KR101748037B1 - Cathode active material having high electrochemical properties and lithium secondary battery comprising the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리튬 전이금속 산화물계 입자; 및 상기 입자 표면의 일부 또는 전부에 형성된 유기 포스페이트 코팅층을 포함하는 양극활물질 및 이의 제조방법, 상기 양극활물질을 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다.
본 발명의 양극활물질은 표면에 형성된 유기 포스페이트 코팅층에 의해 전해액 분해반응을 효과적으로 억제함으로써, 이를 구비하는 전기화학 소자, 바람직하게는 리튬 이차 전지의 전기 화학 성능을 유의적으로 개선할 수 있다.
The present invention relates to a lithium transition metal oxide-based particle; And an organic phosphate coating layer formed on a part or the whole of the particle surface, a method for producing the same, and a lithium secondary battery comprising the cathode active material.
The positive electrode active material of the present invention effectively inhibits the decomposition reaction of the electrolytic solution by the organic phosphate coating layer formed on the surface thereof, thereby significantly improving the electrochemical performance of the electrochemical device, preferably the lithium secondary battery.

Description

전기화학 성능이 우수한 양극활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지{CATHODE ACTIVE MATERIAL HAVING HIGH ELECTROCHEMICAL PROPERTIES AND LITHIUM SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a positive electrode active material having excellent electrochemical performance and a lithium secondary battery including the same. BACKGROUND ART [0002]

본 발명은 유기 포스페이트를 양극재 표면에 코팅 및 열처리함으로써, 양극재와 전해액과의 분해반응 억제 및 리튬 이차 전지의 전기화학 성능을 유의적으로 개선시킬 수 있는 신규 양극활물질 및 이의 제조방법, 이러한 양극활물질을 구비하는 전기화학소자, 바람직하게는 리튬 이차 전지에 관한 것이다The present invention relates to a novel cathode active material capable of significantly inhibiting the decomposition reaction of a cathode material and an electrolytic solution and of improving the electrochemical performance of a lithium secondary battery by coating and heat treating an organic phosphate on the surface of a cathode material, To an electrochemical device having an active material, preferably a lithium secondary battery

최근 전자기기의 소형화에 따라 고용량의 이차전지가 필요한 실정이며, 특히 니켈·카드뮴전지, 니켈·수소전지에 비하여 에너지 밀도가 높은 리튬 이차전지가 주목받고 있다. 2. Description of the Related Art In recent years, a secondary battery with a high capacity has been required due to miniaturization of electronic devices. In particular, lithium secondary batteries having higher energy density than nickel-cadmium batteries and nickel-hydrogen batteries have attracted attention.

리튬 이차전지의 양극활물질로는 리튬 함유 코발트 산화물(LiCoO2)이 주로 사용되고 있고, 그 외에 층상 결정구조의 LiMnO2, 스피넬 결정구조의 LiMn2O4 등의 리튬 함유 망간 산화물과, 리튬 함유 니켈 산화물인 LiNiO2의 사용도 고려되고 있다. 상기 양극활물질들 중 LiCoO2은 수명 특성 및 충방전 효율이 우수하여 가장 많이 사용되고 있지만, 용량이 작고 원료로서 사용되는 코발트의 자원적 한계로 인해 고가이므로 전기자동차 등과 같은 중대형 전지분야의 동력원으로 대량 사용하기에는 가격 경쟁력에 한계가 있다는 단점이 있다. LiMnO2, LiMn2O4 등의 리튬 망간 산화물은 원료로서 사용되는 망간 자원이 풍부하여 가격이 저렴하고, 환경 친화적이며, 열적 안전성이 우수하다는 장점이 있지만, 용량이 작고, 고온 특성 및 사이클 특성 등이 열악한 문제가 있다.Lithium-containing cobalt oxide (LiCoO 2 ) is mainly used as a positive electrode active material of a lithium secondary battery, and a lithium-containing manganese oxide such as LiMnO 2 having a layered crystal structure and LiMn 2 O 4 having a spinel crystal structure, The use of LiNiO 2 , which is a non-aqueous electrolyte, is also considered. Of the above cathode active materials, LiCoO 2 is most widely used because of its excellent lifetime characteristics and charge / discharge efficiency. However, LiCoO 2 is expensive because of its small capacity and resource limitations of cobalt used as a raw material, so it is used as a power source for mid- There is a disadvantage in that price competitiveness is limited. Lithium manganese oxides such as LiMnO 2 and LiMn 2 O 4 are advantageous in that they are rich in manganese resources used as raw materials, are inexpensive, environmentally friendly, and excellent in thermal stability. However, they have small capacity, high temperature characteristics, This is a poor problem.

이러한 단점을 보완하기 위해 이차 전지의 양극활물질로서 니켈 리치 시스템(Ni rich system)의 수요가 늘어나기 시작하였으나, 이러한 니켈 리치 시스템(Ni rich system)의 활물질은 고용량을 내는 우수한 장점을 가지고 있는 반면, 전해액과의 반응에 따른 전지 성능의 열화 현상이 나타나고 있다. In order to overcome such disadvantages, the demand for a nickel rich system as a cathode active material of a secondary battery has begun to increase. However, the active material of the nickel rich system has excellent advantages of high capacity, Deterioration phenomenon of the cell performance due to the reaction with the electrolytic solution appears.

전술한 양극활물질과 전해액과의 반응을 효과적으로 억제시키기 위한 기술이 현재 개발되고 있으나, 아직 만족할만한 결과가 도출되지 못하고 있다. 따라서, 리튬 이차 전지의 전기 화학 성능과 신뢰성을 장기적으로 향상시킬 수 있는 신규 구성의 양극활물질 개발이 절실히 요구되는 실정이다. Techniques for effectively suppressing the reaction between the above-described cathode active material and an electrolyte have been developed at present, but satisfactory results have not yet been obtained. Accordingly, there is an urgent need to develop a novel cathode active material capable of improving the electrochemical performance and reliability of lithium secondary batteries over the long term.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, P원소를 포함하는 유기 화합물, 예컨대 유기 포스페이트를 양극활물질 표면에 코팅 및 열처리하면, 전해액이 양극 표면에서 산화 분해되는 반응을 억제하여 리튬 이차 전지의 전기화학성능을 유의적으로 향상시킬 수 있음을 인식하였다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been conceived to solve the problems of the prior art as described above, and it is an object of the present invention to suppress the oxidation reaction of the electrolyte solution on the anode surface by coating and heat treating an organic compound including P element, for example, organic phosphate, Thereby realizing a significant improvement in the electrochemical performance of the lithium secondary battery.

이에, 본 발명은 상기 유기 포스페이트 코팅층이 형성된 양극활물질 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a cathode active material having the organic phosphate coating layer formed thereon and a method for producing the same.

또한 본 발명은 전술한 양극활물질을 구비하여 전기화학 성능 및 신뢰성이 개선된 리튬 이차전지를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide a lithium secondary battery having the above-described cathode active material and improved electrochemical performance and reliability.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 리튬 전이금속 산화물계 입자; 및 상기 입자 표면의 일부 또는 전부에 형성된 유기 포스페이트 코팅층을 포함하는 양극활물질, 바람직하게는 리튬이차 전지용 양극활물질을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a lithium transition metal oxide-based particle; And an organic phosphate coating layer formed on a part or the whole of the particle surface, preferably a cathode active material for a lithium secondary battery.

본 발명의 바람직한 일례에 따르면, 상기 유기 포스페이트 코팅층은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물일 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the organic phosphate coating layer may be a compound represented by the following general formula (1).

Figure 112015097226433-pat00001
Figure 112015097226433-pat00001

상기 화학식 1에서, In Formula 1,

R1 내지 R3는 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C6~C40의 아릴기, 핵원자수 5 내지 40의 헤테로아릴기, C6~C40의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬옥시기, C6~C40의 아릴아민기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C1~C40의 알킬실릴기, C1~C40의 알킬보론기, 및 C6~C40의 아릴보론기, 및 C6~C40의 아릴실릴기로 이루어진 군에서 선택되며, 이들은 각각 할로겐, 시아노기 및 C1~C20의 알킬기로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 치환기로 치환될 수 있다. R 1 to R 3 are the same or different and each independently represents a C 1 to C 40 alkyl group, a C 2 to C 40 alkenyl group, a C 2 to C 40 alkynyl group, a C 6 to C 40 aryl group , A heteroaryl group having 5 to 40 nuclear atoms, a C 6 to C 40 aryloxy group, a C 1 to C 40 alkyloxy group, a C 6 to C 40 arylamine group, a C 3 to C 40 cycloalkyl group , A heterocycloalkyl group having 3 to 40 nuclear atoms, a C 1 to C 40 alkylsilyl group, a C 1 to C 40 alkylboron group, and a C 6 to C 40 arylboron group, and C 6 to C 40 And arylsilyl groups, each of which may be substituted with at least one substituent selected from the group consisting of a halogen, a cyano group, and a C 1 to C 20 alkyl group.

여기서, 상기 유기 포스페이트는 열처리를 통해 양극 표면의 리튬 화합물 중 일부와 반응하여 유기 리튬 포스페이트로 전환되는 것이 바람직하다. Here, it is preferable that the organic phosphate reacts with a part of the lithium compound on the surface of the anode through heat treatment to convert it into an organic lithium phosphate.

또한 본 발명은 전술한 양극활물질을 포함하는 양극 및 이를 구비하는 전기 화학 소자, 바람직하게는 리튬 이차 전지를 제공한다. The present invention also provides a positive electrode comprising the above-mentioned positive electrode active material and an electrochemical device having the same, preferably a lithium secondary battery.

나아가, 본 발명은 (i) 리튬 전이금속 산화물계 입자의 표면에 유기 포스페이트를 코팅하는 단계; 및 (ii) 상기 코팅된 리튬 금속 복합산화물계 입자를 열처리하는 단계를 포함하는 상기 리튬 이차 전지용 양극활물질의 제조방법을 제공한다.Further, the present invention provides a method for producing a lithium transition metal oxide-based particle, comprising: (i) coating an organic phosphate on the surface of a lithium transition metal oxide-based particle; And (ii) heat-treating the coated lithium-metal composite oxide-based particles. The present invention also provides a method for producing the cathode active material for a lithium secondary battery.

본 발명에서는 인(P)을 포함하는 유기화합물을 양극활물질 표면에 코팅 및 열처리함으로써, 종래 양극활물질 대비 전해액과의 산화분해 반응을 억제할 수 있으며, 이로 인해 리튬 이차 전지의 전기화학 성능 및 장기신뢰성을 유의적으로 향상시킬 수 있다. In the present invention, it is possible to inhibit the oxidative decomposition reaction with the electrolytic solution compared to the conventional cathode active material by coating and heat-treating the surface of the cathode active material with phosphoric (P) -containing organic compound. As a result, the electrochemical performance and long- Can be significantly improved.

따라서 기존 양극활물질 뿐만 아니라, 전해액과의 반응에 따라 전지 성능의 열화 현상을 나타내는 니켈 리치 시스템(Ni rich system)의 활물질에 적용함으로써, 장기 신뢰성과 고용량을 동시에 확보할 수 있다. Therefore, it is possible to secure long-term reliability and high capacity at the same time by applying the present invention to a Ni-rich system active material exhibiting deterioration of battery performance according to a reaction with an electrolyte, as well as existing cathode active materials.

도 1은 실시예 1~2 및 비교예 1~2의 리튬 이차 전지를 이용하여 100 사이클 동안 전지의 용량 유지율 변화를 나타내는 그래프이다. FIG. 1 is a graph showing changes in the capacity retention rate of a battery during 100 cycles using the lithium secondary batteries of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2. FIG.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명에서는 양극활물질과 전해액과의 산화분해 반응을 억제함과 동시에 리튬 이차 전지의 전기화학 성능 및 장기신뢰성을 유의적으로 향상시키고자, 리튬 전이금속 산화물의 표면 상에 유기 포스페이트 코팅층을 형성하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, an organic phosphate coating layer is formed on the surface of the lithium transition metal oxide in order to suppress the oxidative decomposition reaction between the cathode active material and the electrolytic solution and significantly improve the electrochemical performance and long-term reliability of the lithium secondary battery .

종래 유기 포스페이트는 전지의 과충전시 안정성을 향상시키거나, 고온저장 특성, 수명 특성 등을 높이기 위해 리튬 이차 전지의 전해액 첨가제 성분으로 주로 사용되었다. 이러한 유기 포스페이트는 전지의 작동범위 내에서 높은 안정성을 가지기 때문에, 다른 물질과의 별도의 화학반응 없이 전해액 내에서 첨가제 역할을 수행하면서 존재하였으므로, 양극활물질과 전해액과의 부반응 억제 효과 자체를 나타내기 어려웠다. Conventionally, organic phosphates have been mainly used as an electrolyte additive component of a lithium secondary battery in order to improve stability during overcharging of a battery or to enhance high-temperature storage characteristics, lifetime characteristics and the like. Since such an organic phosphate has high stability within the operating range of the battery, it is difficult to exhibit the side reaction inhibitory effect between the positive electrode active material and the electrolytic solution itself, because it exists as an additive in the electrolyte solution without a separate chemical reaction with other materials .

또한 종래에는 양극활물질 표면 상에 무기 포스페이트(예, 인산 등) 코팅층을 형성하기도 하였으나, 이러한 무기 포스페이트는 주로 고상(固狀)이므로, 코팅 공정 자체가 다소 용이하지 않을 뿐만 아니라, 설령 코팅층이 형성되더라도 양극활물질 입자 표면에 균일하게 형성되지 못하는 문제가 있다. 일례로, 인산의 경우 코팅 공정에서 양극 표면층에 코팅되기 전에, 인산의 산(acid) 성분과 양극 표면의 염기(base) 성분이 상호 반응하여 양극 입자간의 뭉침 현상이 발생하므로, 코팅의 균일성이 저하되는 문제가 초래되었다. 따라서 양극활물질과 전해액 간의 산화분해 반응 억제 및 이로 인한 전지의 성능 및 안전성 향상 효과가 저조하였다. In addition, conventionally, inorganic phosphate (e.g., phosphoric acid) coating layer is formed on the surface of the cathode active material. However, since such inorganic phosphate is mainly solid, the coating process itself is not easy, and even if a coating layer is formed There is a problem in that it can not be uniformly formed on the surface of the positive electrode active material particles. For example, in the case of phosphoric acid, since the acid component of phosphoric acid and the base component of the anode surface react with each other before coating on the anode surface layer in the coating process, the aggregation of the anode particles occurs, Resulting in degraded problems. Therefore, the oxidation decomposition reaction between the cathode active material and the electrolytic solution was inhibited and the performance and safety of the battery were not improved.

이에 비해, 본 발명에서는 유기물인 유기 포스페이트를 채택하여 양극활물질 입자 표면 상에 균일하고 얇은 코팅층을 형성함으로써, 리튬 이온의 이동을 방해하지 않으면서 양극활물질과 전해액과의 산화분해 반응을 효과적으로 억제할 수 있으며, 이로 인해 리튬 이차 전지의 전기화학 성능 및 장기신뢰성을 유의적으로 향상시킬 수 있다. 특히, 본 발명에서 채택한 유기 포스페이트는 양극 표면과의 산-염기 반응이 발생하지 않으므로, 양극 입자간의 뭉침 현상 없이 균일한 코팅층 형성이 가능할 뿐만 아니라, 코팅층이 형성된 이후에는 전해액과 양극과의 부반응 발생을 억제하여 지속적으로 양극활물질을 보호하는 역할을 한다. In contrast, according to the present invention, the organic phosphate which is an organic material is adopted to form a uniform thin coating layer on the surface of the cathode active material particles, thereby effectively suppressing the oxidative decomposition reaction between the cathode active material and the electrolyte solution without interfering with the movement of lithium ions And thus the electrochemical performance and long-term reliability of the lithium secondary battery can be significantly improved. Particularly, the organic phosphate employed in the present invention does not cause an acid-base reaction with the surface of the anode, so that a uniform coating layer can be formed without aggregation between the anode particles, and a side reaction between the electrolyte and the anode occurs after the coating layer is formed. And protects the cathode active material continuously.

또한 상기 유기 포스페이트는 취급이 용이하므로, 코팅 공정과 제조공정의 단순성 및 경제성을 높일 수 있다. Further, since the organic phosphate is easy to handle, the simplicity and economy of the coating process and the manufacturing process can be improved.

<양극활물질><Cathode Active Material>

본 발명에 따른 양극활물질은, 리튬을 흡장 및 방출할 수 있는 양극활물질 입자 및 상기 입자 표면에 형성된 유기 포스페이트 코팅층을 포함한다. The cathode active material according to the present invention includes cathode active material particles capable of occluding and releasing lithium and an organic phosphate coating layer formed on the particle surface.

보다 구체적으로, 상기 양극활물질은 (a) 리튬 전이금속 산화물계 입자; 및 (b) 상기 입자 표면의 일부 또는 전부에 형성된 유기 포스페이트 코팅층을 포함한다.More specifically, the cathode active material comprises (a) lithium transition metal oxide-based particles; And (b) an organic phosphate coating layer formed on part or all of the particle surface.

여기서, 상기 유기 포스페이트 코팅층은 당 분야에 알려진 통상적인 유기 포스페이트 화합물을 제한 없이 사용하여 형성될 수 있으며, 바람직하게는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 코팅 및 열처리하여 형성된 것일 수 있다. Here, the organic phosphate coating layer may be formed by using any conventional organic phosphate compound known in the art without limitation, preferably by coating and heat-treating a compound represented by the following formula (1).

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure 112015097226433-pat00002
Figure 112015097226433-pat00002

상기 화학식 1에서, In Formula 1,

R1 내지 R3는 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C6~C40의 아릴기, 핵원자수 5 내지 40의 헤테로아릴기, C6~C40의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬옥시기, C6~C40의 아릴아민기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C1~C40의 알킬실릴기, C1~C40의 알킬보론기, 및 C6~C40의 아릴보론기, 및 C6~C40의 아릴실릴기로 이루어진 군에서 선택되며, 이들은 각각 할로겐, 시아노기 및 C1~C20의 알킬기로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 치환기로 치환될 수 있다. R 1 to R 3 are the same or different and each independently represents a C 1 to C 40 alkyl group, a C 2 to C 40 alkenyl group, a C 2 to C 40 alkynyl group, a C 6 to C 40 aryl group , A heteroaryl group having 5 to 40 nuclear atoms, a C 6 to C 40 aryloxy group, a C 1 to C 40 alkyloxy group, a C 6 to C 40 arylamine group, a C 3 to C 40 cycloalkyl group , A heterocycloalkyl group having 3 to 40 nuclear atoms, a C 1 to C 40 alkylsilyl group, a C 1 to C 40 alkylboron group, and a C 6 to C 40 arylboron group, and C 6 to C 40 And arylsilyl groups, each of which may be substituted with at least one substituent selected from the group consisting of a halogen, a cyano group, and a C 1 to C 20 alkyl group.

본 발명에서, 상기 R1 내지 R3는 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 탄소수 1~20의 알킬기, 탄소수 2~20의 알케닐기, 탄소수 2~20의 알키닐기, 및 탄소수 6 내지 20의 아릴기로 이루어진 군으로 선택되는 것이 바람직하다. 이때 R1 내지 R3는 각각 할로겐, 시아노기 및 C1~C20의 알킬기로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환될 수 있다. In the present invention, R 1 to R 3 are the same or different and each independently represents an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 20 carbon atoms, an alkynyl group having 2 to 20 carbon atoms, And an aryl group. Wherein R 1 to R 3 may each be substituted with at least one substituent selected from the group consisting of halogen, cyano group and C 1 to C 20 alkyl group.

사용 가능한 유기 포스페이트의 비제한적인 예로는, 트리메틸포스페이트, 트리에틸포스페이트, 트리프로필포스페이트, 트리부틸포스페이트, 트리이소부틸포스페이트, 트리펜틸포스페이트, 트리페닐포스페이트 또는 이들의 혼합물 등이 있다. Non-limiting examples of organic phosphates that can be used include trimethyl phosphate, triethyl phosphate, tripropyl phosphate, tributyl phosphate, triisobutyl phosphate, tripentyl phosphate, triphenyl phosphate or mixtures thereof.

상기 유기 포스페이트는 리튬 전이금속 산화물 입자 상에 코팅된 후 열처리 공정을 거치게 되는데, 이러한 열처리를 통해 상기 화학식 1의 유기 포스페이트 내 R1, R2, R3의 일부가 양극 표면의 리튬 화합물과 반응하여 유기 리튬 포스페이트(유기 리튬 화합물)로 전환된다. The organophosphate is coated on the lithium transition metal oxide particles and then subjected to a heat treatment process. A part of R 1 , R 2 , and R 3 in the organic phosphate of Formula 1 reacts with the lithium compound on the surface of the anode through the heat treatment Organic lithium phosphate (organic lithium compound).

종래 인산의 경우, 열처리 이후 리튬 포스페이트 코팅층이 형성되는 반면, 본 발명에서는 열처리 이후 유기 작용기(functional group)의 일부가 양극 표면의 리튬원과 반응하여 리튬을 함유하는 유기 포스페이트 코팅층을 형성하게 된다. 이러한 유기 리튬 포스페이트 코팅층은 전지의 충방전시 리튬 이온의 이동을 방해하지 않으면서, 양극활물질과 전해액과의 부반응을 억제시켜 양극활물질의 열화를 방지하고, 지속적으로 양극활물질을 보호할 수 있다. In the case of conventional phosphoric acid, a lithium phosphate coating layer is formed after the heat treatment, whereas in the present invention, a part of the organic functional group reacts with the lithium source on the surface of the anode after the heat treatment to form an organic phosphate coating layer containing lithium. Such an organic lithium phosphate coating layer prevents the deterioration of the cathode active material by preventing side reactions between the cathode active material and the electrolyte solution while preventing the lithium ion migration during charging and discharging of the battery, and can continuously protect the cathode active material.

이때 상기 유기 리튬 포스페이트 결합을 형성하는 리튬원은, 리튬 전이금속 산화물 내 리튬 이온이거나, 또는 상기 산화물의 표면 상에 존재하는 잔류 리튬 화합물일 수 있다. 즉, 리튬 전이금속 산화물계 양극활물질의 표면에는 전이금속과 산화물을 형성하지 못하고 잔류하는 리튬 화합물, 예컨대, 산화 리튬(Li2O), 수산화리튬(LiOH), 탄산 리튬(Li2CO3), 리튬 카바이드(Li2C) 등이 존재할 수 있다. 이러한 잔류 리튬 화합물은 이차전지 내에서 전해질 내의 특정물질과 반응할 수 있고 그 반응물은 양극활물질의 표면 상에 축적되어, 리튬 이온의 이동을 방해할 수 있다. 일례로, 잔류 리튬 화합물은 전해질 내의 HF 등과 반응하여 LiF를 생성하여 전지의 성능 저하를 초래할 수 있다. 본 발명에서는 양극활물질 상에 코팅된 유기 포스페이트 코팅층이 양극 내 리튬원과 반응하여 유기 리튬 포스페이트로 전환됨으로써, 표면 상에 잔류하여 전지의 성능저하를 초래할 수 있는 리튬 화합물의 양을 감소시킴과 동시에 전해질과의 반응에 의한 표면 열화를 억제시키는 효과를 동시에 발휘할 수 있다. The lithium source forming the organic lithium phosphate bond may be a lithium ion in the lithium transition metal oxide or a residual lithium compound present on the surface of the oxide. That is, a lithium compound such as lithium oxide (Li 2 O), lithium hydroxide (LiOH), lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), or the like can be formed on the surface of the lithium transition metal oxide- Lithium carbide (Li 2 C) or the like may be present. This residual lithium compound can react with a specific substance in the electrolyte in the secondary battery and the reactant can accumulate on the surface of the cathode active material and interfere with the movement of lithium ions. For example, the residual lithium compound reacts with HF or the like in the electrolyte to generate LiF, which may lead to deterioration of the performance of the battery. In the present invention, the organic phosphate coating layer coated on the cathode active material reacts with the lithium source in the cathode to convert into organic lithium phosphate, thereby reducing the amount of the lithium compound that may remain on the surface and cause deterioration of the performance of the battery, It is possible to simultaneously exhibit the effect of suppressing the surface deterioration due to the reaction with.

상기 양극활물질은 리튬 전이금속 산화물 표면의 일부에 유기 포스페이트 코팅층이 형성되는 구조일 수 있으며, 또는 리튬 전이금속 산화물을 포함하는 코어부; 및 상기 코어부 표면에 유기 포스페이트를 코팅하여 형성된 쉘부를 포함하는 코어-쉘(core-shell) 구조일 수 있다.The cathode active material may have a structure in which an organic phosphate coating layer is formed on a part of a surface of the lithium transition metal oxide, or may include a core part including a lithium transition metal oxide; And a shell part formed by coating organic phosphate on the surface of the core part.

본 발명에서, 상기 유기 포스페이트 코팅층의 두께는 당 분야에 알려진 통상적인 범위 내에서 조절할 수 있다. 일례로 10 내지 500 nm 범위일 수 있으며, 바람직하게는 200 내지 300 nm범위일 수 있다. In the present invention, the thickness of the organic phosphate coating layer can be adjusted within a conventional range known in the art. For example, in the range of 10 to 500 nm, and preferably in the range of 200 to 300 nm.

또한, 상기 유기 포스페이트 코팅층의 함량은 양극활물질 전체 중량을 기준으로 하여 1 내지 20 중량부 범위일 수 있으며, 바람직하게는 3 내지 15 중량부 범위일 수 있다. The content of the organic phosphate coating layer may be in the range of 1 to 20 parts by weight, preferably 3 to 15 parts by weight, based on the total weight of the cathode active material.

본 발명에서 유기 포스페이트 코팅층이 형성되는 대상물은, 리튬 이차 전지용 양극활물질이다. In the present invention, an object on which an organic phosphate coating layer is formed is a cathode active material for a lithium secondary battery.

상기 양극활물질은 종래 리튬 이차전지의 양극에 사용될 수 있는 통상적인 양극활물질, 예컨대 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 15족 원소, 전이금속, 희토류 원소 또는 이들 원소의 조합을 포함하는 리튬 함유 금속 산화물이 사용 가능하다. 또한, 칼코게나이드(chalcogenide) 계열 화합물도 적용 가능하다. 이의 비제한적인 예로는 LiMxOy(M = Co, Ni, Mn, CoaNibMnc)와 같은 리튬 전이금속 산화물(예를 들면, LiMn2O4 등의 리튬 망간 복합산화물, LiNiO2 등의 리튬 니켈 산화물, LiCoO2 등의 리튬 코발트 산화물 및 이들 산화물의 망간, 니켈, 코발트의 일부를 다른 통상적인 전이금속 등으로 치환한 것 또는 리튬을 함유한 산화바나듐 등) 또는 칼코겐 화합물 (예를 들면, 이산화망간, 이황화티탄, 이황화몰리브덴 등) 등이 있다. The cathode active material may include a conventional cathode active material that can be used for a cathode of a conventional lithium secondary battery, for example, an alkali metal, an alkaline earth metal, a Group 13 element, a Group 14 element, a Group 15 element, a transition metal, a rare earth element, A lithium-containing metal oxide can be used. Chalcogenide-based compounds are also applicable. Nonlimiting examples thereof include lithium transition metal oxides such as LiM x O y (M = Co, Ni, Mn, Co a Ni b Mn c ) (for example, lithium manganese composite oxides such as LiMn 2 O 4 , LiNiO 2 Lithium cobalt oxide such as LiCoO 2 , vanadium oxide containing lithium, etc.) or a chalcogenide compound (for example, lithium cobalt oxide such as LiCoO 2 , etc.) or a substitution of a part of manganese, nickel or cobalt of these oxides with another common transition metal or the like) For example, manganese dioxide, titanium disulfide, molybdenum disulfide, etc.).

보다 구체적으로, 상기 리튬 전이금속 산화물계는 LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, Li4Mn5O12, LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2, LiFePO4, Li(CoxNi1-x)O2 (0.5≤ x <1), 및 Li1+xMn2-y-z-wAlyCozMgwO4 (0.03 < x < 0.25, 0.01 < y < 0.2, 0.01 < z < 0.2, 0≤ w < 0.1, x + y + z + w< 0.4)로 이루어진 군에서 선택될 수 있으며, 바람직하게는 니켈 리치 시스템(Ni rich system)의 활물질이다. More specifically, the lithium transition metal oxide system may be LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 , Li 4 Mn 5 O 12 , LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 , LiFePO 4 , Li (Co x Ni 1-x O 2 (0.5? x <1) and Li 1 + x Mn 2 -yz-wAl y Co z Mg w O 4 (0.03 <x <0.25, 0.01 <y <0.2, 0.01 <z <0.2, 0? W <0.1 and x + y + z + w <0.4), and is preferably an active material of a nickel rich system.

본 발명의 바람직한 일례에 따르면, 상기 리튬 전이금속 산화물은 하기 화학식 2로 표시되는 것일 수 있다. According to a preferred embodiment of the present invention, the lithium transition metal oxide may be represented by the following general formula (2).

[화학식 2](2)

LiaNibCocXdO2 Li a Ni b Co c X d O 2

상기 화학식 2에서, X는 Mn 및 Al으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이며, 0.9≤a≤1.10, 0.6≤b≤1.0, 0.0≤c≤0.2, 0.0≤d≤0.2이다. In Formula 2, X is at least one selected from the group consisting of Mn and Al, and 0.9? A? 1.10, 0.6? B? 1.0, 0.0? C? 0.2, and 0.0? D? 0.2.

상기 양극활물질의 평균 입경은 활물질로 사용될 수 있는 통상적인 범위라면 특별히 제한되지 않는다. 일례로 5 내지 30 ㎛ 범위일 수 있으며, 바람직하게는 5 내지 20 ㎛ 범위이다. The average particle diameter of the cathode active material is not particularly limited as long as it is a typical range that can be used as an active material. For example, in the range of 5 to 30 mu m, preferably in the range of 5 to 20 mu m.

<양극활물질의 제조방법>&Lt; Method for producing positive electrode active material &

이하, 본 발명에 따른 양극활물질의 제조방법에 대해서 설명한다. 그러나 하기 제조방법에 의해서만 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 각 공정의 단계가 변형되거나 선택적으로 혼용되어 수행될 수 있다. Hereinafter, a method for producing the positive electrode active material according to the present invention will be described. However, the present invention is not limited to the following production methods, and the steps of each process may be modified or selectively mixed if necessary.

상기 제조방법의 바람직한 일 실시예를 들면, (i) 리튬 전이금속 산화물계 입자의 표면에 유기 포스페이트를 코팅하는 단계('S10 단계'); 및 (ii) 상기 코팅된 리튬 금속 복합산화물계 입자를 열처리하는 단계('S20 단계')를 포함하여 구성될 수 있다. In one preferred embodiment of the above production method, (i) a step of coating an organic phosphate on the surface of the lithium transition metal oxide-based particle ('S10 step'); And (ii) heat-treating the coated lithium-metal composite oxide-based particles (step S20).

이하, 상기 제조방법을 각 공정 단계별로 나누어 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the manufacturing method will be described separately for each process step as follows.

(1) 유기 포스페이트 코팅 단계 (이하, 'S10 단계'라 함)(1) Organic phosphate coating step (hereinafter referred to as &quot; S10 step &

상기 S10 단계에서는, 리튬 전이금속 산화물 입자의 표면에 유기 포스페이트를 피복한다.In the step S10, organic phosphate is coated on the surface of the lithium transition metal oxide particle.

이의 바람직한 일례를 들면, 유기 포스페이트와 용매를 혼합 및 분산시켜 코팅액을 제조한 후, 여기에 리튬 전이금속 산화물을 투입하여 균질하게 교반하여 코팅이 이루어진다. For example, a coating solution is prepared by mixing and dispersing an organic phosphate and a solvent, and then a lithium transition metal oxide is added thereto and homogeneously stirred to effect coating.

상기 용매로는 당 업계에 알려진 통상적인 용매가 사용 가능하며, 휘발성 용매가 바람직하다. 이들의 비제한적인 예로는 물 또는 탄소수 1~6의 알코올, 아세톤 등의 유기 용매 등이 있다.As the solvent, a conventional solvent known in the art can be used, and a volatile solvent is preferable. Nonlimiting examples of these solvents include water, organic solvents such as alcohols having 1 to 6 carbon atoms, acetone, and the like.

이때 리튬 전이금속 산화물과 유기 포스페이트와의 사용 비율은 특별히 한정되지 않으며, 일례로 리튬 금속 복합산화물계 입자 100 중량부 대비 1 내지 20 중량부 범위일 수 있으며, 바람직하게는 바람직하게는 3 내지 15 중량부 범위일 수 있다. The ratio of the lithium transition metal oxide to the organic phosphate is not particularly limited and may be, for example, 1 to 20 parts by weight, preferably 3 to 15 parts by weight, based on 100 parts by weight of the lithium metal composite oxide- Can be negative.

상기 S10 단계에서, 코팅 방법은 당 업계에 공지된 통상적인 혼합방법을 제한 없이 사용할 수 있으며, 균일한 혼합을 위해 일반적인 믹싱(mixing)을 하거나 건식 또는 습식의 기계적인 밀링(milling) 방법을 사용할 수 있다. 이의 비제한적인 예로는 용매증발법(solvent evaporation), 공침법, 침전법, 졸겔법, 흡착 후 필터법, 스퍼터, CVD(chemical vapor deposition), 대류식 코팅(Convective), 회전식 코팅(Tumbler) 등이 있다.In the above step S10, the coating method may be performed by any conventional mixing method known in the art without limitation, and a general mixing can be performed for uniform mixing or a dry or wet mechanical milling method can be used have. Non-limiting examples thereof include solvent evaporation, coprecipitation, precipitation, sol-gel, post-adsorption, sputter, chemical vapor deposition, convective, .

(2) 열처리 단계 (이하 'S20 단계'라 함)(2) Heat treatment step (hereinafter referred to as step S20)

상기 S20 단계에서는, 유기 포스페이트 코팅층이 형성된 리튬 전이금속 산화물 입자 상에 열처리를 수행함으로써, 코팅층 내 용매를 증발시키면서 유기 포스페이트 내 유기 작용기의 일부가 양극의 리튬 화합물과 반응하여 유기 리튬 포스페이트 결합을 형성하도록 한다. In the step S20, a heat treatment is performed on the lithium-transition metal oxide particle on which the organic phosphate coating layer is formed so that a part of the organic functional groups in the organic phosphate react with the lithium compound of the anode to form an organic lithium phosphate bond while evaporating the solvent in the coating layer do.

이때 열처리 조건은 당 분야에 알려진 통상적인 범위 내에서 적절히 조절할 수 있으며, 일례로 200 내지 700℃의 온도 범위에서 2 내지 10 시간 동안 열처리를 유지할 수 있으며, 바람직하게는 300 내지 600℃에서, 2 내지 7시간 범위일 수 있다. In this case, the heat treatment conditions can be suitably adjusted within the conventional range known in the art. For example, the heat treatment can be maintained at a temperature range of 200 to 700 ° C for 2 to 10 hours, preferably at 300 to 600 ° C, 7 hours.

본 발명에서 제조된 양극활물질은 이차전지용 양극재로 주로 사용되며, 그 외 예컨대 전술한 구성이 적용될 수 있는 다양한 분야에 사용될 수 있다. The cathode active material prepared in the present invention is mainly used as a cathode material for a secondary battery, and may be used in various fields in which the above-described structure can be applied.

<양극><Anode>

본 발명에서는 전술한 이차전지용 양극재 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다.The present invention provides a cathode material for a secondary battery and a lithium secondary battery including the same.

이때 본 발명의 양극재는, 적어도 상술한 유기 포스페이트 코팅층이 형성된 양극활물질을 포함하는 것을 요건으로 한다. 일례로, 상기 양극활물질 자체가 양극활물질로 사용되거나, 또는 상기 양극활물질과 결합제를 혼합한 양극합제, 추가로 용매를 첨가하여 수득되는 양극합제 페이스트, 추가로 이것을 집전체에 도포하여 형성된 양극 등도 본 발명의 양극재의 범위에 해당된다.At this time, the cathode material of the present invention is required to include at least a cathode active material having the above-described organic phosphate coating layer formed thereon. For example, the positive electrode active material itself may be used as a positive electrode active material, or a positive electrode material mixture in which the positive electrode active material and a binder are mixed, a positive electrode material mixture paste obtained by further adding a solvent, It falls within the scope of the anode material of the invention.

상기 양극은 당 업계에 알려진 통상적인 방법에 따라 제조될 수 있으며, 일례로, 전극활물질에, 필요에 따라 바인더, 도전제, 분산제를 혼합 및 교반하여 슬러리를 제조한 후 집전체에 도포(코팅)하고 압축한 뒤 건조하여 제조될 수 있다. The anode may be manufactured by a conventional method known in the art. For example, a slurry is prepared by mixing and stirring a binder, a conductive agent, and a dispersant, if necessary, with an electrode active material, Followed by compression and drying.

이때 분산매, 바인더, 도전제, 집전체 등의 전극 재료는 당 업계에 알려진 통상적인 것을 사용 가능하며, 전극활물질 대비 바인더는 1~10 중량비로, 도전제는 1~30 중량비 범위로 적절히 사용할 수 있다.The electrode material such as a dispersion medium, a binder, a conductive agent, and a current collector may be a conventional one known in the art, and the binder may be suitably used in an amount of 1 to 10 parts by weight based on the weight of the electrode active material and 1 to 30 parts by weight of the conductive material .

사용 가능한 도전제의 예로는 천연 흑연, 인조 흑연, 카본블랙, 아세틸렌 블랙계열 또는 걸프 오일 컴퍼니, 케트젠블랙, 불칸 (Vulcan) XC-72, 수퍼 P, 코크스류, 탄소 나노튜브, 그래핀, 또는 이들의 1종 이상 혼합물 등이 있다.Examples of usable conductive agents include natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black or Gulf Oil Company, ketjen black, Vulcan XC-72, Super P, coke, carbon nanotubes, And mixtures of one or more of these.

또한 상기 결합제의 대표적인 예로는 폴리테트라플루오르에틸렌 (PTFE), 폴리비닐리덴 플루오라이드 (PVdF) 또는 그 공중합체, 스티렌부타디엔고무(SBR), 셀룰로오즈등이 있으며, 분산제의 대표적인 예로는 아이소프로필 알코올, N-메틸피롤리돈 (NMP), 아세톤 등이 있다.Typical examples of the binder include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF) or a copolymer thereof, styrene butadiene rubber (SBR), cellulose and the like. Representative examples of the dispersing agent include isopropyl alcohol, N Methylpyrrolidone (NMP), acetone, and the like.

상기 금속 재료의 집전체는 전도성이 높은 금속으로, 상기 재료의 페이스트가 용이하게 접착할 수 있는 금속으로 전지의 전압 범위에서 반응성이 없는 것이면 어느 것이라도 사용할 수 있다. 일례로, 알루미늄, 구리 또는 스테인레스 스틸 등의 메쉬 (mesh), 호일 (foil) 등이 있다.The current collector of the metal material may be any metal that has high conductivity and is a metal that can easily adhere the paste of the material and does not have reactivity in the voltage range of the battery. For example, a mesh, a foil, or the like of aluminum, copper, or stainless steel may be used.

<리튬 이차 전지><Lithium secondary battery>

아울러, 본 발명은 상기 양극을 포함하는 이차 전지, 바람직하게는 리튬 이차 전지를 제공한다. In addition, the present invention provides a secondary battery comprising the anode, preferably a lithium secondary battery.

본 발명의 리튬 이차 전지는 전술한 유기 포스페이트 코팅층이 형성된 양극활물질을 이용하는 것을 제외하고는 특별히 한정되지 않으며, 당 기술 분야에 알려진 통상적인 방법에 따라 제조될 수 있다. 예컨대, 양극과 음극 사이에 분리막을 넣고 비수 전해질을 투입하여 제조할 수 있다. The lithium secondary battery of the present invention is not particularly limited except that the cathode active material having the organic phosphate coating layer described above is used, and can be produced according to a conventional method known in the art. For example, a separation membrane may be inserted between an anode and a cathode, and a nonaqueous electrolyte may be charged.

이때 본 발명의 리튬 이차 전지는 음극, 양극, 분리막, 전해질을 전지 구성요소로 포함하는데, 여기서 전술한 음극을 제외한 양극, 분리막, 전해질과 필요한 경우 기타 첨가제의 구성요소에 관해서는 당 업계에 알려진 통상적인 리튬 이차 전지의 요소에 준한다. The lithium secondary battery of the present invention includes a cathode, a cathode, a separator, and an electrolyte as battery components. Components of the anode, the separator, the electrolyte, and other additives, if necessary, other than the cathode described above, Which is the same as that of the lithium secondary battery.

일례로, 상기 음극은 당 업계에 알려진 통상적인 리튬 이차 전지용 음극활물질을 사용할 수 있으며, 이의 비제한적인 예로는 리튬을 인터칼레이션/디인터칼레이션할 수 있는 재료가 사용되고, 예컨대, 리튬 금속이나 리튬 합금, 코크스, 인조 흑연, 천연 흑연, 유기 고분자 화합물 연소체, 탄소 섬유, 실리콘계, 주석계 등이 있다. 또한 도전제, 결합제 및 용매는 전술한 양극의 경우와 동일하게 사용된다.For example, the negative electrode may be a negative electrode active material for a lithium secondary battery known in the art. As a non-limiting example, a material capable of intercalating / deintercalating lithium is used. For example, Lithium alloys, coke, artificial graphite, natural graphite, combustibles of organic polymer compounds, carbon fibers, silicones, and tin-based alloys. The conductive agent, binder and solvent are used in the same manner as in the case of the positive electrode described above.

또한 비수계 전해질은 당 업계에 통상적으로 알려진 전해질 성분, 예컨대 전해질염과 전해액 용매를 포함한다.Also, the non-aqueous electrolyte includes electrolytic components commonly known in the art, such as an electrolyte salt and an electrolyte solvent.

상기 전해질 염은 (i) Li+, Na+, K+로 이루어진 군에서 선택된 양이온과 (ii) PF6 -, BF4 -, Cl-, Br-, I-, ClO4 -, AsF6 -, CH3CO2 -, CF3SO3 -, N(CF3SO2)2 -, C(CF2SO2)3 -로 이루어진 군에서 선택된 음이온의 조합으로 이루어질 수 있으며, 이중 리튬염이 바람직하다. 리튬염의 구체적인 예로는 LiClO4, LiCF3SO3, LiPF6, LiBF4, LiAsF6, 및 LiN(CF3SO2)2 등이 있다. 이들 전해질 염은 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. (I) a cation selected from the group consisting of Li + , Na + , K + and (ii) a cation selected from the group consisting of PF 6 - , BF 4 - , Cl - , Br - , I - , ClO 4 - , AsF 6 - A combination of anions selected from the group consisting of CH 3 CO 2 - , CF 3 SO 3 - , N (CF 3 SO 2 ) 2 - and C (CF 2 SO 2 ) 3 - . Specific examples of the lithium salt include LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , and LiN (CF 3 SO 2 ) 2 . These electrolyte salts may be used alone or in combination of two or more.

상기 전해질 용매는 환형 카보네이트, 선형 카보네이트, 락톤, 에테르, 에스테르, 아세토니트릴, 락탐, 케톤을 사용할 수 있다.The electrolyte solvent may be selected from cyclic carbonates, linear carbonates, lactones, ethers, esters, acetonitriles, lactams, and ketones.

상기 환형 카보네이트의 예로는 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 부틸렌 카보네이트(BC), 플루오르에틸렌 카보네이트(FEC) 등이 있고, 상기 선형 카보네이트의 예로는 디에틸 카보네이트(DEC), 디메틸 카보네이트(DMC), 디프로필 카보네이트(DPC), 에틸 메틸 카보네이트(EMC), 및 메틸 프로필 카보네이트(MPC) 등이 있다. 상기 락톤의 예로는 감마부티로락톤(GBL)이 있으며, 상기 에테르의 예로는 디부틸에테르, 테트라히드로푸란, 2-메틸테트라히드로푸란, 1,4-디옥산, 1,2-디메톡시에탄, 1,2-디에톡시에탄 등이 있다. 상기 에스테르의 예로는 메틸 포메이트, 에틸 포메이트, 프로필 포메이트, 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 프로필 아세테이트, 메틸 프로피오네이트, 에틸 프로피오네이트, 부틸 프로피오네이트, 메틸 피발레이트 등이 있다. 또한, 상기 락탐으로는 N-메틸-2-피롤리돈(NMP) 등이 있으며, 상기 케톤으로는 폴리메틸비닐 케톤이 있다. 또한, 상기 유기 용매의 할로겐 유도체도 사용 가능하나, 이에 한정하지는 않는다. 아울러, 상기 유기용매는 글림(glyme), 디글림, 트리글림, 테트라글림도 사용 가능하다. 이들 유기 용매는 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.Examples of the cyclic carbonate include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC) and fluoroethylene carbonate (FEC). Examples of the linear carbonate include diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), dipropyl carbonate (DPC), ethyl methyl carbonate (EMC), and methyl propyl carbonate (MPC). Examples of the lactone include gamma butyrolactone (GBL), and examples of the ether include dibutyl ether, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, and the like. Examples of the ester include methyl formate, ethyl formate, propyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, butyl propionate, methyl pivalate and the like. Examples of the lactam include N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), and the ketone is polymethyl vinyl ketone. The halogen derivative of the organic solvent may be used, but is not limited thereto. In addition, the organic solvent may be glyme, diglyme, triglyme, or tetraglyme. These organic solvents may be used alone or in combination of two or more.

상기 분리막은 양(兩) 전극의 내부 단락을 차단하고 전해액을 함침하는 역할을 하는 다공성 물질을 제한 없이 사용 가능하다. 이의 비제한적 예로는 폴리프로필렌계, 폴리에틸렌계, 폴리올레핀계 다공성 분리막 또는 상기 다공성 분리막에 무기물 재료가 첨가된 복합 다공성 분리막 등이 있다.The separator may use any porous material that interrupts the internal short circuit of both electrodes and impregnates the electrolyte. Examples thereof include polypropylene-based, polyethylene-based, polyolefin-based porous separation membranes, or composite porous separation membranes in which an inorganic material is added to the above-mentioned porous separation membranes.

이하 본 발명을 실시예를 통해 구체적으로 설명하나, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명의 한 형태를 예시하는 것에 불과할 뿐이며, 본 발명의 범위가 하기 실시예 및 실험예에 의해 제한되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the following Examples and Experimental Examples are merely illustrative of the present invention, and the scope of the present invention is not limited by the following Examples and Experimental Examples.

[실시예 1][Example 1]

1-1. 양극활물질 제조1-1. Cathode active material manufacturing

NCM 계열의 양극활물질을 제조하기 위하여, 먼저 공침반응에 의하여 Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)2 전구체를 제조한 후, 리튬 화합물로서 LiOH를 첨가하고 780℃에서 12시간 열처리하여 Li1.01Ni0.8Co0.1Mn0.1O2로 표시되는 양극활물질을 제조하였다. In order to prepare NCM series cathode active material, first, a precursor of Ni 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 (OH) 2 was prepared by coprecipitation reaction, LiOH was added as a lithium compound, and heat treatment was performed at 780 ° C. for 12 hours to obtain Li 1.01 Ni 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O was prepared the positive electrode active material represented by the second.

제조된 양극활물질 100 중량부에 트리부틸 포스페이트(Tributyl phosphate) 10 중량부를 코팅한 후, 300℃에서 3시간 열처리하여 실시예 1의 양극활물질을 제조하였다.100 parts by weight of the prepared cathode active material was coated with 10 parts by weight of tributyl phosphate and then heat-treated at 300 ° C for 3 hours to prepare a cathode active material of Example 1.

1-2. 양극 제조1-2. Anode manufacturing

실시예 1-1에서 제조된 양극활물질 95 중량부 및 PvdF 바인더 2.5 중량부, 도전재로 카본블랙 2.5 중량부를 NMP 용액에 분산시켜 슬러리를 제조한 후 이를 Al 집전체에 도포하였다. 이후 롤 프레스로 압연하여 양극을 제조하였다 95 parts by weight of the cathode active material prepared in Example 1-1, 2.5 parts by weight of the PvdF binder, and 2.5 parts by weight of carbon black as a conductive material were dispersed in an NMP solution to prepare a slurry, which was then applied to the Al current collector. And then rolled by a roll press to produce a positive electrode

1-3. 리튬 이차전지 제조1-3. Lithium secondary battery manufacturing

상기 실시예 1-2에서 제조된 양극과 리튬 금속을 대극으로 하고 대극으로 하고, EC/EMC/DEC (40/30/30, 부피비) 및 1M의 LiPF4로 구성된 전해액을 사용하여 코인 전지(coin cell)를 제조하였다.Using a positive electrode and a lithium metal prepared in Example 1-2 as a counter electrode and using an electrolytic solution composed of EC / EMC / DEC (40/30/30, volume ratio) and 1M of LiPF 4 , coin cells cell.

[실시예 2][Example 2]

트리부틸 포스페이트 대신 트리페닐 포스페이트(Triphenyl phosphate)를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 실시예 2의 양극활물질을 제조하였다.The cathode active material of Example 2 was prepared in the same manner as in Example 1 except that triphenyl phosphate instead of tributyl phosphate was used.

상기 양극활물질을 이용하여 실시예 1과 동일한 방법에 따라 양극 및 리튬 이차 전지를 각각 제조하였다. A positive electrode and a lithium secondary battery were prepared in the same manner as in Example 1, using the positive electrode active material.

[비교예 1] [Comparative Example 1]

NCM 계열의 양극활물질을 제조하기 위하여, 먼저 공침반응에 의하여 Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)2 전구체를 제조한 후, 리튬 화합물로서 LiOH를 첨가하고 780℃에서 12시간 열처리하여 Li1.01Ni0.8Co0.1Mn0.1O2로 표시되는 양극활물질을 제조하였다. In order to prepare NCM series cathode active material, first, a precursor of Ni 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 (OH) 2 was prepared by coprecipitation reaction, LiOH was added as a lithium compound, and heat treatment was performed at 780 ° C. for 12 hours to obtain Li 1.01 Ni 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O was prepared the positive electrode active material represented by the second.

상기 양극활물질을 코팅 처리 없이 그대로 사용하여 실시예 1과 동일한 방법에 따라 비교예 1의 양극 및 리튬 이차 전지를 각각 제조하였다. The positive electrode and the lithium secondary battery of Comparative Example 1 were prepared in the same manner as in Example 1, using the positive electrode active material as it was without coating treatment.

[비교예 2][Comparative Example 2]

비교예 1과 동일한 방식으로 제조된 Li1.01Ni0.8Co0.1Mn0.1O2로 표시되는 양극활물질 100 중량부에 인산(Phosphoric Acid) 10 중량부를 코팅한 후 300℃에서 3시간 열처리하여 비교예 2의 양극활물질을 제조하였다. 10 parts by weight of phosphoric acid was coated on 100 parts by weight of a cathode active material represented by Li 1.01 Ni 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 prepared in the same manner as in Comparative Example 1 and then heat-treated at 300 ° C for 3 hours to obtain Thereby preparing a cathode active material.

상기 양극활물질을 실시예 1과 동일한 방법에 따라 비교예 2의 양극 및 리튬 이차 전지를 각각 제조하였다. The positive electrode and the lithium secondary battery of Comparative Example 2 were prepared in the same manner as in Example 1, respectively.

[실험예 1] 전기화학 성능 평가[Experimental Example 1] Evaluation of electrochemical performance

실시예 1~2 및 비교예 1~2에서 각각 제조된 리튬 이차전지를 사용하여 전기화학 성능을 평가하였다. The electrochemical performance was evaluated using the lithium secondary batteries manufactured in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2, respectively.

이때 전기화학 성능 평가는 1C 기준으로 4.4V ~ 3.0V 전압 영역에서 1C 기준으로 충방전 테스트를 100회 실시하여 초기용량 대비 유지율을 측정하였다.At this time, the electrochemical performance evaluation was carried out 100 times at 1C in the voltage range of 4.4V to 3.0V based on 1C, and the maintenance ratio was measured relative to the initial capacity.

실험 결과, 표면이 미처리된 비교예 1과 무기 포스페이트로 표면이 개질된 비교예 2의 전지는 각각 63% 이하의 저조한 용량 유지율을 나타내었다. 이때 무기 포스페이트로 인산이 코팅된 비교예 2의 경우, 코팅층을 구성하는 성분의 차이, 인산과 양극 표면과의 산-염기 반응에 의한 양극 입자 간의 뭉침 현상, 및 이로 인한 코팅 불균일성으로 인해 전지의 성능 향상이 저조한 것으로 판단된다. As a result of the test, the batteries of Comparative Example 1 in which the surface was not treated and Comparative Example 2 in which the inorganic phosphate surface was modified showed a low capacity retention ratio of 63% or less. In the case of Comparative Example 2 in which phosphoric acid is coated with an inorganic phosphate, the difference in the components constituting the coating layer, the aggregation between the anode particles due to the acid-base reaction between the phosphoric acid and the anode surface, and the coating non- The improvement is considered to be low.

이에 비해, 유기 포스페이트로 코팅된 양극활물질을 구비하는 실시예 1 및 2의 전지의 경우, 장기신뢰성이 현저히 향상되었음을 알 수 있었다(표 1 및 도 1 참조). 특히, 실시예 1~2의 전지는 표면이 미처리된 비교예 1의 전지 보다 대략 15~20% 이상 용량 유지율이 향상하였으며, 무기 포스페이트로 코팅된 비교예 2의 전지에 비해 13~16% 정도 상승효과가 발휘됨을 확인할 수 있었다. In contrast, the batteries of Examples 1 and 2 having the cathode active material coated with organic phosphate showed remarkably improved long-term reliability (see Table 1 and FIG. 1). In particular, the batteries of Examples 1 and 2 improved the capacity retention ratio by about 15 to 20% or more and 13 to 16%, respectively, as compared with the battery of Comparative Example 2 coated with inorganic phosphate, It is confirmed that the effect is exerted.

Retention [%, @100th cycle]Retention [%, @ 100th cycle] 실시예 1Example 1 86.9%86.9% 실시예 2Example 2 89.3%89.3% 비교예 1Comparative Example 1 60.8%60.8% 비교예 2Comparative Example 2 62.9%62.9%

Claims (15)

리튬 전이금속 산화물계 입자; 및
상기 입자 표면의 일부 또는 전부에 형성된 유기 포스페이트 코팅층을 포함하며,
상기 유기 포스페이트 코팅층은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물이 열처리를 통해 양극 표면의 리튬 화합물 중 일부와 반응하여 전환된 유기 리튬 포스페이트를 포함하는 것인 양극활물질.
[화학식 1]
Figure 112017010022816-pat00003

상기 화학식 1에서,
R1 내지 R3는 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C6~C40의 아릴기, 핵원자수 5 내지 40의 헤테로아릴기, C6~C40의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬옥시기, C6~C40의 아릴아민기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C1~C40의 알킬실릴기, C1~C40의 알킬보론기, 및 C6~C40의 아릴보론기, 및 C6~C40의 아릴실릴기로 이루어진 군에서 선택되며, 이들은 각각 할로겐, 시아노기 및 C1~C20의 알킬기로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 치환기로 치환될 수 있다.
Lithium transition metal oxide-based particles; And
And an organic phosphate coating layer formed on part or all of the particle surface,
Wherein the organophosphate coating layer comprises organolithium phosphate converted by reacting a part of the lithium compound on the surface of the anode through heat treatment.
[Chemical Formula 1]
Figure 112017010022816-pat00003

In Formula 1,
R 1 to R 3 are the same or different and each independently represents a C 1 to C 40 alkyl group, a C 2 to C 40 alkenyl group, a C 2 to C 40 alkynyl group, a C 6 to C 40 aryl group , A heteroaryl group having 5 to 40 nuclear atoms, a C 6 to C 40 aryloxy group, a C 1 to C 40 alkyloxy group, a C 6 to C 40 arylamine group, a C 3 to C 40 cycloalkyl group , A heterocycloalkyl group having 3 to 40 nuclear atoms, a C 1 to C 40 alkylsilyl group, a C 1 to C 40 alkylboron group, and a C 6 to C 40 arylboron group, and C 6 to C 40 And arylsilyl groups, each of which may be substituted with at least one substituent selected from the group consisting of a halogen, a cyano group, and a C 1 to C 20 alkyl group.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 양극활물질은 리튬 전이금속 산화물을 포함하는 코어부; 및 상기 코어부 표면에 유기 포스페이트를 코팅하여 형성된 쉘부를 포함하는 코어-쉘(core-shell) 구조인 것을 특징으로 하는 양극활물질.
The method according to claim 1,
Wherein the cathode active material comprises: a core portion containing a lithium transition metal oxide; And a shell part formed by coating an organic phosphate on the surface of the core part.
제1항에 있어서,
상기 유기 포스페이트 코팅층의 두께는 10 내지 500 nm 범위인 것을 특징으로 하는 용 양극활물질.
The method according to claim 1,
Wherein the thickness of the organic phosphate coating layer is in the range of 10 to 500 nm.
제1항에 있어서,
상기 유기 포스페이트 코팅층의 함량은 양극활물질 전체 중량을 기준으로 하여 1 내지 20 중량부 범위인 것을 특징으로 하는 양극활물질.
The method according to claim 1,
Wherein the content of the organic phosphate coating layer is in the range of 1 to 20 parts by weight based on the total weight of the cathode active material.
제1항에 있어서,
상기 리튬 전이금속 산화물계 입자는 LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, Li4Mn5O12, LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2, LiFePO4, Li(CoxNi1-x)O2 (0.5≤ x <1), 및 Li1+xMn2-y-z-wAlyCozMgwO4 (0.03 < x < 0.25, 0.01 < y < 0.2, 0.01 < z < 0.2, 0≤ w < 0.1, x + y + z + w< 0.4)로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 양극활물질.
The method according to claim 1,
The lithium-transition metal oxide-based particles may be LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 , Li 4 Mn 5 O 12 , LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 , LiFePO 4 , Li (Co x Ni 1 -x) O 2 (0.5≤ x < 1), and Li 1 + x Mn 2 -yz- wAl y Co z Mg w O 4 (0.03 <x <0.25, 0.01 <y <0.2, 0.01 <z <0.2, 0 < = w < 0.1, x + y + z + w &lt; 0.4).
제1항에 있어서,
상기 리튬 전이금속 산화물계 입자는 하기 화학식 2로 표시되는 것을 특징으로 하는 양극활물질.
[화학식 2]
LiaNibCocXdO2 (X는 Mn 및 Al으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이며, 0.9≤a≤1.10, 0.6≤b≤1.0, 0.0≤c≤0.2, 0.0≤d≤0.2임)
The method according to claim 1,
Wherein the lithium transition metal oxide-based particles are represented by the following formula (2).
(2)
Li a Ni b Co c X d O 2 wherein X is at least one selected from the group consisting of Mn and Al, 0.9? A? 1.10, 0.6? B? 1.0, 0.0? C? 0.2, being)
제1항에 있어서,
평균 입경이 1 내지 30 ㎛ 범위인 것을 특징으로 하는 양극활물질.
The method according to claim 1,
Wherein the average particle diameter is in the range of 1 to 30 占 퐉.
제 1항 및 제4항 내지 제9항 중 어느 한 항의 양극활물질을 포함하는 양극. A positive electrode comprising the positive electrode active material of any one of claims 1 to 9. 제10항의 양극, 음극, 이들 사이에 개재(介在)되는 분리막 및 전해질을 포함하는 리튬 이차 전지. A lithium secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, a separator interposed therebetween, and an electrolyte according to claim 10. (i) 리튬 전이금속 산화물계 입자의 표면에 유기 포스페이트를 코팅하는 단계; 및
(ii) 상기 코팅된 리튬 금속 복합산화물계 입자를 열처리하는 단계를 포함하며,
상기 단계 (i)의 유기 포스페이트는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는 양극활물질의 제조방법:
[화학식 1]
Figure 112017010022816-pat00004

상기 화학식 1에서,
R1 내지 R3는 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C6~C40의 아릴기, 핵원자수 5 내지 40의 헤테로아릴기, C6~C40의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬옥시기, C6~C40의 아릴아민기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C1~C40의 알킬실릴기, C1~C40의 알킬보론기, 및 C6~C40의 아릴보론기, 및 C6~C40의 아릴실릴기로 이루어진 군에서 선택되며, 이들은 각각 할로겐 또는 시아노기로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 치환기로 치환될 수 있다.
(i) coating an organic phosphate on the surface of the lithium transition metal oxide-based particle; And
(ii) heat-treating the coated lithium metal composite oxide-based particles,
Wherein the organophosphate of step (i) is a compound represented by the following formula (1): &lt; EMI ID =
[Chemical Formula 1]
Figure 112017010022816-pat00004

In Formula 1,
R 1 to R 3 are the same or different and each independently represents a C 1 to C 40 alkyl group, a C 2 to C 40 alkenyl group, a C 2 to C 40 alkynyl group, a C 6 to C 40 aryl group , A heteroaryl group having 5 to 40 nuclear atoms, a C 6 to C 40 aryloxy group, a C 1 to C 40 alkyloxy group, a C 6 to C 40 arylamine group, a C 3 to C 40 cycloalkyl group , A heterocycloalkyl group having 3 to 40 nuclear atoms, a C 1 to C 40 alkylsilyl group, a C 1 to C 40 alkylboron group, and a C 6 to C 40 arylboron group, and C 6 to C 40 And arylsilyl groups, each of which may be substituted with one or more substituents selected from the group consisting of a halogen or a cyano group.
삭제delete 제12항에 있어서,
상기 단계 (i)에서 유기 포스페이트의 함량은 리튬 금속 복합산화물계 입자의 100 중량부 대비 1 내지 20 중량부 범위인 것을 특징으로 하는 양극활물질의 제조방법.
13. The method of claim 12,
Wherein the content of the organic phosphate in the step (i) ranges from 1 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the lithium metal composite oxide-based particles.
제12항에 있어서,
상기 단계 (ii)는 200 내지 700℃ 범위에서 2 내지 10시간 동안 유지하는 것을 특징으로 하는 양극활물질의 제조방법.
13. The method of claim 12,
Wherein the step (ii) is maintained at 200 to 700 占 폚 for 2 to 10 hours.
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