KR101831019B1 - Positive electrode active material for lithium secondary battery, method for preparing the same, and lithium secondary battery comprising the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제1리튬 코발트 산화물을 포함하는 코어, 및 상기 코어의 외표면 상에 위치하며, Li/Co의 몰비가 1 미만인 제2리튬 코발트 산화물을 포함하는 쉘을 포함하고, 상기 쉘은 Ti, W, Zr, Mn, Mg, P, Ni, Al, Sn, V, Cr, 및 Mo로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 금속 또는 이들 중 둘 이상의 금속을 포함하는 도펀트를 더 포함하는 리튬이차전지용 양극활물질을 제공한다.
본 발명에 따른 양극활물질은 코어-쉘 구조를 갖는 리튬 코발트 산화물의 쉘에 리튬 결함 구조를 형성하여 2차원적인 리튬의 이동 경로를 3차원적으로 변환함으로써, 전지 적용시 리튬의 이동 속도 증가로 초기 용량의 저하 없이 향상된 용량 및 율 특성을 나타낼 수 있다. 그 결과 4.4V 이상의 고전압용 전지의 양극활물질로서 유용하다.
The present invention relates to a core comprising a first lithium cobalt oxide and a shell located on the outer surface of the core and comprising a second lithium cobalt oxide having a molar ratio of Li / Co of less than 1, The positive electrode for a lithium secondary battery further comprising a dopant comprising any one metal selected from the group consisting of W, Zr, Mn, Mg, P, Ni, Al, Sn, V, Cr, Thereby providing an active material.
The cathode active material according to the present invention forms a lithium defect structure in a shell of a lithium-cobalt oxide having a core-shell structure to three-dimensionally convert the two-dimensional lithium migration path, And can exhibit improved capacity and rate characteristics without degrading the capacity. As a result, it is useful as a positive electrode active material of a high voltage battery of 4.4 V or more.

Description

리튬이차전지용 양극활물질, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬이차전지{POSITIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL FOR LITHIUM SECONDARY BATTERY, METHOD FOR PREPARING THE SAME, AND LITHIUM SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a positive electrode active material for a lithium secondary battery, a method for producing the same, and a lithium secondary battery including the same. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001]

본 발명은 리튬이차전지용 양극활물질, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬이차전지에 관한 것이다.
The present invention relates to a cathode active material for a lithium secondary battery, a method for producing the same, and a lithium secondary battery comprising the same.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 이러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 전압을 가지며, 사이클 수명이 길고, 자기방전율이 낮은 리튬이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다. As technology development and demand for mobile devices increase, the demand for secondary batteries as energy sources is rapidly increasing. Among such secondary batteries, lithium secondary batteries having a high energy density and voltage, a long cycle life, and a low self-discharge rate are commercially available and widely used.

또, 리튬이차전지용 양극활물질로서, 합성이 용이하고, 수명특성을 비롯한 전기 화학적 성능이 뛰어난 리튬코발트계 산화물이 주로 사용되고 있다. 휴대폰 및 테블릿 PC사와 같은 휴대용 기기들이 점점 더 소형화됨에 따라, 이에 적용되는 전지에 대해서도 소형화와 함께 고용량화 및 에너지화가 요구되고 있다. 전지의 단위 부피당 에너지를 높이기 위해서는 활물질의 충전밀도(packing density)를 높이거나 전압을 높여야 한다. 또, 충전밀도를 높이기 위해서는 입자가 큰 활물질을 사용하는 것이 좋다. 그러나 큰 입자상의 활물질은 표면적이 상대적으로 낮기 때문에 전해액과 접촉하는 활성 면적(active area) 또한 낮다. 이런 낮은 활성면적은 카이네틱(kinetic)적으로 불리하게 작용하므로, 상대적으로 낮은 율특성과 초기 용량 저하를 나타내게 된다. As a cathode active material for a lithium secondary battery, a lithium cobalt oxide which is easy to synthesize and has excellent electrochemical performance including life characteristics is mainly used. As handheld devices such as cell phones and tablet PCs are becoming smaller and smaller, there is a demand for batteries to be applied to them, as well as their capacity and energy consumption. In order to increase the energy per unit volume of the battery, the packing density of the active material should be increased or the voltage should be increased. Further, in order to increase the packing density, it is preferable to use a particle having a large particle size. However, since the large particulate active material has a relatively low surface area, the active area in contact with the electrolytic solution is also low. Such a low active area acts kinetically unfavorably, resulting in a relatively low rate characteristic and an initial capacity drop.

한국특허공개 제2003-0083476호 (공개일: 2003.10.30)Korean Patent Publication No. 2003-0083476 (published on October 30, 2003)

본 발명의 해결하고자 하는 제1 기술적 과제는, 코어-쉘 구조를 갖는 리튬 코발트 산화물계의 양극활물질에 있어서, 쉘에서의 2차원적인 리튬의 이동 경로를 3차원적으로 변환함으로써, 리튬의 이온 속도를 증가시켜 전지의 용량 및 율 특성을 향상시킬 수 있는 리튬이차전지용 양극활물질을 제공하는 것이다. A first technical object of the present invention is to provide a lithium cobalt oxide-based cathode active material having a core-shell structure, which can three-dimensionally convert the two-dimensional lithium migration path in the shell, To improve the capacity and rate characteristics of the battery. The present invention also provides a positive electrode active material for a lithium secondary battery.

본 발명의 해결하고자 하는 제2 기술적 과제는, 상기한 양극활물질을 제조하기 위한 제조방법을 제공하는 것이다.A second technical object of the present invention is to provide a manufacturing method for manufacturing the above-mentioned cathode active material.

본 발명의 해결하고자 하는 제3 기술적 과제는, 상기 양극활물질을 포함하는 양극을 제공하는 것이다.A third object of the present invention is to provide a positive electrode comprising the positive electrode active material.

본 발명의 해결하고자 하는 제4 기술적 과제는, 상기 양극을 포함하는 리튬 이차전지, 전지모듈 및 전지팩을 제공하는 것이다.
A fourth technical object of the present invention is to provide a lithium secondary battery including the positive electrode, a battery module, and a battery pack.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 제1리튬 코발트 산화물을 포함하는 코어, 및 상기 코어의 외표면 상에 위치하며, Li/Co의 몰비가 1 미만인 제2리튬 코발트 산화물을 포함하는 쉘을 포함하고, 상기 쉘은 Ti, W, Zr, Mn, Mg, P, Ni, Al, Sn, V, Cr, 및 Mo로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 금속 또는 이들 중 둘 이상의 금속을 포함하는 도펀트를 더 포함하는 리튬이차전지용 양극활물질을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a lithium secondary battery including a core comprising a first lithium cobalt oxide, and a shell disposed on an outer surface of the core, the shell including a second lithium cobalt oxide having a Li / Co molar ratio of less than 1 And the shell is made of a metal selected from the group consisting of Ti, W, Zr, Mn, Mg, P, Ni, Al, Sn, V, Cr and Mo, The present invention also provides a positive electrode active material for a lithium secondary battery.

또, 본 발명은 코발트 원료물질, 리튬 원료물질 및 도펀트 원료물질을 혼합하여 제조한 혼합물을 열처리하는 단계를 포함하고, 상기 도펀트 원료물질이, 리튬과 반응하는 금속 및 이를 포함하는 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이거나 또는 둘 이상의 혼합물이고, 상기 리튬과 반응하는 금속이 Ti, W, Zr, Mn, Mg, P, Ni, Al, Sn, V, Cr, 및 Mo로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나이거나 또는 둘 이상의 혼합물인 리튬이차전지용 양극활물질의 제조방법을 제공한다. The present invention also relates to a method for producing a lithium secondary battery, comprising the step of heat-treating a mixture prepared by mixing a cobalt raw material, a lithium raw material and a dopant raw material, wherein the dopant raw material is selected from the group consisting of a metal which reacts with lithium, Wherein the metal reacting with lithium is selected from the group consisting of Ti, W, Zr, Mn, Mg, P, Ni, Al, Sn, V, Cr, Or a mixture of two or more of them. The present invention also provides a method for producing a cathode active material for a lithium secondary battery.

아울러, 본 발명은 상기 양극활물질을 포함하는 양극을 제공한다.In addition, the present invention provides a positive electrode comprising the positive electrode active material.

나아가, 본 발명은 상기 양극을 포함하는 리튬이차전지, 전지모듈 및 전지팩을 제공한다.
Further, the present invention provides a lithium secondary battery, a battery module, and a battery pack including the positive electrode.

본 발명에 따른 양극활물질은 코어-쉘 구조를 갖는 리튬 코발트 산화물의 쉘에 리튬 결함 구조를 형성하여 2차원적인 리튬의 이동 경로를 3차원적으로 변환함으로써, 전지 적용시 리튬의 이동 속도 증가로 초기 용량의 저하 없이 향상된 용량 및 율 특성을 나타낼 수 있다. 그 결과 4.4V 이상의 고전압용 전지의 양극활물질로서 유용하다.
The cathode active material according to the present invention forms a lithium defect structure in a shell of a lithium-cobalt oxide having a core-shell structure to three-dimensionally convert the two-dimensional lithium migration path, And can exhibit improved capacity and rate characteristics without degrading the capacity. As a result, it is useful as a positive electrode active material of a high voltage battery of 4.4 V or more.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 제조예 1 및 비교예 1에서 제조한 양극활물질을 각각 포함하는 리튬이차전지에 대한 초기 충,방전 특성을 관찰한 그래프이다.
도 2는 제조예 1 및 비교예 1에서 제조한 양극활물질을 각각 포함하는 리튬이차전지에 대한 율 특성을 관찰한 그래프이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate exemplary embodiments of the invention and, together with the description of the invention, It should not be construed as limited.
1 is a graph showing initial charging and discharging characteristics of a lithium secondary battery including the cathode active materials prepared in Production Example 1 and Comparative Example 1, respectively.
2 is a graph showing the rate characteristics of a lithium secondary battery including the cathode active materials prepared in Production Example 1 and Comparative Example 1, respectively.

이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail in order to facilitate understanding of the present invention.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms and the inventor may appropriately define the concept of the term in order to best describe its invention It should be construed as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 리튬이차전지용 양극활물질은, A cathode active material for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention includes:

제1리튬 코발트 산화물을 포함하는 코어, 및 A core comprising a first lithium cobalt oxide, and

상기 코어의 외표면 상에 위치하며, Li/Co의 몰비가 1 미만인 제2리튬 코발트 산화물을 포함하는 쉘을 포함하고, A shell disposed on the outer surface of the core and comprising a second lithium cobalt oxide wherein the molar ratio of Li / Co is less than 1,

상기 쉘은 Ti, W, Zr, Mn, Mg, P, Ni, Al, Sn, V, Cr, 및 Mo로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 금속 또는 이들 중 둘 이상의 금속을 포함하는 도펀트를 더 포함한다. The shell further comprises a dopant comprising any one metal selected from the group consisting of Ti, W, Zr, Mn, Mg, P, Ni, Al, Sn, V, Cr and Mo, do.

상기 도펀트는 리튬과 반응하여 리튬 화합물을 형성할 수 있는 금속으로, 에너지적으로 활물질의 외부를 선호하는 특성을 갖는다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 도펀트는 활물질의 외표면에서 주변의 리튬과 반응하여 리튬 화합물을 형성하고, 그 결과로 도펀트의 주변에는, Li/Co의 몰비가 1 미만, 혹은 0.95 내지 0.99으로 리튬이 부족한 리튬결함구조(lithium deficient structure)가 생성되게 된다. The dopant is a metal capable of reacting with lithium to form a lithium compound, and has a property of favoring the outside of the active material energetically. Accordingly, according to an embodiment of the present invention, the dopant reacts with the surrounding lithium at the outer surface of the active material to form a lithium compound. As a result, the molar ratio of Li / Co is less than 1, A lithium deficient structure lacking lithium is generated at 0.95 to 0.99.

상기 리튬결함구조는 스피넬 유사 구조(spinel like structure)를 가져, 스피넬 구조(spinel structure)와 같이 리튬의 3차원적 이동이 가능하다. The lithium defect structure has a spinel-like structure, and is capable of three-dimensional movement of lithium, such as a spinel structure.

통상 양극활물질의 율 특성은 일반적으로 앙극활물질과 전해액 간의 계면 반응속도에 의해 좌우되는데, 본 발명의 일 실시예에 따른 양극활물질은 외측부(또는 쉘)가 리튬 결함 구조, 즉 리튬의 3차원적 이동이 가능한 스피넬 유사 구조를 가져 쉘에서의 리튬의 이동 속도가 빠르기 때문에 향상된 율 특성을 나타낼 수 있다. 또, 쉘에서의 저항이 적게 걸려 향상된 용량 특성을 나타낼 수 있다. 특히 상기 양극활물질이 대립자일 경우에는 전지의 수명특성이 향상되고, 또 양극 밀도의 증가로 전지의 에너지 밀도가 향상될 수 있다. Generally, the rate characteristic of the cathode active material depends on the interfacial reaction rate between the anode active material and the electrolytic solution. In the cathode active material according to an embodiment of the present invention, the outer side (or shell) It has a spinel - like structure that is capable of exhibiting improved rate characteristics because of the high rate of lithium movement in the shell. In addition, the resistance in the shell is small, and an improved capacity characteristic can be exhibited. Particularly, when the cathode active material is an opponent, lifetime characteristics of the battery are improved, and the energy density of the battery can be improved by increasing the anode density.

구체적으로 상기 도펀트는 상기한 바와 같이 Ti, W, Zr, Mn, Mg, P, Ni, Al, Sn, V, Cr, 및 Mo로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 금속 또는 이들 중 둘 이상의 금속을 포함하는 것일 수 있으며, 이중에서도 리튬과의 우수한 반응성으로 리튬 결함 구조 생성 효과가 우수한 Ti, P, Mn, 및 Al로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 금속 또는 이들 중 둘 이상의 금속이 보다 바람직할 수 있다. Specifically, the dopant may be any metal selected from the group consisting of Ti, W, Zr, Mn, Mg, P, Ni, Al, Sn, V, Cr, and Mo, Among them, any metal selected from the group consisting of Ti, P, Mn, and Al, which is excellent in the effect of forming a lithium defect structure due to excellent reactivity with lithium, or a metal of two or more thereof may be more preferable have.

또, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬이차전지용 양극활물질에 있어서, 상기 도펀트는 양극활물질 총 중량에 대해 50 내지 50,000ppm의 함량으로 포함되는 것이 바람직할 수 있다. 상기 도펀트의 함량이 50ppm 미만이면 리튬 결함 구조의 생성율이 낮아 리튬의 이동속도 증가 효과가 미미하고, 50,000ppm을 초과하면 리튬과 반응하여 생성된 리튬 화합물의 생성량이 지나치게 증가하여 코팅층내 저항이 증가할 우려가 있다.Also, in the cathode active material for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention, it is preferable that the dopant is included in an amount of 50 to 50,000 ppm based on the total weight of the cathode active material. If the content of the dopant is less than 50 ppm, the effect of increasing the migration rate of lithium is low due to a low generation rate of the lithium defect structure. If the dopant content exceeds 50,000 ppm, the amount of lithium compound produced by the reaction with lithium excessively increases, There is a concern.

또, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬이차전지용 양극활물질에 있어서, 상기 도펀트는 쉘 내에 불연속적으로 존재할 수 있으며, 그 결과 상기 리튬 결함 구조의 제2리튬 코발트 산화물은 상기 도펀트 주변에 밀집하여 분포할 수 있다. Also, in the cathode active material for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention, the dopant may be discontinuously present in the shell, and as a result, the second lithium cobalt oxide of the lithium defect structure is densely distributed around the dopant can do.

또, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬이차전지용 양극활물질에 있어서, 상기 도펀트는 리튬과의 반응을 통해 리튬 산화물의 형태로 코팅층내에 포함될 수 있다.In addition, in the cathode active material for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention, the dopant may be contained in the coating layer in the form of lithium oxide through reaction with lithium.

구체적으로 상기 리튬 산화물은 리튬과 함께, Ti, W, Zr, Mn, Mg, P, Ni, Al, Sn, V, Cr 및 Mo로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 금속 또는 이들 중 둘 이상의 금속을 포함하는 리튬 산화물일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 리튬 산화물은 Li2TiO3, Li4Ti5O12, Li3PO4, Li2MnO3, LiMn2O4 및 LiAlO2로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 둘 이상의 혼합물을 포함하는 것일 수 있다. Specifically, the lithium oxide may be any one selected from the group consisting of Ti, W, Zr, Mn, Mg, P, Ni, Al, Sn, V, Cr and Mo, Containing lithium oxide. More specifically, the lithium oxide may be any one selected from the group consisting of Li 2 TiO 3 , Li 4 Ti 5 O 12 , Li 3 PO 4 , Li 2 MnO 3 , LiMn 2 O 4 and LiAlO 2 , And mixtures thereof.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬이차전지용 양극활물질에 있어서, 상기 코어는 구체적으로 하기 화학식 1의 제1리튬 코발트 산화물을 포함하고, 상기 쉘은 하기 화학식 2의 제2리튬 코발트 산화물을 포함할 수 있다: In the cathode active material for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention, the core may include a first lithium cobalt oxide represented by the following formula (1), and the shell may include a second lithium cobalt oxide represented by the following formula can do:

[화학식 1][Chemical Formula 1]

LiaCoO2 Li a CoO 2

[화학식 2](2)

Li1 - bCoO2 Li 1 - b CoO 2

(상기 화학식 1 및 2에서, a 및 b는 각각 독립적인 산화물 조성 원소들의 원자분율로서, 1≤a≤1.2, 0<b≤0.05이다)(In the above formulas (1) and (2), a and b are atomic fractions of independent oxide forming elements, 1? A? 1.2 and 0 < b?

그리고, 제1리튬 코발트 산화물은 층상 구조(layered structure)를 갖는 것일 수 있고, 상기 제2리튬 코발트 산화물은 스피넬 유사 구조(spinel like structure)를 갖는 것일 수 있다. The first lithium cobalt oxide may have a layered structure, and the second lithium cobalt oxide may have a spinel-like structure.

또, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬이차전지용 양극활물질은 리튬이 양극활물질의 표면에서부터 중심부로 갈수록 증가하는 농도 구배로 분포되어 있는 구조를 가질 수 있다.Also, the cathode active material for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention may have a structure in which lithium is distributed in a concentration gradient increasing from the surface to the center of the cathode active material.

구체적으로, 상기 리튬 코발트 산화물의 입자에 있어서, 입자표면으로부터 중심으로 상기 입자 반경의 10% 이내를 표면부라 하고, 입자 중심으로부터 표면으로 입자반경의 50% 이내를 중심부라 할 때, 상기 표면부의 Li/Co 몰비가 1 미만, 혹은 0.95 내지 0.99이고, 중심부의 Li/Co 몰비가 1 이상, 혹은 1 내지 1.2일 수 있다. 이와 같이, 입자 중심에 비해 입자 표면에서 리튬이 더 낮은 농도로 존재할 경우 리튬의 이동이 용이하여 전지의 율(rate) 특성을 향상시킬 수 있다. Specifically, in the particle of lithium cobalt oxide, when 10% or less of the particle radius from the particle surface to the center is referred to as the surface portion, and when the center is within 50% of the particle radius from the particle center to the surface, Li / Co molar ratio is less than 1, or 0.95 to 0.99, and the Li / Co molar ratio in the center portion is 1 or more, or 1 to 1.2. Thus, when lithium is present at a lower concentration on the surface of the particles than the center of grains, lithium can be easily migrated and the rate characteristics of the battery can be improved.

또, 상기 리튬은 리튬코발트 산화물의 입자 표면에서 중심부로 갈수록 10nm당 1 내지 50원자%로 증가하는 농도 구배를 갖는 것이 바람직할 수 있고, 10nm당 1 내지 20원자%로 증가하는 농도 구배를 갖는 것이 보다 바람직할 수 있다. 상기와 같은 농도 구배로 리튬이 증가할 때, 보다 우수한 개선효과를 나타낼 수 있다.It is preferable that the lithium has a concentration gradient increasing from 1 to 50 atomic% per 10 nm from the surface of the lithium cobalt oxide to the center thereof, and has a concentration gradient increasing from 1 to 20 atomic% per 10 nm May be more preferable. When the lithium concentration is increased by the concentration gradient as described above, a better improvement effect can be exhibited.

한편, 상기 입자의 표면부 및 중심부에서의 리튬의 농도 변화는 통상의 방법에 따라 측정될 수 있으며, 구체적으로 쉘에 존재하는 리튬을 비롯한 각 원소의 농도는 X선 광전자 분석법(X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS), 투과전자현미경(Transmission Electron Microscopy, TEM) 또는 에닥스(Energy Dispersve x-ray spectroscopy, EDS)를 이용하여 측정할 수 있고, 리튬 코발트 산화물의 리튬의 양은 유도결합 플라스마-원자 방출 분광법(Inductively Coupled Plasma - Atomic Emission Spectrometer, ICP-AES)로 측정할 수 있다. 또, 비행 시간형 2차 이온 질량분석기(Time of Flight Secondary Ion Mass Spectrometry, ToF-SIMS)를 통하여 리튬 코발트 산화물의 형태를 확인할 수 있다.On the other hand, the change in the concentration of lithium at the surface portion and the center portion of the particle can be measured according to a conventional method. Specifically, the concentration of each element including lithium in the shell is measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Transmission Electron Microscopy (TEM) or Energy Dispersive X-ray spectroscopy (EDS). The amount of lithium in the lithium cobalt oxide can be measured by an inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometer (ICP-AES). In addition, the shape of the lithium cobalt oxide can be confirmed through the time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS).

또, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬이차전지용 양극활물질은 상기와 같은 코어-쉘의 구조 내에서도, 리튬이 입자의 중심부로 갈수록 증가하는 농도구배로 분포할 수 있다. 이 경우 코어 내에서의 리튬의 농도 구배 그래프와 쉘 내에서의 리튬의 농도 구배 그래프는 서로 상이한 기울기 값을 가질 수 있으며, 그 결과로, 상기 코어와 쉘이 접촉하는 접촉면에서는 리튬의 농도의 변화가 급격하게 일어나는 변곡점이 나타난다. Also, the cathode active material for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention may be distributed in a concentration gradient in which the lithium is increased toward the center of the particle, even in the structure of the core-shell as described above. In this case, the graph of the concentration gradient of lithium in the core and the graph of the concentration gradient of lithium in the shell may have different slope values. As a result, a change in the lithium concentration at the contact surface between the core and the shell An inflection point appearing suddenly appears.

다른 한편으로, 상기 리튬은 코어부 및 쉘 각각의 영역 내에 균일한 농도로 분포할 수 있으며, 상기 코어에 포함된 리튬의 농도가 쉘 포함된 리튬의 농도에 비해 높은 것일 수 있다. 이 경우, 리튬 코발트 산화물의 입자내 리튬의 분포 그래프 관찰시, 코어와 쉘이 접촉하는 접촉 계면에서 리튬 농도가 갑자기 증가하는 단차가 나타난다. On the other hand, the lithium may be distributed in a uniform concentration in the region of the core portion and the shell, respectively, and the concentration of lithium contained in the core may be higher than the concentration of lithium contained in the shell. In this case, when observing the distribution graph of the lithium in the lithium cobalt oxide particle, a step appears at which the lithium concentration abruptly increases at the contact interface where the core and the shell come in contact with each other.

또, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬이차전지용 양극활물질에 있어서, 상기 쉘은 1 내지 100nm, 혹은 10 내지 50nm의 두께를 갖는 것이 바람직할 수 있다.Further, in the cathode active material for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention, it is preferable that the shell has a thickness of 1 to 100 nm, or 10 to 50 nm.

또, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬이차전지용 양극활물질은 비표면적 및 양극 합제밀도를 고려하여 3 내지 50㎛의 평균입경(D50)을 갖는 것이 바람직할 수 있으며, 그 특이적인 구조로 인한 율특성 및 초기용량 특성 개선효과를 고려할 때 5 내지 20㎛의 평균입경을 갖는 것이 보다 바람직할 수 있다. The cathode active material for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention may preferably have an average particle diameter (D 50 ) of 3 to 50 μm in consideration of the specific surface area and the density of the cathode mixture, It may be more preferable to have an average particle diameter of 5 to 20 mu m considering the effect of improving the rate characteristics and the initial capacity characteristics.

본 발명에 있어서, 상기 리튬 전이금속 산화물의 평균 입경(D50)은 입경 분포의 50% 기준에서의 입경으로 정의할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 양극활물질 입자의 평균 입경(D50)은 예를 들어, 레이저 회절법(laser diffraction method)을 이용하여 측정할 수 있다. 상기 레이저 회절법은 일반적으로 서브미크론(submicron) 영역에서부터 수 mm 정도의 입경의 측정이 가능하며, 고 재현성 및 고 분해성의 결과를 얻을 수 있다. 예를 들어, 상기 양극활물질의 평균 입경(D50)의 측정 방법은, 리튬 전이금속 산화물의 입자를 분산매 중에 분산시킨 후, 시판되는 레이저 회절 입도 측정 장치(예를 들어 Microtrac MT 3000)에 도입하여 약 28 kHz의 초음파를 출력 60 W로 조사한 후, 측정 장치에 있어서의 입경 분포의 50% 기준에서의 평균 입경(D50)을 산출할 수 있다.In the present invention, the average particle diameter (D 50 ) of the lithium transition metal oxide can be defined as a particle diameter based on 50% of the particle diameter distribution. The average particle diameter (D 50 ) of the cathode active material particles according to an embodiment of the present invention can be measured using, for example, a laser diffraction method. The laser diffraction method generally enables measurement of a particle diameter of several millimeters from a submicron region, resulting in high reproducibility and high degradability. For example, the average particle diameter (D 50 ) of the cathode active material is measured by dispersing lithium transition metal oxide particles in a dispersion medium and introducing the particles into a commercially available laser diffraction particle size analyzer (for example, Microtrac MT 3000) After an ultrasonic wave of about 28 kHz is irradiated at an output of 60 W, the average particle size (D 50 ) at the 50% reference of the particle diameter distribution in the measuring apparatus can be calculated.

상기와 같은 구조를 갖는 양극활물질은, 코발트 원료물질, 리튬 원료물질 및 도펀트 원료물질을 혼합하여 제조한 혼합물을 열처리하는 단계를 포함하는 제조방법에 의해 제조될 수 있다. The cathode active material having the above structure can be produced by a method including a step of heat-treating a mixture prepared by mixing a cobalt raw material, a lithium raw material and a dopant raw material.

이에 따라 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면 상기한 리튬이차전지용 양극활물질의 제조방법이 제공된다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing a cathode active material for a lithium secondary battery.

이하 보다 상세히 설명하면, 먼저 코발트 원료물질, 리튬 원료물질 및 도펀트 원료물질을 혼합하여 혼합물을 제조한다.More specifically, a mixture is prepared by mixing a cobalt raw material, a lithium raw material, and a dopant raw material.

이때 상기 코발트 원료물질은 구체적으로 코발트 함유 산화물, 수산화물, 또는 옥시수산화물 등일 수 있으며, 보다 구체적으로는 Co(OH)2, CoO, CoOOH, Co(OCOCH3)2ㆍ4H2O, Co(NO3)2ㆍ6H2O, Co(SO4)2ㆍ7H2O 등일 수 있다. 상기한 화합물 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. At this time, the cobalt raw material may etc. Specifically, cobalt-containing oxides, hydroxides or oxy-hydroxides, more specifically from Co (OH) 2, CoO, CoOOH, Co (OCOCH 3) 2 and 4H 2 O, Co (NO 3 ) 2 .6H 2 O, Co (SO 4 ) 2 .7H 2 O, and the like. One or a mixture of two or more of the above compounds may be used.

또, 상기 리튬 원료물질은 구체적으로 수산화물, 옥시수산화물, 질산염, 할로겐화물, 탄산염, 아세트산염, 옥살산염, 시트르산염 등일 수 있으며, 보다 구체적으로는 Li2CO3, LiNO3, LiNO2, LiOH, LiOHㆍH2O, LiH, LiF, LiCl, LiBr, LiI, CH3COOLi, Li2O, Li2SO4, CH3COOLi, 또는 Li3C6H5O7 등일 수 있다. 상기한 화합물 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.The lithium source material may specifically be a hydroxide, an oxyhydroxide, a nitrate, a halide, a carbonate, an acetate, a oxalate, a citrate, etc. More specifically, Li 2 CO 3 , LiNO 3 , LiNO 2 , LiOH, LiOH and H 2 O, LiH, LiF, LiCl, LiBr, LiI, CH 3 COOLi, Li 2 O, Li 2 SO 4, CH 3 COOLi, or Li 3 C 6 H 5 O 7 or the like. One or a mixture of two or more of the above compounds may be used.

상기한 코발트 원료물질과 리튬 원료물질의 혼합은 Li/Co몰비가 1≤Li/Co 몰비의 조건을 충족하도록 하는 양으로 혼합되는 것이 바람직하다. 상기한 함량범위로 혼합될 때, 상기한 화학식 1의 리튬 코발트 산화물, 또는 층상 구조를 갖는 리튬 코발트 산화물을 포함하는 코어부가 형성되게 된다. 보다 바람직하게는 코발트 원료물질과 리튬 원료물질의 혼합은 Li/Co몰비가 1≤Li/Co 몰비≤1.2의 조건을 충족하도록 하는 양으로 혼합되는 것이 개선효과의 현저함을 고려할 때 좋다.It is preferable that the cobalt raw material and the lithium raw material are mixed in such an amount that the Li / Co molar ratio satisfies the condition of 1 &lt; = Li / Co molar ratio. When mixed in the above-mentioned content range, a core portion containing lithium cobalt oxide of Formula 1 or lithium cobalt oxide having a layered structure is formed. More preferably, the cobalt raw material and the lithium raw material are mixed in such an amount that the Li / Co molar ratio satisfies the condition of 1? Li / Co molar ratio? 1.2.

한편, 상기 도펀트 원료물질은 리튬과 반응가능한 금속 및 이를 포함하는 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이거나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있다.On the other hand, the dopant raw material may be any one selected from the group consisting of metals capable of reacting with lithium and compounds containing them, or a mixture of two or more thereof.

상기 리튬과 반응가능한 금속은 Ti, W, Zr, Mn, Mg, P, Ni, Al, Sn, V, Cr, 및 Mo로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나이거나 또는 둘 이상일 수 있다.The metal capable of reacting with lithium may be any one selected from the group consisting of Ti, W, Zr, Mn, Mg, P, Ni, Al, Sn, V, Cr and Mo.

또, 상기 리튬과 반응가능한 금속을 포함하는 화합물은 상기한 금속 중 1종 이상을 포함하는 수산화물, 옥시수산화물, 질산염, 할로겐화물, 탄산염, 아세트산염, 옥살산염 또는 시트르산염 등일 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.The compound containing a metal capable of reacting with lithium may be a hydroxide, an oxyhydroxide, a nitrate, a halide, a carbonate, an acetate, an oxalate, or a citrate including at least one of the metals described above. The species alone or a mixture of two or more species may be used.

또, 상기 도펀트 원료물질은 양극활물질 총 중량에 대하여 도펀트가 50 내지 50,000ppm의 함량으로 포함되도록 하는 양으로 사용되는 것이 바람직할 수 있다.The dopant raw material may be used in an amount such that the dopant is contained in an amount of 50 to 50,000 ppm based on the total weight of the cathode active material.

또, 상기한 원료물질들의 혼합물에 대한 열처리는 800 내지 1100℃에서의 온도에서 실시될 수 있다. 열처리 온도가 800℃ 미만이면 미반응 원료물질의 잔류로 인해 단위무게당 방전 용량의 저하, 사이클 특성의 저하 및 작동 전압의 저하 우려가 있고, 1100℃를 초과하면 부반응물의 생성으로 인해 단위무게당 방전용량의 저하, 사이클 특성의 저하 및 작동 전압의 저하 우려가 있다.In addition, the heat treatment for the mixture of the raw materials may be performed at a temperature of 800 to 1100 ° C. If the heat treatment temperature is lower than 800 ° C, the discharge capacity per unit weight, the cycle characteristics, and the operating voltage may decrease due to the residual unreacted starting material. If the temperature exceeds 1100 ° C, There is a fear that the discharge capacity is lowered, the cycle characteristics are lowered, and the operating voltage is lowered.

또, 상기 열처리는 대기 중에서 또는 산소 분위기하에서 실시되는 것이 바람직하며, 5 내지 30시간 동안 실시되는 것이 혼합물의 입자간의 확산 반응이 충분히 이루어질 수 있어 바람직하다.The heat treatment is preferably carried out in the air or in an oxygen atmosphere, and it is preferable that the heat treatment is performed for 5 to 30 hours since the diffusion reaction between the particles of the mixture can be sufficiently performed.

또, 상기 양극활물질의 제조에 있어서, 리튬이 입자 표면에서부터 중심으로 갈수록 증가하는 농도구배로 분포하도록 하기 위해, 열처리시 반응시간 및 반응속도를 적절히 조절하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 리튬 농도가 높은 고밀도 상태를 만들기 위해서는 반응시간을 길게 하고, 반응속도를 낮추는 것이 바람직하고, 리튬 농도가 낮은 저밀도 상태를 만들기 위해서는 반응시간을 짧게 하고, 반응속도를 증가시키는 것이 바람직하다. In the production of the positive electrode active material, it is preferable to appropriately adjust the reaction time and the reaction rate in the heat treatment so that the lithium is distributed in a concentration gradient increasing from the particle surface to the center. Specifically, in order to make a high density state of lithium concentration, it is preferable to lengthen the reaction time and lower the reaction rate, and it is preferable to shorten the reaction time and increase the reaction rate in order to obtain a low density state in which the lithium concentration is low .

본 발명에 따른 양극활물질의 제조방법은 용매를 사용하지 않는 건식방법이다. 통상 양극활물질의 제조 및 표면처리 공정시 용매를 이용하는 습식방법은, 금속 전구체를 용매에 용해시켜 사용하기 때문에 용매의 pH를 변화시키기 쉽고, 이로 인해 최종 제조되는 양극활물질의 크기를 변화시키거나 입자 쪼개짐을 유발할 우려가 있다. 또, Li을 함유하고 있는 양극활물질의 표면에서 Li 이온이 용출되어, 표면에 부반응 물질로 각종 산화물을 형성할 우려가 있다. 이에 반해 본 발명에서와 같이 건식 방법에 의해 양극활물질을 사용하는 경우. 용매 사용에 따른 상기한 문제 발생의 우려가 없고, 또 활물질의 제조 효율성 및 공정 용이성 면에서 보다 우수하다. 더불어 건식 방법에 의한 표면처리방법은 바인더를 사용하지 않기 때문에 바인더 사용에 따른 부반응 발생의 우려가 없다. The method for producing the cathode active material according to the present invention is a dry method without using a solvent. Generally, the wet process using a solvent in the production of the cathode active material and the surface treatment process is easy to change the pH of the solvent because the metal precursor is dissolved in the solvent and thereby the size of the cathode active material to be finally produced is changed, . In addition, there is a risk that Li ions are eluted from the surface of the positive electrode active material containing Li, and various oxides are formed on the surface as side reaction materials. On the contrary, when the cathode active material is used by the dry method as in the present invention. There is no fear of the occurrence of the above-described problems caused by the use of the solvent, and furthermore, it is more excellent in the production efficiency of the active material and easiness in the process. In addition, since the binder is not used in the surface treatment method by the dry method, there is no fear of occurrence of a side reaction due to the use of the binder.

상기와 같은 제조방법 의해 제조된 양극활물질은 입자 표면, 즉 쉘에 리튬의 이동이 용이한 3차원적인 이동경로를 갖는 리튬 결함구조의 리튬 코발트 산화물을 포함함으로써 리튬의 이동 속도를 증가시켜 초기 용량의 저하에 대한 우려없이 율특성 및 용량특성을 향상시킬 수 있다.The cathode active material produced by the above-mentioned production method includes lithium cobalt oxide having a lithium defect structure having a three-dimensional movement path that facilitates lithium migration on the particle surface, that is, the shell, thereby increasing the migration speed of lithium, The rate characteristics and the capacity characteristics can be improved without concern for degradation.

이에 따라 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면 상기한 양극활물질을 포함하는 양극 및 리튬이차전지를 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a positive electrode and a lithium secondary battery including the positive electrode active material.

구체적으로, 상기 양극은 양극 집전체 및 상기 양극 집전체 위에 형성되며, 상기한 양극 활물질을 포함하는 양극활물질층을 포함한다.Specifically, the anode includes a cathode current collector and a cathode active material layer formed on the cathode current collector and including the cathode active material.

상기 양극 집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소 또는 알루미늄이나 스테인레스 스틸 표면에 탄소, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. The positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical changes in the battery. For example, carbon, nickel, titanium, , Silver or the like may be used.

또, 상기 양극 집전체는 통상적으로 3 내지 500㎛의 두께를 가질 수 있으며, 상기 집전체 표면 상에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있다. 예를 들어 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.In addition, the cathode current collector may have a thickness of 3 to 500 탆, and fine unevenness may be formed on the surface of the current collector to increase the adhesive force of the cathode active material. For example, it can be used in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a nonwoven fabric.

한편, 상기 양극활물질층은 양극활물질과 함께, 도전재 및 바인더를 포함할 수 있다. 이때 양극활물질은 앞서 설명한 바와 동일하다.Meanwhile, the cathode active material layer may include a conductive material and a binder together with the cathode active material. At this time, the cathode active material is the same as described above.

또, 상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성을 갖는 것이면 특별한 제한없이 사용가능하다. 구체적인 예로는 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본 블랙, 아세틸렌블랙, 케첸블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙, 탄소섬유 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 또는 폴리페닐렌 유도체 등의 전도성 고분자 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 도전재는 통상적으로 양극활물질층 총 중량에 대하여 1 내지 30 중량%로 포함될 수 있다.The conductive material is used for imparting conductivity to the electrode. The conductive material is not particularly limited as long as it has electron conductivity without causing chemical change. Specific examples thereof include graphite such as natural graphite and artificial graphite; Carbon-based materials such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, summer black and carbon fiber; Metal powder or metal fibers such as copper, nickel, aluminum and silver; Conductive whiskey such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; And polyphenylene derivatives. These may be used alone or in admixture of two or more. The conductive material may be typically contained in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the cathode active material layer.

또, 상기 바인더는 양극 활물질 입자들 간의 부착 및 양극활물질과 집전체와의 접착력을 향상시키는 역할을 한다. 구체적인 예로는 폴리비닐리덴플로라이드(PVDF), 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HFP), 폴리비닐알코올, 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 폴리머(EPDM), 술폰화-EPDM, 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 불소 고무, 또는 이들의 다양한 공중합체 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 바인더는 양극활물질층 총 중량에 대하여 1 내지 30 중량%로 포함될 수 있다.In addition, the binder serves to improve the adhesion between the positive electrode active material particles and the adhesion between the positive electrode active material and the current collector. Specific examples include polyvinylidene fluoride (PVDF), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HFP), polyvinyl alcohol, polyacrylonitrile, carboxymethylcellulose ), Starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene polymer (EPDM), sulfonated-EPDM, styrene butadiene rubber (SBR), fluororubber, and various copolymers thereof. One kind or a mixture of two or more kinds of them may be used. The binder may be included in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the cathode active material layer.

상기와 같은 구조를 갖는 양극은 상기한 양극활물질을 이용하는 것을 제외하고는 통상의 양극제조방법에 따라 제조될 수 있다. 구체적으로, 상기한 양극활물질, 바인더 및 도전제를 포함하는 양극활물질층 형성물을 양극 집전체 상에 도포한 후, 건조 및 압연함으로써 제조될 수 있다. The positive electrode having the above structure can be produced according to a conventional positive electrode manufacturing method, except that the positive electrode active material is used. Specifically, the positive electrode active material layer forming material containing the positive electrode active material, the binder and the conductive material may be coated on the positive electrode current collector, followed by drying and rolling.

이때 상기 양극활물질, 바인더, 도전제의 종류 및 함량은 앞서 설명한 바와 같다.At this time, the types and contents of the cathode active material, the binder, and the conductive agent are as described above.

또, 상기 용매로는 당해 기술분야에서 일반적으로 사용되는 용매일 수 있으며, 디메틸셀폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO), 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol), N-메틸피롤리돈(NMP), 아세톤(acetone) 또는 물 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 용매의 사용량은 슬러리의 도포 두께, 제조 수율을 고려하여 상기 양극 활물질, 도전재 및 바인더를 용해 또는 분산시키고, 이후 양극제조를 위한 도포시 우수한 두께 균일도를 나타낼 수 있는 점도를 갖도록 하는 정도면 충분하다.Examples of the solvent include dimethyl sulfoxide (DMSO), isopropyl alcohol, N-methylpyrrolidone (NMP), acetone ) Or water, and either one of them or a mixture of two or more of them may be used. The amount of the solvent to be used is sufficient to dissolve or disperse the cathode active material, the conductive material and the binder in consideration of the coating thickness of the slurry and the yield of the slurry, and then to have a viscosity capable of exhibiting excellent thickness uniformity Do.

또, 다른 방법으로, 상기 양극은 상기 양극 활물질 조성물을 별도의 지지체 상에 캐스팅한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 양극 집전체 상에 라미네이션함으로써 제조될 수도 있다.Alternatively, the positive electrode may be produced by casting the positive electrode active material composition on a separate support, and then laminating a film obtained by peeling from the support onto a positive electrode collector.

또, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 리튬이차전지는 구체적으로, 양극, 음극, 상기 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터 및 비수전해액을 포함하며, 상기 양극은 앞서 설명한 바와 같다.The lithium secondary battery according to another embodiment of the present invention specifically includes an anode, a cathode, a separator interposed between the anode and the cathode, and a non-aqueous electrolyte, and the anode is as described above.

상기 리튬이차전지에 있어서 음극은, 예를 들어 음극 집전체 상에 음극 활물질, 바인더 및 선택적으로 도전재를 포함하는 음극 형성용 조성물을 제조한 후 이를 음극 집전체 위에 도포하여 제조될 수 있다.In the lithium secondary battery, the negative electrode may be manufactured by, for example, preparing a composition for forming a negative electrode including a negative electrode active material, a binder, and optionally a conductive material on the negative electrode collector, and then coating the composition on the negative electrode collector.

이때, 상기 음극 활물질로는 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물이 사용될 수 있다. 구체적인 예로는 인조흑연, 천연흑연, 흑연화 탄소섬유, 비정질탄소 등의 탄소질 재료; Si, Al, Sn, Pb, Zn, Bi, In, Mg, Ga, Cd, Si합금, Sn합금 또는 Al합금 등 리튬과 합금화가 가능한 금속질 화합물; 또는 금속질 화합물과 탄소질 재료를 포함하는 복합물 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 또한, 상기 음극 활물질로서 금속 리튬 박막이 사용될 수도 있다.At this time, as the negative electrode active material, a compound capable of reversible intercalation and deintercalation of lithium may be used. Specific examples thereof include carbonaceous materials such as artificial graphite, natural graphite, graphitized carbon fiber and amorphous carbon; Metal compounds capable of alloying with lithium such as Si, Al, Sn, Pb, Zn, Bi, In, Mg, Ga, Cd, Si alloys, Sn alloys or Al alloys; Or a composite containing a metallic compound and a carbonaceous material, and the like, alone or in a mixture of two or more of them may be used. Also, a metal lithium thin film may be used as the negative electrode active material.

또, 탄소질 재료로는 저결정 탄소 및 고결정성 탄소 등이 모두 사용될 수 있다. 저결정성 탄소로는 연화탄소 (soft carbon) 및 경화탄소 (hard carbon)가 대표적이며, 고결정성 탄소로는 천연 흑연, 키시흑연 (Kish graphite), 열분해 탄소 (pyrolytic carbon), 액정피치계 탄소섬유 (mesophase pitch based carbon fiber), 탄소 미소구체 (meso-carbon microbeads), 액정피치 (Mesophase pitches) 및 석유와 석탄계 코크스 (petroleum or coal tar pitch derived cokes) 등의 고온 소성탄소가 대표적이다.As the carbonaceous material, both low-crystalline carbon and high-crystalline carbon may be used. Examples of the low crystalline carbon include soft carbon and hard carbon. Examples of highly crystalline carbon include natural graphite, Kish graphite, pyrolytic carbon, liquid crystal pitch carbon fiber high temperature sintered carbon such as mesophase pitch based carbon fiber, meso-carbon microbeads, mesophase pitches and petroleum or coal tar pitch derived cokes.

또, 상기 바인더 및 도전제는 앞서 양극에서 설명한 바와 동일한 것일 수 있다. In addition, the binder and the conductive agent may be the same as those described above for the anode.

한편, 상기 음극 집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 탄소, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. The negative electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical changes in the battery. Examples of the negative electrode current collector include copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon, copper or stainless steel Surface-treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like, aluminum-cadmium alloy, or the like can be used.

또, 상기 음극 집전체는 통상적으로 3 내지 500㎛의 두께를 가질 수 있으며, 양극 집전체와 마찬가지로, 상기 집전체 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있다. 예를 들어, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.In addition, the negative electrode collector may have a thickness of 3 to 500 탆, and similarly to the positive electrode collector, fine unevenness may be formed on the surface of the collector to enhance the binding force of the negative electrode active material. For example, it can be used in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a nonwoven fabric.

한편, 상기 리튬이차전지에 있어서, 세퍼레이터는 통상 리튬이차전지에서 세퍼레이터로 사용되는 것이라면 특별한 제한없이 사용가능하며, 특히 전해질의 이온 이동에 대하여 저저항이면서 전해액 함습 능력이 우수한 것이 바람직하다. 구체적으로는 다공성 고분자 필름, 예를 들어 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체 및 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름 또는 이들의 2층 이상의 적층 구조체가 사용될 수 있다. 또 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포가 사용될 수도 있다.Meanwhile, in the lithium secondary battery, the separator is not particularly limited as long as it is used as a separator in a lithium secondary battery. In particular, it is preferable that the separator is low in resistance against ion movement of the electrolyte and excellent in electrolyte wettability. Specifically, porous polymer films such as porous polymer films made of polyolefin-based polymers such as ethylene homopolymers, propylene homopolymers, ethylene / butene copolymers, ethylene / hexene copolymers and ethylene / methacrylate copolymers, May be used. Further, a nonwoven fabric made of a conventional porous nonwoven fabric, for example, glass fiber of high melting point, polyethylene terephthalate fiber, or the like may be used.

본 발명에서 사용되는 전해질로는 리튬 이차전지 제조시 사용 가능한 유기계 액체 전해질, 무기계 액체 전해질, 고체 고분자 전해질, 겔형 고분자 전해질, 고체 무기 전해질, 용융형 무기 전해질 등을 들 수 있으며, 이들로 한정되는 것은 아니다. Examples of the electrolyte used in the present invention include an organic-based liquid electrolyte, an inorganic liquid electrolyte, a solid polymer electrolyte, a gel-type polymer electrolyte, a solid inorganic electrolyte, and a molten inorganic electrolyte that can be used in the production of a lithium secondary battery. no.

구체적으로, 상기 전해질은 유기 용매 및 리튬염을 포함할 수 있다.Specifically, the electrolyte may include an organic solvent and a lithium salt.

상기 유기 용매로는 전지의 전기 화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 할 수 있는 것이라면 특별한 제한없이 사용될 수 있다. 구체적으로 상기 유기 용매로는, 메틸 아세테이트(methyl acetate), 에틸 아세테이트(ethyl acetate), γ-부티로락톤(γ-butyrolactone), ε-카프로락톤(ε-caprolactone) 등의 에스테르계 용매; 디부틸 에테르(dibutyl ether) 또는 테트라히드로퓨란(tetrahydrofuran) 등의 에테르계 용매; 시클로헥사논(cyclohexanone) 등의 케톤계 용매; 벤젠(benzene), 플루오로벤젠(fluorobenzene) 등의 방향족 탄화수소계 용매; 디메틸카보네이트(dimethylcarbonate, DMC), 디에틸카보네이트(diethylcarbonate, DEC), 메틸에틸카보네이트(methylethylcarbonate, MEC), 에틸메틸카보네이트(ethylmethylcarbonate, EMC), 에틸렌카보네이트(ethylene carbonate, EC), 프로필렌카보네이트(propylene carbonate, PC) 등의 카보네이트계 용매 등이 사용될 수 있다.The organic solvent may be used without limitation as long as it can act as a medium through which ions involved in the electrochemical reaction of the battery can move. Specifically, examples of the organic solvent include ester solvents such as methyl acetate, ethyl acetate,? -Butyrolactone and? -Caprolactone; Ether solvents such as dibutyl ether or tetrahydrofuran; Ketone solvents such as cyclohexanone; Aromatic hydrocarbon solvents such as benzene and fluorobenzene; Dimethyl carbonate (DMC), diethylcarbonate (DEC), methylethylcarbonate (MEC), ethylmethylcarbonate (EMC), ethylene carbonate (EC), propylene carbonate PC) and the like can be used.

이중에서도 카보네이트계 용매가 바람직하고, 전지의 충방전 성능을 높일 수 있는 높은 이온전도도 및 고유전율을 갖는 환형 카보네이트(예를 들면, 에틸렌카보네이트 또는 프로필렌카보네이트 등)와, 저점도의 선형 카보네이트계 화합물(예를 들면, 에틸메틸카보네이트, 디메틸카보네이트 또는 디에틸카보네이트 등)의 혼합물이 보다 바람직하다. Among these, a carbonate-based solvent is preferable, and a cyclic carbonate (for example, ethylene carbonate or propylene carbonate) having a high ionic conductivity and a high dielectric constant, for example, such as ethylene carbonate or propylene carbonate, For example, ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate or diethyl carbonate) is more preferable.

상기 리튬염은 리튬 이차 전지에서 사용되는 리튬 이온을 제공할 수 있는 화합물이라면 특별한 제한없이 사용될 수 있다. 구체적으로 상기 리튬염은, LiPF6, LiClO4, LiAsF6, LiBF4, LiSbF6, LiAl04, LiAlCl4, LiCF3SO3, LiC4F9SO3, LiN(C2F5SO3)2, LiN(C2F5SO2)2, LiN(CF3SO2)2. LiCl, LiI, 또는 LiB(C2O4)2 등이 사용될 수 있다. 상기 리튬염은 상기 전해질 내에 대략 0.6mol% 내지 2mol%의 농도로 포함되는 것이 바람직하다.The lithium salt can be used without particular limitation as long as it is a compound capable of providing lithium ions used in a lithium secondary battery. Specifically, the lithium salt, LiPF 6, LiClO 4, LiAsF 6, LiBF 4, LiSbF 6, LiAl0 4, LiAlCl 4, LiCF 3 SO 3, LiC 4 F 9 SO 3, LiN (C 2 F 5 SO 3) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2) 2, LiN (CF 3 SO 2) 2. LiCl, LiI, or LiB (C 2 O 4 ) 2 may be used. The lithium salt is preferably contained in the electrolyte at a concentration of about 0.6 mol% to 2 mol%.

상기 전해질에는 상기 전해질 구성 성분들 외에도 전지의 수명특성 향상, 전지 용량 감소 억제, 전지의 방전 용량 향상 등을 목적으로 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사인산 트리아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올 또는 삼염화 알루미늄 등의 첨가제가 1종 이상 더 포함될 수도 있다. 이때 상기 첨가제는 전해질 총 중량에 대하여 0.1 내지 5 중량%로 포함될 수 있다.The electrolytes include, for example, pyridine, triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylenediamine, n-propylamine, and the like for the purpose of improving lifetime characteristics of the battery, N, N-substituted imidazolidine, ethylene glycol dialkyl ethers, ammonium salts, pyrroles, 2-ethylhexyl glycols, - methoxyethanol or aluminum trichloride may be further included. The additive may be included in an amount of 0.1 to 5% by weight based on the total weight of the electrolyte.

상기와 같이 본 발명에 따른 양극 형성용 조성물을 이용하여 제조한 양극을 포함하는 리튬이차전지는 우수한 방전 용량, 출력 특성 및 용량 유지율을 안정적으로 나타내기 때문에, 휴대전화, 노트북 컴퓨터, 디지털 카메라 등의 휴대용 기기, 및 하이브리드 전기자동차(hybrid electric vehicle, HEV) 등의 전기 자동차 분야 등에 유용하다.As described above, the lithium secondary battery including the positive electrode prepared using the composition for forming an anode according to the present invention stably exhibits excellent discharge capacity, output characteristics, and capacity retention ratio, Portable devices, and electric vehicles such as hybrid electric vehicles (HEV).

이에 따라, 본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 상기 리튬이차전지를 단위 셀로 포함하는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩을 제공한다. According to another embodiment of the present invention, there is provided a battery module including the lithium secondary battery as a unit cell and a battery pack including the battery module.

상기 전지모듈 또는 전지팩은 파워 툴(Power Tool); 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차, 및 플러그인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV)를 포함하는 전기차; 또는 전력 저장용 시스템 중 어느 하나 이상의 중대형 디바이스 전원으로 이용될 수 있다.The battery module or the battery pack may include a power tool; An electric vehicle including an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle, and a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV); Or a power storage system, as shown in FIG.

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

[[ 제조예Manufacturing example 1:  One: 양극활물질의Cathode active material 제조] Produce]

Li2CO3 분말 및 Co3O4 분말을 Li/Co 몰비가 1이 되도록 하는 양으로 혼합한 후 상기 혼합물 총 중량에 대해 Ti 분말 0.04중량%를 더 첨가하여 혼합물을 제조하였다. 결과의 혼합물을 900℃에서 20 시간 동안 열처리한 후, 결과의 분말을 분쇄하고, 여과하여 양극활물질(평균 입경: 12㎛)을 제조하였다.
Li 2 CO 3 powder and Co 3 O 4 powder were mixed in an amount such that the Li / Co molar ratio was 1, and 0.04 weight% of Ti powder was further added to the total weight of the mixture to prepare a mixture. The resultant mixture was heat-treated at 900 DEG C for 20 hours, and the resultant powder was pulverized and filtered to prepare a cathode active material (average particle size: 12 mu m).

[[ 제조예Manufacturing example 2:  2: 양극활물질의Cathode active material 제조] Produce]

도펀트 원료물질로서 P를 포함하는 화합물을 혼합물 총 중량에 대해 0.25중량%의 양으로 사용하는 것을 제외하고는 상기 제조예 1에서와 동일한 방법으로 실시하여 양극활물질을 제조하였다.
A cathode active material was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that a compound containing P as a dopant raw material was used in an amount of 0.25% by weight based on the total weight of the mixture.

[[ 제조예Manufacturing example 3:  3: 양극활물질의Cathode active material 제조] Produce]

도펀트 원료물질로서 Mn(OH2)를 혼합물 총 중량에 대해 0.3중량%의 양으로 사용하는 것을 제외하고는 상기 제조예 1에서와 동일한 방법으로 실시하여 양극활물질을 제조하였다.
A cathode active material was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that Mn (OH 2 ) was used in an amount of 0.3% by weight based on the total weight of the mixture as a dopant raw material.

[[ 제조예Manufacturing example 4:  4: 양극활물질의Cathode active material 제조] Produce]

도펀트 원료물질로서 Al2O3를 혼합물 총 중량에 대해 0.05중량%의 양으로 사용하는 것을 제외하고는 상기 제조예 1에서와 동일한 방법으로 실시하여 양극활물질을 제조하였다.
A cathode active material was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that Al 2 O 3 was used in an amount of 0.05% by weight based on the total weight of the mixture as a dopant raw material.

[[ 실시예Example 1 내지 4:  1 to 4: 리튬이차전지의The lithium secondary battery 제조] Produce]

상기 제조예 1 내지 4에서 제조한 양극활물질을 각각 이용하여 리튬이차전지를 제조하였다.Lithium secondary batteries were prepared using the cathode active materials prepared in Preparation Examples 1 to 4, respectively.

상세하게는, 상기 제조예 1 내지 4에서 제조한 양극 활물질, 카본블랙 도전재 및 PVdF 바인더를 N-메틸피롤리돈 용매 중에서 중량비로 90:5:5의 비율로 혼합하여 양극 형성용 조성물(점도: 5000mPa·s)을 제조하고, 이를 알루미늄 집전체에 도포한 후, 건조 압연하여 양극을 제조하였다.Specifically, the cathode active material, the carbon black conductive material, and the PVdF binder prepared in Preparation Examples 1 to 4 were mixed in a N-methylpyrrolidone solvent at a weight ratio of 90: 5: 5 to prepare a composition for forming an anode : 5000 mPa 占 퐏) was coated on an aluminum current collector, followed by drying and rolling to prepare a positive electrode.

또, 음극활물질로서 인조흑연인 MCMB(mesocarbon microbead), 카본블랙 도전재 및 PVdF 바인더를 N-메틸피롤리돈 용매 중에서 중량비로 85:10:5의 비율로 혼합하여 음극 형성용 조성물을 제조하고, 이를 구리 집전체에 도포하여 음극을 제조하였다.In addition, as a negative electrode active material, artificial graphite, MCMB (mesocarbon microbead), carbon black conductive material and PVdF binder were mixed in a N-methylpyrrolidone solvent in a weight ratio of 85: 10: 5 to prepare a composition for forming an anode, This was applied to the entire copper collector to prepare a negative electrode.

상기와 같이 제조된 양극과 음극 사이에 다공성 폴리에틸렌의 분리막을 개재하여 전극 조립체를 제조하고, 상기 전극 조립체를 케이스 내부에 위치시킨 후, 케이스 내부로 전해액을 주입하여 리튬 이차 전지를 제조하였다. 이때 전해액은 에틸렌카보네이트/디메틸카보네이트/에틸메틸카보네이트(EC/EMC/DEC의 혼합 부피비=3/4/3)로 이루어진 유기 용매에 1.15M 농도의 리튬헥사플루오로포스페이트(LiPF6)를 용해시켜 제조하였다.
A lithium secondary battery was prepared by preparing an electrode assembly between the positive electrode and the negative electrode prepared as described above with a separator of porous polyethylene interposed therebetween, placing the electrode assembly inside the case, and injecting an electrolyte into the case. The electrolyte solution was prepared by dissolving lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) at a concentration of 1.15 M in an organic solvent composed of ethylene carbonate / dimethyl carbonate / ethyl methyl carbonate (mixed volume ratio of EC / EMC / DEC = 3/4/3) Respectively.

[[ 비교예Comparative Example 1: 리튬 이차 전지의 제조] 1: Production of lithium secondary battery]

양극활물질로서 LiCoO2(평균 입경: 12㎛)을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1에서와 동일한 방법으로 실시하여 리튬이차전지를 제조하였다.
A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that LiCoO 2 (average particle diameter: 12 탆) was used as the cathode active material.

[[ 비교예Comparative Example 2: 리튬 이차 전지의 제조] 2: Production of lithium secondary battery]

LiCoO2을 Li2TiO3 함유 슬러리에 함침한 후 건조하고, 350℃에서 열처리하여 표면에 Li2TiO3의 코팅층이 형성된 LiCoO2 계 음극활물질(평균 입경: 12㎛)을 제조하였다.LiCoO 2 was impregnated into the Li 2 TiO 3 -containing slurry, dried, and heat-treated at 350 ° C. to form a coating layer of Li 2 TiO 3 on the surface, and LiCoO 2 Based anode active material (average particle diameter: 12 占 퐉).

상기에서 제조한 음극활물질을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1에서와 동일한 방법으로 실시하여 리튬이차전지를 제조하였다.
A lithium secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the negative active material prepared above was used.

[[ 실험예Experimental Example 1: 양극 활물질의 평가] 1: Evaluation of cathode active material]

상기 제조예 1에서 제조한 양극활물질에 대하여 투과전자현미경(TEM) 및 에닥스(EDS)를 이용하여 활물질 표면에서 내부까지의 깊이 프로파일(depth profile)에 따른 Li/Co의 몰비 변화를 관찰하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.The change in the molar ratio of Li / Co according to the depth profile from the surface to the inside of the active material was observed using a transmission electron microscope (TEM) and EDS (EDS) for the cathode active material prepared in Preparation Example 1. The results are shown in Table 1 below.

양극활물질 입자 표면으로부터의 깊이(nm)The depth (nm) from the cathode active material particle surface Li/Co 의 몰비The molar ratio of Li / Co 2020 0.980.98 4040 1.01.0 6060 1.021.02

표 1에 나타난 바와 같이, 제조예 1에서 제조한 양극활물질은 입자의 표면에서부터 중심으로 갈수록 Li/Co의 몰비가 점점 증가하는 농도구배의 구조를 포함하고 있음을 확인할 수 있었다.As shown in Table 1, it was confirmed that the cathode active material prepared in Preparation Example 1 contained a concentration gradient structure in which the molar ratio of Li / Co gradually increased from the surface of the particles to the center thereof.

또, 상기 제조예 1 내지 4의 활물질에 대한 TEM-EDS 분석을 통해 코팅층내 포함된 도펀트 및 함량을 확인하였다. 그 결과를 하기 표 2에 각각 나타내었다. In addition, the dopant and content in the coating layer were confirmed through TEM-EDS analysis of the active materials of Production Examples 1 to 4 above. The results are shown in Table 2 below.

코팅층내 포함된 도펀트 형태The dopant form contained in the coating layer 함량(ppm)Content (ppm) 제조예1Production Example 1 Li2TiO3, Li4Ti5O12 Li 2 TiO 3 , Li 4 Ti 5 O 12 350350 제조예2Production Example 2 Li3PO4 Li 3 PO 4 23002300 제조예3Production Example 3 Li2MnO3, LiMn2O4 Li 2 MnO 3 , LiMn 2 O 4 30003000 제조예4Production Example 4 LiAlO2 LiAlO 2 450450

[[ 실험예Experimental Example 2:  2: 양극활물질의Cathode active material 전기화학적 특성 평가] Electrochemical property evaluation]

상기 제조예 1에서 제조한 양극활물질을 이용하여 코인셀(Li 금속 음극 사용)을 제조하고, 상온(25℃)에서 0.1C/0.1C의 조건으로 충방전을 실시한 후 충방전 특성 및 율(rate) 특성을 각각 평가하였다. 이때 비교를 위해 LiCoO2의 양극활물질로 사용하였다. 그 결과를 하기 도 1 및 도 2에 나타내었다. A coin cell (Li metal cathode) was prepared using the cathode active material prepared in Preparation Example 1 and charged and discharged at a temperature of 0.1 C / 0.1 C at room temperature (25 캜). The charge / discharge characteristics and rate Respectively. At this time, LiCoO 2 was used as a cathode active material for comparison. The results are shown in Fig. 1 and Fig.

실험결과, 도 1에 나타난 바와 같이, 리튬 코발트 산화물 입자의 쉘에 리튬 결함구조를 갖는 제조예 1의 양극활물질을 포함하는 리튬이차전지는, 리튬 결함구조를 갖지 않는 LiCoO2의 양극활물질을 포함하는 비교에 1의 리튬이차전지와 거의 동일한 충방전 특성을 나타내었다. 다만, 리튬 코발트 산화물의 입자 표면에 리튬 결함 구조를 갖는 제조에 1의 양극활물질의 경우 충전과 방전시 4.05 내지 4.15V 사이에서 프로파일이 꺾이는 구간이 관찰되었다(도 1 내 점선의 동그라미 표시부분 참조). 1, the lithium secondary battery comprising the cathode active material of Production Example 1 having a lithium-deficient structure in the shell of the lithium cobalt oxide particles, the lithium secondary battery comprising the cathode active material of LiCoO 2 having no lithium defect structure The charge / discharge characteristics of the lithium secondary battery were almost the same as those of the lithium secondary battery of Comparative Example 1. However, in the case of one positive electrode active material having a lithium defect structure on the surface of the lithium cobalt oxide particle, a section in which the profile was bent between 4.05 V and 4.15 V during charging and discharging was observed (see the circled portion in Fig. 1) .

또, 도 2에 나타난 바와 같이, 리튬 코발트 산화물의 입자의 쉘에 리튬 결함구조를 갖는 제조예 1의 양극활물질을 포함하는 리튬이차전지는, 리튬 결함구조를 갖지 않는 LiCoO2의 양극활물질을 포함하는 비교예 1의 리튬이차전지에 비해 개선된 율 특성을 나타내었다.
Further, as shown in Fig. 2, the lithium secondary battery comprising the cathode active material of Production Example 1 having a lithium-deficient structure in the shell of the lithium cobalt oxide particles, the lithium secondary battery comprising the cathode active material of LiCoO 2 not having a lithium defect structure The lithium secondary battery of Comparative Example 1 exhibited improved rate characteristics.

[[ 실험예Experimental Example 3: 리튬 이차 전지의 전지특성 평가] 3: Evaluation of battery characteristics of lithium secondary battery]

상기 실시예 1 내지 4, 및 비교예 1, 2에서 제조한 리튬 이차 전지에 대해 하기와 같은 방법으로 전지특성을 평가하였다. The properties of the lithium secondary batteries prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 were evaluated in the following manner.

상세하게는, 상기 실시예 1 내지 4, 및 비교예 1, 2에서 제조한 리튬이차전지에 대해 상온(25℃)에서 3 내지 4.4V 구동전압 범위 내에서 2C/0.1C의 조건으로 충방전시 율특성과, 고온(45℃)에서 3 내지 4.4V 구동전압 범위내에서 0.5C/1C의 조건으로 충/방전을 50회 실시한 후, 초기용량에 대한 50사이클째의 방전용량의 비율인 사이클 용량 유지율(capacity retention)을 각각 측정하고, 하기 표 3에 나타내었다. Specifically, the lithium secondary batteries prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 were subjected to charging and discharging at a temperature of 2 C / 0.1 C in a driving voltage range of 3 to 4.4 V at room temperature (25 캜) Rate characteristics and a charge / discharge cycle of 50 cycles at a high temperature (45 ° C) under the condition of 0.5C / 1C within a drive voltage range of 3 to 4.4 V, and then the cycle capacity The retention rate (capacity retention) was measured and shown in Table 3 below.

상온(25℃) 율 특성(2C/0.1C %)Room temperature (25 ℃) Rate characteristic (2C / 0.1C%) 고온(45℃)에서의 50회 사이클 용량유지율(%)50 cycle capacity retention rate (%) at high temperature (45 DEG C) 비교예1Comparative Example 1 92.592.5 95.195.1 비교예2Comparative Example 2 92.292.2 95.595.5 실시예1Example 1 94.994.9 96.996.9 실시예2Example 2 95.095.0 97.597.5 실시예3Example 3 94.294.2 96.796.7 실시예4Example 4 94.094.0 98.398.3

실험결과, 쉘에 리튬 결함 구조를 갖는 양극활물질을 포함하는 실시예 1 내지 4의 전지는, 리튬 결함 구조를 갖지 않는 리튬코발트 산화물을 양극활물질로 포함하는 비교예 1, 및 리튬 결함 구조의 형성없이 표면에 Li2TiO3 코팅층을 갖는 양극활물질을 포함하는 비교예 2의 전지에 비해 향상된 사이클 특성을 나타내었다.As a result of the tests, the batteries of Examples 1 to 4 including the positive electrode active material having a lithium-deficient structure in the shell of Comparative Example 1 including lithium cobalt oxide having no lithium defect structure as a positive electrode active material, The battery showed improved cycle characteristics as compared with the battery of Comparative Example 2 including the cathode active material having a coating layer of Li 2 TiO 3 on its surface.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니며, 이하의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, And falls within the scope of the invention.

Claims (23)

제1리튬 코발트 산화물을 포함하는 코어, 및
상기 코어의 외표면 상에 위치하며, Li/Co의 몰비가 1 미만인 제2리튬 코발트 산화물을 포함하는 쉘을 포함하고,
상기 쉘은 Ti, W, Zr, Mn, Mg, P, Ni, Al, Sn, V, Cr, 및 Mo로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 금속 또는 이들 중 둘 이상의 금속을 포함하는 도펀트를 더 포함하며,
상기 제1리튬 코발트 산화물이 하기 화학식 1의 화합물이고,
상기 제2리튬 코발트 산화물이 하기 화학식 2의 화합물인 리튬이차전지용 양극활물질.
[화학식 1]
LiaCoO2
[화학식 2]
Li1-bCoO2
(상기 화학식 1 및 2에서, a 및 b는 각각 독립적인 산화물 조성 원소들의 원자분율로서, 1≤a≤1.2, 0<b≤0.05이다)
A core comprising a first lithium cobalt oxide, and
A shell disposed on the outer surface of the core and comprising a second lithium cobalt oxide wherein the molar ratio of Li / Co is less than 1,
The shell further comprises a dopant comprising any one metal selected from the group consisting of Ti, W, Zr, Mn, Mg, P, Ni, Al, Sn, V, Cr and Mo, In addition,
Wherein the first lithium cobalt oxide is a compound represented by the following formula (1)
Wherein the second lithium cobalt oxide is a compound represented by the following formula (2).
[Chemical Formula 1]
Li a CoO 2
(2)
Li 1-b CoO 2
(In the above formulas (1) and (2), a and b are atomic fractions of independent oxide forming elements, 1? A? 1.2 and 0 < b?
제1항에 있어서,
상기 도펀트가 양극활물질 총 중량에 대해 50 내지 50,000ppm의 함량으로 포함되는 것인 리튬이차전지용 양극활물질.
The method according to claim 1,
Wherein the dopant is contained in an amount of 50 to 50,000 ppm based on the total weight of the cathode active material.
제1항에 있어서,
상기 도펀트가 쉘 내에 불연속적으로 존재하고,
상기 제2리튬 코발트 산화물이 상기 도펀트 주변에 밀집 분포하는 것인 리튬이차전지용 양극활물질.
The method according to claim 1,
The dopant is discontinuously present in the shell,
And the second lithium cobalt oxide is densely distributed around the dopant.
제1항에 있어서,
상기 도펀트가 리튬과 반응하여 리튬 화합물의 형태로 포함되는 것인 리튬이차전지용 양극활물질.
The method according to claim 1,
Wherein the dopant reacts with lithium and is contained in the form of a lithium compound.
제4항에 있어서,
상기 리튬 화합물이 Li2TiO3, Li4Ti5O12, Li3PO4, Li2MnO3, LiMn2O4 및 LiAlO2로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 둘 이상의 혼합물을 포함하는 것인 리튬이차전지용 양극활물질.
5. The method of claim 4,
The lithium compound is Li 2 TiO 3, Li 4 Ti 5 O 12, Li 3 PO 4, Li 2 MnO 3, containing any one or a mixture of two or more of them selected from the group consisting of LiMn 2 O 4 and LiAlO 2 And a cathode active material for a lithium secondary battery.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 화학식 1의 제1리튬코발트 산화물이 층상 구조(layered structure)를 갖고, 상기 화학식 2의 제2리튬코발트 산화물이 스피넬 유사 구조(spinel like structure)를 갖는 것인 리튬이차전지용 양극활물질.
The method according to claim 1,
Wherein the first lithium cobalt oxide of Formula 1 has a layered structure and the second lithium cobalt oxide of Formula 2 has a spinel-like structure.
제1항에 있어서,
리튬이 양극활물질의 표면에서부터 중심으로 갈수록 증가하는 농도 구배로 분포되어 있는 구조를 갖는 것인 리튬이차전지용 양극활물질.
The method according to claim 1,
Wherein the positive electrode active material has a structure in which lithium is distributed in a concentration gradient increasing from the surface to the center of the positive electrode active material.
제1항에 있어서,
상기 코어 및 쉘 내에서 리튬이 양극활물질의 중심으로 갈수록 각각 증가하는 농도구배로 분포하는 것인 리튬이차전지용 양극활물질.
The method according to claim 1,
Wherein a concentration gradient of lithium in the core and the shell increases with increasing distance from the center of the cathode active material to the center of the cathode and the shell, respectively.
제1항에 있어서,
상기 코어 내에서의 리튬의 농도구배 기울기와 쉘 내에서의 리튬의 농도구배 기울기가 서로 다른 기울기 값을 갖는 것인 리튬이차전지용 양극활물질.
The method according to claim 1,
Wherein a slope of the concentration gradient of lithium in the core and a gradient slope of concentration gradient of lithium in the shell have different slope values.
제1항에 있어서,
상기 코어는 쉘에 비해 높은 농도의 리튬을 포함하고,
상기 리튬은 코어 및 쉘 각각의 영역 내에서 균일한 농도로 분포하는 것인 리튬이차전지용 양극활물질.
The method according to claim 1,
The core comprises a higher concentration of lithium than the shell,
Wherein the lithium is distributed at a uniform concentration in a region of each of the core and the shell.
제1항에 있어서,
상기 쉘이 1 내지 100nm의 두께를 갖는 것인 리튬이차전지용 양극활물질.
The method according to claim 1,
Wherein the shell has a thickness of 1 to 100 nm.
제1항에 있어서,
3 내지 50㎛의 평균입경(D50)을 갖는 것인 리튬이차전지용 양극활물질.
The method according to claim 1,
And having an average particle diameter (D 50 ) of 3 to 50 탆.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 따른 양극활물질을 포함하는 리튬이차전지용 양극.
A positive electrode for a lithium secondary battery comprising the positive electrode active material according to claim 1.
제18항에 따른 양극을 포함하는 리튬이차전지.
19. A lithium secondary battery comprising a positive electrode according to claim 18.
제19항에 따른 리튬이차전지를 단위셀로 포함하는 전지모듈.
A battery module comprising the lithium secondary battery according to claim 19 as a unit cell.
제20항에 따른 전지모듈을 포함하는 전지팩.
A battery pack comprising the battery module according to claim 20.
제21항에 있어서,
중대형 디바이스의 전원으로 사용되는 것인 전지팩.
22. The method of claim 21,
A battery pack that is used as a power source for mid- to large-sized devices.
제22항에 있어서,
상기 중대형 디바이스가 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 및 전력 저장용 시스템로 이루어진 군에서 선택되는 것인 전지팩.
23. The method of claim 22,
Wherein the middle- or large-sized device is selected from the group consisting of an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle, and a power storage system.
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