KR101872470B1 - Electrode active material, preparation method thereof, and electrode and lithium battery containing the same - Google Patents

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Abstract

리튬의 흡장방출이 가능한 코어; 및 상기 코어 상의 적어도 일부에 형성된 표면처리층을 포함하며, 상기 표면처리층이 스피넬 구조를 가지는 리튬-비함유 산화물을 포함하며, 상기 리튬-비함유 산화물에 대한 Cu-Kα 선을 사용하는 X-선 회절 스펙트럼에서 불순물상에 대한 피크 강도가 노이즈 레벨 이하인 전극활물질, 그 제조방법 및 이를 채용한 전극과 리튬전지가 제시된다.A core capable of intercalating and deintercalating lithium; And a surface treatment layer formed on at least a portion of the core, wherein the surface treatment layer comprises a lithium-free oxide having a spinel structure, wherein the X- Ray diffraction spectrum of the electrode active material having a peak intensity with respect to the impurity phase being equal to or lower than a noise level, a method for producing the electrode active material, and an electrode and a lithium battery using the electrode active material.

Description

전극활물질, 그 제조방법 및 이를 채용한 전극 및 리튬전지{Electrode active material, preparation method thereof, and electrode and lithium battery containing the same}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an electrode active material, a method of manufacturing the electrode active material, and an electrode and a lithium battery employing the electrode active material,

전극활물질, 그 제조방법 및 이를 채용한 전극과 리튬전지에 관한 것이다.An electrode active material, a manufacturing method thereof, and an electrode and a lithium battery employing the same.

각종 기기의 소형화, 고성능화에 부합하기 위하여 리튬전지의 소형화, 경량화 외에 고에너지밀도화가 중요해지고 있다. 즉, 고전압 및 고용량의 리튬전지가 중요해지고 있다.In order to meet the miniaturization and high performance of various devices, besides the miniaturization and weight reduction of lithium batteries, higher energy density is becoming important. That is, high-voltage and high-capacity lithium batteries are becoming important.

상기 용도에 부합하는 리튬전지를 구현하기 위하여 고전압 및 고용량의 양극활물질이 검토되고 있다.A high-voltage and high-capacity cathode active material has been studied for realizing a lithium battery conforming to the above-mentioned use.

종래의 고전압 및 고용량의 양극활물질은 고온 및/또는 4.4V 이상의 고전압 영역에서 전이금속의 용출 및 가스 발생 등의 부반응이 발생하였다. 이러한 전이금속의 용출 또는 부반응에 의하여 고온 및 고전압 환경에서 전지의 성능이 열화되었다.Conventional high-voltage and high-capacity cathode active materials have side reactions such as elution of transition metals and gas generation at high temperature and / or high voltage range of 4.4 V or higher. The performance of the battery deteriorated in a high temperature and high voltage environment due to elution or side reaction of the transition metal.

따라서, 고온 및 고전압 환경에서 전지의 성능 열화를 방지할 수 있는 방법이 요구된다.Therefore, there is a demand for a method capable of preventing performance deterioration of the battery in a high-temperature and high-voltage environment.

한 측면은 고온 및 고전압 하에서 전지의 성능 열화를 방지할 수 있는 전극활물질을 제공하는 것이다.One aspect is to provide an electrode active material capable of preventing performance deterioration of the battery under high temperature and high voltage.

다른 한 측면은 상기 전극활물질을 포함하는 전극을 제공하는 것이다.Another aspect is to provide an electrode comprising the electrode active material.

또 다른 한 측면은 상기 전극을 채용한 리튬전지를 제공하는 것이다.Another aspect is to provide a lithium battery employing the electrode.

또 다른 한 측면은 상기 전극활물질의 제조방법을 제공하는 것이다.Another aspect provides a method for producing the electrode active material.

한 측면에 따라On one side

리튬의 흡장방출이 가능한 코어; 및A core capable of intercalating and deintercalating lithium; And

상기 코어 상의 적어도 일부에 형성된 표면처리층을 포함하며,And a surface treatment layer formed on at least a portion of the core,

상기 표면처리층이 스피넬 구조를 가지는 리튬-비함유 산화물을 포함하며,Wherein the surface treatment layer comprises a lithium-free oxide having a spinel structure,

상기 리튬-비함유 산화물에 대한 Cu-Kα 선을 사용하는 X-선 회절 스펙트럼에서 불순물상에 대한 피크 강도가 노이즈 레벨 이하인 전극활물질이 제공된다.An X-ray diffraction spectrum using a Cu-K? Line for the lithium-free oxide provides an electrode active material having a peak intensity with respect to the impurity phase being not higher than a noise level.

다른 한 측면에 따라 상기 전극활물질을 포함하는 전극이 제공된다.According to another aspect, there is provided an electrode comprising the electrode active material.

또 다른 한 측면에 따라 상기 전극을 포함하는 리튬전지가 제공된다.According to another aspect, there is provided a lithium battery including the electrode.

또 다른 한 측면에 따라According to another aspect

전극활물질을 포함하는 코어와 스피넬 구조를 가지는 리튬-비함유 산화물 입자를 혼합하는 단계; 및Mixing a core comprising an electrode active material with lithium-free oxide particles having a spinel structure; And

건식 방법으로 상기 코어 상에 리튬-비함유 산화물을 포함하는 표면처리층을 형성시키는 단계를 포함하는 전극활물질 제조방법이 제공된다.And a step of forming a surface treatment layer containing a lithium-free oxide on the core by a dry method.

한 측면에 따르면 리튬의 흡장방출이 가능한 코어가 스피넬 구조를 가지며 불순물이 제거된 리튬-비함유 산화물로 표면 처리됨에 의하여 리튬전지의 고온 안정성, 고온 수명특성 및 고율특성이 향상될 수 있다.According to one aspect of the present invention, a core capable of lithium storage and release has a spinel structure and is surface-treated with a lithium-free oxide free from impurities, thereby improving the high-temperature stability, high-temperature lifetime, and high-rate characteristics of the lithium battery.

도 1에서 (a)는 비교제조예 1에서 제조된 SnZn2O4 에 대한 XRD(X-ray diffraction) 실험 결과이다.
도 1에서 (b)는 제조예 1에서 제조된 SnZn2O4 에 대한 XRD 실험 결과이다.
도 2는 제조예 1에서 제조된 SnZn2O4 에 대한 SEM 사진이다.
도 3은 실시예 1에서 사용된 LiNi0.5Mn1.5O4 분말에 대한 SEM 사진이다.
도 4는 실시예 1에서 제조된 양극활물질의 SEM 사진이다.
도 5는 실시예 97~98 및 비교예 5의 리튬전지에 대한 고율특성실험결과이다.
도 6은 일구현예에 따른 리튬전지의 모식도이다.
1 (a) shows XRD (X-ray diffraction) test results for SnZn 2 O 4 prepared in Comparative Preparation Example 1. FIG.
1 (b) shows the XRD test results for SnZn 2 O 4 prepared in Preparation Example 1.
2 is a SEM photograph of SnZn 2 O 4 prepared in Preparation Example 1.
3 is a SEM photograph of the LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 powder used in Example 1. Fig.
4 is a SEM photograph of the cathode active material prepared in Example 1. Fig.
5 shows the results of high-rate characteristics tests of lithium batteries of Examples 97 to 98 and Comparative Example 5.
6 is a schematic diagram of a lithium battery according to an embodiment.

이하에서 예시적인 구현예들에 따른 전극활물질, 그 제조방법 및 이를 포함하는 전극과 리튬전지에 관하여 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, an electrode active material according to exemplary embodiments, a method of manufacturing the electrode active material, and an electrode and a lithium battery including the same will be described in more detail.

일구현예에 따른 전극활물질은 리튬의 흡장방출이 가능한 코어; 및 상기 코어 상의 적어도 일부에 형성된 표면처리층을 포함하며, 상기 표면처리층이 스피넬 구조를 가지는 리튬-비함유 산화물을 포함하며, 상기 리튬-비함유 산화물에 대한 Cu-Kα 선을 사용하는 X-선 회절 스펙트럼에서 불순물상에 대한 피크 강도가 X-선 회절 스펙트럼의 노이즈(noise) 레벨 이하이다.The electrode active material according to an embodiment includes a core capable of intercalating and deintercalating lithium; And a surface treatment layer formed on at least a portion of the core, wherein the surface treatment layer comprises a lithium-free oxide having a spinel structure, wherein the X- Ray diffraction spectrum, the peak intensity for the impurity phase is below the noise level of the X-ray diffraction spectrum.

X-선 회절 스펙트럼에서 불순물상에 대한 회절 피크의 강도가 노이즈 레벨 이하라는 것은 X-선 회절 스펙트럼에서 불순물상에 대한 회절 피크의 강도가 베이스 라인을 형성하는 노이즈 레벨 보다 낮아 실질적으로 불순물상에 대한 회절 피크가 검출되지 않는다는 것을 의미한다. 노이즈 레벨(noise level)은 타겟 물질로부터 얻어지는 X-선 산란과 무관하게 공기 및 물 등의 주변환경의 산란으로부터 불가피하게 얻어지는 X-선 산란을 의미합니다.The intensity of the diffraction peak with respect to the impurity phase in the X-ray diffraction spectrum is below the noise level because the intensity of the diffraction peak relative to the impurity phase in the X-ray diffraction spectrum is lower than the noise level forming the baseline, It means that no diffraction peak is detected. Noise level refers to the X-ray scattering inevitably obtained from the scattering of the surrounding environment such as air and water, regardless of the X-ray scattering obtained from the target material.

즉, 상기 리튬의 흡장방출이 가능한 코어 표면의 적어도 일부가 스피넬 구조를 가지며 불순물상이 실질적으로 없는 리튬-비함유 산화물로 처리됨에 의하여 상기 코어 표면의 일부 또는 전부에 표면처리층이 형성될 수 있다. 상기 표면처리층이라는 표현은 다르게는 코팅층으로 표현될 수 있음이 당업자에게 자명하다. 상기 불순물상은 스피넬 결정에 해당하지 않는 상(pahse)을 의미한다.That is, the surface treatment layer may be formed on part or all of the core surface by treating at least a portion of the surface of the core capable of intercalating and deintercalating lithium with a lithium-free oxide having a spinel structure and substantially no impurity phase. It is apparent to those skilled in the art that the expression of the surface treatment layer may alternatively be expressed as a coating layer. The impurity phase means an image that does not correspond to a spinel crystal (pahse).

상기 스피넬 구조를 가지는 리튬-비함유 산화물은 실질적으로 불순물을 포함하지 않으므로 충방전 과정에서 불순물상(impurity phase)에 의한 부반응을 억제할 수 있다.Since the lithium-free oxide having the spinel structure substantially contains no impurities, side reactions due to the impurity phase during charge and discharge can be suppressed.

이하 본 명세서에서 스피넬 구조를 가지는 리튬-비함유 산화물을 별도로 언급되지 않으면 불순물상이 실질적으로 제거된 산화물이다.Hereinafter, the lithium-free oxide having a spinel structure is an oxide substantially free of the impurity phase unless otherwise specified.

상기 스피넬 구조를 가지는 리튬-비함유 산화물은 고결정성일 수 있다. 즉, 스피넬 구조를 가지며 고결정성인 리튬-비함유 산화물은 Cu-Kα 선을 사용하는 X-선 회절 스펙트럼에서 스피넬 구조를 가지며 결정성이 낮은 리튬-비함유 산화물에 비하여 샤프(sharp)한 회절 피크를 나타낼 수 있다. 상기 리튬-비함유 산화물이 고결정성을 가짐에 의하여 고전압에서 전극활물질의 안정성이 향상될 수 있다.The lithium-free oxide having the spinel structure may be highly crystalline. That is, the lithium-free oxide having a spinel structure and highly crystalline has a spinel structure in a X-ray diffraction spectrum using a Cu-K? Line, and has a sharp diffraction peak Lt; / RTI > The stability of the electrode active material at high voltage can be improved by having the lithium-free oxide have a high crystallinity.

예를 들어, 상기 리튬-비함유 산화물은 Cu-Kα 선을 사용하는 X-선 회절 스펙트럼에서 2θ= 35.5 ± 2.0°에서 (311) 면에 대한 회절 피크를 가지며, 상기 회절 피크의 반가폭(FWHM, Full Width at Half Maximum)이 0.3° 미만일 수 있다. 예를 들어, 상기 리튬-비함유 산화물은 Cu-Kα 선을 사용하는 X-선 회절 스펙트럼에서 2θ= 35.5 ± 2.0°에서 (311) 면에 대한 회절 피크를 가지며, 상기 회절 피크의 반가폭(FWHM)이 0.220°내지 0.270°일 수 있다.For example, the lithium-free oxide has a diffraction peak with respect to the (311) plane at 2θ = 35.5 ± 2.0 ° in an X-ray diffraction spectrum using a Cu-Kα line, and the half width of the diffraction peak (FWHM , Full Width at Half Maximum) may be less than 0.3 degrees. For example, the lithium-free oxide has a diffraction peak with respect to the (311) plane at 2θ = 35.5 ± 2.0 ° in an X-ray diffraction spectrum using a Cu-Kα line, and the half width of the diffraction peak (FWHM ) May be 0.220 DEG to 0.270 DEG.

상기 스피넬 구조를 가지는 리튬-비함유 산화물은 리튬을 흡장방출하지 않음에 의하여 전지용량에 관여하지 않으므로, 상기 산화물을 포함하는 표면처리층은 예를 들어 상기 코어의 보호막(protective layer) 역할을 할 수 있다. 즉, 상기 표면처리층이 코어와 전해질과의 부반응을 억제하는 역할을 할 수 있다. 또한, 상기 표면처리층이 상기 리튬을 흡장방출할 수 있는 코어로부터 전이금속이 용출되는 것을 방지하는 역할도 할 수 있다.Since the lithium-free oxide having the spinel structure does not intercalate and deintercalate lithium, the oxide-containing surface treatment layer can serve as a protective layer of the core, for example, have. That is, the surface treatment layer can suppress the side reaction between the core and the electrolyte. In addition, the surface treatment layer may prevent the transition metal from leaching from the core capable of occluding and releasing lithium.

상기 스피넬 구조를 가지는 리튬-비함유 산화물은 2 이상의 리튬 이외의 금속 또는 준금속 원소를 포함하는 산화물로서 스피넬(spinel) 결정구조를 가지며, 고결정성 및/또는 불순물상이 없는 것이라면 모두 사용가능하다.The lithium-free oxide having the spinel structure is an oxide including at least two metals other than lithium or a metalloid element, and can be used as long as it has a spinel crystal structure and has no highly crystalline and / or impurity phase.

상기 스피넬 구조를 가지는 리튬-비함유 산화물은 종래의 일반적인 암염 결정구조를 가지는 산화물, 예를 들어, NaCl, CaO, FeO; 코런덤(corundum) 결정구조를 가지는 산화물, 예를 들어, Al2O3, Fe2O3, FeTiO3, MgO, 등에 비하여 금속-산소 결합이 강하여 고온 및 고전압 조건에서도 안정한 표면처리층을 형성할 수 있다.The lithium-free oxide having the spinel structure may be an oxide having a conventional general salt crystal structure, for example, NaCl, CaO, FeO; Oxygen bond is stronger than that of an oxide having a corundum crystal structure such as Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , FeTiO 3 , MgO, etc. to form a stable surface treatment layer even under high temperature and high voltage conditions .

예를 들어, 상기 리튬-비함유 산화물은 하기 화학식 1로 표시되는 산화물 중에서 선택된 하나 이상일 수 있다:For example, the lithium-free oxide may be at least one selected from oxides represented by the following general formula (1)

<화학식 1>&Lt; Formula 1 >

AB2O4 AB 2 O 4

상기 식에서, A가 Sn, Mg, Mo, Cu, Zn, Ti, Ni, Ca, Fe, V, Pb, Co, Ge, Cd, Hg, Sr, Mn, Al, W, 및 Be 로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상이며, B가 Mg, Zn, Al, V, Mn, Ga, Cr, Fe, Rh, Ni, In, Co, 및 Mn 로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상이며, A와 B가 서로 다르다.Wherein A is selected from the group consisting of Sn, Mg, Mo, Cu, Zn, Ti, Ni, Ca, Fe, V, Pb, Co, Ge, Cd, Hg, Sr, Mn, Al, And B is at least one selected from the group consisting of Mg, Zn, Al, V, Mn, Ga, Cr, Fe, Rh, Ni, In, Co and Mn.

예를 들어, 상기 리튬-비함유 산화물은 SnMg2O4, SnZn2O4, MgAl2O4, MoAl2O4, CuAl2O4, ZnAl2O4, ZnV2O4, TiMn2O4, ZnMn2O4, NiAl2O4, MgGa2O4, ZnGa2O4, CaGa2O4, TiMg2O4, VMg2O4, MgV2O4, FeV2O4, ZnV2O4, MgCr2O4, MnCr2O4, FeCr2O4, CoCr2O4, NiCr2O4, CuCr2O4, ZnCr2O4, CdCr2O4, TiMn2O4, ZnMn2O4, MgFe2O4, TiFe2O4, MnFe2O4, CoFe2O4, NiFe2O4, CuFe2O4, ZnFe2O4, CdFe2O4, AlFe2O4, PbFe2O4, MgCo2O4, TiCo2O4, ZnCo2O4, SnCo2O4, FeNi2O4, GeNi2O4, MgRh2O4, ZnRh2O4, TiZn2O4, SrAl2O4, CrAl2O4, MoAl2O4, FeAl2O4, CoAl2O4, MgGa2O4, ZnGa2O4, MgIn2O4, CaIn2O4, FeIn2O4, CoIn2O4, NiIn2O4, CdIn2O4, 및 HgIn2O4 로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.For example, the lithium-free oxide is SnMg 2 O 4, SnZn 2 O 4, MgAl 2 O 4, MoAl 2 O 4, CuAl 2 O 4, ZnAl 2 O 4, ZnV 2 O 4, TiMn 2 O 4 , ZnMn 2 O 4, NiAl 2 O 4, MgGa 2 O 4, ZnGa 2 O 4, CaGa 2 O 4, TiMg 2 O 4, VMg 2 O 4, MgV 2 O 4, FeV 2 O 4, ZnV 2 O 4 , MgCr 2 O 4, MnCr 2 O 4, FeCr 2 O 4, CoCr 2 O 4, NiCr 2 O 4, CuCr 2 O 4, ZnCr 2 O 4, CdCr 2 O 4, TiMn 2 O 4, ZnMn 2 O 4 , MgFe 2 O 4, TiFe 2 O 4, MnFe 2 O 4, CoFe 2 O 4, NiFe 2 O 4, CuFe 2 O 4, ZnFe 2 O 4, CdFe 2 O 4, AlFe 2 O 4, PbFe 2 O 4 , MgCo 2 O 4, TiCo 2 O 4, ZnCo 2 O 4, SnCo 2 O 4, FeNi 2 O 4, GeNi 2 O 4, MgRh 2 O 4, ZnRh 2 O 4, TiZn 2 O 4, SrAl 2 O 4 , CrAl 2 O 4, MoAl 2 O 4, FeAl 2 O 4, CoAl 2 O 4, MgGa 2 O 4, ZnGa 2 O 4, MgIn 2 O 4, CaIn 2 O 4, FeIn 2 O 4, CoIn 2 O 4 , NiIn 2 O 4, CdIn may be at least one selected from 2 O 4, and the group consisting of HgIn2 O 4.

예를 들어, 상기 산화물은 SnMg2O4, SnZn2O4, MgAl2O4, CuAl2O4, ZnAl2O4 및 NiAl2O4 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.For example, the oxide may be at least one selected from the group consisting of SnMg 2 O 4 , SnZn 2 O 4 , MgAl 2 O 4 , CuAl 2 O 4 , ZnAl 2 O 4, and NiAl 2 O 4 .

예를 들어, 상기 산화물은 SnMg2O4, SnZn2O4 및 MgAl2O4 로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.For example, the oxide may be at least one selected from the group consisting of SnMg 2 O 4 , SnZn 2 O 4, and MgAl 2 O 4 .

상기 리튬-비함유 산화물은 X-선 회절 스펙트럼에서 (440)결정면의 피크 강도와 (311) 결정면의 피크 강도의 비인 I(440)/I(311)가 0.3 이상일 수 있다. 예를 들어, 상기 I(440)/I(311 )가 0.3 내지 0.7일 수 있다. The lithium-free oxide may have I (440) / I (311) of 0.3 or more, which is the ratio of the peak intensity of the (440) crystal face to the peak intensity of the (311) crystal face in the X-ray diffraction spectrum. For example, I (440) / I (311) may be 0.3 to 0.7.

또한, 상기 리튬-비함유 산화물은 X-선 회절 스펙트럼에서 (511)결정면의 피크 강도와 (311) 결정면의 피크 강도의 비인 I(511)/I(311)가 0.25 이상일 수 있다. 예를 들어, 상기 I(511)/I(311)가 0.25 내지 0.5일 수 있다.The lithium-free oxide may have I (511) / I (311) of 0.25 or more, which is the ratio of the peak intensity of the (511) crystal face to the peak intensity of the (311) crystal face in the X-ray diffraction spectrum. For example, I (511) / I (311) may be 0.25 to 0.5.

또한, 상기 리튬-비함유 산화물은 X-선 회절 스펙트럼에서 (511)결정면의 피크 강도와 (440) 결정면의 피크 강도의 비인 I(511)/I(440)가 0.5 이상일 수 있다. 예를 들어, 상기 I(511)/I(440)가 0.5 내지 0.9일 수 있다.The lithium-free oxide may have I (511) / I (440) of 0.5 or more, which is the ratio of the peak intensity of the (511) crystal face to the peak intensity of the (440) crystal face in the X-ray diffraction spectrum. For example, I (511) / I (440) may be 0.5 to 0.9.

상기 리튬-비함유 산화물의 함량은 전극활물질 총 중량의 10중량% 이하일 수 있으며, 예를 들어 5중량% 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 리튬-비함유 산화물의 함량은 0초과 내지 10중량%일 수 있다. 예를 들어, 상기 리튬-비함유 산화물의 함량은 0 초과 내지 5중량%일 수 있다.The content of the lithium-free oxide may be 10% by weight or less, for example, 5% by weight or less based on the total weight of the electrode active material. For example, the content of the lithium-free oxide may be more than 0 to 10% by weight. For example, the content of the lithium-free oxide may be more than 0 to 5% by weight.

상기 전극활물질에서 상기 표면처리층은 원자량 9 이상의 금속 및 준금속으로 이루어진 군에서 선택된 2 이상의 원소를 포함할 수 있으며, 상기 원소는 Sn, Mg, Mo, Cu, Zn, Ti, Ni, Ca, Al, V, Mn, Ga, Fe, Cr, Rh, In, Pb, Co, Ge, Cd, Hg, Sr, W 및 Be로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.In the electrode active material, the surface treatment layer may include at least two elements selected from the group consisting of a metal having a mass of 9 or more and a quasi metal. The element may be at least one selected from the group consisting of Sn, Mg, Mo, Cu, Zn, Ti, , V, Mn, Ga, Fe, Cr, Rh, In, Pb, Co, Ge, Cd, Hg, Sr, W and Be.

상기 표면처리층에 포함되는 원자량 9 이상의 금속 및 준금속으로 이루어진 군에서 선택된 2 이상의 원소의 함량은 전극활물질 총 중량의 10중량% 이하일 수 있으며, 예를 들어, 0 내지 6 중량%일 수 있다.The content of the at least two elements selected from the group consisting of a metal having a weight of 9 or more and a metalloid included in the surface treatment layer may be 10% by weight or less, for example, 0 to 6% by weight based on the total weight of the electrode active material.

상기 표면처리층에서 산소 대 원자량 9 이상의 금속 및 준금속으로 이루어진 군에서 선택된 2 이상의 원소의 조성비가 4: 2.1~3.9일 수 있다. 예를 들어, 상기 조성비는 4:2.5~3.5일 수 있다. 예를 들어, 상기 조성비는 4:2.9~3.1일 수 있다. 예를 들어, 상기 조성비는 4:3일 수 있다. 상기 조성비는 표면처리층에 포함된 AB2O4의 조성식을 가지는 리튬-비함유 산화물에서 산소 대 A+B의 조성비에 해당한다.In the surface treatment layer, a composition ratio of at least two elements selected from the group consisting of a metal having a oxygen to atomic weight of 9 or more and a metalloid metal may be 4: 2.1 to 3.9. For example, the composition ratio may be 4: 2.5 to 3.5. For example, the composition ratio may be 4: 2.9 to 3.1. For example, the composition ratio may be 4: 3. The composition ratio corresponds to a composition ratio of oxygen to A + B in a lithium-free oxide having a composition formula of AB 2 O 4 contained in the surface treatment layer.

상기 전극활물질에서 상기 표면처리층의 두께는 1Å 내지 1㎛일 수 있다. 예를 들어, 상기 표면처리층의 두께는 1nm 내지 1㎛일 수 있다. 예를 들어, 상기 표면처리층의 두께는 1nm 내지 100nm일 수 있다. 예를 들어, 상기 표면처리층의 두께는 1nm 내지 30nm일 수 있다.In the electrode active material, the thickness of the surface treatment layer may be 1 to 1 占 퐉. For example, the thickness of the surface treatment layer may be 1 nm to 1 占 퐉. For example, the thickness of the surface treatment layer may be 1 nm to 100 nm. For example, the thickness of the surface treatment layer may be 1 nm to 30 nm.

상기 전극활물질에 상기 표면처리층은 상기 코어를 완전히 피복하거나, 아일랜드(island) 타입으로 부분적으로 코어 상에 형성될 수 있다.The surface treatment layer on the electrode active material may completely cover the core, or may be partially formed on the core in an island type.

상기 전극활물질에서 상기 코어는 평균입경이 10nm 내지 50㎛인 입자일 수 있다. 예를 들어, 상기 코어의 평균입경이 10nm 내지 30㎛일 수 있다. 예를 들어, 상기 코어의 평균입경이 1㎛ 내지 30㎛일 수 있다.In the electrode active material, the core may be particles having an average particle diameter of 10 nm to 50 μm. For example, the average particle diameter of the core may be 10 nm to 30 占 퐉. For example, the average particle size of the core may be 1 탆 to 30 탆.

상기 전극활물질에서 상기 리튬을 흡장방출할 수 있는 코어는 양극활물질을 포함할 수 있다. 상기 양극활물질은 리튬전이금속산화물일 수 있다. 상기 리튬전이금속산화물은 리튬전지의 양극에 사용할 수 있는 것으로서 당해 기술분야에서 사용할 수 있는 것이라면 모두 가능하다. 예를 들어, 상기 리튬전이금속산화물은 스피넬 구조 또는 층상구조를 가질 수 있다.The core capable of intercalating and deintercalating lithium in the electrode active material may include a cathode active material. The cathode active material may be a lithium transition metal oxide. The lithium transition metal oxide can be used for the positive electrode of a lithium battery, and any lithium metal can be used as long as it can be used in the related art. For example, the lithium transition metal oxide may have a spinel structure or a layered structure.

상기 리튬전이금속산화물은 단일 조성물일 수 있으며, 2 이상의 조성을 가지는 화합물의 복합체일 수 있다. 예를 들어, 2 이상의 층상구조를 가지는 화합물의 복합체일 수 있다. 또한, 층상 구조를 가지는 화합물과 스피넬 구조를 가지는 화합물의 복합체일 수 있다.The lithium transition metal oxide may be a single composition and may be a complex of a compound having a composition of two or more. For example, it may be a complex of compounds having two or more layered structures. Further, it may be a complex of a compound having a layered structure and a compound having a spinel structure.

예를 들어, 상기 리튬전이금속산화물은 과량의 리튬산화물(overlithiated oxide, OLO) 또는 평균작동전위가 4.3V 이상인 리튬전이금속산화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 리튬전이금속산화물의 평균작동전위는 4.3 내지 5.0 V 일 수 있다.For example, the lithium transition metal oxide may comprise an excess of overlied oxide (OLO) or a lithium transition metal oxide having an average operating potential of 4.3 V or higher. For example, the average operating potential of the lithium transition metal oxide may be 4.3 to 5.0 V.

상기 평균작동전위란, 전지의 권장 작동전압 범위에서 충방전 전위의 상한과 하한으로 충방전시킨 경우의 충방전 전력량을 충방전 전기량으로 나눈 값을 의미한다.The average operation potential means a value obtained by dividing the charge / discharge power amount when the battery is charged / discharged at the upper and lower limits of the charge / discharge potential within the recommended operating voltage range of the battery, by the charge / discharge electricity amount.

상기 코어는 예를 들어 하기 화학식 1 내지 2로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.The core may include, for example, a compound represented by the following general formulas (1) and (2).

<화학식 1>&Lt; Formula 1 >

Li[LiaMe1-a]O2+d Li [Li a Me 1-a ] O 2 + d

<화학식 2>(2)

Li[LibMecM'e]O2+d Li [Li b Me c M e ] O 2 + d

상기 식에서, 0<a<1, b+c+e=1; 0<b<1, 0<e<0.1; 0≤d≤0.1이며, 상기 Me가 Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Al, Mg, Zr 및 B로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속이며, 상기 M'가 Mo, W, Ir, Ni 및 Mg로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속이다. 예를 들어, 0<a<0.33일 수 있다.Wherein 0 < a < 1, b + c + e = 1; 0 < b < 1, 0 < e <0.1; Me is at least one metal selected from the group consisting of Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Al, Mg, Zr and B, , Ir, Ni, and Mg. For example, 0 &lt; a < 0.33.

또한, 상기 코어는 하기 화학식 3 내지 7로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다:In addition, the core may comprise a compound represented by the following formulas (3) to (7):

<화학식 3>(3)

LixCo1-yMyO2-αXα Li x Co 1-y M y O 2 -? X ?

<화학식 4>&Lt; Formula 4 >

LixCo1-y-zNiyMzO2-αXα Li x Co 1- y z Ni y M z O 2 - α X α

<화학식 5>&Lt; Formula 5 >

LixMn2-yMyO4-αXα Li x Mn 2-y M y O 4 -? X ?

<화학식 6>(6)

LixCo2-yMyO4-αXα Li x Co 2-y M y O 4 -? X ?

<화학식 7>&Lt; Formula 7 >

LixMeyMzPO4-αXα Li x Me y M z PO 4 -? X ?

상기 식에서, 0.90≤x≤1.1, 0≤y≤0.9, 0≤z≤0.5, 1-y-z>0, 0≤α≤2 이며, 상기 Me가 Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Al, Mg, Zr 및 B로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속이며, M이 Mg, Ca, Sr, Ba, Ti, Zr, Nb, Mo, W, Zn, Al, Si, Ni, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V 또는 희토류 원소로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소이며, X가 O, F, S 및 P 로 이루어진 군에서 선택되는 원소이다.Wherein Me is at least one element selected from the group consisting of Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, and Ni, where 0? Y? 0.9, 0? Z? 0.5, 1-yz> 0, M, Ca, Sr, Ba, Ti, Zr, Nb, Mo, W, Zn, Al, Si, Ni, Mn, and at least one metal selected from the group consisting of Cu, Al, Cr, Fe, Mg, Sr, V, or a rare earth element, and X is an element selected from the group consisting of O, F, S and P.

또한, 상기 코어는 하기 화학식 8 내지 9로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.In addition, the core may contain a compound represented by the following general formulas (8) to (9).

<화학식 8>(8)

pLi2MO3-(1-p)LiMeO2 pLi 2 MO 3 - (1-p) LiMeO 2

<화학식 9>&Lt; Formula 9 >

xLi2MO3-yLiMeO2-zLi1+dM'2-dO4 xLi 2 MO 3 -yLiMeO 2 -zLi 1 + d M ' 2-d O 4

상기 식들에서, 0<p<1, x+y+z=1; 0<x<1, 0<y<1, 0<z<1; 0≤d≤0.33이고, In the above equations, 0 < p < 1, x + y + z = 1; 0 <x <1, 0 <y <1, 0 <z <1; 0? D? 0.33,

상기 M이 Mg, Ca, Sr, Ba, Ti, Zr, Nb, Mo, W, Zn, Al, Si, Ni, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V 및 희토류 원소로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속이고, 상기 Me이 Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Al, Mg, Zr 및 B 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속이며, 상기 M'가 Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Al, Mg, Zr 및 B로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속이다.Wherein M is at least one element selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr, Ba, Ti, Zr, Nb, Mo, W, Zn, Al, Si, Ni, Mn, Cr, Fe, Wherein M is at least one metal selected from the group consisting of Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Al, Mg, Zr and B, And at least one metal selected from the group consisting of Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Al, Mg,

상기 화학식 8의 화합물은 층상구조를 가지며, 상기 화학식 9의 화합물에서 Li2MO3-LiMeO2는 층상 구조를 가지며, Li1+dM'2-dO4는 스피넬 구조를 가질 수 있다.The compound of Formula 8 has a layered structure. In the compound of Formula 9, Li 2 MO 3 -LiMeO 2 has a layered structure, and Li 1 + d M ' 2 -d O 4 has a spinel structure.

상기 전극활물질에서 리튬을 충방전할 수 있는 코어는 음극활물질을 포함할 수 있다. 상기 음극활물질은 리튬 금속, 리튬과 합금 가능한 금속, 전이금속 산화물, 비전이금속산화물 및 탄소계 재료로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 음극활물질은 당해 기술분야에서 리튬전지의 음극활물질로 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다.The core capable of charging and discharging lithium in the electrode active material may include a negative electrode active material. The negative electrode active material may include at least one selected from the group consisting of a lithium metal, a lithium-alloyable metal, a transition metal oxide, a non-transition metal oxide, and a carbon-based material. The negative electrode active material may be any material that can be used as a negative electrode active material of a lithium battery in the related art.

예를 들어, 상기 리튬과 합금가능한 금속은 Si, Sn, Al, Ge, Pb, Bi, Sb Si-Y 합금(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 전이금속, 희토류 원소 또는 이들의 조합 원소이며, Si는 아님), Sn-Y 합금(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 전이금속, 희토류 원소 또는 이들의 조합 원소이며, Sn은 아님) 등일 수 있다. 상기 원소 Y로는 Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ti, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Po, 또는 이들의 조합일 수 있다.For example, the metal that can be alloyed with lithium is at least one element selected from the group consisting of Si, Sn, Al, Ge, Pb, Bi, Sb Si-Y alloys (Y is at least one element selected from the group consisting of alkali metals, alkaline earth metals, Group 13 elements, Group 14 elements, (Wherein Y is an alkali metal, an alkaline earth metal, a Group 13 element, a Group 14 element, a transition metal, a rare earth element, or a combination element thereof, and not a Sn element) ) And the like. The element Y may be at least one element selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ti, Ge, P, As, Sb, Se, Te, Po, or a combination thereof.

예를 들어, 상기 전이금속 산화물은 리튬 티탄 산화물, 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물 등일 수 있다.For example, the transition metal oxide may be lithium titanium oxide, vanadium oxide, lithium vanadium oxide, or the like.

예를 들어, 상기 비전이금속 산화물은 SnO2, SiOx(0<x<2) 등일 수 있다. For example, the non-transition metal oxide may be SnO 2 , SiO x (0 <x <2), or the like.

상기 탄소계 재료로는 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 상기 결정질 탄소는 무정형, 판상, 린편상(flake), 구형 또는 섬유형의 천연 흑연 또는 인조 흑연과 같은 흑연일 수 있으며, 상기 비정질 탄소는 소프트 카본(soft carbon: 저온 소성 탄소) 또는 하드 카본(hard carbon), 메조페이스 피치(mesophase pitch) 탄화물, 소성된 코크스 등일 수 있다.The carbon-based material may be crystalline carbon, amorphous carbon, or a mixture thereof. The crystalline carbon may be graphite such as natural graphite or artificial graphite in an amorphous, plate-like, flake, spherical or fibrous shape, and the amorphous carbon may be soft carbon or hard carbon carbon, mesophase pitch carbide, calcined coke, and the like.

상기 전극활물질에서 표면처리층은 스피넬 구조를 가지는 리튬-비함유 산화물의 전구체를 상기 코어와 혼합한 후 건식 방법으로 기계적 에너지를 가하여 코어 표면에 형성될 수 있다.In the electrode active material, the surface treatment layer may be formed on the core surface by mixing a precursor of a lithium-free oxide having a spinel structure with the core and applying mechanical energy by a dry method.

다른 일구현예에 따른 전극은 상기에 따른 전극활물질을 포함할 수 있다. 상기 전극은 양극 또는 음극일 수 있다.The electrode according to another embodiment may include the above-described electrode active material. The electrode may be a cathode or a cathode.

상기 양극은 다음과 같이 제조될 수 있다.The positive electrode may be prepared as follows.

표면의 적어도 일부에 스피넬 구조를 가지는 리튬-비함유 산화물을 포함하는 표면처리층이 형성된 양극활물질, 도전제, 결합제 및 용매를 혼합하여 양극활물질 조성물을 준비한다. 상기 양극활물질 조성물을 알루미늄 집전체상에 직접 코팅 및 건조하여 양극활물질층이 형성된 양극 극판을 제조할 수 있다. 다르게는, 상기 양극활물질 조성물을 별도의 지지체상에 캐스팅한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 상기 알루미늄 집전체 상에 라미네이션하여 양극활물질층이 형성된 양극 극판을 제조할 수 있다.A cathode active material composition is prepared by mixing a cathode active material, a conductive agent, a binder, and a solvent in which a surface treatment layer containing a lithium-free oxide having a spinel structure is formed on at least a part of its surface. The positive electrode active material composition is directly coated on the aluminum current collector and dried to produce a positive electrode plate having a positive electrode active material layer. Alternatively, the cathode active material composition may be cast on a separate support, and then a film obtained by peeling the support from the support may be laminated on the aluminum current collector to produce a cathode plate having a cathode active material layer.

상기 도전제로는 카본 블랙, 흑연 미립자 천연 흑연, 인조 흑연, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 탄소섬유; 탄소나노튜브, 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유 또는 금속 튜브; 폴리페닐렌 유도체와 같은 전도성 고분자 등이 사용될 수 있으나 이들로 한정되지 않으며 당해 기술 분야에서 도전재로 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다.Examples of the conductive agent include carbon black, graphite fine particle natural graphite, artificial graphite, acetylene black, Ketjen black, carbon fiber; Metal powders or metal fibers or metal tubes such as carbon nanotubes, copper, nickel, aluminum, and silver; Conductive polymers such as polyphenylene derivatives, and the like may be used, but the present invention is not limited thereto, and any conductive material may be used as the conductive material in the related art.

결합제로는 비닐리덴 플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 전술한 고분자들의 혼합물, 스티렌 부타디엔 고무계 폴리머 등이 사용될 수 있으며, 용매로는 N-메틸피롤리돈(NMP), 아세톤, 물 등이 사용될 수 있으나 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해기술 분야에서 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다. 상기 양극활물질, 도전제, 결합제 및 용매의 함량은 리튬 전지에서 통상적으로 사용하는 수준이다.Examples of the binder include vinylidene fluoride / hexafluoropropylene copolymer, polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polymethyl methacrylate, polytetrafluoroethylene (PTFE), a mixture of the above-mentioned polymers, a styrene butadiene rubber- Polymer, etc. may be used. As the solvent, N-methylpyrrolidone (NMP), acetone, water and the like may be used, but not limited thereto, and any of them can be used in the technical field. The content of the cathode active material, the conductive agent, the binder, and the solvent is a level commonly used in a lithium battery.

상기 음극은 양극활물질 대신에 음극활물질이 사용되는 것을 제외하고는 양극과 동일한 방법을 제조될 수 있다.The negative electrode may be manufactured in the same manner as the positive electrode except that the negative electrode active material is used instead of the positive electrode active material.

예를 들어, 상기 음극은 다음과 같이 제조될 수 있다.For example, the cathode may be prepared as follows.

상술한 양극 제조시와 마찬가지로, 표면의 적어도 일부에 스피넬 구조를 가지는 리튬-비함유 산화물을 포함하는 표면처리층이 형성된 음극활물질, 도전제, 결합제 및 용매를 혼합하여 음극활물질 조성물을 제조하며, 이를 구리 집전체에 직접 코팅하여 음극 극판을 제조할 수 있다. 다르게는, 상기 음극활물질 조성물을 별도의 지지체상에 캐스팅하고 이 지지체로부터 박리시킨 음극활물질 필름을 구리 집전체에 라미네이션하여 음극 극판을 제조할 수 있다.A negative electrode active material composition is prepared by mixing a negative electrode active material, a conductive agent, a binder and a solvent in which a surface treatment layer containing a lithium-free oxide having a spinel structure is formed on at least a part of the surface, The negative electrode plate can be manufactured by directly coating the copper collector. Alternatively, the negative electrode active material composition may be cast on a separate support, and the negative electrode active material film peeled from the support may be laminated on a copper current collector to produce a negative electrode plate.

음극활물질 조성물에서 도전제, 결합제 및 용매는 양극의 경우와 동일한 것을 사용할 수 있다. 경우에 따라서는 상기 양극활물질 조성물 및 음극활물질 조성물에 가소제를 더 부가하여 전극판 내부에 기공을 형성하는 것도 가능하다.As the conductive agent, binder and solvent in the negative electrode active material composition, the same materials as those of the positive electrode may be used. In some cases, a plasticizer may be further added to the cathode active material composition and the anode active material composition to form pores inside the electrode plate.

상기 음극활물질, 도전제, 결합제 및 용매의 함량은 리튬 전지에서 통상적으로 사용하는 수준이다. 리튬전지의 용도 및 구성에 따라 상기 도전재, 결합제 및 용매 중 하나 이상이 생략될 수 있다.The content of the negative electrode active material, the conductive agent, the binder and the solvent is a level commonly used in a lithium battery. Depending on the application and configuration of the lithium battery, one or more of the conductive material, the binder, and the solvent may be omitted.

또 다른 일구현예에 따른 리튬전지는 상기 전극을 채용한다. 상기 리튬전지는 예를 들어 다음과 같이 제조할 수 있다.A lithium battery according to another embodiment employs the electrode. The lithium battery can be manufactured, for example, as follows.

먼저 상술한 바와 같이 일 구현예에 따른 양극 및 음극을 제조한다. 상기 양극 및 음극 중 하나 이상이 리튬을 흡장방출할 수 있는 코어 상에 상술한 스피넬 구조를 가지며 불순물상이 배제된 리튬-비함유 산화물을 포함하는 표면처리층이 형성된 전극활물질을 포함한다.First, a positive electrode and a negative electrode according to one embodiment are manufactured as described above. And an electrode active material on which at least one of the positive electrode and the negative electrode has a surface treatment layer formed on a core capable of lithium intercalation and deintercalation, the surface treatment layer having a spinel structure and containing a lithium-free oxide excluded from the impurity phase.

다음으로, 상기 양극과 음극 사이에 삽입될 세퍼레이터가 준비된다. 상기 세퍼레이터는 리튬 전지에서 통상적으로 사용되는 것이라면 모두 사용가능하다. 전해질의 이온 이동에 대하여 저저항이면서 전해액 함습 능력이 우수한 것이 사용될 수 있다. 예를 들어, 유리 섬유, 폴리에스테르, 테프론, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 이들의 조합물 중에서 선택된 것으로서, 부직포 또는 직포 형태이어도 무방하다. 예를 들어, 리튬이온전지에는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등과 같은 권취 가능한 세퍼레이터가 사용되며, 리튬이온폴리머전지에는 유기전해액 함침 능력이 우수한 세퍼레이터가 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 세퍼레이터는 하기 방법에 따라 제조될 수 있다.Next, a separator to be inserted between the positive electrode and the negative electrode is prepared. The separator is usable as long as it is commonly used in a lithium battery. A material having low resistance against the ion movement of the electrolyte and excellent in the ability to impregnate the electrolyte may be used. For example, selected from glass fiber, polyester, Teflon, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene (PTFE), or a combination thereof, and may be nonwoven fabric or woven fabric. For example, a rewindable separator such as polyethylene, polypropylene, or the like is used for the lithium ion battery, and a separator having excellent organic electrolyte impregnation capability can be used for the lithium ion polymer battery. For example, the separator may be produced according to the following method.

고분자 수지, 충진제 및 용매를 혼합하여 세퍼레이터 조성물이 준비된다. 상기 세퍼레이터 조성물이 전극 상부에 직접 코팅 및 건조되어 세퍼레이터가 형성될 수 있다. 또는, 상기 세퍼레이터 조성물이 지지체상에 캐스팅 및 건조된 후, 상기 지지체로부터 박리시킨 세퍼레이터 필름이 전극 상부에 라미네이션되어 세퍼레이터가 형성될 수 있다.A polymer resin, a filler and a solvent are mixed to prepare a separator composition. The separator composition may be coated directly on the electrode and dried to form a separator. Alternatively, after the separator composition is cast and dried on a support, a separator film peeled from the support may be laminated on the electrode to form a separator.

상기 세퍼레이터 제조에 사용되는 고분자 수지는 특별히 한정되지 않으며, 전극판의 결합재에 사용되는 물질들이 모두 사용될 수 있다. 예를 들어, 비닐리덴플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트 또는 이들의 혼합물 등이 사용될 수 있다.The polymer resin used in the production of the separator is not particularly limited, and any material used for the binder of the electrode plate may be used. For example, vinylidene fluoride / hexafluoropropylene copolymer, polyvinylidene fluoride (PVDF), polyacrylonitrile, polymethyl methacrylate or mixtures thereof may be used.

다음으로 전해질이 준비된다.Next, the electrolyte is prepared.

예를 들어, 상기 전해질은 유기전해액일 수 있다. 또한, 상기 전해질은 고체일 수 있다. 예를 들어, 보론산화물, 리튬옥시나이트라이드 등일 수 있으나 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 고체전해질로 사용될 수 있은 것이라면 모두 사용가능하다. 상기 고체 전해질은 스퍼터링 등의 방법으로 상기 음극상에 형성될 수 있다.For example, the electrolyte may be an organic electrolyte. In addition, the electrolyte may be a solid. For example, boron oxide, lithium oxynitride, and the like, but not limited thereto, and any of them can be used as long as they can be used as solid electrolytes in the art. The solid electrolyte may be formed on the cathode by a method such as sputtering.

예를 들어, 유기전해액이 준비될 수 있다. 유기전해액은 유기용매에 리튬염이 용해되어 제조될 수 있다.For example, an organic electrolytic solution can be prepared. The organic electrolytic solution can be prepared by dissolving a lithium salt in an organic solvent.

상기 유기용매는 당해 기술분야에서 유기 용매로 사용될 수 있는 것이라면 모두 사용될 수 있다. 예를 들어, 프로필렌카보네이트, 에틸렌카보네이트, 플루오로에틸렌카보네이트, 부틸렌카보네이트, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트, 메틸프로필카보네이트, 에틸프로필카보네이트, 메틸이소프로필카보네이트, 디프로필카보네이트, 디부틸카보네이트, 벤조니트릴, 아세토니트릴, 테트라히드로퓨란, 2-메틸테트라히드로퓨란, γ-부티로락톤, 디옥소란, 4-메틸디옥소란, N,N-디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, 디메틸설폭사이드, 디옥산, 1,2-디메톡시에탄, 설포란, 디클로로에탄, 클로로벤젠, 니트로벤젠, 디에틸렌글리콜, 디메틸에테르 또는 이들의 혼합물 등이다.The organic solvent may be any organic solvent which can be used in the art. Examples of the solvent include propylene carbonate, ethylene carbonate, fluoroethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, methyl propyl carbonate, ethyl propyl carbonate, methyl isopropyl carbonate, dipropyl carbonate, dibutyl carbonate , N, N-dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethylsulfoxide, tetrahydrofuran, tetrahydrofuran, acetonitrile, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, , Dioxane, 1,2-dimethoxyethane, sulfolane, dichloroethane, chlorobenzene, nitrobenzene, diethylene glycol, dimethyl ether or mixtures thereof.

상기 리튬염도 당해 기술분야에서 리튬염으로 사용될 수 있는 것이라면 모두사용될 수 있다. 예를 들어, LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, LiC4F9SO3, LiAlO2, LiAlCl4, LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)(단 x,y는 자연수), LiCl, LiI 또는 이들의 혼합물 등이다.The lithium salt may also be used as long as it can be used in the art as a lithium salt. For example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAsF 6 , LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, LiC 4 F 9 SO 3 , LiAlO 2 , LiAlCl 4 , x F 2x + 1 SO 2 ) (C y F 2y + 1 SO 2 ) (where x and y are natural numbers), LiCl, LiI, or a mixture thereof.

도 6에서 보여지는 바와 같이 상기 리튬전지(1)는 양극(3), 음극(2) 및 세퍼레이터(4)를 포함한다. 상술한 양극(3), 음극(2) 및 세퍼레이터(4)가 와인딩되거나 접혀서 전지케이스(5)에 수용된다. 이어서, 상기 전지케이스(5)에 유기전해액이 주입되고 캡(cap) 어셈블리(6)로 밀봉되어 리튬전지(1)가 완성된다. 상기 전지케이스는 원통형, 각형, 박막형 등일 수 있다. 예를 들어, 상기 리튬전지는 대형박막형전지일 수 있다. 상기 리튬전지는 리튬이온전지일 수 있다.As shown in FIG. 6, the lithium battery 1 includes an anode 3, a cathode 2, and a separator 4. The anode 3, the cathode 2 and the separator 4 described above are wound or folded and housed in the battery case 5. Then, an organic electrolytic solution is injected into the battery case 5 and is sealed with a cap assembly 6 to complete the lithium battery 1. The battery case may have a cylindrical shape, a rectangular shape, a thin film shape, or the like. For example, the lithium battery may be a large-sized thin-film battery. The lithium battery may be a lithium ion battery.

상기 양극 및 음극 사이에 세퍼레이터가 배치되어 전지구조체가 형성될 수 있다. 상기 전지구조체가 바이셀 구조로 적층된 다음, 유기 전해액에 함침되고, 얻어진 결과물이 파우치에 수용되어 밀봉되면 리튬이온폴리머전지가 완성된다.A separator may be disposed between the anode and the cathode to form a battery structure. The cell structure is laminated in a bi-cell structure, then impregnated with an organic electrolyte solution, and the obtained result is received in a pouch and sealed to complete a lithium ion polymer battery.

또한, 상기 전지구조체는 복수개 적층되어 전지팩을 형성하고, 이러한 전지팩이 고용량 및 고출력이 요구되는 모든 기기에 사용될 수 있다. 예를 들어, 노트북, 스마트폰, 전기차량 등에 사용될 수 있다.In addition, a plurality of battery assemblies may be stacked to form a battery pack, and such battery pack may be used for all devices requiring high capacity and high output. For example, a notebook, a smart phone, an electric vehicle, and the like.

또한, 상기 리튬전지는 고온에서 저장 안정성, 수명특성 및 고율특성이 우수하므로 전기차량(electric vehicle, EV)에 사용될 수 있다. 예를 들어, 플러그인하이브리드차량(plug-in hybrid electric vehicle, PHEV) 등의 하이브리드차량에 사용될 수 있다.Further, the lithium battery has excellent storage stability, lifetime characteristics and high-rate characteristics at high temperatures, and thus can be used in an electric vehicle (EV). For example, a hybrid vehicle such as a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV).

또 다른 일구현예에 따른 전극활물질 제조방법은 전극활물질을 포함하는 코어와 스피넬 구조를 가지는 리튬-비함유 산화물 입자를 혼합하는 단계; 및 건식 방법으로 상기 코어 상에 리튬-비함유 산화물을 포함하는 표면처리층을 형성시키는 단계를 포함한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing an electrode active material, comprising: mixing a core containing an electrode active material and a lithium-free oxide particle having a spinel structure; And forming a surface treatment layer containing a lithium-free oxide on the core by a dry method.

상기 건식 방법은 전극활물질을 포함하는 코어와 스피넬 구조를 가지는 리튬-비함유 산화물 입자의 혼합물에 용매를 사용하지 않고 기계적인 에너지를 가하여 표면처리층을 형성하는 방법을 모두 포함한다.The dry method includes both a method of forming a surface treatment layer by applying mechanical energy to a mixture of a core containing an electrode active material and a lithium-free oxide particle having a spinel structure without using a solvent.

상기 건식방법은 a) 저회전 볼 밀 등으로 피복재, 예를 들어 스피넬 구조를 가지는 리튬-비함유 산화물,의 분말을 코어 입자 표면에 접촉시켜 피복재 입자가 코어 입자 표면에 부착됨과 동시에 부착된 피복재 입자가 서로 응집되어 표면처리층이 형성되는 방법, b) 장치 내부의 분쇄매체 또는 회전자의 운동 등에 의하여 피복재 입자를 코어 입자 표면에 구속시켜 코어와 피복재 입자를 결합시킴과 동시에 피복재 입자에 수반되는 응력으로 코어 입자상의 피복재 입자를 서로 기계적으로 결합시키거나 응력으로부터 발생하는 열에 의하여 코어 입자상의 피복재 입자의 표면처리층을 연화 또는 용융시켜 이들 입자를 결합시키는 방법, 상기 a) 및/또는 b) 방법으로 형성된 표면처리층이 피복된 코어를 열처리함에 의하여 표면처리층 및 코어의 일부 또는 전부를 용융시킨 후 다시 냉각시키는 방법 등이 있으나 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술 분야에서 사용될 수 있는 건식 방법이 모두 사용될 수 있다.The dry method comprises the steps of: a) bringing the powder of a coating material, for example, a lithium-free oxide having a spinel structure, into contact with the surface of the core particle with a low rotation ball mill or the like, B) a method of restraining the covering material particles on the surface of the core particles by the action of a pulverizing medium or a rotor in the apparatus to bond the core and the covering material particles to each other and at the same time, A method of mechanically bonding the covering material particles on the core particle with each other or softening or melting the surface treatment layer of the covering material particles on the core particle by heat generated from the stress to bond these particles, The surface treatment layer formed and a part or all of the surface treatment layer and the core And then cooling again. However, the present invention is not limited to these methods, and all of the dry methods that can be used in the art can be used.

예를 들어, 상기 건식 방법은 유성 볼밀(ball mill)법, 저속 볼밀법, 고속 볼밀법, 혼성화법(hybridization)법, 메카노퓨전(mechanofusion)법으로 이루어지는 군에서 선택된 하나의 방법일 수 있다. 예를 들어, 메카노퓨전법을 사용할 수 있다. 메카노퓨전법은 혼합물을 회전하는 용기 내에 투입한 후 원심력으로 상기 혼합물을 용기 내벽에 고정시킨 후 용기 내벽과 약간의 간격으로 근접하는 암헤드(arm head)와의 틈으로 압축하는 방법이다. 메카노퓨전법은 상기 b) 방법에 해당한다.For example, the drying method may be one selected from the group consisting of a planetary ball mill method, a low speed ball mill method, a high speed ball mill method, a hybridization method, and a mechanofusion method. For example, a mechanofusion method can be used. In the mechanofusion method, the mixture is charged into a rotating container, and the mixture is fixed to the inner wall of the container by centrifugal force, and then compressed into a gap between the inner wall of the container and an adjacent arm head at a slight interval. The mechanofusion method corresponds to the method b) above.

상기 건식 방법으로 표면처리층을 형성시키는 단계 후에 표면처리층이 형성된 결과물을 열처리하는 단계를 추가적으로 포함할 수 있다. 상기 열처리에 의하여 표면처리층이 더욱 견고해질 수 있다. 상기 열처리 조건은 상기 표면처리층의 일부 또는 전부를 용융시킬 수 있는 조건이라면 모두 가능하다.The method may further include the step of heat treating the resultant having the surface treatment layer formed after the surface treatment layer is formed by the dry method. The surface treatment layer can be further strengthened by the heat treatment. The heat treatment condition may be any condition as long as a part or all of the surface treatment layer can be melted.

상기 제조방법에서 상기 리튬-비함유 산화물의 함량이 코어 및 리튬-비함유 산화물 총 중량의 10중량%이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 리튬-비함유 산화물의 함량이 코어 및 리튬-비함유 산화물 총 중량의 5중량%이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 함량은 0초과 내지 10중량%일 수 있다. 예를 들어, 상기 함량은 0 초과 내지 5중량%일 수 있다.In the above production process, the content of the lithium-free oxide may be 10% by weight or less of the total weight of the core and the lithium-free oxide. For example, the content of the lithium-free oxide may be 5 wt% or less of the total weight of the core and the lithium-free oxide. For example, the content may be from greater than 0 to 10% by weight. For example, the content may be greater than 0 and 5 wt%.

상기 제조방법에서, 상기 리튬-비함유 산화물 입자의 제조는 리튬-비함유 산화물 전구체를 밀링하여 혼합물을 준비하는 단계; 및 상기 혼합물을 소성하여 스피넬 구조를 가지는 리튬-비함유 산화물을 준비하는 단계;를 포함할 수 있다.In the above manufacturing method, the production of the lithium-free oxide particles includes: preparing a mixture by milling a lithium-free oxide precursor; And firing the mixture to prepare a lithium-free oxide having a spinel structure.

리튬-비함유 산화물 전구체를 밀링하여 혼합물을 준비하는 단계에서 리튬-비함유 산화물 전구체를 볼 밀 등으로 처리하여 전구체 입자들을 예비적으로 반응시켜 중간상을 형성할 수 있다. 상기 중간상은 2이상의 전이금속을 포함하는 산화물을 포함하는 상일 수 있다.In the step of preparing the mixture by milling the lithium-free oxide precursor, the lithium-free oxide precursor may be treated with a ball mill or the like to preliminarily react the precursor particles to form an intermediate phase. The intermediate phase may be an oxide comprising an oxide comprising two or more transition metals.

상기 혼합물이 중간상을 포함함에 의하여 소성 단계에서 ZnO의 휘발에 기인한 다양한 이차 상의 형성 즉 불순물상의 형성이 방지될 수 있다. 즉, 중간상이 형성됨에 의하여 소성 단계에서 고온 소성에도 불구하고 불순물상이 제거된 스피넬 구조를 가진 리튬-비함유 산화물이 제조될 수 있다. 또한, 상기 고온 소성에 의하여 리튬-비함유 산화물의 결정성이 향상될 수 있다.By including the intermediate phase in the mixture, various secondary phase formation due to the volatilization of ZnO in the baking step, that is, the formation of an impurity phase, can be prevented. That is, a lithium-free oxide having a spinel structure in which the impurity phase is removed in spite of high-temperature firing in the firing step due to the formation of the intermediate phase can be produced. In addition, the crystallinity of the lithium-free oxide can be improved by the high temperature calcination.

상기 스피넬 구조를 가지는 리튬-비함유 산화물을 준비하는 단계 후에 상기 리튬-비함유 산화물을 분쇄하는 단계를 추가적으로 포함할 수있다. 상기 분쇄 단계에 의하여 리튬-비함유 산화물 나노입자가 준비될 수 있다. 상기 나노입자는 10nm 내지 1000nm의 입경을 가질 수 있다.The method may further include a step of grinding the lithium-free oxide after the step of preparing the lithium-free oxide having the spinel structure. By the pulverizing step, lithium-free oxide nanoparticles can be prepared. The nanoparticles may have a particle diameter of 10 nm to 1000 nm.

상기 혼합물의 소성은 700 내지 1500℃의 고온에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 소성은 1000 내지 1400℃에서 수행될 수 있다.The calcination of the mixture can be carried out at a high temperature of 700 to 1500 ° C. For example, the firing can be performed at 1000 to 1400 ° C.

상기 혼합물의 소성이 고온에서 수행됨에 의하여 표면 처리 물질의 물성이 보다 용이하게 제어될 수 있다. 예를 들어, 소성 온도의 조절이 용이하므로 불순물의 함량 등이 보다 용이하게 조절될 수 있다. 이에 반해, 상기 혼합물이 코어와 동시에 열처리하는 경우에는 코어의 열화를 방지하기 위하여 소성 온도가 700℃ 미만의 저온으로 제한되므로 표면 처리 물질의 물성 조절이 어렵다.The firing of the mixture is performed at a high temperature, so that the physical properties of the surface treatment material can be more easily controlled. For example, since the firing temperature can be easily controlled, the content of impurities and the like can be more easily controlled. On the other hand, when the mixture is heat-treated at the same time as the core, it is difficult to control the physical properties of the surface-treated material because the firing temperature is limited to a low temperature of less than 700 ° C to prevent deterioration of the core.

상기 제조방법에서 상기 소성은 12 내지 72 시간 동안 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 소성은 24 내지 60 시간 동안 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 소성은 36 내지 60 시간 동안 수행될 수 있다.In the above manufacturing method, the firing may be performed for 12 to 72 hours. For example, the calcination may be carried out for 24 to 60 hours. For example, the calcination may be carried out for 36 to 60 hours.

상기 소성은 산소, 공기 및 질소 분위기에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 소성은 공기 분위기에서 형성될 수 있다.The calcination may be carried out in an oxygen, air and nitrogen atmosphere. For example, the firing may be performed in an air atmosphere.

이하의 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명이 더욱 상세하게 설명된다. 단, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서 이들만으로 본 발명의 범위가 한정되는 것이 아니다.The present invention will be described in more detail by way of the following examples and comparative examples. However, the examples are for illustrating the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

(스피넬 구조를 가지는 리튬-비함유 산화물의 제조)(Preparation of lithium-free oxide having spinel structure)

제조예 1(건식법)Production Example 1 (dry method)

SnO(tin oxide) 및 ZnO(zinc oxide)를 1:2의 조성비로 혼합한 후, 볼밀(planetary ball mill, Fritsch, Planetary mono mill 6)에서 300~500rpm으로 5시간 동안 밀링하였다. 이어서, 상기 결과물을 1200℃에서 48시간 동안 공기 분위기에서 소성시켜 스피넬 구조를 가지는 SnZn2O4를 제조하였다. 이어서, 상기 SnZn2O4 를 분쇄기(paint shaker)로 1시간 동안 분쇄하여 약 100nm의 입경을 가지는 SnZn2O4 나노입자를 제조하였다.SnO (tin oxide) and ZnO (zinc oxide) were mixed at a composition ratio of 1: 2 and then milled in a planetary ball mill (Fritsch, Planetary mono mill 6) at 300 to 500 rpm for 5 hours. Subsequently, the resultant was fired at 1200 ° C. for 48 hours in an air atmosphere to prepare SnZn 2 O 4 having a spinel structure. Then, the SnZn 2 O 4 was pulverized with a paint shaker for 1 hour to prepare SnZn 2 O 4 nanoparticles having a particle size of about 100 nm.

제조예 1에서 제조된 SnZn2O4 나노입자의 SEM 사진이 도 2에 보여진다.An SEM photograph of the SnZn 2 O 4 nanoparticles prepared in Preparation Example 1 is shown in FIG.

비교제조예 1(공침법)Comparative Preparation Example 1 (co-precipitation method)

SnCl4(tin chloride) 및 Zn(NO3)2(zinc nitrate)를 1:2의 조성비로 물에 첨가하여 제1 수용액을 준비하였다. LiOH를 물에 첨가하여 제2 수용액을 준비하였다. 상기 제1 수용액과 제2 수용액을 혼합하여 SnZn2(OH)8를 공침시켰다. 상기 침전된 SnZn2(OH)8 를 여과 및 건조시킨 후 산소 분위기에서 850℃로 12 시간 동안 산소 분위기에서 소성시켜 SnZn2O4 를 제조하였다. 이어서, 상기 SnZn2O4 를 분쇄기(paint shaker)로 1시간 동안 분쇄하여 약 100nm의 입경을 가지는 SnZn2O4 나노입자를 제조하였다.A first aqueous solution was prepared by adding SnCl 4 (tin chloride) and Zn (NO 3 ) 2 (zinc nitrate) to water at a composition ratio of 1: 2. A second aqueous solution was prepared by adding LiOH to water. The first aqueous solution and the second aqueous solution were mixed to coprecipitate SnZn 2 (OH) 8 . The precipitated SnZn 2 (OH) 8 was filtered and dried, and then fired in an oxygen atmosphere at 850 ° C for 12 hours in an oxygen atmosphere to prepare SnZn 2 O 4 . Then, the SnZn 2 O 4 was pulverized with a paint shaker for 1 hour to prepare SnZn 2 O 4 nanoparticles having a particle size of about 100 nm.

(표면처리된 5V 양극활물질의 제조)(Preparation of surface-treated 5 V cathode active material)

실시예 1Example 1

SnO(tin oxide) 및 ZnO(zinc oxide)를 1:2의 조성비로 혼합한 후, 볼밀(planetary ball mill, Fritsch, Planetary mono mill 6)에서 300~500rpm으로 5시간 동안 밀링하였다. 이어서, 상기 결과물을 1200℃에서 48시간 동안 공기 분위기에서 소성시켜 스피넬 구조를 가지는 SnZn2O4를 제조하였다. 이어서, 상기 SnZn2O4 를 분쇄기(paint shaker)로 1시간 동안 분쇄하여 약 100nm의 입경을 가지는 SnZn2O4 나노입자를 제조하였다.SnO (tin oxide) and ZnO (zinc oxide) were mixed at a composition ratio of 1: 2 and then milled in a planetary ball mill (Fritsch, Planetary mono mill 6) at 300 to 500 rpm for 5 hours. Subsequently, the resultant was fired at 1200 ° C. for 48 hours in an air atmosphere to prepare SnZn 2 O 4 having a spinel structure. Then, the SnZn 2 O 4 was pulverized with a paint shaker for 1 hour to prepare SnZn 2 O 4 nanoparticles having a particle size of about 100 nm.

상기 SnZn2O4 나노입자 3중량부와 평균입경 10um의 LiNi0.5Mn1.5O4 분말 97중량부를 혼합하였다. 도 3에 평균입경 10um의 LiNi0.5Mn1.5O4 분말이 보여진다. 상기 혼합물을 건식 표면처리장치(Hosokawa Micron Corporation, Japan, Mechanofusion device, Nobilta-130)에 넣고 5분간 6000rpm으로 처리하여 LiNi0.5Mn1.5O4 코어 상에 SnMg2O4가 포함된 표면처리층이 형성된 양극활물질을 제조하였다. 제조된 양극활물질이 도 4에 보여진다.3 parts by weight of the SnZn 2 O 4 nanoparticles and 97 parts by weight of LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 powder having an average particle size of 10 μm were mixed. 3 shows a LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 powder having an average particle size of 10 mu m. The mixture was placed in a dry surface treatment apparatus (Hosokawa Micron Corporation, Japan, Mechanofusion device, Nobilta-130) and treated at 6000 rpm for 5 minutes to form a surface treatment layer containing SnMg 2 O 4 on the LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 core Thereby preparing a cathode active material. The prepared positive electrode active material is shown in Fig.

실시예 2Example 2

SnO(tin oxide) 및 MgO(magnesium oxide)를 리튬-비함유 산화물 전구체로 사용하여 표면에 SnMg2O4가 포함된 표면처리층이 형성된 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 양극활물질을 제조하였다.A cathode active material was prepared in the same manner as in Example 1, except that SnM (tin oxide) and MgO (magnesium oxide) were used as a lithium-free oxide precursor and a surface treatment layer containing SnMg 2 O 4 was formed on the surface. Respectively.

실시예 3Example 3

MgO(magnesium oxide) 및 Al2O3(aluminum nitrate)를 리튬-비함유 산화물 전구체로 사용하고 조성비를 조절하여 표면에 MgAl2O4가 포함된 표면처리층이 형성된 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 양극활물질을 제조하였다.Example 1 was repeated except that magnesium oxide (MgO) and aluminum oxide (Al 2 O 3 ) were used as a lithium-free oxide precursor and a surface treatment layer containing MgAl 2 O 4 was formed on the surface thereof by controlling the composition ratio. The cathode active material was prepared in the same manner.

실시예 4Example 4

CuO(copper oxide) 및 Al2O3(aluminum oxide)를 리튬-비함유 산화물 전구체로 사용하고 조성비를 조절하여 표면에 CuAl2O4가 포함된 표면처리층이 형성된 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 양극활물질을 제조하였다.Example 1 was repeated except that CuO (copper oxide) and Al 2 O 3 (aluminum oxide) were used as a lithium-free oxide precursor and a surface treatment layer containing CuAl 2 O 4 was formed on the surface by controlling the composition ratio. The cathode active material was prepared in the same manner.

실시예 5Example 5

ZnO(zinc oxide) 및 Al2O3(aluminum oxide)를 리튬-비함유 산화물 전구체로 사용하고 조성비를 조절하여 표면에 ZnAl2O4가 포함된 표면처리층이 형성된 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 양극활물질을 제조하였다.Example 1 was repeated except that ZnO (zinc oxide) and Al 2 O 3 (aluminum oxide) were used as the lithium-free oxide precursor and the surface treatment layer containing ZnAl 2 O 4 was formed on the surface by controlling the composition ratio. The cathode active material was prepared in the same manner.

실시예 6Example 6

NiO(nickel oxide) 및 Al2O3(aluminum oxide)를 리튬-비함유 산화물 전구체로 사용하고 조성비를 조절하여 표면에 NiAl2O4가 포함된 표면처리층이 형성된 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 양극활물질을 제조하였다.Example 1 was repeated except that NiO (Al 2 O 3 ) and Al 2 O 3 (Al 2 O 3 ) were used as a lithium-free oxide precursor and a surface treatment layer containing NiAl 2 O 4 was formed on the surface by controlling the composition ratio. The cathode active material was prepared in the same manner.

실시예 7~12Examples 7-12

사용된 산화물 전구체의 함량을 1중량%(리튬-비함유 산화물 1중량부 및양극활물질 99중량부의 혼합물)로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1~6과 동일한 방법으로 표면처리층이 형성된 양극활물질을 각각 제조하였다.Except that the amount of the oxide precursor used was changed to 1 wt% (a mixture of 1 part by weight of the lithium-free oxide and 99 parts by weight of the positive electrode active material) Respectively.

실시예 13~18Examples 13 to 18

사용된 산화물 전구체의 함량을 5중량%(리튬-비함유 산화물 5중량부 및양극활물질 95중량부의 혼합물)로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1~6과 동일한 방법으로 표면처리층이 형성된 양극활물질을 각각 제조하였다.Except that the amount of the oxide precursor used was changed to 5 wt% (a mixture of 5 parts by weight of the lithium-free oxide and 95 parts by weight of the positive electrode active material) Respectively.

실시예 19~24Examples 19 to 24

사용된 산화물 전구체의 함량을 10중량%(리튬-비함유 산화물 10중량부 및양극활물질 90중량부의 혼합물)로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1~6과 동일한 방법으로 표면처리층이 형성된 양극활물질을 각각 제조하였다.Except that the amount of the oxide precursor used was changed to 10 wt% (a mixture of 10 parts by weight of the lithium-free oxide and 90 parts by weight of the positive electrode active material) Respectively.

비교예 1Comparative Example 1

표면처리층 제조과정 없이 평균입경 15㎛의 LiNi0.5Mn1.5O4를 그대로 양극활물질로 사용하였다.LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 having an average particle size of 15 μm was used as a cathode active material without any surface treatment layer production process.

(표면처리된 OLO 양극활물질의 제조)(Preparation of surface-treated OLO cathode active material)

실시예 25Example 25

SnO(tin oxide) 및 ZnO(zinc oxide)를 1:2의 조성비로 혼합한 후, 볼밀(planetary ball mill, Fritsch , Planetary mono mill 6)에서 300~500rpm으로 5시간 동안 밀링하였다. 이어서, 상기 결과물을 1200℃에서 48시간 동안 공기 분위기에서 소성시켜 스피넬 구조를 가지는 SnZn2O4를 제조하였다. 이어서, 상기 SnZn2O4 를 분쇄기(paint shaker)로 1시간 동안 분쇄하여 약 100nm의 입경을 가지는 SnZn2O4 나노입자를 제조하였다.SnO (tin oxide) and ZnO (zinc oxide) were mixed at a composition ratio of 1: 2 and then milled in a planetary ball mill (Fritsch, Planetary mono mill 6) at 300 to 500 rpm for 5 hours. Subsequently, the resultant was fired at 1200 ° C. for 48 hours in an air atmosphere to prepare SnZn 2 O 4 having a spinel structure. Then, the SnZn 2 O 4 was pulverized with a paint shaker for 1 hour to prepare SnZn 2 O 4 nanoparticles having a particle size of about 100 nm.

상기 SnZn2O4 나노입자 3중량부와 평균입경 10um의 Li[Li0.05Ni0.45Co0.16Mn0.35]O2 분말 97중량부를 혼합하였다. 상기 혼합물을 건식 표면처리장치(Hosokawa Micron Corporation, Japan, Mechanofusion device, Nobilta-130)에 넣고 5분간 6000rpm처리하여 Li[Li0.05Ni0.45Co0.16Mn0.35]O2 코어 상에 SnZn2O4가 포함된 표면처리층이 형성된 양극활물질을 제조하였다.3 parts by weight of the SnZn 2 O 4 nanoparticles and 97 parts by weight of Li [Li 0.05 Ni 0.45 Co 0.16 Mn 0.35 ] O 2 powder having an average particle size of 10 μm were mixed. Dry surface treatment apparatus and the mixture containing the (Hosokawa Micron Corporation, Japan, Mechanofusion device, Nobilta-130) placed for 5 minutes 6000rpm processing by Li [Li 0.05 Ni 0.45 Co 0.16 Mn 0.35] O 2 SnZn on the core 2 O 4 To prepare a positive electrode active material having a surface-treated layer.

실시예 26Example 26

SnO(tin oxide) 및 MgO(magnesium oxide)를 리튬-비함유 산화물 전구체로 사용하여 표면에 SnMg2O4가 포함된 표면처리층이 형성된 것을 제외하고는 실시예 25와 동일한 방법으로 양극활물질을 제조하였다.Except that SnM (tin oxide) and MgO (magnesium oxide) were used as a lithium-free oxide precursor and a surface treatment layer containing SnMg 2 O 4 was formed on the surface thereof. Respectively.

실시예 27Example 27

MgO(magnesium oxide) 및 Al2O3(aluminum nitrate)를 리튬-비함유 산화물 전구체로 사용하고 조성비를 조절하여 표면에 MgAl2O4가 포함된 표면처리층이 형성된 것을 제외하고는 실시예 25와 동일한 방법으로 양극활물질을 제조하였다.Example 25 was repeated except that magnesium oxide (MgO) and aluminum oxide (Al 2 O 3 ) were used as a lithium-free oxide precursor and a surface treatment layer containing MgAl 2 O 4 was formed on the surface thereof by controlling the composition ratio. The cathode active material was prepared in the same manner.

실시예 28Example 28

CuO(copper oxide) 및 Al2O3(aluminum oxide)를 리튬-비함유 산화물 전구체로 사용하고 조성비를 조절하여 표면에 CuAl2O4가 포함된 표면처리층이 형성된 것을 제외하고는 실시예 25와 동일한 방법으로 양극활물질을 제조하였다.Example 25 was repeated except that CuO (copper oxide) and Al 2 O 3 (aluminum oxide) were used as the lithium-free oxide precursor and the surface treatment layer containing CuAl 2 O 4 was formed on the surface by controlling the composition ratio. The cathode active material was prepared in the same manner.

실시예 29Example 29

ZnO(zinc oxide) 및 Al2O3(aluminum oxide)를 리튬-비함유 산화물 전구체로 사용하고 조성비를 조절하여 표면에 ZnAl2O4가 포함된 표면처리층이 형성된 것을 제외하고는 실시예 25와 동일한 방법으로 양극활물질을 제조하였다.Except that ZnO (aluminum oxide) and Al 2 O 3 (aluminum oxide) were used as a lithium-free oxide precursor and the surface treatment layer containing ZnAl 2 O 4 was formed on the surface by controlling the composition ratio. The cathode active material was prepared in the same manner.

실시예 30Example 30

NiO(nickel oxide) 및 Al2O3(aluminum oxide)를 리튬-비함유 산화물 전구체로 사용하고 조성비를 조절하여 표면에 NiAl2O4가 포함된 표면처리층이 형성된 것을 제외하고는 실시예 25와 동일한 방법으로 양극활물질을 제조하였다.Example 25 was repeated except that NiO (Al 2 O 3 ) and Al 2 O 3 (aluminum oxide) were used as the lithium-free oxide precursor and the surface treatment layer containing NiAl 2 O 4 was formed on the surface thereof by controlling the composition ratio. The cathode active material was prepared in the same manner.

실시예 31~36Examples 31 to 36

사용된 리튬-비함유 산화물의 함량을 1중량%(리튬-비함유 산화물 1중량부 및양극활물질 99중량부의 혼합물)로 변경한 것을 제외하고는 실시예 25~30과 동일한 방법으로 표면처리층이 형성된 양극활물질을 각각 제조하였다.The surface treatment layer was formed in the same manner as in Examples 25 to 30 except that the content of the lithium-free oxide used was changed to 1 wt% (a mixture of 1 part by weight of the lithium-free oxide and 99 parts by weight of the positive electrode active material) And the resulting positive electrode active material was prepared.

실시예 37~42Examples 37 to 42

사용된 리튬-비함유 산화물의 함량을 5중량%(리튬-비함유 산화물 5중량부 및양극활물질 95중량부의 혼합물)로 변경한 것을 제외하고는 실시예 25~30과 동일한 방법으로 표면처리층이 형성된 양극활물질을 각각 제조하였다.Except that the content of the lithium-free oxide used was changed to 5 wt% (a mixture of 5 parts by weight of the lithium-free oxide and 95 parts by weight of the positive electrode active material) And the resulting positive electrode active material was prepared.

실시예 43~48Examples 43 to 48

사용된 리튬-비함유 산화물의 함량을 10중량%(리튬-비함유 산화물 10중량부 및 양극활물질 90중량부의 혼합물)로 변경한 것을 제외하고는 실시예 25~30과 동일한 방법으로 표면처리층이 형성된 양극활물질을 각각 제조하였다.The surface treatment layer was formed in the same manner as in Examples 25 to 30 except that the content of the lithium-free oxide used was changed to 10 wt% (a mixture of 10 parts by weight of the lithium-free oxide and 90 parts by weight of the positive electrode active material) And the resulting positive electrode active material was prepared.

비교예 2Comparative Example 2

표면처리층 제조과정 없이 평균입경 10um의 Li[Li0.05Ni0.45Co0.16Mn0.35]O2 를 그대로 양극활물질로 사용하였다.Li [Li 0.05 Ni 0.45 Co 0.16 Mn 0.35 ] O 2 having an average particle size of 10 [mu] m was used as the cathode active material without any surface treatment layer preparation process.

(양극의 제조)(Preparation of positive electrode)

실시예 49Example 49

실시예 1에서 제조된 양극활물질, 탄소도전제(Ketchen Black, EC-600JD), 및 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF)을 93:3:4의 중량비로 혼합한 혼합물을 N-메틸피롤리돈(NMP)과 함께 마노 유발에서 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 15㎛ 두께의 알루미늄 집전체 위에 상기 슬러리를 닥터 블레이트를 사용하여 약 20㎛ 두께로 도포하고 상온에서 건조한 후 진공, 120℃의 조건에서 다시 한번 건조하여 양극활물질층이 형성된 양극판을 제조하였다.(Ketchen Black, EC-600 JD) and polyvinylidene fluoride (PVdF) in a weight ratio of 93: 3: 4 prepared in Example 1 was dissolved in N-methylpyrrolidone NMP) were mixed in agate mortar to prepare a slurry. The slurry was coated on an aluminum current collector having a thickness of 15 탆 using a doctor blade to a thickness of about 20 탆, dried at room temperature, and dried again under vacuum at 120 캜 to prepare a positive electrode plate having a positive electrode active material layer.

실시예 50~96Examples 50 to 96

실시예 2 내지 48의 양극활물질을 각각 사용한 것을 제외하고는 실시예 49와 동일한 방법으로 양극판을 제조하였다.A positive electrode plate was prepared in the same manner as in Example 49 except that each of the positive electrode active materials of Examples 2 to 48 was used.

비교예 3~4Comparative Examples 3 to 4

비교예 1 내지 2의 양극활물질을 각각 사용한 것을 제외하고는 실시예 49와 동일한 방법으로 양극판을 제조하였다.A positive electrode plate was prepared in the same manner as in Example 49 except that the positive electrode active materials of Comparative Examples 1 and 2 were respectively used.

(리튬전지의 제조)(Production of lithium battery)

실시예 97Example 97

상기 실시예 49에서 제조된 양극판을 사용하여, 리튬 금속을 상대 전극으로 하고, PTFE 격리막(separator)과 1.3M LiPF6가 EC(에틸렌 카보네이트)+DEC(디에틸 카보네이트)(3:7 부피비)에 녹아있는 용액을 전해질로 사용하여 코인셀을 제조하였다.Using the positive electrode plate prepared in Example 49, lithium metal was used as a counter electrode, and a PTFE separator and 1.3M LiPF 6 were added to EC (ethylene carbonate) + DEC (diethyl carbonate) (3: 7 volume ratio) A coin cell was prepared using the dissolved solution as an electrolyte.

실시예 98~144Examples 98 to 144

실시예 50~96에서 제조된 양극을 각각 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 97과 동일한 방법으로 제조하였다.Were prepared in the same manner as in Example 97, except that the positive electrodes prepared in Examples 50 to 96 were used, respectively.

비교예 5~6Comparative Examples 5 to 6

비교예 3~4에서 제조된 양극을 각각 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 97과 동일한 방법으로 제조하였다.Were prepared in the same manner as in Example 97, except that the positive electrodes prepared in Comparative Examples 3 to 4 were used, respectively.

평가예 1: XRD 실험Evaluation example 1: XRD experiment

상기 제조예 1 및 비교제조예 1에서 제조된 SnZn2O4 각각의 표면에 대하여 XRD(X-ray diffraction) 실험을 수행하여, 그 결과를 도 1에 나타내었다. XRD는 Cu-Kα 선을 사용하여 측정하였다.XRD (X-ray diffraction) experiments were performed on the surfaces of SnZn 2 O 4 prepared in Preparation Example 1 and Comparative Preparation Example 1, and the results are shown in FIG. XRD was measured using a Cu-K? Line.

도 1에서 (a)는 비교제조예 1에서 제조된 SnZn2O4 에 대한 XRD 결과이다.1 (a) shows XRD results for SnZn 2 O 4 prepared in Comparative Production Example 1. FIG.

도 1에서 (b)는 제조예 1에서 제조된 SnZn2O4 에 대한 XRD 결과이다.1 (b) shows the XRD results for the SnZn 2 O 4 prepared in Preparation Example 1.

도 1의 (a)에 보여지는 바와 같이 제조예 1의 SnZn2O4 는 스피넬 구조를 가지는 SnZn2O4 에 대한 특성 피크만이 나타났으나, 도 1의 (b)에서 보여지는 바와 같이 비교제조예 1의 SnZn2O4 는 불순물상(impurity phase)에 해당하는 피크가 많이 나타났다. 제조예 1에서 제조된 SnZn2O4 는 실질적으로 불순물을 포함하지 않았다. 즉, Cu-Kα 선을 사용하는 X선 회절 스펙트럼에서 불순물에 대한 피크의 강도가 노이즈 레벨 이하이었다.As also shown in the Production Example 1 as shown in 1 (a) SnZn 2 O 4 is I've found this characteristic peaks only for SnZn 2 O 4 having a spinel structure, and Fig. 1 (b) Comparative SnZn2O4 of Production Example 1 showed a large peak corresponding to an impurity phase. The SnZn 2 O 4 produced in Production Example 1 contained substantially no impurities. That is, in the X-ray diffraction spectrum using the Cu-K? Line, the intensity of the peak with respect to the impurity was below the noise level.

또한, 도 1(a)에서 2θ = 34° 근처에서 (311) 면에 대한 회절 피크가 보여지며, 상기 회절 피크의 반가폭(FWHM)은 0.530° 이었다. 이에 비해, 도 1(b)에서 (311) 면에 대한 회절 피크의 반가폭(FWHM)은 0.260° 이었다. 즉, 제조예 1의 SnZn2O4 는 비교제조예 1의 SnZn2O4 에 비하여 결정성이 현저히 향상되었다.In FIG. 1 (a), a diffraction peak with respect to the (311) plane was observed in the vicinity of 2? = 34 占 and the half-value width FWHM of the diffraction peak was 0.530 占. In contrast, in FIG. 1 (b), the half-value width FWHM of the diffraction peak with respect to the (311) plane was 0.260 °. That is, SnZn 2 O of preparation 14 was significantly improved crystallinity compared with the Comparative Preparation Example 1 of the SnZn 2 O 4.

평가예 2: ICP 실험Evaluation Example 2: ICP experiment

상기 실시예 1에서 제조된 양극활물질 표면에 대하여 ICP(Ion Coupled Plasma) 실험을 수행하였다.An ICP (Ion Coupled Plasma) test was performed on the surface of the cathode active material prepared in Example 1 above.

ICP 실험에 사용된 기기는 시마즈(Shimadzu)사 모델 ICPS-8100 이었다. 상기 양극활물질 표면에서 Sn:Zn의 조성비는 1.000 : 2.000 이었다.The instrument used for the ICP experiment was Shimadzu ICPS-8100. The Sn: Zn composition ratio on the surface of the positive electrode active material was 1.000: 2.000.

평가예 3: 60℃ 고온 안정성 실험Evaluation Example 3: High temperature stability test at 60 캜

상기 실시예 97~120 및 비교예 5에서 제조된 코인셀에 대하여 1st 사이클에서 0.05C의 속도로 4.45V까지 정전류 충전하고, 0.05C의 속도로 3.0 V까지 정전류 방전하였다. 2nd 사이클은 0.1C의 속도로 4.45V까지 정전류 충전하고, 이어서 4.45V로 유지하면서 전류가 0.05C가 될 때까지 정전압 충전하였으며 0.1C의 속도로 3.0 V까지 정전류 방전하였다. 3rd 사이클은 0.5C의 속도로 4.45V까지 정전류 충전하고 이어서 4.45V로 유지하면서 전류가 0.05C가 될 때까지 정전압 충전하였으며 0.2C의 속도로 3.0 V까지 정전류 방전하였다. 상기 3rd 사이클에서의 방전용량을 표준용량으로 간주하였다.The coin cells prepared in Examples 97 to 120 and Comparative Example 5 were charged at a constant current of 4.45 V at a rate of 0.05 C in the 1st cycle and discharged at a constant current of 3.0 V at a rate of 0.05C. The 2 nd cycle was charged to 4.45 V at a rate of 0.1 C, then charged at a constant voltage until the current became 0.05 C while maintaining the voltage at 4.45 V, and discharged at a rate of 0.1 C at a constant current of 3.0 V. The 3 rd cycle was charged to 4.45 V at a rate of 0.5 C and then charged at 4.45 V until the current reached 0.05 C, and discharged at a rate of 0.2 C at a constant current of 3.0 V. The discharge capacity in the 3 rd cycle was regarded as a standard capacity.

4th 사이클에서 0.5C의 속도로 4.45V까지 충전하고 이어서 4.45V로 유지하면서 전류가 0.05C가 될 때까지 정전압 충전한 후, 상기 충전된 전지를 60℃ 오븐에 7일간 동안 보관한 후, 상기 전지를 꺼내 0.1C 의 속도로 3.0 V까지 4th 사이클의 방전을 진행하였다. 충방전 결과의 일부를 하기 표 1에 나타내었다. 고온 보관 후 용량유지율은 하기 수학식1로 정의된다.The battery was charged to 4.45 V at a speed of 0.5 C in the fourth cycle and was then charged at a constant voltage until the current became 0.05 C while being maintained at 4.45 V. The charged battery was stored in an oven at 60 캜 for 7 days, And discharged at a rate of 0.1 C to 3.0 V at a rate of 4 th cycle. Part of the charge and discharge results are shown in Table 1 below. The capacity retention after storage at high temperature is defined by the following equation (1).

<수학식 1>&Quot; (1) &quot;

고온 보관 후 용량유지율[%]= [4th 사이클에서 고온방치 후 방전용량 / 표준용량] × 100Capacity retention rate after storage at high temperature [%] = [discharge capacity after leaving at high temperature for 4th cycle / standard capacity] × 100

(상기 표준용량은 3rd 사이클에서의 방전용량이다)(The standard capacity is the discharge capacity in 3 rd cycles)

평가예 4: 90℃ 고온 안정성 실험Evaluation Example 4: High temperature stability test at 90 캜

실시예 97~120 및 비교예 5에서 제조된 코인셀에 대하여 상기 충전된 전지를 90℃ 오븐에 4시간 동안 보관한 것을 제외하고는 상기 평가예 3과 동일하게 실험하였다. 충방전 결과의 일부를 하기 표 1에 나타내었다. 고온 보관 후 용량유지율은 상기 수학식1로 정의된다.The coin cells prepared in Examples 97 to 120 and Comparative Example 5 were tested in the same manner as in Evaluation Example 3 except that the packed cells were stored in a 90 ° C oven for 4 hours. Part of the charge and discharge results are shown in Table 1 below. The capacity retention after storage at high temperature is defined by Equation (1).

60℃ 7일간 보관 후 용량유지율[%]After maintaining for 7 days at 60 ℃, capacity maintenance rate [%] 90℃ 4시간 보관 후 용량유지율[%]After maintaining at 90 ℃ for 4 hours Capacity retention rate [%] 비교예 5Comparative Example 5 1.71.7 58.258.2 실시예 97Example 97 43.743.7 77.777.7 실시예 98Example 98 41.641.6 75.675.6

상기 표 1에서 보여지는 바와 같이 실시예 97~98의 리튬전지는 비교예 5의 리튬전지에 비하여 고온 보관 후 용량유지율이 현저히 향상되었다. 즉, 고온 안정성이 현저히 향상되었다.As shown in Table 1, the lithium battery of Examples 97 to 98 exhibited remarkably improved capacity retention after storage at a high temperature compared with the lithium battery of Comparative Example 5. [ That is, the high temperature stability was remarkably improved.

평가예 7: 고온 충방전 실험Evaluation Example 7: High temperature charge / discharge test

상기 실시예 97~120 및 5에서 제조된 상기 코인셀을 60℃의 고온에서 리튬 금속 대비 3.5 ~ 4.9V의 전압 범위에서 1C rate의 정전류로 100회 충방전시켰다. 100번째 사이클에서의 용량유지율은 하기 수학식 2로 표시된다. 초기 쿨롱 효율은 하기 수학식 3으로 표시된다. 100 번째 사이클에서의 용량유지율 및 초기 쿨롱 효율을 하기 표 2에 나타내었다.The coin cells prepared in Examples 97 to 120 and 5 were charged and discharged 100 times at a constant current of 1 C rate in a voltage range of 3.5 to 4.9 V relative to lithium metal at a high temperature of 60 ° C. The capacity retention rate in the 100th cycle is expressed by the following equation (2). The initial coulomb efficiency is expressed by the following equation (3). The capacity retention rate and the initial coulombic efficiency in the 100th cycle are shown in Table 2 below.

<수학식 2>&Quot; (2) &quot;

100th 사이클에서의 용량유지율[%] = [100th 사이클에서의 방전용량 / 1th 사이클에서의 방전용량] × 100Capacity retention rate in 100 th cycle [%] = [Discharge capacity in 100th cycle / Discharge capacity in 1 th cycle] × 100

<수학식 3>&Quot; (3) &quot;

초기 쿨롱 효율[%] = [1st 사이클에서의 방전용량 / 1th 사이클에서의 충전용량] × 100Initial coulomb efficiency [%] = [discharge capacity in 1st cycle / charge capacity in 1 th cycle] × 100

100th 사이클에서의 용량유지율
[%]
Capacity retention rate in 100 th cycle
[%]
초기 쿨롱 효율
[%]
Early coulomb efficiency
[%]
비교예 5Comparative Example 5 74.474.4 89.589.5 실시예 97Example 97 81.881.8 93.893.8 실시예 98Example 98 83.183.1 94.494.4

상기 표 2 에서 보여지는 바와 같이 실시예 97~98의 리튬전지는 비교예 5의 리튬전지에 비해 향상된 고온 수명특성 및 초기 쿨롱 효율을 나타내었다.As shown in Table 2, the lithium batteries of Examples 97 to 98 exhibited improved high-temperature lifetime characteristics and initial coulone efficiency as compared with the lithium battery of Comparative Example 5.

평가예 6 : 고율 특성 실험Evaluation Example 6: High Rate Characteristic Experiment

실시예 97~98 및 비교예 5에서 제조된 상기 코인셀에 대하여 상온에서 리튬 금속 대비 3.5 ~ 4.9V의 전압 범위에서 0.1C rate의 정전류로 충전시키면서, 전류밀도가 증가함에 따른 방전용량의 용량유지율을 도 4에 나타내었다. 방전시의 전류밀도는 각각 0.1C, 0.2C, 0.5C, 1C, 2C, 5C, 8C 및 10C rate 이었다. 도 5에서 용량유지율은 하기 수학식 4로부터 계산된다.The coin cells prepared in Examples 97 to 98 and Comparative Example 5 were charged at a constant current of 0.1 C rate in a voltage range of 3.5 to 4.9 V relative to lithium metal at room temperature while maintaining the capacity maintenance rate Is shown in Fig. The current densities at discharge were 0.1 C, 0.2 C, 0.5 C, 1 C, 2 C, 5 C, 8 C and 10 C rates, respectively. 5, the capacity retention rate is calculated from the following equation (4).

<수학식 4>&Quot; (4) &quot;

율별 용량유지율[%]= [ 율별방전용량 / 0.1C에서의 방전용량 ] × 100Percentage of Capacity Retention Rate [%] = [Discharge Capacity per Rate / Discharge Capacity at 0.1C] x 100

도 5에 보여지는 바와 같이 실시예 97~98의 리튬전지는 비교예 5의 리튬전지에 비하여 고율 특성이 향상되었다.As shown in FIG. 5, the lithium batteries of Examples 97 to 98 have improved high-rate characteristics as compared with the lithium batteries of Comparative Example 5.

Claims (6)

전극활물질을 포함하는 코어와 스피넬 구조를 가지는 리튬-비함유 산화물 입자를 혼합하는 단계; 및
건식 방법으로 상기 코어 상에 리튬-비함유 산화물을 포함하는 표면처리층을 형성시키는 단계를 포함하는 전극활물질 제조방법.
Mixing a core comprising an electrode active material with lithium-free oxide particles having a spinel structure; And
And forming a surface treatment layer containing a lithium-free oxide on the core by a dry method.
제 1 항에 있어서, 상기 건식 방법이 유성 볼밀(ball mill)법, 저속 볼밀법, 고속 볼밀법, 혼성화법(hybridization)법, 메카노퓨전(mechanofusion)법으로 이루어지는 군에서 선택된 하나의 방법을 사용하는 제조방법.The method according to claim 1, wherein the drying method is one selected from the group consisting of a ball mill method, a low speed ball mill method, a high speed ball mill method, a hybridization method, and a mechanofusion method . 제 1 항에 있어서, 상기 건식 방법으로 표면처리층을 형성시키는 단계 후에 표면처리층이 형성된 결과물을 열처리하는 단계를 추가적으로 포함하는 제조방법.The method according to claim 1, further comprising the step of heat treating the resultant having the surface treatment layer formed after the step of forming the surface treatment layer by the dry method. 제 1 항에 있어서, 상기 리튬-비함유 산화물의 함량이 상기 혼합물 총 중량의 10중량% 이하인 제조방법.The process according to claim 1, wherein the content of the lithium-free oxide is 10 wt% or less of the total weight of the mixture. 제 1 항에 있어서, 상기 리튬-비함유 산화물 입자의 제조가
리튬-비함유 산화물 전구체를 밀링하여 혼합물을 준비하는 단계; 및
상기 혼합물을 소성하여 소성물을 준비하는 단계;를 포함하는 제조방법.
The method of claim 1, wherein the preparation of the lithium-free oxide particles comprises:
Milling the lithium-free oxide precursor to prepare a mixture; And
And firing the mixture to prepare a fired product.
제 5 항에 있어서, 상기 소성이 700 내지 1500℃에서 12 내지 72 시간 동안 수행되는 제조방법.6. The method according to claim 5, wherein the calcination is performed at 700 to 1500 DEG C for 12 to 72 hours.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021065338A1 (en) * 2019-09-30 2021-04-08 株式会社村田製作所 Secondary battery
US11522169B2 (en) 2020-08-13 2022-12-06 The Regents Of The University Of California Sulfide-based all-solid-state battery including surface heat-treated positive electrode active material and method of manufacturing the same
CN114361395A (en) * 2021-12-29 2022-04-15 北京理工大学 Oxide positive electrode material coated with conducting polymer by ball milling, preparation method and application

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003272631A (en) 2002-03-19 2003-09-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd Manufacturing method of electrode material, electrode material and nonaqueous electrolyte battery
KR100888685B1 (en) 2007-11-05 2009-03-13 주식회사 코캄 Core-shell type anode active material for lithium secondary batteries and method of preparing for the same and lithium secondary batteries comprising the same

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003272631A (en) 2002-03-19 2003-09-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd Manufacturing method of electrode material, electrode material and nonaqueous electrolyte battery
KR100888685B1 (en) 2007-11-05 2009-03-13 주식회사 코캄 Core-shell type anode active material for lithium secondary batteries and method of preparing for the same and lithium secondary batteries comprising the same

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
G.T.-K Fey et al., "MgAl2O4 spinel-coated LiCoO2 as long-cycling cathode materials", Journal of Power Sources 146 (2005) pp245-249
X.Li et al., "Enhanced cycling performance of spinel LiMn2O4 coated with ZnMn2O4 shell", J Solid State Electrochem (2008) 12, pp851-855

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