KR101919516B1 - Positive active material for rechargeable lithium battery, method of preparing the same, and rechargeable lithium battery including the same - Google Patents

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Abstract

니켈을 포함하는 양극 활물질에 대해, 수산화 리튬(LiOH) 및 질산 리튬(LiNO3)을 포함하는 수세액을 사용하여 수세하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법을 제공하며, 이에 따라 수세된 양극 활물질을 양극에 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다. The present invention provides a method for producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery, which comprises washing a positive electrode active material containing nickel with a wash liquid containing lithium hydroxide (LiOH) and lithium nitrate (LiNO 3 ) And a lithium secondary battery included in the positive electrode.

Description

리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지{POSITIVE ACTIVE MATERIAL FOR RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY, METHOD OF PREPARING THE SAME, AND RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY INCLUDING THE SAME} FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a method for producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery, and a lithium secondary battery including the same. BACKGROUND ART [0002]

리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery and a lithium secondary battery comprising the same.

리튬 이차 전지를 구성하는 요소 중 하나인 양극 활물질은, 일반적으로 리튬 이온의 탈리/삽입을 가능하게 하는 구조로 되어 있다. 그 중에서도, 망간 함량이 높은 양극 활물질의 경우, 높은 안정성을 나타내는 반면 낮은 용량을 가지고 있다. 그러나, 앞서 언급한 고출력의 대형 전지 형태를 구현하기 위해서는, 용량 및 안정성이 모두 우수한 양극 활물질을 개발할 필요가 있다.The positive electrode active material, which is one of the elements constituting the lithium secondary battery, has a structure capable of releasing / inserting lithium ions in general. Among them, the cathode active material having a high manganese content shows high stability and low capacity. However, in order to realize the above-mentioned high-output large-sized battery type, it is necessary to develop a cathode active material having excellent capacity and stability.

한편, 양극 활물질의 니켈 함량이 높아질수록, 그 용량 또한 높아지는 경향이 있다. 하지만, 망간 함량이 높은 양극 활물질에 비해 안정성이 낮다는 점, 거듭되는 충방전에 따라 전기화학적 용량이 낮아지므로 수명 특성이 열위하다는 점 등이 그 한계로 지적된다.On the other hand, the higher the nickel content of the positive electrode active material, the higher the capacity thereof. However, it is pointed out that the stability is low as compared with the cathode active material having a high manganese content, and the electrochemical capacity is lowered due to repeated charge and discharge, so that the life characteristic is poor.

구체적으로, 니켈을 포함하는 양극 활물질의 경우, 니켈 이온의 산화수가 Ni2+에서 리튬 이온이 탈리된 후에는 Ni4 +로 변하게 되며, Ni4 +는 불안정하므로 산화니켈(NiO)으로 화학적인 변화가 일어난다.Specifically, in the case of the positive electrode active material containing nickel, the oxidation number of the nickel ion changes to Ni 4 + after the lithium ion is removed from the Ni 2+ , and Ni 4 + is unstable, .

이러한 화학적인 변화 시 산소가 발생하므로 안정성이 낮다고 평가되며, 상기 변화된 산화니켈은 안정한 화합물이므로 전기화학적으로 용량을 나타낼 수 없다. 또한, 상온보다는 고온에서 이러한 현상이 심화되므로, 고온에서의 안정성 및 수명 특성이 더욱 악화된다는 문제점이 있다.Since oxygen is generated during such a chemical change, the stability is evaluated to be low, and the nickel oxide is stable and can not exhibit its electrochemical capacity. In addition, since such a phenomenon is intensified at a higher temperature than a normal temperature, there is a problem that the stability at a high temperature and the life characteristics are further deteriorated.

이와 관련하여, 리튬 이차 전지의 높은 용량을 확보하면서도 수명 특성을 개선하기 위한 여러 가지 연구가 진행되고 있으나, 아직까지 상기 지적된 문제점들에 대한 근본적인 해결책은 제시되지 못한 상황이다.In this regard, various researches have been made to improve the lifetime characteristics while ensuring a high capacity of the lithium secondary battery, but a fundamental solution to the above-mentioned problems has not yet been proposed.

본 발명의 구현예들을 통해, 구조적 안정성 및 전기화학적 특성이 개선된 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법을 제공하며, 이에 따라 제조된 양극 활물질을 양극에 포함하는 리튬 이차 전지를 제공하고자 한다.It is another object of the present invention to provide a method for producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery improved in structural stability and electrochemical characteristics, and to provide a lithium secondary battery comprising the positive electrode active material thus prepared in a positive electrode.

본 발명의 일 구현예에서는, Ni, Co, 및 Mn을 포함하는 리튬 복합 산화물을 준비하는 단계; 상기 리튬 복합 산화물을 수세하는 단계;를 포함하고, 상기 리튬 복합 산화물을 수세하는 단계;는, 수산화 리튬(LiOH), 질산 리튬(LiNO3), 및 용매를 포함하는 수세액을 사용하여 수행되는 것인, 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법을 제공한다.In one embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing a lithium secondary battery including: preparing a lithium composite oxide including Ni, Co, and Mn; And washing the lithium composite oxide with water, wherein the step of washing the lithium composite oxide is performed using a wash water containing lithium hydroxide (LiOH), lithium nitrate (LiNO 3 ), and a solvent The present invention provides a method for producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery.

구체적으로, 상기 수세액에 관한 설명은 다음과 같다.Specifically, the description of the wash liquid is as follows.

우선, 상기 수세액 내 수산화 리튬(LiOH)의 함량은, 상기 리튬 복합 산화물 1 몰(mol) 기준으로, 0.0001 내지 0.01몰(mol), 보다 구체적으로, 0.001 내지 0.005 몰(mol)일 수 있다.First, the content of lithium hydroxide (LiOH) in the washing liquid may be 0.0001 to 0.01 mol, more specifically 0.001 to 0.005 mol, based on 1 mol of the lithium composite oxide.

이때, 상기 수세액 내 수산화 리튬(LiOH):질산 리튬(LiNO3)의 몰비는, 1:0.1 내지 1:10일 수 있다.In this case, the molar ratio of lithium hydroxide (LiOH) to lithium nitrate (LiNO 3 ) in the washing solution may be 1: 0.1 to 1:10.

또한, 상기 수세액 내 용매의 함량은, 상기 리튬 복합 산화물 100 중량부를 기준으로, 50 내지 200 중량부, 보다 구체적으로, 75 내지 100 중량부일 수 있다.The content of the solvent in the washing liquid may be 50 to 200 parts by weight, more specifically 75 to 100 parts by weight, based on 100 parts by weight of the lithium composite oxide.

한편, 상기 수세 대상인 리튬 복합 산화물에 관한 설명은 다음과 같다.The description of the lithium composite oxide as a subject of the water wash is as follows.

상기 리튬 복합 산화물의 전체 조성은, 하기 화학식 1로 표시되는 것일 수 있다.The total composition of the lithium composite oxide may be represented by the following formula (1).

[화학식 1]LixNiaCobMncM1dO2 Li x Ni a Co b Mn c M d d O 2

상기 화학식 1에서, M1은 Zr, Mg, Al, Ni, Mn, Zn, Fe, Cr, Mo, 또는 W이고, Me는 하기 화학식 2로 표시되는 것이고, 0.90≤x≤1.07, 0.7≤a<1, 0<b≤0.3, 0<c≤0.3, 0<d<0.01이고, a+b+c+d = 1이다. In the above formula (1), M1 is Zr, Mg, Al, Ni, Mn, Zn, Fe, Cr, Mo or W, Me is represented by the following formula 2, 0.90? X? 1.07, 0.7? , 0 <b? 0.3, 0 <c? 0.3, 0 <d <0.01, and a + b + c + d = 1.

구체적으로, 상기 리튬 복합 산화물은, 상기 화학식 1에서 a, b, 및 c의 값이 서로 다른 두 가지 이상의 입자가 집합된 2차 입자일 수 있다.Specifically, the lithium composite oxide may be a secondary particle in which two or more particles having different values of a, b, and c in Formula 1 are aggregated.

보다 구체적으로, 상기 리튬 복합 산화물은, 상기 Ni, Mn, 및 Co 중 적어도 하나의 금속 전체 또는 일부 원소의 농도 구배가 존재하는 것일 수 있다. 이 경우, 상기 Ni, Co, 및 Mn을 포함하는 리튬 복합 산화물을 준비하는 단계;는, 공침법으로 Ni, Co, 및 Mn을 포함하는 활물질 전구체를 제조하는 단계; 및 상기 활물질 전구체 및 리튬 원료 물질의 혼합물을 소성하여, 리튬 복합 산화물을 수득하는 단계;를 포함하는 것일 수 있다.More specifically, the lithium composite oxide may have a concentration gradient of the entire metal or at least one element of at least one of Ni, Mn, and Co. In this case, preparing the lithium composite oxide containing Ni, Co, and Mn may include preparing an active material precursor including Ni, Co, and Mn by coprecipitation; And firing a mixture of the active material precursor and the lithium source material to obtain a lithium composite oxide.

상기 활물질 전구체 및 리튬 원료 물질의 혼합물은, 도핑 원료 물질을 더 포함하며, 상기 도핑 원료 물질은, Zr, Ti, 및 Al 중 1 이상의 원소를 포함하는 화합물, 또는 상기 화합물의 혼합물일 수 있다.The mixture of the active material precursor and the lithium source material may further include a doping source material, and the doping source material may be a compound containing at least one element selected from Zr, Ti, and Al, or a mixture of the above compounds.

상기 활물질 전구체 및 리튬 원료 물질의 혼합물을 소성하여, 리튬 복합 산화물을 수득하는 단계; 이후에, 상기 리튬 복합 산화물의 표면에 코팅층을 형성하는 단계;를 더 포함하고, 상기 코팅층은 B, Al, P 및 Si 중 1 이상의 원소를 포함하는 화합물, 또는 상기 화합물의 혼합물을 포함할 수 있다.Firing a mixture of the active material precursor and the lithium source material to obtain a lithium composite oxide; And then forming a coating layer on the surface of the lithium composite oxide, wherein the coating layer may comprise a compound comprising at least one element selected from the group consisting of B, Al, P and Si, or a mixture of the foregoing compounds .

한편, 상기 리튬 복합 산화물을 수세하는 단계;는, 상기 수세액에 상기 리튬 복합 산화물을 투입하고, 교반하여 슬러리를 제조하는 단계; 및 상기 슬러리를 여과하여, 수세된 리튬 복합 산화물을 수득하는 단계;를 포함하는 것일 수 있다.Meanwhile, the step of washing the lithium composite oxide comprises: adding the lithium composite oxide to the washing liquid and stirring to prepare a slurry; And filtering the slurry to obtain a washed lithium composite oxide.

상기 수세액에 상기 리튬 복합 산화물을 투입하고, 교반하여 슬러리를 제조하는 단계;는, 5 내지 25 의 온도 범위에서, 1분 내지 5시간 동안, 50 내지 200 rpm의 교반 속도로 수행될 수 있다.The step of adding the lithium composite oxide to the washing liquid and stirring to prepare a slurry can be carried out at a stirring rate of 50 to 200 rpm for 1 minute to 5 hours at a temperature range of 5 to 25.

상기 슬러리를 여과하여, 수세된 리튬 복합 산화물을 수득하는 단계; 이후에, 상기 수세된 리튬 복합 산화물을 건조하는 단계;를 더 포함할 수 있다.Filtering the slurry to obtain a washed lithium composite oxide; Thereafter, drying the washed lithium complex oxide may further include drying the washed lithium complex oxide.

상기 수세된 리튬 복합 산화물을 건조하는 단계;는, 80 내지 300 ℃의 온도 범위에서, 1 분 내지 30 시간 동안 수행될 수 있다.The step of drying the washed lithium composite oxide may be performed at a temperature ranging from 80 to 300 캜 for 1 minute to 30 hours.

아울러, 상기 리튬 복합 산화물을 수세하는 단계; 이후에, 상기 수세된 리튬 복합 산화물을 열처리하는 단계;를 더 포함할 수 있다.상기 수세된 리튬 복합 산화물을 열처리하는 단계;는, 200 내지 800 ℃의 온도 범위에서, 1내지 10 시간 동안, 공기(Air) 또는 산소(O2) 분위기에서 수행될 수 있다.Washing the lithium composite oxide with water; The heat treatment of the washed lithium composite oxide may be performed at a temperature ranging from 200 to 800 ° C. for 1 to 10 hours in air (Air) or may be performed in an oxygen (O 2) atmosphere.

한편, 상기 리튬 복합 산화물을 제조하는 단계에서의 리튬 원료 물질과 전구체의 혼합 비율은, Li/Me(전구체)의 몰 비율 기준으로 0.97 내지 1.07로 할 수 있었다. 이를 사용하여 최종적으로 수세된 활물질에서는, Li/Me 몰 비율이 0.97 내지 1.02일 수 있다.On the other hand, the mixing ratio of the lithium source material and the precursor in the step of preparing the lithium composite oxide was 0.97 to 1.07 based on the molar ratio of Li / Me (precursor). In the finally washed active material using this, the Li / Me molar ratio may be 0.97 to 1.02.

본 발명의 다른 일 구현예에서는, 양극; 음극; 및 상기 양극 및 음극 사이에 위치하는 전해질;을 포함하되, 상기 양극은 전술한 방법에 의해 제조된 양극 활물질을 포함하는 것인, 리튬 이차 전지를 제공한다.In another embodiment of the present invention, cathode; And an electrolyte disposed between the positive electrode and the negative electrode, wherein the positive electrode includes the positive electrode active material prepared by the above-described method.

본 발명의 일 구현예에 따라, 니켈을 포함하는 양극 활물질에 대해, 수산화 리튬(LiOH) 및 질산 리튬(LiNO3)을 포함하는 수세액을 사용하여 수세함으로써, 표면에 잔류하는 리튬을 저하시킬 수 있다.According to one embodiment of the present invention, by using a washing liquid containing lithium hydroxide (LiOH) and lithium nitrate (LiNO 3 ) for a positive electrode active material containing nickel, it is possible to reduce lithium remaining on the surface have.

또한, 본 발명의 일 구현예에 따라 수세된 양극 활물질은, 리튬 이차 전지의 양극에 적용되어 통해 전지 충방전 중 잔류 리튬에 의한 기체(Gas) 발생을 억제하여 전지 안전성을 향상 시키며, 초기 용량 및 수명 특성을 개선할 수 있다.The positive electrode active material washed according to one embodiment of the present invention is applied to a positive electrode of a lithium secondary battery to suppress gas generation due to residual lithium during charging and discharging of the battery to improve battery safety, Life characteristics can be improved.

도1은, 본 발명의 실시예 1 내지 4, 및 비교예 1의 각 전지(2032 coin cell)에 대해, 초기 충방전(initial cha/discha) 특성을 나타낸 그래프이다.
도2는, 본 발명의 비교예 1 양극 활물질에 대한 SEM 사진이다.
도 3은, 본 발명의 실시예 2 양극 활물질에 대한 SEM 사진이다.
도 4는, 본 발명의 실시예 2 양극 활물질에 대한 FIB EDX 분석 사진이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a graph showing the initial charge / discharge characteristics of each cell (2032 coin cell) of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 of the present invention. FIG.
2 is an SEM photograph of a positive electrode active material of Comparative Example 1 of the present invention.
3 is a SEM photograph of the cathode active material of Example 2 of the present invention.
4 is a FIB EDX analysis photograph of the cathode active material of Example 2 of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. However, it is to be understood that the present invention is not limited to the disclosed embodiments, but may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. It is intended that the disclosure of the present invention be limited only by the terms of the appended claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 다른 정의가 없다면 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. Thus, in some embodiments, well-known techniques are not specifically described to avoid an undesirable interpretation of the present invention. Unless defined otherwise, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used in a sense commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Whenever a component is referred to as " including " an element throughout the specification, it is to be understood that the element may include other elements, not the exclusion of any other element, unless the context clearly dictates otherwise. Also, singular forms include plural forms unless the context clearly dictates otherwise.

본 발명의 일 구현예에서는, Ni, Co, 및 Mn을 포함하는 리튬 복합 산화물을 준비하는 단계; 상기 리튬 복합 산화물을 수세하는 단계;를 포함하고, 상기 리튬 복합 산화물을 수세하는 단계;는, 수산화 리튬(LiOH), 질산 리튬(LiNO3), 및 용매를 포함하는 수세액을 사용하여 수행되는 것인, 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법을 제공한다.In one embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing a lithium secondary battery including: preparing a lithium composite oxide including Ni, Co, and Mn; And washing the lithium composite oxide with water, wherein the step of washing the lithium composite oxide is performed using a wash water containing lithium hydroxide (LiOH), lithium nitrate (LiNO 3 ), and a solvent The present invention provides a method for producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery.

본 발명의 일 구현예에 따라, 니켈을 포함하는 양극 활물질에 대해, 수산화 리튬(LiOH) 및 질산 리튬(LiNO3)을 포함하는 수세액을 사용하여 수세함으로써, 표면에 잔류하는 리튬을 저하시킬 수 있다.According to one embodiment of the present invention, by using a washing liquid containing lithium hydroxide (LiOH) and lithium nitrate (LiNO 3 ) for a positive electrode active material containing nickel, it is possible to reduce lithium remaining on the surface have.

또한, 본 발명의 일 구현예에 따라 수세된 양극 활물질은, 리튬 이차 전지의 양극에 적용되어 통해 전지 충방전 중 잔류 리튬에 의한 기체(Gas) 발생을 억제하여 전지 안전성을 향상 시킬 수 있다.In addition, the cathode active material washed according to an embodiment of the present invention can be applied to a positive electrode of a lithium secondary battery to suppress gas generation due to residual lithium during charging and discharging of the battery, thereby improving battery safety.

특히, 증류수 등의 용매에 수산화 리튬(LiOH) 및 질산 리튬(LiNO3)을 포함하는 수세액을 사용함으로써, 증류수를 수세액으로 사용하여 수세하는 경우에 비하여, 수세 처리된 양극 활물질의 표면에 잔류하는 리튬을 더욱 저하시킬 수 있고, 이에 따라 전지의 초기 용량도 개선될 수 있으며, 수명 특성도 향상시킬 것으로 추론된다. 이는, 후술되는 실시예, 비교예, 및 이들의 평가예를 통하여 실험적으로 뒷받침된다.Particularly, by using a washing liquid containing lithium hydroxide (LiOH) and lithium nitrate (LiNO 3 ) in a solvent such as distilled water, it is possible to prevent the residual water on the surface of the water- It is possible to further reduce the lithium content of the battery, thereby improving the initial capacity of the battery and improving the lifetime characteristics. This is experimentally supported through examples, comparative examples, and evaluation examples to be described later.

이하, 본 발명의 일 구현예서 사용하는 수세액, 이를 사용하여 수세 처리하는 대상인 리튬 복합 산화물, 그리고 각 단계의 특징을 상세히 설명한다.Hereinafter, the washing liquid used in one embodiment of the present invention, the lithium composite oxide to be subjected to the water treatment using the same, and the characteristics of each step will be described in detail.

우선, 상기 수세액에 관한 설명은 다음과 같다.First, the description of the wash liquid is as follows.

상기 수세액 내 수산화 리튬(LiOH)의 함량은, 상기 리튬 복합 산화물 1 몰(mol) 기준으로, 0.0001 내지 0.01몰(mol)일 수 있다. 이러한 범위 내에서는, 수세액 내 수산화 리튬의 함량이 높아질 수록, 양극재 표면의 잔류리튬이 덜 제거 되어 많은 양이 남게 되며, 적을수록 잔류 리튬이 많이 제거 된다.The content of lithium hydroxide (LiOH) in the washing liquid may be 0.0001 to 0.01 mol based on 1 mol of the lithium composite oxide. Within this range, as the content of lithium hydroxide in the washing liquid becomes higher, the residual lithium on the surface of the cathode material is less removed and a larger amount is left.

보다 구체적으로, 후술되는 실시예에서는, 농도 구배가 있는 Li(Ni0.9Co0.07Mn0.03)O2 산화물 1 몰(mol) 기준으로, 수세액 내 수산화 리튬(LiOH)을 0.001 내지 0.005 몰(mol)로 제어할 때, 수세된 양극 활물질의 표면에 잔류하는 리튬이 효과적으로 감소하며, 이를 전지에 적용 시 초기 용량이 개선되는 효과를 확인하였다.More specifically, in the examples described below, 0.001 to 0.005 mol (mol) of lithium hydroxide (LiOH) in the wash liquor is used based on 1 mol of Li (Ni 0.9 Co 0.07 Mn 0.03 ) O 2 oxide having a concentration gradient, , Lithium remaining on the surface of the washed positive electrode active material was effectively reduced and the effect of improving the initial capacity when applied to a battery was confirmed.

이때, 상기 수세액 내 수산화 리튬(LiOH):질산 리튬(LiNO3)의 몰비는, 1:0.1 내지 1:10일 수 있다. 이러한 범위 내에서, 상기 수산화 리튬(LiOH) 대비 질산 리튬(LiNO3)의 몰수가 증가할 수록, PH는 중성에 가까워 지며, 잔류 리튬 중 수산화 리튬의 비율이 높아진다.In this case, the molar ratio of lithium hydroxide (LiOH) to lithium nitrate (LiNO 3 ) in the washing solution may be 1: 0.1 to 1:10. Within this range, as the number of moles of lithium nitrate (LiNO 3 ) increases relative to the lithium hydroxide (LiOH), the pH becomes closer to neutrality and the ratio of lithium hydroxide in the remaining lithium increases.

또한, 상기 수세액 내 용매의 함량은, 상기 리튬 복합 산화물 100 중량부를 기준으로, 50 내지 200 중량부, 보다 구체적으로 75 내지 100 중량부일 수 있다.The content of the solvent in the washing liquid may be 50 to 200 parts by weight, more specifically 75 to 100 parts by weight, based on 100 parts by weight of the lithium composite oxide.

보다 구체적으로, 후술되는 실시예에서는, 농도 구배가 있는 Li(Ni0.9Co0.07Mn0.03)O2 산화물 100 중량부 기준으로, 용매인 증류수(D.I. water)를 75 내지 100 중량부로 제어할 때, 수세된 양극 활물질의 표면에 잔류하는 리튬이 효과적으로 감소하며, 이를 전지에 적용 시 초기 용량이 개선되는 효과를 확인하였다.More specifically, in the examples described below, when controlling the distilled water (DI water) as a solvent to 75 to 100 parts by weight based on 100 parts by weight of Li (Ni 0.9 Co 0.07 Mn 0.03 ) O 2 oxide having a concentration gradient, The amount of lithium remaining on the surface of the positive electrode active material was effectively reduced, and the effect of improving the initial capacity when applied to a battery was confirmed.

상기 수세 대상인 리튬 복합 산화물은 특별히 한정되지 않지만, 그 전체 조성이 하기 화학식 1로 표시되는 것을 사용할 수 있다.The lithium composite oxide to be washed with water is not particularly limited, but the lithium complex oxide represented by the following general formula (1) can be used.

[화학식 1]LixNiaCobMncM1dO2 Li x Ni a Co b Mn c M d d O 2

상기 화학식 1에서, M1은 Zr, Mg, Al, Ni, Mn, Zn, Fe, Cr, Mo, 또는 W이고, Me는 하기 화학식 2로 표시되는 것이고, 0.90≤x≤1.07, 0.7≤a<1, 0<b≤0.3, 0<c≤0.3, 0<d<0.01이고, a+b+c+d = 1이다. In the above formula (1), M1 is Zr, Mg, Al, Ni, Mn, Zn, Fe, Cr, Mo or W, Me is represented by the following formula 2, 0.90? X? 1.07, 0.7? , 0 <b? 0.3, 0 <c? 0.3, 0 <d <0.01, and a + b + c + d = 1.

한편, 상기 리튬 복합 산화물은, 앞서 지적한 바와 같이, 니켈 함량이 높아질수록, 그 용량 또한 높아지는 장점은 별론이고, 망간 함량이 높은 양극 활물질에 비해 안정성이 낮다는 점, 거듭되는 충방전에 따라 전기화학적 용량이 낮아지므로 수명 특성이 열위한 점 등의 단점을 가지므로, 상기 화학식 1에서 a, b, 및 c의 값이 서로 다른 두 가지 이상의 입자가 집합된 2차 입자인 것을 사용할 수 있다.On the other hand, as noted above, the lithium composite oxide has the advantages of higher capacity as well as higher nickel content, lower stability than the cathode active material having a higher manganese content, electrochemical The secondary particles having two or more particles having different values of a, b, and c in the above formula (1) are gathered.

구체적으로, 상기 리튬 복합 산화물은, 상기 Ni, Mn, 및 Co 중 적어도 하나의 금속 전체 또는 일부 원소의 농도 구배가 존재하는 것일 수 있다. 이때, 농도 구배의 형태는 특별히 한정되지 않으며, 각 원소 별로 연속적이거나 불연속적일 수 있다. Specifically, the lithium composite oxide may have a concentration gradient of at least one metal or at least some elements of the Ni, Mn, and Co. At this time, the form of the concentration gradient is not particularly limited, and may be continuous or discontinuous for each element.

예를 들면, 상기 Ni는 코어부로부터 표면부까지 농도 구배를 가지며, 전체 반지름 중 90 길이%까지의 농도 구배가 있을 수 있다. 이때, 상기 코어부 Ni의 농도를 100 몰%로 볼 때, 상기 표면부의 Ni 농도는 40 몰%까지 서서히 감소할 수 있다. 편의상 상기 Ni를 예로 들었지만, 상기 농도 구배에 관한 설명은 상기 Mn 및 Co에도 적용될 수 있다.For example, the Ni may have a concentration gradient from the core portion to the surface portion, and may have a concentration gradient of up to 90% of the total radius. At this time, when the concentration of the core portion Ni is taken as 100 mol%, the Ni concentration of the surface portion can be gradually decreased to 40 mol%. For convenience, the Ni is taken as an example, but the description of the concentration gradient can also be applied to Mn and Co.

또한, 상기 리튬 복합 산화물에서, 상기 Ni, Mn, 및 Co 중 적어도 하나의 금속 전체 또는 일부 원소의 농도 구배가 존재하는 경우, 상기 Ni, Co, 및 Mn을 포함하는 리튬 복합 산화물을 준비하는 단계;는, 공침법으로 Ni, Co, 및 Mn을 포함하는 활물질 전구체를 제조하는 단계; 및 상기 활물질 전구체 및 리튬 원료 물질의 혼합물을 소성하여, 리튬 복합 산화물을 수득하는 단계;를 포함하는 것일 수 있다.Preparing a lithium composite oxide comprising Ni, Co, and Mn in the presence of a concentration gradient of at least one of Ni, Mn, and Co in the lithium composite oxide; Comprising the steps of: preparing an active material precursor comprising Ni, Co, and Mn by coprecipitation; And firing a mixture of the active material precursor and the lithium source material to obtain a lithium composite oxide.

특히, 공침법으로 Ni, Co, 및 Mn을 포함하는 활물질 전구체를 제조하는 단계;에서, Ni, Co, 및 Mn 농도가 서로 다른 2 종 이상의 금속 용액을 사용하여, 그 투입 시기 등을 제어함으로써 농도 구배를 형성할 수 있다.In particular, in the step of producing an active material precursor including Ni, Co, and Mn by co-precipitation, two or more kinds of metal solutions having different concentrations of Ni, Co, and Mn are used, Can form a gradient.

구체적으로, 코어-쉘(Core-Shell) 구조의 농도 구배를 형성하기 위하여, Ni, Co, 및 Mn의 혼합 비율이 서로 다른 두 가지 금속 용액을 준비하여 사용할 수 있다. 어느 하나의 용액을 코어(Core) 형성용 용액으로 사용하여, 이를 먼저 반응기 내부로 서서히 투입한 뒤, 적정량이 투입된 후 다른 하나의 용액을 쉘(Shell) 형성용 용액으로 사용하여 서서히 투입할 수 있다. 이때, 침전제인 수산화나트륨(NaOH)과 수산화암모늄(NH4OH)를 1.9:1 내지 2.2:1의 몰비(기재 순서는, 수산화나트륨:수산화암모늄)로 혼합된 용액을 사용하여, 코어(Core) 형성용 용액 및 쉘(Shell) 형성용 용액이 각각 투입될 때 함께 투입한다.Specifically, in order to form a concentration gradient of the core-shell structure, two metal solutions having different mixing ratios of Ni, Co, and Mn may be prepared and used. Any one of the solutions may be used as a solution for forming a core, which may be gradually introduced into the reactor, and then the solution may be gradually added to the reactor after the appropriate amount of the solution has been added as a solution for forming a shell . At this time, using a solution prepared by mixing sodium hydroxide (NaOH) and ammonium hydroxide (NH 4 OH) as precipitants in a molar ratio of 1.9: 1 to 2.2: 1 (the order of description is sodium hydroxide: ammonium hydroxide) And a solution for forming a shell and a solution for forming a shell are introduced, respectively.

한편, 상기 활물질 전구체 및 리튬 원료 물질의 혼합물은, 도핑 원료 물질을 더 포함하며, 상기 도핑 원료 물질은, Zr, Ti, 및 Al 중 1 이상의 원소를 포함하는 화합물, 또는 상기 화합물의 혼합물일 수 있다. 이에 따라, 상기 도핑 원료 물질에 기인한 도핑 원소가 상기 리튬 복합 산화물 내 도핑될 수 있고, 상기 리튬 복합 산화물의 격자 구조의 변화를 야기하여 전지 성능을 개선하는 데 기여할 수 있다.Meanwhile, the mixture of the active material precursor and the lithium source material may further include a doping source material, and the doping source material may be a compound containing at least one element selected from Zr, Ti, and Al, or a mixture of the above compounds . Accordingly, the doping element due to the doping raw material can be doped in the lithium composite oxide, and the lattice structure of the lithium composite oxide can be changed, thereby contributing to improvement of the cell performance.

상기 활물질 전구체 및 리튬 원료 물질의 혼합물을 소성하여, 리튬 복합 산화물을 수득하는 단계; 이후에, 상기 리튬 복합 산화물의 표면에 코팅층을 형성하는 단계;를 더 포함하고, 상기 코팅층은 B, Al, P및 Si 중 1 이상의 원소를 포함하는 화합물, 또는 상기 화합물의 혼합물을 포함할 수 있다.Firing a mixture of the active material precursor and the lithium source material to obtain a lithium composite oxide; And then forming a coating layer on the surface of the lithium composite oxide, wherein the coating layer may comprise a compound comprising at least one element selected from the group consisting of B, Al, P and Si, or a mixture of the foregoing compounds .

한편, 상기 리튬 복합 산화물을 수세하는 단계;는, 상기 수세액에 상기 리튬 복합 산화물을 투입하고, 교반하여 슬러리를 제조하는 단계; 및 상기 슬러리를 여과하여, 수세된 리튬 복합 산화물을 수득하는 단계;를 포함하는 것일 수 있다.Meanwhile, the step of washing the lithium composite oxide comprises: adding the lithium composite oxide to the washing liquid and stirring to prepare a slurry; And filtering the slurry to obtain a washed lithium composite oxide.

상기 수세액에 상기 리튬 복합 산화물을 투입하고, 교반하여 슬러리를 제조하는 단계;는, 5 내지 25 ℃의 온도 범위에서, 1분 내지 5시간 동안, 50 내지 200 rpm의 교반 속도로 수행될 수 있다. 이는 양극 활물질 표면의 잔류 리튬을 제거하면서도 그 내부의 리튬 손실을 방지하기에 충분힌 수행 조건들이지만, 이에 한정되는 것은 아니다.The step of adding the lithium composite oxide to the washing liquid and stirring to prepare a slurry can be carried out at a stirring rate of 50 to 200 rpm for 1 to 5 hours at a temperature range of 5 to 25 캜 . This is a performance condition sufficient to remove residual lithium on the surface of the cathode active material while preventing lithium loss therein, but is not limited thereto.

상기 슬러리를 여과하여, 수세된 리튬 복합 산화물을 수득하는 단계; 이후에, 상기 수세된 리튬 복합 산화물을 건조하는 단계;를 더 포함할 수 있다.Filtering the slurry to obtain a washed lithium composite oxide; Thereafter, drying the washed lithium complex oxide may further include drying the washed lithium complex oxide.

상기 수세된 리튬 복합 산화물을 건조하는 단계;는, 8 내지 300 ℃의 온도 범위에서, 1분내지 30시간 동안 수행될 수 있다. 이는 상기 수세액으로 처리된 양극 활물질의 표면에 남아있는 수분 등을 제거하기에 충분한 온도 및 시간 범위이지만, 이에 한정되는 것은 아니다.The step of drying the washed lithium composite oxide may be performed at a temperature ranging from 8 to 300 캜 for 1 minute to 30 hours. This is a temperature and a time range sufficient to remove moisture and the like remaining on the surface of the cathode active material treated with the washing liquid, but is not limited thereto.

아울러, 상기 리튬 복합 산화물을 수세하는 단계; 이후에, 상기 수세된 리튬 복합 산화물을 열처리하는 단계;를 더 포함할 수 있다.Washing the lithium composite oxide with water; Thereafter, heat treating the washed lithium composite oxide may be further included.

상기 수세된 리튬 복합 산화물을 열처리하는 단계;는, 200 내지 800 ℃의 온도 범위에서, 1내지 10 시간 동안, 공기(Air) 또는 산소(O2) 분위기에서 수행될 수 있다.The heat treatment of the washed lithium composite oxide may be performed in an atmosphere of air or oxygen (O 2 ) for 1 to 10 hours at a temperature of 200 to 800 ° C.

한편, 상기 리튬 복합 산화물을 제조하는 단계에서의 리튬 원료 물질과 전구체의 혼합 비율은, Li/Me(전구체)의 몰 비율 기준으로 0.97 내지 1.07로 할 수 있었다. 이를 사용하여 최종적으로 수세된 활물질에서는, Li/Me 몰 비율이 0.97 내지 1.02일 수 있다.On the other hand, the mixing ratio of the lithium source material and the precursor in the step of preparing the lithium composite oxide was 0.97 to 1.07 based on the molar ratio of Li / Me (precursor). In the finally washed active material using this, the Li / Me molar ratio may be 0.97 to 1.02.

본 발명의 일 구현예에 따라 제조된 양극 활물질은 리튬 이차 전지의 양극에 유용하게 사용될 수 있다. 상기 리튬 이차 전지는 양극과 함께 음극 활물질을 포함하는 음극 및 전해질을 포함한다.The cathode active material prepared according to one embodiment of the present invention can be usefully used for the anode of a lithium secondary battery. The lithium secondary battery includes a cathode and an electrolyte including an anode active material together with a cathode.

상기 양극은 본 발명의 일 구현예에 따른 양극 활물질과, 도전재, 결합제 및 용매를 혼합하여 양극 활물질 조성물을 제조한 다음, 알루미늄 집전체 상에 직접 코팅 및 건조하여 제조한다. 또는 상기 양극 활물질 조성물을 별도의 지지체 상에 캐스팅한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 알루미늄 집전체 상에 라미네이션하여 제조가 가능하다.The positive electrode is prepared by preparing a positive electrode active material composition by mixing a positive electrode active material according to an embodiment of the present invention, a conductive material, a binder and a solvent, and then directly coating and drying on the aluminum current collector. Or by casting the positive electrode active material composition on a separate support, then peeling the support from the support, and laminating the resulting film on an aluminum current collector.

이때 도전재는 카본 블랙, 흑연, 금속 분말을 사용하며, 결합제는 비닐리덴플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌 및 그 혼합물이 가능하다. 또한 용매는 N-메틸피롤리돈, 아세톤, 테트라하이드로퓨란, 데칸 등을 사용한다. 이때 양극 활물질, 도전재, 결합제 및 용매의 함량은 리튬 이차 전지에서 통상적으로 사용하는 수준으로 사용된다.The conductive material may be carbon black, graphite, metal powder, and the binder may include vinylidene fluoride / hexafluoropropylene copolymer, polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polymethyl methacrylate, polytetrafluoroethylene And mixtures thereof. Further, N-methylpyrrolidone, acetone, tetrahydrofuran, decane and the like are used as the solvent. At this time, the content of the cathode active material, the conductive material, the binder and the solvent is used at a level normally used in a lithium secondary battery.

상기 음극은 양극과 마찬가지로 음극 활물질, 결합제 및 용매를 혼합하여 애노드 활물질 조성물을 제조하며, 이를 구리 집전체에 직접 코팅하거나 별도의 지지체 상에 캐스팅하고 이 지지체로부터 박리시킨 음극 활물질 필름을 구리 집전체에 라미네이션하여 제조한다. 이때 음극 활물질 조성물에는 필요한 경우에는 도전재를 더욱 함유하기도 한다.The negative electrode is prepared by mixing an anode active material, a binder and a solvent in the same manner as in the case of the anode. The anode active material composition is directly coated on the copper current collector or cast on a separate support, and the anode active material film, Laminated. At this time, the negative electrode active material composition may further contain a conductive material if necessary.

상기 음극 활물질로는 리튬을 인터칼레이션/디인터칼레이션할 수 있는 재료가 사용되고, 예컨대, 리튬 금속이나 리튬 합금, 코크스, 인조 흑연, 천연 흑연, 유기 고분자 화합물 연소체, 탄소 섬유 등을 사용한다. 또한 도전재, 결합제 및 용매는 전술한 양극의 경우와 동일하게 사용된다. As the negative electrode active material, a material capable of intercalating / deintercalating lithium is used. For example, lithium metal, lithium alloy, coke, artificial graphite, natural graphite, organic polymeric compound combustion material, . The conductive material, the binder and the solvent are used in the same manner as in the case of the above-mentioned anode.

상기 세퍼레이터는 리튬 이차 전지에서 통상적으로 사용되는 것이라면 모두 다 사용가능하며, 일예로 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드 또는 이들의 2층 이상의 다층막이 사용될 수 있으며, 폴리에틸렌/폴리프로필렌 2층 세퍼레이터, 폴리에틸렌/폴리프로필렌/폴리에틸렌 3층 세퍼레이터, 폴리프로필렌/폴리에틸렌/폴리프로필렌 3층 세퍼레이터 등과 같은 혼합 다층막이 사용될 수 있음은 물론이다.The separator may be polyethylene, polypropylene, polyvinylidene fluoride or a multilayer film of two or more thereof. The separator may be a polyethylene / polypropylene double-layer separator, It is needless to say that a mixed multilayer film such as a polyethylene / polypropylene / polyethylene three-layer separator, a polypropylene / polyethylene / polypropylene three-layer separator and the like can be used.

상기 리튬 이차 전지에 충전되는 전해질로는 비수성 전해질 또는 공지된 고체 전해질 등이 사용 가능하며, 리튬염이 용해된 것을 사용한다. As the electrolyte to be charged into the lithium secondary battery, a non-aqueous electrolyte or a known solid electrolyte may be used, and a lithium salt dissolved therein may be used.

상기 비수성 전해질의 용매는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트, 부틸렌카보네이트, 비닐렌카보네이트 등의 환상 카보네이트; 디메틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트, 디에틸카보네이트 등의 쇄상 카보네이트; 아세트산메틸, 아세트산에틸, 아세트산프로필, 프로피온산메틸, 프로피온산에틸, γ-부티로락톤 등의 에스테르류; 1,2-디메톡시에탄, 1,2-디에톡시에탄, 테트라히드로푸란, 1,2-디옥산, 2-메틸테트라히드로푸란 등의 에테르류; 아세토니트릴 등의 니트릴류; 디메틸포름아미드 등의 아미드류 등을 사용할 수 있다. 이들을 단독또는 복수개 조합하여 사용할 수 있다. 특히, 환상 카보네이트와 쇄상 카보네이트와의 혼합 용매를 바람직하게 사용할 수 있다.The solvent of the non-aqueous electrolyte is not particularly limited, but cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and vinylene carbonate; Chain carbonates such as dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate and diethyl carbonate; Esters such as methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate and? -Butyrolactone; Ethers such as 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, tetrahydrofuran, 1,2-dioxane and 2-methyltetrahydrofuran; Nitriles such as acetonitrile; Amides such as dimethylformamide and the like can be used. These may be used singly or in combination. Particularly, a mixed solvent of cyclic carbonate and chain carbonate can be preferably used.

또한 전해질로서, 폴리에틸렌옥시드, 폴리아크릴로니트릴 등의 중합체 전해질에 전해액을 함침한 겔상 중합체 전해질이나, LiI, Li3N 등의 무기 고체 전해질이 가능하다.As the electrolyte, a gelated polymer electrolyte in which an electrolyte solution is impregnated with a polymer electrolyte such as polyethylene oxide or polyacrylonitrile, or an inorganic solid electrolyte such as LiI or Li 3 N can be used.

이때 리튬염은 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, LiC4F9SO3, LiSbF6, LiAlO4, LiAlCl4, LiCl, 및 LiI로 이루어진 군에서 선택된 1종이 가능하다.Wherein the lithium salt is selected from the group consisting of 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 , LiSbF 6 , LiAlO 4 , LiAlCl 4 , LiCl, and LiI.

이하, 실시예를 통해 상세히 설명한다. 단 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the embodiment will be described in detail. The following examples are illustrative of the present invention only and are not intended to limit the scope of the present invention.

실시예Example 1 One

(1) 양극 활물질의 제조 (1) Preparation of cathode active material

우선, 농도 구배가 있는 Li(Ni0.9Co0.07Mn0.03)O2 을 제조하였다. First, Li (Ni 0.9 Co 0.07 Mn 0.03 ) O 2 having a concentration gradient was prepared.

구체적으로, 코어-쉘(Core-Shell) 구조의 농도 구배를 형성하기 위하여, Ni, Co, 및 Mn의 혼합 비율이 서로 다른 두 가지 금속 용액을 준비하여 사용할 수 있다. Specifically, in order to form a concentration gradient of the core-shell structure, two metal solutions having different mixing ratios of Ni, Co, and Mn may be prepared and used.

어느 하나의 용액을 코어(Core) 형성용 용액(Ni0 . 98Co0 .02의 화학 양론비에 부합하는 조성의 용액)으로 사용하여, 이를 먼저 반응기 내부로 서서히 투입한 뒤, 적정량이 투입된 후 다른 하나의 용액을 쉘(Shell) 형성용 용액(Ni0.7Co0.2Mn0.1 의 화학 양론비에 부합하는 조성의 용액 )으로 사용하여 서서히 투입할 수 있다. The solution of any one solution for the core (Core) formed by using a (Ni 0. 98 solution of the following composition are consistent with the stoichiometric ratio of Co 0 .02), it then slowly added into the reactor first, and then an appropriate amount is turned The other solution can be slowly added using a solution for forming a shell (a solution having a composition conforming to the stoichiometric ratio of Ni 0.7 Co 0.2 Mn 0.1 ).

이때, 침전제인 수산화나트륨(NaOH)과 수산화암모늄(NH4OH)를 1.9:1 내지 2.2:1의 몰비(기재 순서는, 수산화나트륨:수산화암모늄)로 혼합된 용액을 사용하여, 코어(Core) 형성용 용액 및 쉘(Shell) 형성용 용액이 각각 투입될 때 함께 투입한다.그 농도 구배의 형태는, Ni의 경우, 코어부로부터 표면부까지 농도 구배를 가지며, 전체 반지름 중 90 길이%까지의 농도 구배가 있는 것이며, 이때, 상기 코어부 Ni의 농도를 100 몰%로 볼 때, 상기 표면부의 Ni 농도는 4 몰%까지 서서히 감소하도록 제조하였다. At this time, using a solution prepared by mixing sodium hydroxide (NaOH) and ammonium hydroxide (NH 4 OH) as precipitants in a molar ratio of 1.9: 1 to 2.2: 1 (the order of description is sodium hydroxide: ammonium hydroxide) And a solution for forming a shell are put in, respectively, and the concentration gradient is such that in the case of Ni, the concentration gradient from the core portion to the surface portion is up to 90% of the total radius Concentration gradient. At this time, when the concentration of the core portion Ni was taken as 100 mol%, the Ni concentration in the surface portion was gradually decreased to 4 mol%.

수세 공정을 위해, 0.001 몰(mol)의 LiOH 및 0.001 몰(mol)의 LiNO3을 75 g의 증류수(D.I. water)에 3분간 용해 시켜, 수세액을 제조하였다. 이러한 수세액에, 상기 농도 구배가 있는 Li(Ni0.9Co0.07Mn0.03)O2 100 g을 넣고, 10 분 동안 교반하여 슬러리를 제조하고, 여과한 다음, 250 ℃의 온풍 건조기에서 5 분 동안 건조시켰다.For the washing process, 0.001 mol of LiOH and 0.001 mol of LiNO 3 were dissolved in 75 g of DI water for 3 minutes to prepare a wash liquid. To this washing liquid, a solution of Li (Ni 0.9 Co 0.07 Mn 0.03 ) O 2 And the mixture was stirred for 10 minutes to prepare a slurry. The slurry was filtered and then dried in a hot air dryer at 250 DEG C for 5 minutes.

(2) 리튬 이차 전지의 제작 (2) Production of lithium secondary battery

전지화학 평가를 위하여 상기에서 제조된 양극 활물질과, 도전재(Denka black, carbon계 도전재), 바인더(PVDF) 가 92.5:3.5:4(기재 순서는, 양극 활물질:도전재:바인더)의 중량비로 하여, N-메틸-2-피롤리돈 용매에서 균일하게 혼합하여 슬러리로 제조하였다.The weight ratio of the cathode active material, the conductive material (Denka black, carbon conductive material), and the binder (PVDF) was 92.5: 3.5: 4 (cathode active material: conductive material: binder) , And uniformly mixed in an N-methyl-2-pyrrolidone solvent to prepare a slurry.

이 슬러리를 알루미늄 호일에 고르게 도포한 후 롤프레스에서 압착하고 100 진공오븐에서 12시간 진공 건조하여 양극을 제조하였다. This slurry was evenly applied to an aluminum foil, followed by compression in a roll press and vacuum drying in a 100 vacuum oven for 12 hours to prepare a positive electrode.

상대 전극으로 Li-metal을 사용하고, 전해액으로 EC:EMC = 1:2인 혼합용매에 1몰의 LiPF6용액을 액체 전해액으로 사용하여 통상적인 제조방법에 따라 2032 반쪽 전지(half coin cell)를 제조하였다.A 2032 half-coin cell was prepared according to a conventional method using Li-metal as a counter electrode and 1 mole of LiPF 6 solution as a liquid electrolyte in a mixed solvent of EC: EMC = 1: 2 as an electrolyte .

실시예 2Example 2

수세액 제조 시 0.005 몰(mol)의 LiOH 및 0.005 몰(mol)의 LiNO3을 75 g의 증류수(D.I. water)에 용해시킨 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 수세 처리한 양극 활물질과 코인 전지를 제작 하였다.Except that 0.005 mol of LiOH and 0.005 mol of LiNO 3 were dissolved in 75 g of distilled water (DI water) in the preparation of the washing liquid, and the cathode active material washed with water in the same manner as in Example 1 And a coin cell.

실시예 3Example 3

수세액 제조 시 0.001 몰(mol)의 LiOH 및 0.001 몰(mol)의 LiNO을 100 g의 증류수(D.I. water)에 용해시킨 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 수세 처리한 양극 활물질과 코인 전지를 제작 하였다.Except that 0.001 mol of LiOH and 0.001 mol of LiNO were dissolved in 100 g of distilled water (DI water) in the preparation of the washing liquid, and the cathode active material washed with water in the same manner as in Example 1 Coin battery was fabricated.

실시예 4Example 4

수세액 제조 시 0.005 몰(mol)의 LiOH 및 0.005 몰(mol)의 LiNO3을 100 g의 증류수(D.I. water) 에 용해시킨 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 수세 처리한 양극 활물질과 2032코인 전지를 제작 하였다.The cathode active material washed by the same method as in Example 1 except that 0.005 mol of LiOH and 0.005 mol of LiNO 3 were dissolved in distilled water (DI water) And 2032 coin batteries were manufactured.

비교예Comparative Example 1 One

실시예 1의 수세 공정 전 단계에서 얻은 리튬 복합 산화물 분말을 양극 활물질로 사용하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 2032코인 전지를 제작하였다.A 2032 coin battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that the lithium composite oxide powder obtained in the previous step of the water washing process of Example 1 was used as a cathode active material.

평가예 1Evaluation example 1

실시예 1 내지 4, 및 비교예 1의 각 양극 활물질의 표면에 잔류하는 리튬을 측정하였다. 또한, 실시예 1 내지 4, 및 비교예 1의 각 전지(2032 coin cell)에 대해, 0.2 C의 초기 용량을 평가하여 그 결과를 하기 표 1과 도 1에 나타내었다.Lithium remaining on the surface of each of the cathode active materials of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 was measured. For each cell (2032 coin cell) of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1, an initial capacity of 0.2 C was evaluated. The results are shown in Table 1 and Fig. 1 below.

구분division 잔류 리튬 (LiOH/Li2CO3, 단위 ppm)Residual lithium (LiOH / Li 2 CO 3, unit ppm) 초기 용량(0.2C)Initial capacity (0.2C) 비교예 1Comparative Example 1 12,685 / 6,35612,685 / 6,356 202.1202.1 실시예 1Example 1 4,268 / 2,5434,268 / 2,543 211.5211.5 실시예 2Example 2 4,125 / 2,3854,125 / 2,385 212.4212.4 실시예 3Example 3 3,214 / 2,2353,214 / 2,235 211.2211.2 실시예 4Example 4 3,117 / 1,9563,117 / 1,956 210.7210.7

상기 표1 및 도 1에 기록된 바와 같이, 전혀 수세하지 않는 경우(비교예 1)에 비하여, 수세 처리된 양극 활물질(실시예 1 내지 4)의 잔류 리튬이 현저하게 감소되며, 이에 따라 전지의 초기 용량도 증가됨을 알 수 있다.As shown in Table 1 and FIG. 1, residual lithium in the washed positive electrode active material (Examples 1 to 4) was remarkably reduced as compared with the case where the battery was not rinsed at all (Comparative Example 1) The initial capacity is also increased.

구체적으로, 수세 처리 대상인 양극 활물질(즉, 농도 구배가 있는 Li(Ni0.9Co0.07Mn0.03)O2)의 분자량은 97.54g/mole인 바, 100 g 은 약 1.025 몰이다. Specifically, the cathode active material (i.e., Li (Ni 0.9 Co 0.07 Mn 0.03 ) O 2 having a concentration gradient) is 97.54 g / mole and 100 g is about 1.025 mol.

이를 고려하면, 대략, 수세 처리 대상인 양극 활물질 1 몰 당 수세액 내 LiOH 및 LiNO3가 각각 0.001 몰 내지 0.005 몰일 때(실시예 1 내지 4를 모두 포함하는 범위), 수세 처리된 양극 활물질의 잔류 리튬 감소 효과와 더불어, 이에 따른 전지의 초기 용량 개선 효과가 우수하다고 평가할 수 있다.Considering this fact, when the LiOH and LiNO 3 in the wash water solution are 0.001 mole to 0.005 mole per 1 mole of the cathode active material to be water-treated (ranges including all of Examples 1 to 4), the residual lithium It is possible to evaluate the effect of improving the initial capacity of the battery.

평가예 2: Li/Me 몰비율Evaluation Example 2: Li / Me molar ratio

하기 표 2은, 실시예 1 내지 4에서 수세 처리된 양극 활물질과, 비교예 1의 양극 활물질의 Li/Me 몰비율을 측정하여 기록한 것이다.Table 2 below shows the Li / Me molar ratio of the cathode active material subjected to the washing treatment in Examples 1 to 4 and the cathode active material of Comparative Example 1,

표 2에서, 수세 처리 않은 양극 활물질(비교예 1)보다 수세 처리된 양극 활물질(실시예 1 내지 4)의 Li/Me 비율이 낮은 것으로 보아, 수세를 통하여 외부의 잔류리튬이 씻겨 나간 것을 알 수 있다. In Table 2, it can be seen that the Li / Me ratio of the cathode active material (Examples 1 to 4) treated with water more than that of the cathode active material (Comparative Example 1) not washed with water is low, have.

한편, 실시예 1 내지 4 를 비교할 때, 수세액 내 LiOH 및 LiNO3의 몰 농도가 높아질수록(실시예 2 및 4), Li/Me 비율이 감소하는 것으로 보아, 수세액 내 LiOH 및 LiNO3의 몰 농도가 지나치게 높아질 경우 양극 활물질 내부의 리튬도 제거될 가능성이 있음을 알 수 있다. 따라서, 수세액 내 LiOH 및 LiNO3의 몰 농도를 최소한 실시예 2 및 4 이상으로 유지할 필요가 있다고 평가된다.On the other hand, when comparing Examples 1 to 4, and washing at higher within the molar concentration of the LiOH and LiNO 3 (Example 2 and 4), Li / Me ratio is reduced to be viewed, and washing in LiOH and LiNO 3 to If the molar concentration is excessively high, lithium in the cathode active material is likely to be removed. Therefore, it is estimated that it is necessary to maintain the molar concentration of LiOH and LiNO 3 in the wash liquid at least as high as in Examples 2 and 4.

구분division Li/Me 몰비율Li / Me molar ratio 비교예 1Comparative Example 1 1.081.08 실시예 1Example 1 1.011.01 실시예 2Example 2 0.9990.999 실시예 3Example 3 1.0021.002 실시예 4Example 4 0.9980.998

평가예 3: SEM 사진Evaluation Example 3: SEM photograph

비교예 1 의 양극 활물질에 대한 SEM 사진(도 2), 실시예 2의 양극 활물질에 대한 SEM 사진(도 3)을 비교해보면, 수세 처리에 따른 외형 상 차이는 없는 것으로 확인된다. 이로써, 실시예의 수세 처리는 양극 활물질의 외형에 대한 영향을 미치지 않는 것을 알 수 있다.When comparing the SEM photograph (FIG. 2) of the cathode active material of Comparative Example 1 and the SEM photograph (FIG. 3) of the cathode active material of Example 2, it is confirmed that there is no difference in appearance according to the water washing treatment. Thus, it can be seen that the water washing treatment of the examples does not affect the external shape of the cathode active material.

한편, 도 4는, 본 발명의 실시예 2 양극 활물질에 대한 FIB EDX 분석 사진이다. 도 4를 관찰함으로써, 소성 후의 Ni, Co, Mn, Zr 등 금속의 Core와 Shell의 농도구배에 대한 조성변화를 확인할 수 있다(Ni기준 약2% 정도의 차이가 있음).4 is a FIB EDX analysis photograph of the cathode active material of Example 2 of the present invention. By observing FIG. 4, it can be seen that the compositional change with respect to the concentration gradient of the core and shell of metals such as Ni, Co, Mn, and Zr after firing (there is a difference of about 2% in Ni standard).

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

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

Claims (17)

Ni, Co, 및 Mn을 포함하는 리튬 복합 산화물을 준비하는 단계; 및
상기 리튬 복합 산화물을 수세하는 단계;를 포함하고,
상기 리튬 복합 산화물을 수세하는 단계;는, 수산화 리튬(LiOH), 질산 리튬(LiNO3), 및 용매를 포함하는 수세액을 사용하여 수행되는 것인,
리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
Preparing a lithium composite oxide comprising Ni, Co, and Mn; And
And washing the lithium composite oxide with water,
Would have, lithium hydroxide (LiOH), lithium nitrate (LiNO 3), and can, comprising a solvent, is performed using the amount of a tax,; the step of washing the lithium composite oxide
(Method for producing positive electrode active material for lithium secondary battery).
제1항에 있어서,
상기 수세액 내 수산화 리튬(LiOH)의 함량은,
상기 리튬 복합 산화물 1 몰(mol) 기준으로, 0.0001 내지 0.01 몰(mol)인 것인,
리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
The method according to claim 1,
The content of lithium hydroxide (LiOH)
Wherein the lithium complex oxide is 0.0001 to 0.01 mole based on 1 mole of the lithium composite oxide.
(Method for producing positive electrode active material for lithium secondary battery).
제1항에 있어서,
상기 수세액 내 수산화 리튬(LiOH):질산 리튬(LiNO3)의 몰비는,
1:0.1 내지 1:10인 것인,
리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
The method according to claim 1,
The molar ratio of lithium hydroxide (LiOH): lithium nitrate (LiNO 3 )
1: 0.1 to 1: 10.
(Method for producing positive electrode active material for lithium secondary battery).
제1항에 있어서,
상기 수세액 내 용매의 함량은,
상기 리튬 복합 산화물 100 중량부를 기준으로, 50 내지 200 중량부인 것인,
리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
The method according to claim 1,
The content of the solvent in the washing liquid is,
And 50 to 200 parts by weight based on 100 parts by weight of the lithium composite oxide.
(Method for producing positive electrode active material for lithium secondary battery).
제1항에 있어서,
상기 리튬 복합 산화물의 전체 조성은,
하기 화학식 1로 표시되는 것인, 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
[화학식 1]
LixNiaCobMncM1dO2
(상기 화학식 1에서, M1은 Zr, Mg, Al, Ni, Mn, Zn, Fe, Cr, Mo, 또는 W이고, 0.90≤x≤1.07, 0.7≤a<1, 0<b≤0.3, 0<c≤0.3, 0<d<0.01이고, a+b+c+d = 1이다.)
The method according to claim 1,
The total composition of the lithium composite oxide is,
A positive electrode active material for a lithium secondary battery, comprising:
[Chemical Formula 1]
Li x Ni a Co b Mn c M d d O 2
X is in the range of 0.90? X? 0.7, 0.7? A <1, 0? B? 0.3, 0? c? 0.3, 0 <d <0.01, and a + b + c + d = 1.)
제5항에 있어서,
상기 리튬 복합 산화물은,
상기 화학식 1에서 a, b, 및 c의 값이 서로 다른 두 가지 이상의 입자가 집합된 2차 입자인 것인,
리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
6. The method of claim 5,
In the lithium composite oxide,
Is a secondary particle in which two or more particles having different values of a, b, and c in the above formula (1)
(Method for producing positive electrode active material for lithium secondary battery).
제5항에 있어서,
상기 리튬 복합 산화물은,
상기 Ni, Mn, 및 Co 중 적어도 하나의 금속 전체 또는 일부 원소의 농도 구배가 존재하는 것인,
리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
6. The method of claim 5,
In the lithium composite oxide,
Wherein a concentration gradient of all or some of the elements of at least one of Ni, Mn, and Co is present.
(Method for producing positive electrode active material for lithium secondary battery).
제7항에 있어서,
상기 Ni, Co, 및 Mn을 포함하는 리튬 복합 산화물을 준비하는 단계;는,
공침법으로 Ni, Co, 및 Mn을 포함하는 활물질 전구체를 제조하는 단계; 및
상기 활물질 전구체 및 리튬 원료 물질의 혼합물을 소성하여, 리튬 복합 산화물을 수득하는 단계;를 포함하는 것인,
리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
8. The method of claim 7,
Preparing a lithium composite oxide comprising Ni, Co, and Mn,
Preparing an active material precursor comprising Ni, Co, and Mn by coprecipitation; And
And firing a mixture of the active material precursor and the lithium source material to obtain a lithium composite oxide.
(Method for producing positive electrode active material for lithium secondary battery).
제8항에 있어서,
상기 활물질 전구체 및 리튬 원료 물질의 혼합물은, 도핑 원료 물질을 더 포함하며,
상기 도핑 원료 물질은, Zr, Ti, 및 Al 중 1 이상의 원소를 포함하는 화합물, 또는 상기 화합물의 혼합물인 것인,
리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the mixture of the active material precursor and the lithium source material further comprises a doping raw material,
Wherein the doping source material is a compound containing at least one element selected from the group consisting of Zr, Ti, and Al, or a mixture of the above compounds.
(Method for producing positive electrode active material for lithium secondary battery).
제8항에 있어서,
상기 활물질 전구체 및 리튬 원료 물질의 혼합물을 소성하여, 리튬 복합 산화물을 수득하는 단계; 이후에,
상기 리튬 복합 산화물의 표면에 코팅층을 형성하는 단계;를 더 포함하고,
상기 코팅층은 B, Al, P및 Si 중 1 이상의 원소를 포함하는 화합물, 또는 상기 화합물의 혼합물을 포함하는 것인,
리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
9. The method of claim 8,
Firing a mixture of the active material precursor and the lithium source material to obtain a lithium composite oxide; Since the,
And forming a coating layer on the surface of the lithium composite oxide,
Wherein said coating layer comprises a compound comprising at least one element selected from the group consisting of B, Al, P and Si, or a mixture of said compounds.
(Method for producing positive electrode active material for lithium secondary battery).
제1항에 있어서,
상기 리튬 복합 산화물을 수세하는 단계;는,
상기 수세액에 상기 리튬 복합 산화물을 투입하고, 교반하여 슬러리를 제조하는 단계; 및
상기 슬러리를 여과하여, 수세된 리튬 복합 산화물을 수득하는 단계;를 포함하는 것인,
리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Washing the lithium composite oxide with water,
Adding the lithium composite oxide to the washing solution and stirring to prepare a slurry; And
And filtering the slurry to obtain a washed lithium composite oxide.
(Method for producing positive electrode active material for lithium secondary battery).
제11항에 있어서,
상기 수세액에 상기 리튬 복합 산화물을 투입하고, 교반하여 슬러리를 제조하는 단계;는,
1분 내지 5시간 동안 수행되는 것인,
리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
12. The method of claim 11,
Adding the lithium composite oxide to the washing liquid and stirring to prepare a slurry,
Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 1 &lt; / RTI &gt;
(Method for producing positive electrode active material for lithium secondary battery).
제11항에 있어서,
상기 슬러리를 여과하여, 수세된 리튬 복합 산화물을 수득하는 단계; 이후에,
상기 수세된 리튬 복합 산화물을 건조하는 단계;를 더 포함하는 것인,
리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
12. The method of claim 11,
Filtering the slurry to obtain a washed lithium composite oxide; Since the,
And drying the washed lithium composite oxide.
(Method for producing positive electrode active material for lithium secondary battery).
제13항에 있어서,
상기 수세된 리튬 복합 산화물을 건조하는 단계;는,
80 내지 300 ℃의 온도 범위에서 수행되는 것인,
리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
14. The method of claim 13,
Drying the washed lithium composite oxide,
Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 80 C &lt; / RTI &gt; to 300 C,
(Method for producing positive electrode active material for lithium secondary battery).
제13항에 있어서,
상기 수세된 리튬 복합 산화물을 건조하는 단계;를 는,
1분 내지 30시간 동안 수행되는 것인,
리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
14. The method of claim 13,
And drying the washed lithium composite oxide,
Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 1 &lt; / RTI &gt;
(Method for producing positive electrode active material for lithium secondary battery).
제1항에 있어서,
상기 리튬 복합 산화물을 수세하는 단계; 이후에,
상기 수세된 리튬 복합 산화물을 열처리하는 단계;를 더 포함하는 것인,
리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Washing the lithium composite oxide with water; Since the,
And heat-treating the washed lithium complex oxide.
(Method for producing positive electrode active material for lithium secondary battery).
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