal structure and LiMn 2 O 4 having a spinel crystal structure, The use of oxides (LiNiO 2 ) is also used.

그 중, LiCoO2은 우수한 사이클 특성 등 제반 물성이 우수하여 현재 많이 사용되고 있지만, 상대적으로 고가이고, 충방전 전류량이 약 150 mAh/g 정도로 낮으며, 4.3V 이상의 전압에서는 결정구조가 불안정하고, 전해액과 반응을 일으켜 발화의 위험성을 갖고 있는 등 여러 가지 문제점을 갖고 있다.Among them, LiCoO 2 is superior in properties such as excellent cycle characteristics and is widely used at present. However, LiCoO 2 is relatively expensive, has a charge and discharge current as low as about 150 mAh / g, has a crystal structure unstable at a voltage of 4.3 V or higher, And there is a risk of ignition.

LiMnO2, LiMn2O4 등의 리튬 망간 산화물은 원료로서 자원이 풍부하고 환경친화적인 망간을 사용한다는 장점을 가지고 있으므로, LiCoO2를 대체할 수 있는 양극 활물질로서 많은 관심을 모으고 있으나, 이들 리튬 망간 산화물은 용량이 작고, 사이클 특성 등이 나쁘다는 단점을 가지고 있다.Lithium manganese oxides such as LiMnO 2 and LiMn 2 O 4 have the advantage of using manganese which is abundant in resources and environmentally friendly as a raw material and thus attracts much attention as a cathode active material capable of replacing LiCoO 2 , The oxide has a disadvantage in that it has a small capacity and poor cycle characteristics.

LiNiO2 등의 리튬 니켈계 산화물은 상기 코발트계 산화물보다 비용이 저렴하면서도 4.3V로 충전되었을 때, 높은 방전 용량을 나타내는 바, 도핑된 LiNiO2의 가역 용량은 LiCoO2의 용량(약 165 mAh/g)을 초과하는 약 200 mAh/g에 근접한다. 그러나, LiNiO2계 산화물은 충방전 사이클에 동반하는 체적 변화에 따라 결정 구조의 급격한 상전이가 나타나고, 사이클 동안 과량의 가스가 발생하는 등의 문제가 있다.Lithium nickel oxide such as LiNiO 2 has a lower discharge capacity than that of the cobalt oxide when it is charged at 4.3 V. The reversible capacity of the doped LiNiO 2 is about 165 mAh / g of LiCoO 2 ) ≪ / RTI > to about 200 mAh / g. However, the LiNiO 2 based oxide has a problem in that a rapid phase transition of the crystal structure occurs depending on the volume change accompanied by the charge-discharge cycle, and an excessive amount of gas is generated during the cycle.

한편, 일반적으로 상기 양극 활물질을 사용하는 리튬 이차전지는 충방전을 거듭함에 따라 활물질 표면구조의 퇴화 및 급격한 구조붕괴를 동반한 발열반응으로 전지의 안전성이 저하되거나, 전지의 수명이 급속하게 떨어지는 문제점이 있다. 특히, 고온에서는 이러한 문제가 더욱 심각하다. 이는, 전지 내부의 수분이나 기타 영향으로 인해 전해질이 분해되거나 양극 표면의 불안정성으로 인해 활물질이 열화되고, 활물질을 포함한 전극과 전해질사이의 계면 저항이 증가되기 때문이다.On the other hand, in general, the lithium secondary battery using the cathode active material has a problem that the safety of the battery is lowered due to the degeneration of the surface structure of the active material and the exothermic reaction accompanying the sudden structural collapse as the charging and discharging are repeated, . This problem is particularly serious at high temperatures. This is because the electrolyte is decomposed due to moisture and other influences inside the battery, the active material is deteriorated due to the instability of the surface of the anode, and the interface resistance between the electrode including the active material and the electrolyte is increased.

이에 종래에는, 이러한 문제들을 해결하고 전지 성능을 개선시키고자 활물질 표면을 개선 시키는 연구가 진행되었고, 그 중에서 대표적인 것이 활물질 표면을 코팅하여, 활물질의 열화를 방지하고 전해질과 활물질 사이의 계면 안정성을 높이는 기술이 있다.Conventionally, studies have been made to solve these problems and to improve the surface of an active material to improve battery performance. Typical examples thereof include coating the surface of an active material to prevent deterioration of the active material and increase interfacial stability between the electrolyte and the active material Technology.

그러나, 활물질 표면을 코팅하는 경우, 코팅 층이 양극재 표면을 고르게 감싸면서 형성되기 어려우며, 충방전 진행시 코팅 층이 벗겨질 경우 양극재 표면은 또 다시 전해질에 노출되는 문제가 있었다.However, when the surface of the active material is coated, the coating layer is difficult to be formed while uniformly covering the surface of the cathode material, and when the coating layer is peeled off during charging / discharging, the surface of the cathode material is exposed again to the electrolyte.

이러한 문제점들로 인해, 원천적으로 양극재의 표면을 안정화시켜 고전압에서 안정성을 향상시킬 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.Due to these problems, there is a high need for a technique capable of stabilizing the surface of a cathode material and improving stability at a high voltage.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems of the prior art and the technical problems required from the past.

구체적으로, 본 발명의 목적은, 양극 활물질의 표면안정성을 높이는 하나 이상의 A종 원소는 입자 중심부에서 표면으로 갈수록 농도가 증가하는 농도 구배로 분포되어 있고, 양극 활물질의 구조 안정성을 높이는 하나 이상의 B종 원소는 입자 표면에서 중심부로 갈수록 농도가 증가하는 농도 구배로 분포되어 있는 구조로 형성함으로써, 입자 표면안전성을 확보하는 동시에 내부 구조가 안정화된 양극 활물질을 제공하는 것이다.More specifically, the object of the present invention is to provide a positive electrode active material which has at least one or more A species elements which increase the surface stability of the positive electrode active material and which are distributed in a concentration gradient increasing from the center of the particle toward the surface, And the element is distributed in a concentration gradient increasing from the particle surface to the central portion, thereby ensuring the safety of the particle surface and providing the cathode active material with stabilized internal structure.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 양극 활물질은,In order to accomplish the above object, the present invention provides a cathode active material,

양극 활물질의 표면안정성을 높이고 양극 활물질의 입자 중심부로 침투하려는 특성을 가진 하나 이상의 A종 원소와, 양극 활물질의 구조 안정성을 높이고 양극 활물질의 입자 표면으로 확산하려는 특성을 가진 하나 이상의 B종 원소를 포함하고;At least one type A element having a property of increasing the surface stability of the positive electrode active material and penetrating into the center portion of the positive electrode active material and at least one type B element having a property of enhancing the structural stability of the positive electrode active material and diffusing to the surface of the positive electrode active material and;

상기 양극 활물질의 입자 단면 상에서, 상기 A종 원소는 입자 중심부에서 표면으로 갈수록 농도가 증가하는 농도 구배로 분포되어 있고, 상기 B종 원소는 입자 표면에서 중심부로 갈수록 농도가 증가하는 농도 구배로 분포되어 있는 것을 특징으로 한다.On the particle cross section of the cathode active material, the species A is distributed in a concentration gradient increasing from the center to the surface of the particle, and the species B is distributed in a concentration gradient increasing from the particle surface to the center .

여기서, 상기 양극 활물질의 표면안정성을 높이는 원소는 이러한 원소들이 양극 활물질에 표면에 위치할 경우 표면의 양이온 혼합(cation mixing) 현상을 억제하는 효과를 발휘하는 원소를 의미한다.Herein, the element enhancing the surface stability of the cathode active material refers to an element exhibiting an effect of suppressing the cation mixing phenomenon of the surface when the elements are placed on the surface of the cathode active material.

또한, 상기 양극 활물질의 구조 안정성을 높이는 원소는 양극 활물질의 리튬 이온이 과도하게 탈리될 경우, 리튬의 양이 감소됨에 따라 결정 구조의 변화로 인해 리튬 탈리/삽입 반응의 가역성을 잃어버릴 수 있으므로, 양극 활물질 입자의 리튬 위치에 치환되어 양극 활물질의 결정 구조를 안정화 시킬 수 있는 원소를 의미한다.In addition, when the lithium ion of the cathode active material is excessively desorbed, the element which improves the structural stability of the cathode active material may lose the reversibility of the lithium removal / insertion reaction due to the change of the crystal structure as the amount of lithium decreases, Refers to an element capable of stabilizing the crystal structure of the cathode active material by being substituted at the lithium position of the cathode active material particle.

또한, 상기 양극 활물질의 입자 중심부로 침투하려는 특성은 양극 활물질을 제조하는 과정에서 도펀트의 원소가 양극 활물질의 입자 중심부로 침투하고자 하는 성질을 의미하고, 상기 양극 활물질의 입자 표면으로 확산하려는 특성은 양극 활물질을 제조하는 과정에서 도펀트의 원소가 양극 활물질의 입자 표면으로 확산하고자 하는 성질을 의미한다.In addition, the property of the cathode active material to permeate into the center portion of the cathode means that the element of the dopant intends to penetrate into the center of the cathode active material in the process of manufacturing the cathode active material, Means the property that the element of the dopant diffuses to the surface of the cathode active material in the process of manufacturing the active material.

한편, 본 발명에 따른 양극 활물질은, 양극 활물질의 입자 단면 상에서 양극 활물질의 표면안정화 효과를 나타내는 상기 A종 원소가 입자 중심부에서 표면으로 갈수록 농도가 증가하는 농도 구배로 분포되어 있고, 상기 양극 활물질의 구조 안정성을 높이는 상기 B종 원소가 입자 표면에서 중심부로 갈수록 농도가 증가하는 농도 구배로 분포되어 있을 수 있다. 이 경우, 양극 활물질 표층에 주로 분포되어 있는 상기 A종 원소의 양이온 혼합(cation mixing)을 억제하는 효과를 발휘하여 양극 활물질의 입자 표면안전성을 향상시키고, 상기 B종 원소가 입자 내부에 주로 분포되어 있어 내부 구조가 안정화된 양극 활물질을 제공할 수 있다.On the other hand, the cathode active material according to the present invention is characterized in that the A-type element showing the surface stabilizing effect of the cathode active material on the particle cross section of the cathode active material is distributed in a concentration gradient in which the concentration increases from the center to the surface of the cathode active material, The B-type element which increases the structural stability may be distributed in a concentration gradient in which the concentration increases from the particle surface to the central portion. In this case, the effect of suppressing cation mixing of the A-type element mainly distributed in the surface layer of the positive electrode active material is exhibited to improve the safety of the surface of the positive electrode active material, and the B-type element is mainly distributed in the particles Thereby providing a cathode active material having an internal structure stabilized.

하나의 구체적 예에서, 상기 A종 원소는 입자 표면의 농도를 기준으로 입자 표면에서 중심부로 갈수록 양극 활물질의 평균 입경(R)의 0.1배의 거리당 1 내지 10%씩 감소하는 농도 구배를 가질 수 있고, 상기 B종 원소는 입자 중심부의 농도를 기준으로 입자 중심부에서 표면으로 갈수록 양극 활물질의 평균 입경(R)의 0.1배의 거리당 1 내지 10%씩 감소하는 농도 구배를 가질 수 있다.In one specific example, the species A may have a concentration gradient that decreases from 1 to 10% per 0.1 distance of the average particle size (R) of the cathode active material from the particle surface to the center, based on the concentration of the particle surface And the B-type element may have a concentration gradient decreasing by 1 to 10% with respect to a distance of 0.1 times the average particle diameter (R) of the cathode active material from the center of the particle to the surface based on the concentration of the center of the particle.

하나의 구체적인 예에서, 상기 A종 원소는 입자 표면의 양이온 혼합(cation mixing) 현상을 억제하는 원소이면 특별히 한정되지 아니하나, 예를 들면, Y, Mg 및 Al으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있고, 더욱 상세하게는 Mg일 수 있다.In one specific example, the A species element is not particularly limited as long as it is an element that inhibits the cation mixing phenomenon of the particle surface. For example, it may be one or more selected from the group consisting of Y, Mg and Al And more specifically Mg.

하나의 구체적인 예에서, 상기 B종 원소는, 결정 구조의 안정성을 높일 수 있는 원소이면 특별히 한정되지 아니하나, 예를 들면, Sn, Nb, Zr, W, 및 Ti으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있고, 더욱 상세하게는 Ti일 수 있다.In one specific example, the B-type element is not particularly limited as long as it is an element capable of enhancing the stability of the crystal structure. For example, the B-type element may be at least one element selected from the group consisting of Sn, Nb, Zr, W, And more particularly Ti.

이러한 상기 A종 원소와 B종 원소는 각각 몰비 기준으로 1 내지 20%로 함유될 수 있다. 상기 A종 원소 또는 B종 원소가 20% 초과하여 함유된 경우 상대적으로 용량을 발현하는 원소의 함량이 감소되므로 전지용량이 감소될 수 있으며, 반대로, 1 % 미만으로 함유된 경우 본 발명이 요구하는 소정의 표면안전성 및 입자의 구조 안전성을 발휘할 수 없는 바 바람직하지 않다.The species A and the species B may be contained in an amount of 1 to 20% on a molar basis. When the species A or B exceeds 20%, the content of the element exhibiting a relatively low capacity is reduced, so that the capacity of the battery can be reduced. Conversely, when the content is less than 1% It can not exhibit predetermined surface safety and structural safety of particles, which is not preferable.

이러한 상기 양극 활물질은 하기 화학식 1로 표시되는 리튬 전이금속 산화물일 수 있다. The cathode active material may be a lithium transition metal oxide represented by the following general formula (1).

LixMyAaBbO2(1)Li x M y a a B b O 2 (1)

상기 식에서,In this formula,

M은 Mn, Ni, Co, Cr, V, Fe, Cu 및 Zn로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이고;M is one or more selected from the group consisting of Mn, Ni, Co, Cr, V, Fe, Cu and Zn;

A는 Y, Mg 및 Al으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이며;A is at least one selected from the group consisting of Y, Mg and Al;

B는 Sn, Nb, Zr, W, 및 Ti으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이고;B is at least one selected from the group consisting of Sn, Nb, Zr, W, and Ti;

x+y+a+b=2, 0.95≤x≤1.05 이다.x + y + a + b = 2, and 0.95? x?

상세하게는, 상기 M은 Mn, Ni 및 Co로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있고, 상기 A는 Mg 또는 Al일 수 있으며, 상기 B는 Ti일 수 있으며, 더욱 상세하게는 상기 M은 Co이고, A는 Mg이며, 상기 B는 Ti일 수 있다.In detail, M may be at least one selected from the group consisting of Mn, Ni and Co, A may be Mg or Al, and B may be Ti, more particularly, M is Co , A is Mg, and B is Ti.

한편, 종래 기술에서는 상기 A종 원소와 B종 원소를 포함하는 양극 활물질을 제조할 경우, A종 원소가 양극 활물질의 표면안정성을 향상시킬 수 있으나, 입자 중심부로 침투하려는 특성을 가지고 있어, 상대적으로 양극 활물질의 표면에는 적은 양이 위치하게 되므로, 우수한 표면안정성을 발휘하기 어렵고, 반대로 B종 원소는 구조 안정성은 높일 수 있으나, 양극 활물질의 표면안정성을 떨어뜨리고 입자 표면으로 확산하려는 특성을 가지고 있어, B종 원소가 양극 활물질의 입자 표면에 주로 위치하게 되므로, 양극 활물질의 표면안정성이 더욱 악화되는 문제가 있었다.On the other hand, in the prior art, when the cathode active material including the A-type element and the B-type element is produced, the A-type element can improve the surface stability of the cathode active material, It is difficult to exhibit excellent surface stability because the surface of the positive electrode active material has a small amount. On the other hand, the B-type element can increase the structural stability, but has a property of lowering the surface stability of the positive electrode active material and diffusing to the surface of the particles, There is a problem that the surface stability of the cathode active material is further deteriorated because the B-type element is mainly located on the particle surface of the cathode active material.

상기 문제점을 해결하기 위해, 본 출원의 발명자들은 상기 A종 원소를 입자 표면에 주로 위치시키고, 상기 B종 원소를 입자 중심부에 위치시킬 수 있는 제조 방법에 대한 심도 있는 연구와 실험들을 거듭한 끝에, 상기 B종 원소를 양극 활물질의 전구체의 제조 단계에서 도핑하고, 상기 A종 원소를 제조된 전구체에 고상 도핑하여 양극 활물질을 제조할 경우, 상기 B종 원소가 입자 중심부에 주로 위치하고 있고 A종 원소가 입자 표면에 주로 위치하고 있는 구조로 양극 활물질이 제조되는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.In order to solve the above problems, the inventors of the present application have conducted intensive studies and experiments on a manufacturing method capable of locating the A species element on the particle surface and placing the B element in the center of the particle, When the B-type element is doped in the step of producing the precursor of the cathode active material and the A-type element is solid-phase doped to the prepared precursor, the B-type element is mainly located at the center of the particle and the A- It has been confirmed that the positive electrode active material can be produced by a structure mainly located on the particle surface, and thus the present invention has been accomplished.

따라서, 본 발명에 따른 양극 활물질은 상기 B종 원소가 양극 활물질의 전구체의 제조 단계에서 도핑 되어 포함될 수 있고, 상기 A종 원소는 전구체에 고상 도핑 되어 포함될 수 있다.Therefore, the cathode active material according to the present invention may be doped in the step of preparing the precursor of the cathode active material, and the A-type element may be doped into the precursor in a solid phase.

여기서 고상 도핑이란, 고온에서 고체입자가 확산되는 원리를 이용하여 도펀트를 도핑하는 방법으로, 예를 들어, 상기 A종 원소를 포함하는 고체 입자들과 리튬 화합물, 및 제조된 전구체를 건식혼합하고, 혼합물을 고온에서 열처리하여 상기 A종 원소가 입자에 도핑된 양극 활물질을 제조할 수 있다.Here, the solid phase doping is a method of doping the dopant by using the principle that solid particles are diffused at a high temperature. For example, the solid particles containing the A species, the lithium compound, and the prepared precursor are dry- The mixture is heat-treated at a high temperature to prepare a cathode active material doped with the species A of the element.

한편, 하나의 구체적인 예에서, 본 발명에 따른 양극 활물질은 습식침전법에 의해 제조될 수 있고, 상세하게는, 전구체의 형성방법에 따라, 공침법 또는 산화 침전법으로 나뉠 수 있다.Meanwhile, in one specific example, the cathode active material according to the present invention can be produced by a wet precipitation method, and more specifically, can be divided into a co-precipitation method or an oxidative precipitation method depending on the method of forming the precursor.

구체적으로, 공침법을 이용하여 양극 활물질을 제조하는 방법은,Specifically, a method for producing a cathode active material by coprecipitation includes:

i) 전구체 제조용 전이금속 염과 B종 원소를 포함하는 염을 포함하는 전이금속 수용액을 준비하는 과정;i) preparing a transition metal aqueous solution comprising a transition metal salt for producing a precursor and a salt including a B-element;

ii) 상기 전이금속 수용액에 강염기를 첨가하고 공침하여 전구체를 합성하는 과정;ii) adding a strong base to the transition metal aqueous solution and coprecipitating it to synthesize a precursor;

iii) 합성된 전구체를 증류수로 세척하고, 섭씨 60도 내지 섭씨 120도 항온 건조기에서 1 시간 이상 건조시키는 과정;iii) washing the synthesized precursor with distilled water and drying it for at least 1 hour in an incubator at 60 ° C to 120 ° C;

vi) 상기 건조된 전구체, 리튬 화합물, 및 A종 원소를 포함하는 염을 함께 혼합하여 혼합물을 준비하는 과정; 및 vi) preparing a mixture by mixing the dried precursor, the lithium compound, and the salt containing the species A together; And

v) 상기 혼합물을 산화 분위기에서 소성하는 과정;v) firing the mixture in an oxidizing atmosphere;

을 포함할 수 있다.. ≪ / RTI >

그러나, 상기 공침법으로 양극 활물질의 전구체를 제조할 경우, 상기 전구체는 수산화물(M-OH) 또는 옥사이드 화합물 등의 결정상 형태로 생성되므로, 우수한 결정성의 양극 활물질을 제조하기 위해서는 소성 열처리 공정을 수행하기 전에 약 1시간 동안 섭씨 60도에서 산화 시키는 전처리 공정을 수행해야 하는 번거로움이 있었다. 또한, 공침범에서는 pH 조절제로 일반적으로 암모니아가 사용되는데, 이러한 암모니아를 대량으로 사용하는 것은 제한적이므로, 이러한 공침법을 양산 적용할 경우 pH 조절 제어에 큰 어려움이 있었다.However, when the precursor of the cathode active material is prepared by the coprecipitation method, the precursor is produced in a crystalline form such as a hydroxide (M-OH) or an oxide compound. Therefore, in order to produce a crystalline cathode active material, There was a need to perform a pretreatment process of oxidizing at 60 DEG C for about 1 hour before. In addition, ammonia is generally used as a pH regulator in the coexistence. Since the use of such ammonia in a large amount is limited, there is a great difficulty in controlling the pH control when such co-precipitation is applied in mass production.

따라서, 본 발명의 양극 활물질은 상기 공침법의 단점을 보완할 수 있는 산화 침전법에 의해 제조될 수도 있으며, 구체적으로, 산화 침전법을 이용한 양극 활물질의 제조 방법은,Therefore, the cathode active material of the present invention may be prepared by an oxidative precipitation method which can overcome the disadvantage of the coprecipitation method. Specifically, a method of preparing a cathode active material by using an oxide precipitation method,

i) 전구체 제조용 전이금속 염과 B종 원소를 포함하는 염을 포함하는 전이금속 수용액을 준비하는 과정;i) preparing a transition metal aqueous solution comprising a transition metal salt for producing a precursor and a salt including a B-element;

ii) 전이금속 수용액에 산화제를 첨가하여 산화 침전시켜 전이금속 전구체를 생성시키는 과정;ii) a step of adding an oxidizing agent to the transition metal aqueous solution to oxidize and precipitate to form a transition metal precursor;

iii) 상기 전이금속 전구체, 리튬 화합물, 및 A종 원소를 포함하는 염을 혼합하여 혼합물을 준비하는 과정; 및iii) preparing a mixture by mixing the transition metal precursor, the lithium compound, and the salt including the element A; And

vi) 상기 혼합물을 산화 분위기에서 소성시키는 과정;vi) firing the mixture in an oxidizing atmosphere;

을 포함하는 것을 특징으로 한다.And a control unit.

이러한 산화 침전법은 제조된 전구체를 세척한 후, 전처리 공정 없이 바로 리튬 화합물과 A종 원소를 포함하는 염을 함께 소성할 수 있을 뿐만 아니라, 비정질상의 전이금속 전구체의 생성이 가능하여 기존의 습식 공정에 비해 낮은 온도로 소성 공정을 수행하여도 우수한 결정성을 갖는 양극 활물질을 얻을 수 있는 장점이 있다.In this oxidation precipitation method, after the prepared precursor is washed, a salt containing a lithium compound and an element A can be simultaneously fired without a pretreatment step, and a transition metal precursor of an amorphous phase can be generated, The cathode active material having an excellent crystallinity can be obtained even if the sintering process is performed at a lower temperature than that of the cathode active material.

한편, 상기 제조방법에서 온도, pH, 반응 시간, 슬러리의 농도, 이온 농도 등을 적절히 제어함으로써, 소망하는 평균 입자 지름, 입자지름 분포, 및 입자 밀도 등을 조절할 수 있다.On the other hand, the desired average particle diameter, particle diameter distribution, and particle density can be controlled by properly controlling the temperature, pH, reaction time, slurry concentration, ion concentration and the like in the above production method.

하나의 구체적인 예에서, 상기 pH 값은 전이금속 수용액에 산화제 또는 염기성 화합물을 이용하여 조절할 수 있으며, 예를 들어, 상기 산화제는 NaClO, Na2S2O8, K2S2O8, NaClO2, 및 (NH4)2S2O8로 이루어진 군에선 하나 이상으로 선택될 수 있고, 상기 염기성 화합물로는 암모니아, KOH, LiOH, NaOH, NH4OH, CH3COOH, 또는 HCN 등을 들 수 있다.In one specific example, the pH value may be adjusted using an oxidizing agent or basic compound to the transition metal aqueous solution, for example, the oxidizing agent is NaClO, Na 2 S 2 O 8 , K 2 S 2 O 8, NaClO 2 , And (NH 4 ) 2 S 2 O 8. Examples of the basic compound include ammonia, KOH, LiOH, NaOH, NH 4 OH, CH 3 COOH, or HCN have.

상기 전구체 제조용 전이금속 염은 소성시 용이하게 분해되고 휘발되기 쉬운 음이온을 갖는 것이 바람직한 바, 황산염 또는 질산염일 수 있으며, 상세하게는 황산염일 수 있다. 상기 황산염은 예를 들어, 니켈 황산염, 코발트 황산염, 및 망간 황산염으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The transition metal salt for producing the precursor preferably has an anion which is easily decomposed and easily volatilized during firing, and may be a sulfate or nitrate, and in particular may be a sulfate. The sulfates may be, for example, but not limited to, one or more selected from the group consisting of nickel sulfate, cobalt sulfate, and manganese sulfate.

본 발명은 또한, 상기 양극 활물질을 포함하는 양극을 제공하고, 상기 양극을 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다.The present invention also provides a lithium secondary battery comprising a positive electrode comprising the positive electrode active material, and the positive electrode.

이 때, 리튬 이차전지의 작동 전압은, 최저 2.5V 내지 4.25V 부터 최고 2.5V 내지 4.6V까지 가능하다. 이는, 상기 화학식 1의 리튬 과량의 전이금속 산화물의 구조적 안정성으로 인해 전지의 안전성이 향상됨에 따라 상대적으로 고전압에서 작동할 수 있음을 나타낸다. 따라서, 본 발명에 따른 리튬 이차전지의 작동 전압의 상한 값은 4.25V 내지 4.6V일 수 있고, 화학식 1의 리튬 복합 전이금속 산화물의 안정성을 고려하면 상세하게는 4.3V 내지 4.35V일 수 있다.At this time, the operating voltage of the lithium secondary battery can range from a minimum of 2.5V to 4.25V and a maximum of 2.5V to 4.6V. This indicates that the structural stability of the lithium-excess transition metal oxide represented by the above formula (1) can operate at a relatively high voltage as the safety of the battery is improved. Therefore, the upper limit value of the operating voltage of the lithium secondary battery according to the present invention may be 4.25 V to 4.6 V, and may be 4.3 V to 4.35 V in view of the stability of the lithium complex transition metal oxide represented by the general formula (1).

한편, 상기 리튬 이차전지는 일반적으로 상기 양극, 음극, 분리막 및 리튬염 함유 비수계 전해질로 구성되어 있다.On the other hand, the lithium secondary battery generally comprises the positive electrode, the negative electrode, the separator, and a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt.

상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 본 발명에 따른 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물로 된 슬러리를 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 양극 활물질, 도전재, 바인더 등의 혼합물(전극 합제)에 점도 조절제 및 충진제로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 물질이 더 포함될 수도 있다.The positive electrode is prepared, for example, by applying a slurry of a mixture of a positive electrode active material, a conductive material and a binder according to the present invention on a positive electrode current collector, followed by drying. If necessary, the positive electrode active material, The mixture (electrode mixture) of the binder and the like may further contain at least one substance selected from the group consisting of a viscosity adjusting agent and a filler.

상기 양극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다. The cathode current collector generally has a thickness of 3 to 500 mu m. Such a positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical change in the battery, and may be formed of a material such as stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon, or a surface of aluminum or stainless steel Treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like may be used. The current collector may have fine irregularities on the surface thereof to increase the adhesive force of the cathode active material, and various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a nonwoven fabric are possible.

상기 도전재는 전극 활물질의 도전성을 더욱 향상시키기 위한 성분으로서, 전극 합제 전체 중량을 기준으로 0.01 ~ 30 중량%로 첨가될 수 있다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 나노튜브나 플러렌 등의 탄소 유도체, 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.The conductive material is a component for further improving the conductivity of the electrode active material and may be added in an amount of 0.01 to 30% by weight based on the total weight of the electrode mixture. Such a conductive material is not particularly limited as long as it has electrical conductivity without causing chemical changes in the battery, for example, graphite such as natural graphite or artificial graphite; Carbon black such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Carbon fibers such as carbon nanotubes and fullerene; conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; Metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; Conductive whiskey such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives and the like can be used.

상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.The binder is a component that assists in bonding of the active material and the conductive material and bonding to the current collector, and is usually added in an amount of 1 to 50 wt% based on the total weight of the mixture containing the cathode active material. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene , Polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butylene rubber, fluorine rubber, various copolymers and the like.

상기 점도 조절제는 전극 합제의 혼합 공정과 그것의 집전체 상의 도포 공정이 용이할 수 있도록 전극 합제의 점도를 조절하는 성분으로서, 전극 합제 전체 중량을 기준으로 30 중량%까지 첨가될 수 있다. 이러한 점도 조절제의 예로는, 카르복시메틸셀룰로우즈, 폴리비닐리덴 플로라이드 등이 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다. 경우에 따라서는, 앞서 설명한 용매가 점도 조절제로서의 역할을 병행할 수 있다.The viscosity adjusting agent may be added up to 30% by weight based on the total weight of the electrode mixture, so as to control the viscosity of the electrode mixture so that the mixing process of the electrode mixture and the coating process on the collector may be easy. Examples of such viscosity modifiers include carboxymethylcellulose, polyvinylidene fluoride and the like, but are not limited thereto. In some cases, the above-described solvent may play a role as a viscosity adjusting agent.

상기 충진제는 전극의 팽창을 억제하는 보조성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올레핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.The filler is optionally used as an auxiliary component for suppressing the expansion of the electrode. The filler is not particularly limited as long as it is a fibrous material without causing chemical change in the battery, and examples thereof include olefin polymers such as polyethylene and polypropylene; Fibrous materials such as glass fibers and carbon fibers are used.

상기의 음극은 음극 집전체 상에 음극 재료를 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 도전재, 바인더 등의 성분들이 더 포함될 수도 있다.The negative electrode is manufactured by applying a negative electrode material onto the negative electrode collector and drying the same, and may further include components such as a conductive material and a binder as described above, if necessary.

상기 음극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The negative electrode collector is generally made to have a thickness of 3 to 500 mu m. Such an anode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change in the battery, and may be formed of a material such as copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, fired carbon, surface of copper or stainless steel A surface treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like, an aluminum-cadmium alloy, or the like can be used. In addition, like the positive electrode collector, fine unevenness can be formed on the surface to enhance the bonding force of the negative electrode active material, and it can be used in various forms such as films, sheets, foils, nets, porous bodies, foams and nonwoven fabrics.

상기 음극 활물질로는, 예를 들어, 천연 흑연, 인조 흑연, 팽창 흑연, 탄소섬유, 난흑연화성 탄소, 카본블랙, 카본나노튜브, 플러렌, 활성탄 등의 탄소 및 흑연재료; 리튬과 합금이 가능한 Al, Si, Sn, Ag, Bi, Mg, Zn, In, Ge, Pb, Pd, Pt, Ti 등의 금속 및 이러한 원소를 포함하는 화합물; 금속 및 그 화합물과 탄소 및 흑연재료의 복합물; 리튬 함유 질화물 등을 들 수 있다. 그 중에서도 탄소계 활물질, 규소계 활물질, 주석계 활물질, 또는 규소-탄소계 활물질이 더욱 바람직하며, 이들은 단독으로 또는 둘 이상의 조합으로 사용될 수도 있다.Examples of the negative electrode active material include carbon and graphite materials such as natural graphite, artificial graphite, expanded graphite, carbon fiber, non-graphitizable carbon, carbon black, carbon nanotube, fullerene and activated carbon; Metals such as Al, Si, Sn, Ag, Bi, Mg, Zn, In, Ge, Pb, Pd, Pt and Ti which can be alloyed with lithium and compounds containing these elements; Complexes of metals and their compounds and carbon and graphite materials; Lithium-containing nitrides, and the like. Among them, a carbon-based active material, a silicon-based active material, a tin-based active material, or a silicon-carbon based active material is more preferable, and these may be used singly or in combination of two or more.

상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.The separation membrane is interposed between the anode and the cathode, and an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength is used. The pore diameter of the separator is generally 0.01 to 10 mu m and the thickness is generally 5 to 300 mu m. Such separation membranes include, for example, olefinic polymers such as polypropylene, which are chemically resistant and hydrophobic; A sheet or nonwoven fabric made of glass fiber, polyethylene or the like is used. When a solid electrolyte such as a polymer is used as an electrolyte, the solid electrolyte may also serve as a separation membrane.

상기 리튬염 함유 비수계 전해질은, 비수 전해질과 리튬염으로 이루어져 있다. 상기 비수 전해질로는 비수 전해액, 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다. The lithium salt-containing non-aqueous electrolyte is composed of a non-aqueous electrolyte and a lithium salt. As the non-aqueous electrolyte, a non-aqueous electrolyte, a solid electrolyte, an inorganic solid electrolyte and the like are used.

상기 비수 전해액으로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.Examples of the nonaqueous electrolytic solution include N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, But are not limited to, lactone, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydroxyfuran, 2-methyltetrahydrofuran, dimethylsulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, dimethylformamide, Nitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, phosphoric acid triester, trimethoxymethane, dioxolane derivatives, sulfolane, methyl sulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate derivatives , Tetrahydrofuran derivatives, ether, methyl pyrophosphate, ethyl propionate and the like can be used.

상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.Examples of the organic solid electrolyte include a polymer electrolyte such as a polyethylene derivative, a polyethylene oxide derivative, a polypropylene oxide derivative, a phosphate ester polymer, an agitation lysine, a polyester sulfide, a polyvinyl alcohol, a polyvinylidene fluoride, Polymers containing ionic dissociation groups, and the like can be used.

상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.Examples of the inorganic solid electrolyte include Li 3 N, LiI, Li 5 NI 2 , Li 3 N-LiI-LiOH, LiSiO 4 , LiSiO 4 -LiI-LiOH, Li 2 SiS 3 , Li 4 SiO 4 , Nitrides, halides and sulfates of Li such as Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH and Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 can be used.

상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2) 2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.The lithium salt is a material that is readily soluble in the non-aqueous electrolyte, for example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4, LiBF 4, LiB 10 Cl 10, LiPF 6, LiCF 3 SO 3, LiCF 3 CO 2, LiAsF 6, LiSbF 6, LiAlCl 4, CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2) 2 NLi, chloroborane lithium, lower aliphatic carboxylic acid lithium, lithium tetraphenyl borate and imide have.

또한, 비수계 전해질에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있으며, FEC(Fluoro-Ethylene carbonate), PRS(Propene sultone), FEC(Fluoro-Ethlene carbonate) 등을 더 포함시킬 수 있다.For the purpose of improving charge / discharge characteristics, flame retardancy, etc., non-aqueous electrolytes may be used in the form of, for example, pyridine, triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylenediamine, glyme, N, N-substituted imidazolidine, ethylene glycol dialkyl ether, ammonium salt, pyrrole, 2-methoxyethanol, aluminum trichloride and the like are added It is possible. In some cases, halogen-containing solvents such as carbon tetrachloride and ethylene trifluoride may be further added to impart nonflammability. In order to improve the high-temperature storage characteristics, carbon dioxide gas may be further added. FEC (Fluoro-Ethylene carbonate, PRS (propene sultone), FEC (fluoro-ethylene carbonate), and the like.

본 발명은 또한, 상기 이차전지를 단위전지로 포함하는 전지모듈을 제공하고, 상기 전지모듈을 포함하는 전지팩을 제공한다.The present invention also provides a battery module including the secondary battery as a unit cell, and a battery pack including the battery module.

상기 전지팩은 고용량, 우수한 출력 특성과 전지 안전성 등이 요구되는 디바이스의 전원으로 사용될 수 있고, 상기 디바이스의 구체적인 예로는, 컴퓨터, 휴대폰, 파워 툴(power tool) 등의 소형 디바이스와, 전지적 모터에 의해 동력을 받아 움직이는 파워 툴(power tool); 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 등을 포함하는 전기차; 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter)를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(electric golf cart); 전력저장용 시스템 등의 중대형 디바이스를 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The battery pack can be used as a power source for a device requiring a high capacity, excellent output characteristics, and battery safety. Specific examples of the battery pack include a compact device such as a computer, a mobile phone, a power tool, A power tool powered and moved by the power tool; An electric vehicle including an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV), and the like; An electric motorcycle including an electric bike (E-bike) and an electric scooter (E-scooter); An electric golf cart; Power storage systems, and the like, but are not limited thereto.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 양극 활물질은, 양극 활물질의 표면안정성을 높이고 양극 활물질의 입자 중심부로 침투하려는 특성을 가진 하나 이상의 A종 원소가 양극 활물질의 입자 표면에 주로 위치하고, 양극 활물질의 구조 안정성을 높이고 입자 표면으로 확산하려는 특성을 가진 하나 이상의 B종 원소가 양극 활물질의 입자 중심부에 주로 위치함으로써, 입자 표면안전성을 확보하는 동시에 내부 구조가 안정화되는 효과가 있다.As described above, the positive electrode active material according to the present invention is characterized in that at least one A-type element having the property of increasing the surface stability of the positive electrode active material and penetrating the center of the positive electrode active material is mainly located on the surface of the positive electrode active material, At least one or more B-type elements having the property of improving the structural stability and diffusing to the surface of the particles are mainly located in the center of the particles of the cathode active material, thereby ensuring the stability of the particle surface and stabilizing the internal structure.

또한, 본 발명에 따른 양극 활물질을 산화 침전법으로 제조할 경우, 공정 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 기존의 습식 공정에 비해 우수한 결정성의 양극 활물질을 제조할 수 있다.In addition, when the cathode active material according to the present invention is prepared by an oxidative precipitation method, not only the process efficiency can be improved but also a crystalline cathode active material can be produced as compared with the conventional wet process.

도 1은 본 발명의 다양한 제조예들에 따른 양극 활물질들의 표면 에너지(ㅿEsurf)를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다;
도 2는 본 발명의 다양한 제조예들에 따른 양극 활물질들의 양이온 혼합(cation mixing)을 억제하는 에너지(Emix)를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 양극 활물질 입자의 Mg 및 Ti의 농도 구배를 나타낸 모식도이다;
도 4는 본 발명의 하나의 비교예에 따른 양극 활물질 입자의 Mg 및 Ti의 농도 구배를 나타낸 모식도이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a graph showing the results of measurement of surface energy (E surf ) of cathode active materials according to various preparation examples of the present invention;
2 is a graph showing the results of measuring energy (E mix ) which suppresses cation mixing of the cathode active materials according to various preparation examples of the present invention;
3 is a schematic view showing a concentration gradient of Mg and Ti of a cathode active material particle according to an embodiment of the present invention;
4 is a schematic view showing a concentration gradient of Mg and Ti of a cathode active material particle according to one comparative example of the present invention.

이하, 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하지만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범주가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described with reference to Examples. However, the following Examples are intended to illustrate the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

<제조예 1> &Lt; Preparation Example 1 &

양극 활물질의 제조Preparation of cathode active material

3 L 습식 반응기용 탱크에 증류수 2 L를 채운 뒤 질소가스를 탱크에 1 L/min의 속도로 연속적으로 투입하여 용존 산소를 제거하였다. 이때, 탱크 안의 증류수 온도를 온도 유지장치를 이용하여 45 ~ 50℃로 유지하였다. 또한, 탱크 외부에 설치되어 있는 모터와 연결되어 있는 임펠러를 이용하여, 탱크 내부의 증류수를 1000 ~ 1200 rpm의 속도로 교반하였다.The tank for 3 L wet reactor was filled with 2 L of distilled water, and nitrogen gas was continuously injected into the tank at a rate of 1 L / min to remove dissolved oxygen. At this time, the temperature of the distilled water in the tank was maintained at 45 to 50 ° C by using a temperature holding device. The distilled water in the tank was stirred at a speed of 1000 to 1200 rpm using an impeller connected to a motor provided outside the tank.

니켈 황산염(NiSO4), 망간 황산염(MnSO4), 및 코발트 황산염(CoSO4) 0.6: 0.2: 0.2의 비율(몰비)로 혼합하여 1.5M 농도의 전이금속 수용액을 준비하였고, 별도로 3M 수산화나트륨 수용액을 준비하였다. 상기 전이금속 수용액은 0.18 L/hr으로 습식 반응기용 탱크에 정량펌프로 연속적으로 펌핑하였다. 상기 수산화나트륨 수용액은 탱크 내부의 증류수 pH 조절을 위해 컨트롤 장비와 연동시켜, 습식 반응기 탱크 내부의 증류수를 pH 11.0 ~ 11.5가 유지되도록, 가변식 펌핑 하였다. 이때, 첨가물로서 30% 농도의 암모니아 용액을 0.035 L ~ 0.04 L/hr의 속도로 반응기에 연속적으로 함께 펌핑 하였다.(Molar ratio) of nickel sulfate (NiSO 4 ), manganese sulfate (MnSO 4 ), and cobalt sulfate (CoSO 4 ) to prepare a 1.5M transition metal aqueous solution. Separately, a 3M aqueous solution of sodium hydroxide Were prepared. The transition metal aqueous solution was continuously pumped by a metering pump into the tank for the wet reactor at 0.18 L / hr. The aqueous sodium hydroxide solution was pumped with a control device to adjust the pH of the distilled water in the tank so that the distilled water in the wet reactor tank was maintained at a pH of 11.0 to 11.5. At this time, a 30% ammonia solution as an additive was continuously pumped into the reactor at a rate of 0.035 L to 0.04 L / hr.

전이금속 수용액, 수산화나트륨 수용액, 암모니아 용액의 유량을 조절하여 용액의 습식 반응기 탱크 내의 평균 체류 시간은 5 ~ 6 시간 정도가 되도록 하였으며, 탱크 내의 반응이 정상 상태(steady state)에 도달한 후, 전이금속 수용액의 전이금속 이온, 수산화나트륨의 수산화 이온, 및 암모니아 용액의 암모니아 이온이 20 시간 동안 지속적으로 반응하여 제조된 니켈-코발트-망간 복합 전이금속 전구체를 탱크 옆 상단에 설치되어 있는 오버플로 파이프를 통해 연속적으로 얻는다.The average retention time in the wet reactor tank of the solution was adjusted to 5 to 6 hours by adjusting the flow rate of the transition metal aqueous solution, sodium hydroxide aqueous solution and ammonia solution. After the reaction in the tank reached a steady state, The nickel-cobalt-manganese complex transition metal precursor prepared by continuously reacting the transition metal ion of the metal aqueous solution, the hydroxide ion of sodium hydroxide, and the ammonia solution of the ammonia solution for 20 hours is supplied to the overflow pipe Lt; / RTI &gt;

이렇게 얻어진 복합 전이금속 전구체를 증류수로 여러 번 세척하고, 120℃ 항온 건조기에서 24 시간 건조시켜, 니켈-코발트-망간 복합 전이금속 전구체((Ni0.6Mn0.2Co0.2)OOH)를 얻었다.The complex transition metal precursor thus obtained was washed several times with distilled water and dried in a constant temperature drier at 120 ° C for 24 hours to obtain a nickel-cobalt-manganese complex transition metal precursor ((Ni 0.6 Mn 0.2 Co 0.2 ) OOH).

이러한 니켈-코발트-망간 복합 전이금속 전구체를 도펀트 Al (Al2O3)와 함께 Li2CO3를 건식 혼합하여, 섭씨 910도에서 10시간 동안 소성하여 양극 활물질((Li(Ni0.6Mn0.2Co0.2)0.998Al0.002)O2)을 제조하였다.
The nickel-cobalt-manganese composite transition by dry mixing Li 2 CO 3 with a metal precursor and a dopant Al (Al 2 O 3), thereby forming a positive electrode active material in Centigrade 910 degree for 10 hours ((Li (Ni 0.6 Mn 0.2 Co 0.2 ) 0.998 Al 0.002 ) O 2 ).

<제조예 2 내지 12>&Lt; Production Examples 2 to 12 >

양극 활물질의 제조Preparation of cathode active material

상기 제조예 1에서 도펀트 Al을 대신하여 각각의 도펀트 Mg, Si, Y, Ti, F, Sn, Zr, B, Nb, W, 또는 Mo를 도핑한 것을 제외하고 동일한 방법으로 제조예 2 내지 12의 양극 활물질 분말들을 제조하였다.
Except that dopant Mg, Si, Y, Ti, F, Sn, Zr, B, Nb, W or Mo was doped in place of the dopant Al in Production Example 1. The cathode active material powders were prepared.

<실험예 1><Experimental Example 1>

상기 제조예 1 내지 12의 양극 활물질의 입자 표면의 에너지 변화를 분석하여 도펀트가 선호하는 위치를 예측하고자 하였고, 분석 결과를 하기 표 1 및 도 1에 나타내었다. Analysis of the energy changes of the particle surfaces of the cathode active materials of Production Examples 1 to 12 was performed to predict the preferred position of the dopant. The results of the analysis are shown in Table 1 and FIG.

도펀트Dopant ㅿSurface Energy (eV)ㅿ Surface Energy (eV) 도펀트Dopant ㅿSurface Energy (eV)ㅿ Surface Energy (eV) (100)(100) (100)(100) AlAl 0.7200.720 BB -1.296-1,296 MgMg 0.3840.384 SiSi 0.1380.138 TiTi -0.633-0.633 YY 0.2230.223 WW -2.072-2.072 NbNb -1.629-1.629 ZrZr -1.074-1.074 MoMo -2.273-2,273 FF -0.896-0.896 SnSn -0.906-0.906

이러한 양극 활물질 표면의 에너지 변화량(ㅿEsurf)이 0을 기준으로 양의 값을 나타내는 경우에는 도펀트의 원소가 양극 활물질의 입자의 중심부에 위치하고자 하는 성질을 가지고 있음을 의미하고, 반대로, 양극 활물질 표면의 에너지 변화(ㅿEsurf)량이 0을 기준으로 음의 값을 나타내는 경우에는 도펀트의 원소가 양극 활물질의 입자의 표면에 위치하고자 하는 성질을 가지고 있음을 의미한다.When the amount of energy change (E surf ) on the surface of the cathode active material shows a positive value with respect to 0, it means that the element of the dopant has a property of being located at the center of the particles of the cathode active material. On the contrary, When the amount of surface energy change (E surf ) shows a negative value with respect to 0, it means that the element of the dopant has a property of being positioned on the surface of the particle of the cathode active material.

상기 표 1과 하기 도 1의 그래프를 참조하면, 제조예들의 양극 활물질 표면의 에너지 변화량(ㅿEsurf)은 Al > Mg > Si > Y > 0.0 > Ti > F > Sn > Zr > B > Nb > W > Mo 순서로 작은 것을 알 수 있고, 0을 기준으로 양의 값을 나타내는 Al, Mg, Si, 및 Y는 양극 활물질의 입자의 중심부에 위치하고자 하는 성질을 가지고 있으며, 0을 기준으로 음의 값을 나타내는 Ti, F, Sn, Zr, B, Nb, W, 및 Mo는 양극 활물질의 입자의 표면에 위치하고자 하는 성질을 가지고 있는 것을 확인할 수 있다.
The amount of energy change (E surf ) of the cathode active material surface in the production examples is represented by Al>Mg>Si>Y>0.0>Ti>F>Sn>Zr>B>Nb> Al, Mg, Si, and Y, which have a positive value based on 0, have a property of being located at the center of the particle of the cathode active material, and have negative It can be confirmed that Ti, F, Sn, Zr, B, Nb, W and Mo representing the value have a property of being positioned on the surface of the particles of the cathode active material.

<실험예 2><Experimental Example 2>

각각의 Al, Mg, Sn, Zr, W, 및 Ti를 도펀트로 포함되어 있는 제조예들 1, 2, 5, 7, 8, 11, 및 12의 양극 활물질 표면에서 양이온 혼합(cation mixing) 현상을 억제하는 에너지(Emix)를 분석하였고, 분석한 결과를 하기 도 2의 그래프에 나타내었다.Cation mixing phenomenon was observed on the cathode active material surfaces of Production Examples 1, 2, 5, 7, 8, 11, and 12 in which each of Al, Mg, Sn, Zr, W and Ti was doped. (E mix ), and the results of the analysis are shown in the graph of FIG. 2 below.

하기 도 2의 그래프를 참조하면, Al와 Mg를 도펀트로 첨가한 제조예 1 및 2만이 양이온 혼합(cation mixing) 현상을 방지하는 임계 에너지 값을 넘어서는 억제 에너지(Emix)를 가지고 있는 알 수 있다. 즉, 원소 Al 및 Mg은 양극 활물질의 표면에서 양이온 혼합을 효과적으로 억제시킬 수 있고, 그에 따라 양극 활물질의 표면안정성을 향상시킬 수 있는 것으로 분석되었다.Referring to the graph of FIG. 2, it can be seen that only Preparation Examples 1 and 2 in which Al and Mg are doped have an inhibitory energy (E mix ) exceeding a critical energy value preventing cation mixing phenomenon . That is, it has been analyzed that the elements Al and Mg can effectively suppress the cationic mixing on the surface of the cathode active material, thereby improving the surface stability of the cathode active material.

결론적으로, Al 또는 Mg는 양극 활물질의 표면안정성을 향상 시킬 수 있는 물질이지만 양극 활물질의 입자의 중심부에 위치하고자 하는 성질을 가지고 있기 때문에 양극 활물질의 표면에서의 양이온 혼합(cation mixing) 현상을 효과적으로 방지하기 어렵고, 반대로, Ti는 표면에서 양이온 혼합(cation mixing)을 유발시킬 수 있는 물질이지만 입자의 표면에 위치하고자 하는 성질을 가지고 있기 때문에 표면의 양이온 혼합(cation mixing)을 더욱 심화시켜 리튬층에 전이금속이 위치할 수 있는 위험성이 커질 수 있는 것을 예상할 수 있다.As a result, although Al or Mg is a material capable of improving the surface stability of the cathode active material, it has a property of being positioned at the center of the cathode active material particle, thereby effectively preventing the cation mixing phenomenon on the surface of the cathode active material Ti is a substance capable of causing cation mixing on the surface but has a property of being positioned on the surface of the particle. Therefore, the cation mixing of the surface is further intensified, It can be expected that the risk that the metal may be located may increase.

<실시예 1>&Lt; Example 1 >

양극 활물질의 제조Preparation of cathode active material

먼저, cobalt sulfate hexahy-drate (CoSO7H2O)를 증류수에 녹여 코발트의 농도가 3.0 g/L인 황산코발트 용액을 제조하였고, 이러한 황산코발트 용액에 도펀트 Ti(TiO2)을 첨가하여 혼합 용액을 준비하였다. 산화제인 sodium persulfate는 Na2S2O8·7H2O을 10% 농도 (w/v)로 증류수에 용해시켜 준비하였다. 그리고, 혼합 용액의 pH 조절을 위해 5M NaOH 용액을 사용했고, 사용한 모든 약품은 1급 시약을 사용하였다.First, cobalt sulfate hexahy-drate (CoSO 4 · 7H 2 O) was dissolved in distilled water to prepare a cobalt sulfate solution having a cobalt concentration of 3.0 g / L. To this cobalt sulfate solution, dopant Ti (TiO 2 ) Solution. Sodium persulfate, an oxidant, was prepared by dissolving Na 2 S 2 O 8 .7H 2 O in distilled water at a concentration of 10% (w / v). Then, 5M NaOH solution was used to adjust the pH of the mixed solution, and the first reagent was used for all the chemicals used.

미리 제조된 혼합 용액을 반응조에 넣은 후 용액이 일정온도에 도달한 후 일정한 교반속도로 교반하면서 일정량의 산화제를 투입하였으며, 이때를 반응 시작시간으로 하였다. 일정 pH를 유지하기 위하여 pH 조절기와 연결된 펌프를 통하여 5M NaOH를 자동적으로 투입하였다.The pre-prepared mixed solution was put in a reaction vessel, and after the solution reached a predetermined temperature, a certain amount of oxidizing agent was added while stirring at a constant stirring speed. In order to keep the pH constant, 5M NaOH was automatically added through the pump connected to the pH controller.

반응조의 혼합 용액은 투입된 산화제와 반응하여 산화 침전반응을 일으키고, 이러한 침전물로부터 고용체인 Ti를 포함하는 코발트 전이금속 전구체를 수득하였다.The mixed solution in the reaction tank reacted with the oxidizing agent to cause an oxidative precipitation reaction, and a cobalt transition metal precursor containing Ti, which is solid solution, was obtained from these precipitates.

이렇게 수득된 전구체를 수세하여 불순물을 제거한 후, 전구체 및 도펀트 Mg(MgCO3)를 각 조성의 몰비에 맞게 Li2CO3와 혼합한 후에 산화 분위기에서 3℃/분의 승온 속도로 가열하여 400 내지 550℃ 온도로 10 시간 동안 소성시켜 양극 활물질((LiCo0.996Ti0.002Mg0.002)O2) 분말을 제조하였다.
The precursor thus obtained is washed with water to remove impurities, and then the precursor and the dopant Mg (MgCO 3 ) are mixed with Li 2 CO 3 at a molar ratio of each composition, and then heated at an elevating rate of 3 ° C / Followed by baking at 550 DEG C for 10 hours to prepare a cathode active material ((LiCo 0.996 Ti 0.002 Mg 0.002 ) O 2 ) powder.

<비교예 1>&Lt; Comparative Example 1 &

양극 활물질의 제조Preparation of cathode active material

코발트 전이금속 전구체(Co(OH)2), 도펀트 Mg(MgCO3), 도펀트 Ti(TiO2) 및 Li2CO3을 건조 상태에서 혼합한 후, 섭씨 910도에서 10시간 동안 소성하여 양극 활물질((LiCo0.996Ti0.002Mg0.002)O2)을 제조하였다.
Cobalt transition metal precursor (Co (OH) 2 ) , dopant Mg (MgCO 3 ), dopant Ti (TiO 2 ) and Li 2 CO 3 were mixed in a dry state and then fired at 910 ° C. for 10 hours to obtain a cathode active material (LiCo 0.996 Ti 0.002 Mg 0.002 ) O 2 ).

<실험예 3><Experimental Example 3>

상기 실시예 1 및 비교예 1에 따른 양극 활물질 입자의 구조를 분석하였고, 그 결과의 모식도를 각각 도 3 및 도 4에 도시하였다.The structures of the cathode active material particles according to Example 1 and Comparative Example 1 were analyzed, and schematic diagrams of the results are shown in FIGS. 3 and 4, respectively.

도 3 및 도 4를 함께 참조하면, 도 3의 실시예 1의 산화 침전법으로 제조된 양극 활물질의 입자는 Mg 원소가 입자 중심부에서 표면으로 갈수록 농도가 증가하는 농도 구배로 분포되어 있고, Ti 원소는 입자 표면에서 중심부로 갈수록 농도가 증가하는 농도 구배로 분포되어 있다.3 and 4, the particles of the cathode active material prepared by the oxidative precipitation method of Example 1 of FIG. 3 are distributed in such a concentration gradient that the Mg element increases in concentration from the center of grains to the surface, and the Ti element Is distributed in a concentration gradient increasing from the particle surface to the center.

반면에, 도 4의 비교예 1의 건식소성법으로 제조된 양극 활물질의 입자는 Ti 원소가 입자 중심부에서 표면으로 갈수록 농도가 증가하는 농도 구배로 분포되어 있고, Mg 원소는 입자 표면에서 중심부로 갈수록 농도가 증가하는 농도 구배로 분포되어 있다.On the other hand, the particles of the cathode active material produced by the dry calcination method of Comparative Example 1 of FIG. 4 were distributed in a concentration gradient in which the concentration of Ti element increased from the center of the particle to the surface, and the Mg element decreased from the particle surface to the center And the concentration gradient is increased.

따라서, 본 발명에 따른 양극 활물질의 제조방법은, Ti이 양극 활물질의 입자 표면으로 확산되고, Mg는 양극 활물질의 입자 중심부로 침투하려는 성질을 가지고 있으므로, Ti이 입자 내부에 주로 위치할 수 있도록 전구체의 제조단계에서 미리 도펀트 Ti를 도핑시키고, 이후 제조된 전구체에 도펀트 Mg를 고상 도핑 시킴으로써, Mg을 양극 활물질의 표면 격자 내부에 주로 위치되어 있고, Ti가 입자의 중심부에 주로 위치되어 있는 구조를 형성시킬 수 있는 바, 이러한 구조에 의해 양극 활물질의 입자 표면의 양이온 혼합(cation mixing)을 억제하는 효과를 극대화하는 동시에 입자의 내부 구조 안정성을 향상시킬 수 있다.
Therefore, in the method for producing a positive electrode active material according to the present invention, Ti is diffused to the particle surface of the positive electrode active material, and Mg has a property of penetrating into the center of the particle of the positive electrode active material, , Mg is doped mainly in the surface lattice of the cathode active material, and Ti is formed mainly in the center of the particles by doping the dopant Ti in advance in the manufacturing step of the cathode active material and then doping the prepared precursor with the dopant Mg in a solid phase. This structure maximizes the effect of suppressing cation mixing of the particle surface of the cathode active material and improves the internal structure stability of the particles.

본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims.

Claims (25)

양극 활물질을 제조하는 방법으로서,
i) 전구체 제조용 전이금속 염과 양극 활물질의 구조 안정성을 높이고 양극 활물질의 입자 표면으로 확산하려는 특성을 가진 B종 원소를 포함하는 염을 포함하는 전이금속 수용액을 준비하는 과정;
ii) 상기 전이금속 수용액에 강염기를 첨가하고 공침하여 전구체를 합성하는 과정;
iii) 합성된 전구체를 증류수로 세척하고, 섭씨 60도 내지 섭씨 120도 항온 건조기에서 1 시간 이상 건조시키는 과정;
vi) 상기 건조된 전구체, 리튬 화합물, 및 양극 활물질의 표면안정성을 높이고 양극 활물질의 입자 중심부로 침투하려는 특성을 가진 A종 원소를 포함하는 염을 함께 혼합하여 혼합물을 준비하는 과정; 및
v) 상기 혼합물을 산화 분위기에서 소성하는 과정;
을 포함하여 상기 양극 활물질의 입자 단면 상에서, 상기 A종 원소는 입자 중심부에서 표면으로 갈수록 농도가 증가하는 농도 구배로 분포되어 있고, 상기 B종 원소는 입자 표면에서 중심부로 갈수록 농도가 증가하는 농도 구배로 분포되는 양극 활물질을 제조하고,
A종 원소는 Y, Mg 및 Al으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이고, B종 원소는 Sn, Nb, Zr, W, 및 Ti로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이며, 상기 전구체 제조용 전이금속 염은, Mn, Ni, Co, Cr, V, Fe, Cu 및 Zn로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속염을 포함하는 것을 특징으로 하는 양극 활물질의 제조방법.
A method for producing a positive electrode active material,
i) preparing a transition metal aqueous solution comprising a transition metal salt for producing a precursor and a salt including a B-element having a property of enhancing the structural stability of the cathode active material and diffusing to the surface of the cathode active material;
ii) adding a strong base to the transition metal aqueous solution and coprecipitating it to synthesize a precursor;
iii) washing the synthesized precursor with distilled water and drying it for at least 1 hour in an incubator at 60 ° C to 120 ° C;
vi) preparing a mixture by mixing the dried precursor, the lithium compound, and the salt including the element A having the property of increasing the surface stability of the cathode active material and penetrating the center of the cathode active material, together; And
v) firing the mixture in an oxidizing atmosphere;
Wherein the species A is distributed in a concentration gradient in which the concentration increases from the center of grains to the surface and the concentration of the species B in the concentration gradient increases from the surface of the particles to the center thereof And a positive electrode active material,
Wherein the element A is at least one element selected from the group consisting of Y, Mg and Al, the element B is at least one element selected from the group consisting of Sn, Nb, Zr, W and Ti, And at least one metal salt selected from the group consisting of Mn, Ni, Co, Cr, V, Fe, Cu, and Zn.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 양극 활물질을 제조하는 방법으로서,
i) 전구체 제조용 전이금속 염과 양극 활물질의 구조 안정성을 높이고 양극 활물질의 입자 표면으로 확산하려는 특성을 가진 B종 원소를 포함하는 염을 포함하는 전이금속 수용액을 준비하는 과정;
ii) 전이금속 수용액에 산화제를 첨가하여 산화 침전시켜 전이금속 전구체를 생성시키는 과정;
iii) 상기 전이금속 전구체, 리튬 화합물, 및 양극 활물질의 표면안정성을 높이고 양극 활물질의 입자 중심부로 침투하려는 특성을 가진 A종 원소를 포함하는 염을 혼합하여 혼합물을 준비하는 과정; 및
vi) 상기 혼합물을 산화 분위기에서 소성시키는 과정;
을 포함하여 상기 양극 활물질의 입자 단면 상에서, 상기 A종 원소는 입자 중심부에서 표면으로 갈수록 농도가 증가하는 농도 구배로 분포되어 있고, 상기 B종 원소는 입자 표면에서 중심부로 갈수록 농도가 증가하는 농도 구배로 분포되는 양극 활물질을 제조하고,
A종 원소는 Y, Mg 및 Al으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이고, B종 원소는 Sn, Nb, Zr, W, 및 Ti로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이며, 상기 전구체 제조용 전이금속 염은, Mn, Ni, Co, Cr, V, Fe, Cu 및 Zn로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속염을 포함하는 것을 특징으로 하는 양극 활물질의 제조방법.
A method for producing a positive electrode active material,
i) preparing a transition metal aqueous solution comprising a transition metal salt for producing a precursor and a salt including a B-element having a property of enhancing the structural stability of the cathode active material and diffusing to the surface of the cathode active material;
ii) a step of adding an oxidizing agent to the transition metal aqueous solution to oxidize and precipitate to form a transition metal precursor;
iii) preparing a mixture by mixing the transition metal precursor, the lithium compound, and the salt including the element A having the property of increasing the surface stability of the cathode active material and penetrating the center of the cathode active material; And
vi) firing the mixture in an oxidizing atmosphere;
Wherein the species A is distributed in a concentration gradient in which the concentration increases from the center of grains to the surface and the concentration of the species B in the concentration gradient increases from the surface of the particles to the center thereof And a positive electrode active material,
Wherein the element A is at least one element selected from the group consisting of Y, Mg and Al, the element B is at least one element selected from the group consisting of Sn, Nb, Zr, W and Ti, And at least one metal salt selected from the group consisting of Mn, Ni, Co, Cr, V, Fe, Cu, and Zn.
제 15 항에 있어서, 상기 산화제는 NaClO, Na2S2O8, K2S2O8, NaClO2, 및 (NH4)2S2O8로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 양극 활물질의 제조방법.The method of claim 15 wherein the oxidizing agent is characterized in that at least one selected from the group consisting of NaClO, Na 2 S 2 O 8 , K 2 S 2 O 8, NaClO 2, and (NH 4) 2 S 2 O 8 A method for producing a cathode active material. 제 1 항 또는 제 15 항에 있어서, 상기 전구체 제조용 전이금속 염은 황산염인 것을 특징으로 하는 양극 활물질의 제조방법.16. The method of claim 1 or 15, wherein the transition metal salt for preparing the precursor is a sulfate. 제 17 항에 있어서, 상기 황산염은 니켈 황산염, 코발트 황산염, 및 망간 황산염으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상인 것을 특징으로 하는 양극 활물질의 제조방법.18. The method of claim 17, wherein the sulfate is one or more selected from the group consisting of nickel sulfate, cobalt sulfate, and manganese sulfate. 삭제delete 삭제delete 제 1 항 또는 제 15 항에 있어서, 상기 A종 원소는 입자 표면의 농도를 기준으로 입자 표면에서 중심부로 갈수록 양극 활물질의 평균 입경(R)의 0.1배의 거리당 1 내지 10%씩 감소하는 농도 구배를 가지는 것을 특징으로 하는 양극 활물질의 제조방법.The method according to any one of claims 1 to 15, wherein the concentration of the species A is 1 to 10% of the average particle size (R) of the cathode active material, Wherein the positive electrode active material has a slope of at least 20 占 퐉. 제 1 항 또는 제 15 항에 있어서, 상기 B종 원소는 입자 중심부의 농도를 기준으로 입자 중심부에서 표면으로 갈수록 양극 활물질의 평균 입경(R)의 0.1배의 거리당 1 내지 10%씩 감소하는 농도 구배를 가지는 것을 특징으로 하는 양극 활물질의 제조방법.The method according to any one of claims 1 to 15, wherein the B-type element has a concentration decreasing from 1% to 10% of the average particle diameter (R) of the cathode active material Wherein the positive electrode active material has a slope of at least 20 占 퐉. 제 1 항 또는 제 15 항에 있어서, 상기 전구체 제조용 전이금속 염은 Mn, Ni 및 Co로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속염을 포함하는 것을 특징으로 하는 양극 활물질의 제조방법.The method of claim 1 or 15, wherein the transition metal salt for preparing the precursor comprises at least one metal salt selected from the group consisting of Mn, Ni and Co. 제 1 항 또는 제 15 항에 있어서, 상기 A종 원소는 Mg 또는 Al인 것을 특징으로 하는 양극 활물질의 제조방법.The method for producing a cathode active material according to claim 1 or 15, wherein the species A is Mg or Al. 제 1 항 또는 제 15 항에 있어서, 상기 B종 원소는 Ti인 것을 특징으로 하는 양극 활물질의 제조방법.
The method of producing a cathode active material according to claim 1 or 15, wherein the B element is Ti.
KR1020140070193A 2014-06-10 2014-06-10 Cathode Active Material with Modified Surface and Method for Preparing the Same KR101692826B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140070193A KR101692826B1 (en) 2014-06-10 2014-06-10 Cathode Active Material with Modified Surface and Method for Preparing the Same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140070193A KR101692826B1 (en) 2014-06-10 2014-06-10 Cathode Active Material with Modified Surface and Method for Preparing the Same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150141450A KR20150141450A (en) 2015-12-18
KR101692826B1 true KR101692826B1 (en) 2017-01-17

Family

ID=55081341

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140070193A KR101692826B1 (en) 2014-06-10 2014-06-10 Cathode Active Material with Modified Surface and Method for Preparing the Same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101692826B1 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106207138B (en) * 2016-09-20 2019-10-01 中国科学院化学研究所 A kind of method for preparing anode material of lithium-ion battery and its application
KR102096889B1 (en) * 2017-03-08 2020-04-03 단국대학교 천안캠퍼스 산학협력단 Nickel-based cathode material and method of manufacturing the same
CN111916727B (en) * 2020-07-08 2023-02-07 陕西煤业化工技术研究院有限责任公司 Dual-ion wet-doped ternary high-nickel cathode material and preparation method thereof

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012126631A (en) 2009-12-28 2012-07-05 Sumitomo Chemical Co Ltd Method for producing lithium composite metal oxide

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101320391B1 (en) * 2011-07-18 2013-10-23 삼성에스디아이 주식회사 Positive active material for lithium secondary battery, preparing method thereof, positive electrode including the same, and lithium secondary battery employing the same

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012126631A (en) 2009-12-28 2012-07-05 Sumitomo Chemical Co Ltd Method for producing lithium composite metal oxide

Also Published As

Publication number Publication date
KR20150141450A (en) 2015-12-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101982790B1 (en) Positive Electrode Active Material Comprising Layered Lithium Metal Oxides and Positive Electrode having the Same
KR102088508B1 (en) Precursor for Preparation of Positive Electrode Active Material Comprising Layered Metal Oxides and Electrode Active Material Prepared with the Same
KR101446491B1 (en) Precursor for Preparation of Lithium Composite Transition Metal Oxide and Method for Preparation of the Same
KR101171734B1 (en) Cathode Active Material for Lithium Secondary Battery
KR102065716B1 (en) Precursor for Preparation of Positive Electrode Active Material Comprising Layered Metal Oxides and Electrode Active Material Prepared with the Same
KR101497909B1 (en) Precursor for Preparation of Lithium Composite Transition Metal Oxide and Method for Preparation of the Same
KR101490852B1 (en) Precursor for Preparation of Lithium Composite Transition Metal Oxide, Method for Preparation of the Same, and Lithium Composite Transition
KR101841114B1 (en) Method for Preparing Cathode Active Material for Secondary Battery and Cathode Active Material Using the Same
KR101778243B1 (en) Transition metal oxide precursor, method for preparation of the same, lithium composite transition metal hydroxide, secondary battery and cathode comprising the same
KR101541347B1 (en) Cathode Active Material and Lithium Secondary Battery Containing The Same
KR101673118B1 (en) Manufacturing method of precursor for cathode active material, and cathode active materials and lithium secondary battery using the same
JP6483723B2 (en) Positive electrode active material and lithium secondary battery including the same
KR101844631B1 (en) Positive electrode material and method for preparing the same
KR101502658B1 (en) Cathode active material composition for lithium secondary battery, method of preparing the same, and lithium secondary battery comprising the same
KR20180009911A (en) Positive Electrode Active Material Comprising High-voltage Lithium Cobalt Oxide for Lithium Secondary Battery and Method of Manufacturing the Same
KR101848979B1 (en) Transition metal oxide precursor, lithium composite transition metal hydroxide, secondary battery and cathode comprising the same
KR101570970B1 (en) Precursor for Preparation of Lithium Composite Transition Metal Oxide
KR101608632B1 (en) Precursor for Preparation of Lithium Composite Transition Metal Oxide, Method for Preparation of the Same and Lithium Composite Transition Metal Oxide Obtained from the Same
KR101692826B1 (en) Cathode Active Material with Modified Surface and Method for Preparing the Same
KR101217461B1 (en) Composite Comprising Manganese-Based Cathode Active Material and Method of Preparing the Same
EP3576193B1 (en) Positive electrode active material comprising a lithium-rich lithium manganese-based oxide with a lithium tungsten compound, and optionally an additional tungsten compound, formed on the surface thereof, and lithium secondary battery positive electrode comprising the same
CN104412424B (en) Positive electrode active material for secondary battery having enhanced life characteristics and method for preparing same
KR101419982B1 (en) Process for Preparing Uniform hollow-shaped Cathode Material For Lithium Secondary Battery
KR101801334B1 (en) Method for Preparation of Precursor for Cathode Active Material, Olivine Type Cathode Active Material Obtained from the Same, and Lithium Secondary Battery Comprising the Same

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right