KR101937926B1 - Manufacturing method of a positive electrode active material for rechargable lithium battery, positive electrode active material for rechargable lithium battery manufacture using the same, and rechargable lithium battery including the same - Google Patents

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Abstract

일 실시예에 따른 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법은 Ni, Co, Mn이 서로 다른 비율로 혼합된 2 이상의 금속염 수용액을 준비하는 단계; 상기 2 이상의 금속염 수용액을 혼합하여 활물질 전구체를 제조하는 단계; 및 상기 활물질 전구체에 리튬 원료 물질을 투입하여 리튬 복합 산화물을 제조하는 단계를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a method for preparing a cathode active material for a lithium secondary battery, comprising: preparing two or more metal salt aqueous solutions each containing Ni, Co, and Mn in different ratios; Mixing the at least two aqueous metal salt solutions to prepare an active material precursor; And adding a lithium source material to the active material precursor to produce a lithium composite oxide.

Description

리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법, 이를 이용하여 제조된 리튬 이차 전지용 양극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지{MANUFACTURING METHOD OF A POSITIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL FOR RECHARGABLE LITHIUM BATTERY, POSITIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL FOR RECHARGABLE LITHIUM BATTERY MANUFACTURE USING THE SAME, AND RECHARGABLE LITHIUM BATTERY INCLUDING THE SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a positive electrode active material for a lithium secondary battery, a positive electrode active material for a lithium secondary battery manufactured using the same, and a lithium secondary battery comprising the same. BACKGROUND ART THE SAME, AND RECHARGABLE LITHIUM BATTERY INCLUDING THE SAME}

본 발명은 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법, 이를 이용하여 제조된 리튬 이차 전지용 양극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a cathode active material for a lithium secondary battery, a cathode active material for a lithium secondary battery manufactured using the same, and a lithium secondary battery comprising the cathode active material.

리튬 이차 전지는, 고성능의 소형 전지 형태로 제작되어 스마트폰, 노트북, 및 컴퓨터를 비롯한 이동용 정보통신기기의 에너지 저장원으로 사용되고 있을 뿐만 아니라, 최근에는 고출력의 대형 전지 형태로 제작하여 전기 자동차(Electric Vehicle), 하이브리드 전기 자동차(Hybrid Electric Vehicle) 등에 활용하기 위한 연구가 진행되고 있다. The lithium secondary battery is manufactured as a high-performance small-sized battery, and is used not only as an energy storage source for mobile information communication devices including smart phones, notebook computers, and computers, but recently, Vehicle, hybrid electric vehicle, and the like.

이러한 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 constituent elements of such a 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-power type large-sized battery, 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 산화리튬(NiO)으로 화학적인 변화가 일어난다.Specifically, the chemical change for the positive electrode active material containing nickel, then the oxidation number of nickel ions with lithium ions desorbed from the Ni 2+ is changed into Ni + 4, 4 + Ni is unstable, so as lithium (NiO) oxide .

이러한 화학적인 변화 시 산소가 발생하므로 안정성이 낮다고 평가되며, 상기 변화된 산화리튬은 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 lithium 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 발명은 전기화학적 특성이 향상된 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법, 이를 이용하여 제조된 리튬 이차 전지용 양극 활물질, 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지를 제공하고자 한다. The present invention provides a method for producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery having improved electrochemical characteristics, a positive electrode active material for a lithium secondary battery manufactured using the same, and a lithium secondary battery comprising the same.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are not intended to limit the invention to the precise form disclosed. It can be understood.

본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법은 Ni, Co, Mn이 서로 다른 비율로 혼합된 2 이상의 금속염 수용액을 준비하는 단계; 상기 2 이상의 금속염 수용액을 혼합하여 활물질 전구체를 제조하는 단계; 및 상기 활물질 전구체에 리튬 원료 물질을 투입하여 리튬 복합 산화물을 제조하는 단계를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a method of preparing a cathode active material for a lithium secondary battery, comprising: preparing two or more metal salt aqueous solutions in which Ni, Co, and Mn are mixed at different ratios; Mixing the at least two aqueous metal salt solutions to prepare an active material precursor; And adding a lithium source material to the active material precursor to produce a lithium composite oxide.

상기 활물질 전구체은 중심부로부터 표면부에 이르기까지 Ni, Co, Mn의 함량이 상이한 적어도 2 이상의 영역을 포함할 수 있다. The active material precursor may include at least two regions having different contents of Ni, Co, and Mn from the center portion to the surface portion.

상기 리튬 원료 물질은 수산화리튬(LiOH), 탄산리튬(Li2CO3) 및 이들의 조합 중 어느 하나를 포함할 수 있다. The lithium source material may include lithium hydroxide (LiOH), lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), and combinations thereof.

상기 활물질 전구체에 대한 상기 리튬 원료 물질의 몰 비율은 0.95:1 내지 1.2:1일 수 있다. The molar ratio of the lithium source material to the active material precursor may range from 0.95: 1 to 1.2: 1.

상기 리튬 복합 산화물을 제조하는 단계는 상기 활물질 전구체와 상기 리튬 원료 물질을 혼합하여 소성하는 단계를 포함할 수 있다. The step of preparing the lithium composite oxide may include mixing and firing the active material precursor and the lithium source material.

상기 소성하는 단계에서 상기 활물질 전구체에 포함되는 금속은 확산될 수 있다. In the firing step, the metal included in the active material precursor may be diffused.

상기 소성하는 단계는 650 내지 950 ℃의 온도 범위에서 수행될 수 있다. The firing step may be performed at a temperature ranging from 650 to 950 占 폚.

상기 소성하는 단계는 5 내지 20 시간 동안 수행될 수 있다. The calcining step may be performed for 5 to 20 hours.

상기 리튬 복합 산화물은 층상계(layered) 화합물일 수 있다. The lithium composite oxide may be a layered compound.

전술한 제조 방법으로 제조된 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 포함할 수 있다. And a cathode active material for a lithium secondary battery manufactured by the above-described manufacturing method.

양극; 음극; 및 상기 양극 및 음극 사이에 위치하는 전해질을 포함하고, 전술한 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차 전지일 수 있다.anode; cathode; And an electrolyte positioned between the positive electrode and the negative electrode, and may include the above-mentioned positive electrode active material.

본 발명에 의하면 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 포함하는 초기 용량, 수명 특성 및 잔류 리튬 수치가 개선될 수 있다.According to the present invention, the initial capacity, lifetime characteristics, and residual lithium value including the cathode active material for a lithium secondary battery can be improved.

도 1은 실시예 1에 따른 EDS 단면 이미지이다.
도 2는 실시예 2에 따른 EDS 단면 이미지이다.
도 3은 실시예 3에 따른 EDS 단면 이미지이다.
1 is an EDS cross-sectional image according to Example 1. Fig.
2 is an EDS cross-sectional image according to the second embodiment.
3 is an EDS cross-sectional image according to Embodiment 3. Fig.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 기재를 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 기재의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, the well-known functions or constructions will not be described in order to clarify the present invention.

본 기재를 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분을 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다. 또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로 본 기재가 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.In order to clearly illustrate the present disclosure, portions that are not related to the description are omitted, and the same or similar components are denoted by the same reference numerals throughout the specification. In addition, since the sizes and thicknesses of the individual components shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of description, the present invention is not necessarily limited thereto.

본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 제조하는 방법은 Ni, Co, Mn이 서로 다른 비율로 혼합된 2 이상의 금속염 수용액을 준비하는 단계, 상기 2 이상의 금속염 수용액을 혼합하여 활물질 전구체를 제조하는 단계; 및 상기 활물질 전구체에 리튬 원료 물질을 투입하여 리튬 복합 산화물을 제조하는 단계를 포함한다. A method of preparing a cathode active material for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention includes preparing two or more metal salt aqueous solutions in which Ni, Co, and Mn are mixed in different ratios, mixing the two or more metal salt aqueous solutions, Producing; And adding a lithium source material to the active material precursor to produce a lithium composite oxide.

상기 금속염 수용액을 준비하는 단계에서 금속염으로써 Ni, Co, 및 Mn을 포함하는 화합물을 포함하는 용액을 준비한다. 일 실시예에 따른 상기 금속염 수용액은 Ni, Co 및 Mn이 서로 다른 비율로 혼합된 2 이상의 금속염 수용액을 포함할 수 있다. In preparing the metal salt aqueous solution, a solution containing a compound including Ni, Co, and Mn as a metal salt is prepared. The aqueous metal salt solution according to one embodiment may include two or more aqueous metal salt solutions in which Ni, Co, and Mn are mixed in different ratios.

구체적으로, 니켈 원료 물질로는 NiSO4·6H2O, 코발트 원료 물질로는 CoSO4·7H2O, 망간 원료 물질로는 MnSO4·H2O을 이용하여, Ni, Co, 및 Mn 농도가 서로 다른 두 개 이상의 금속염 수용액을 제조하였다.Specifically, NiSO 4 · 6H 2 O is used as a raw material of nickel, CoSO 4 · 7H 2 O is used as a raw material of cobalt, and MnSO 4 · H 2 O is used as a raw material of manganese. Two or more different aqueous metal salt solutions were prepared.

전술한 단계를 통해 준비된 2 이상의 금속염 수용액, 킬레이팅제, 및 염기성 수용액 등을 반응기에 주입하여 Ni, Co, 및 Mn을 포함하는 활물질 전구체를 제조할 수 있다. An active material precursor including Ni, Co, and Mn can be prepared by injecting two or more aqueous metal salt solutions, a chelating agent, and a basic aqueous solution prepared through the steps described above into a reactor.

구체적으로 NaOH와 NH4OH가 1 내지 3:1의 몰비율로 혼합된 용액을 준비하고, 이후 Ni, Co, 및 Mn의 함량이 2 이상의 금속염 용액과 상기 용액을 반응시킨다. 이를 통해 Ni, Co, 및 Mn을 포함하는 활물질 전구체가 형성될 수 있다. Specifically, a solution in which NaOH and NH 4 OH are mixed at a molar ratio of 1 to 3: 1 is prepared, and then the solution is reacted with a metal salt solution having a content of Ni, Co, and Mn of 2 or more. Whereby an active precursor comprising Ni, Co, and Mn can be formed.

본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 활물질 전구체는 중심부로부터 표면부에 이르기까지 Ni, Co 및 Mn의 농도가 상이한 적어도 2 영역을 포함할 수 있다. 다시 말해, 상기 활물질 전구체는 NixCoyMnz(OH)2로 표현될 수 있으며 x, y, z 값이 상이한 2 이상의 영역을 포함할 수 있다. The active material precursor prepared according to an embodiment of the present invention may include at least two regions having different concentrations of Ni, Co and Mn from the central portion to the surface portion. In other words, the active material precursor may be represented by Ni x Co y Mn z (OH) 2 and may include two or more regions having different x, y, and z values.

이에 따라 제조된 활물질 전구체를 리튬 원료 물질(LiOH, Li2CO3 , 또는 이들의 조합)과 혼합한다. The active material precursor thus prepared is mixed with a lithium source material (LiOH, Li 2 CO 3 , or a combination thereof).

상기 활물질 전구체 및 리튬 원료 물질의 혼합물은 도핑 원료 물질을 더 포함할 수 있다. 상기 도핑 원료 물질은, Zr, Ti, Mg, Al, Ni, Mn, Zn, Fe, Cr, Mo, 및 W 중 1 이상의 원소를 포함하는 화합물, 또는 상기 화합물의 혼합물인 것일 수 있다.The mixture of the active material precursor and the lithium source material may further include a doping raw material. The doping source material may be a compound containing at least one element selected from Zr, Ti, Mg, Al, Ni, Mn, Zn, Fe, Cr, Mo and W or a mixture of the above compounds.

활물질 전구체와 리튬 원료 물질은 0.95:1 내지 1.2:1의 몰비로 혼합될 수 있다. 혼합된 활물질 전구체와 리튬 원료 물질은 650 내지 950 ℃의 온도 범위에서, 5 내지 20 시간 동안, 대기 또는 산소 분위기에서 소성되어 리튬 복합 산화물을 형성할 수 있다.The active material precursor and the lithium raw material may be mixed in a molar ratio of 0.95: 1 to 1.2: 1. The mixed active material precursor and the lithium raw material can be calcined in an atmosphere or an oxygen atmosphere for 5 to 20 hours at a temperature range of 650 to 950 캜 to form a lithium composite oxide.

전술한 소성 단계에 따르면, 활물질 전구체가 포함하며 조성이 다른 2 이상의 영역 사이에서 금속의 확산이 일어날 수 있다. 확산에 따르면 NixCoyMnz(OH)2로 표현되고 x, y, z 값이 상이한 2 이상의 영역을 포함하는 활물질 전구체는 조성이 균일한 리튬 복합 산화물로 형성될 수 있다. According to the above-described firing step, diffusion of the metal can occur between two or more regions containing the active material precursor and having different compositions. An active material precursor having two or more regions represented by Ni x Co y Mn z (OH) 2 and having different x, y and z values according to diffusion can be formed of a lithium complex oxide having a uniform composition.

최종적으로 수득되는 리튬 복합 산화물은 하기 화학식 1로 표시될 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차 전지용 양극 활물질은 상기 리튬 복합 산화물을 포함할 수 있다. The finally obtained lithium composite oxide may be represented by the following Formula 1, and the cathode active material for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention may include the lithium composite oxide.

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

상기 화학식 1에서, M1은 Zr, Ti, 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. In the formula 1, M1 is Zr, Ti, Mg, Al, Ni, Mn, Zn, Fe, Cr, Mo, or W; 0.90 = x = 1.07, 0.7 = <c = 0.3, 0 = d <0.01, and a + b + c + d = 1.

일반적으로, Ni, Co, 및 Mn을 포함하는 리튬 복합 산화물의 표면에는 주로 반응에 참여하지 못하는 탄산리튬(Li2CO3) 및 수산화 리튬(LiOH) 형태의 리튬이 불가피하게 존재하며, 이를 잔류 리튬으로 칭한다.In general, lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) and lithium hydroxide (LiOH) lithium inevitably exist in the surface of the lithium composite oxide containing Ni, Co, and Mn inevitably, .

이처럼 잔류 리튬이 표면에 존재하는 리튬 복합 산화물을 양극 활물질로써 양극에 적용한 전지는, 충방전 중 잔류 리튬에 의한 기체(Gas) 발생이 야기된다. 구체적으로 잔류 리튬 중 LiOH는 공기 중의 CO2 또는 카보네이트계 전해액 분해로 인해 발생되는 CO2와 반응하여 Li2CO3를 형성할 수 있다. 또한 Li2CO3는 다시 HF와 반응하여 CO2 기체를 발생시킬 수 있다. 이러한 기체 발생은 전지의 초기 용량 감소, 초기 충방전 효율 감소 등의 문제를 발생시킨다. 그러나 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 방법으로 제조된 양극 활물질은 잔류 리튬을 감소시킬 수 있다. A battery in which a lithium composite oxide in which residual lithium is present on the surface is applied to a positive electrode as a positive electrode active material causes generation of gas by residual lithium during charging and discharging. Of specifically residual LiOH lithium may react with the CO 2 that is caused by air in the CO 2 or carbonate-based electrolyte solution decomposed to form Li 2 CO 3. Li 2 CO 3 can also react with HF to generate CO 2 gas. Such gas generation causes problems such as a decrease in the initial capacity of the battery and a decrease in initial charge / discharge efficiency. However, the cathode active material produced by the production method according to an embodiment of the present invention can reduce residual lithium.

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.

우선 NiSO4, CoSO4, MnSO4를 사용하여 1 mol/L 내지 3 mol/L의 금속염 수용액을 제조한다. NiSO4, CoSO4, MnSO4의 비율이 상이한 적어도 2 이상의 금속염 수용액을 제조한다. 또한 NH4OH와 NaOH를 0.2 내지 2:2의 몰비로 혼합하였다. 이후 농도가 상이한 2 이상의 금속염 수용액과 NH4OH 및 NaOH를 서서히 교반하여 활물질 전구체 용액을 제조하였다. 이후 수득한 활물질 전구체 용액의 수분을 제거하고 110℃ 오븐에서 12시간 이상 건조하여 활물질 전구체를 수득하였다. 수득된 활물질 전구체는 NixCoyMnz(OH)2로 표현될 수 있으며, x, y, z 값이 상이한 2 이상의 영역을 포함할 수 있다. First, aqueous solutions of metal salts of 1 mol / L to 3 mol / L are prepared using NiSO 4 , CoSO 4 and MnSO 4 . At least two aqueous metal salt solutions having different ratios of NiSO 4 , CoSO 4 and MnSO 4 are prepared. NH 4 OH and NaOH were mixed at a molar ratio of 0.2 to 2: 2. Thereafter, two or more aqueous metal salt solutions having different concentrations, NH 4 OH and NaOH were slowly stirred to prepare an active material precursor solution. Thereafter, the obtained active material precursor solution was removed from moisture and dried in an oven at 110 ° C. for 12 hours or more to obtain an active material precursor. The obtained precursor of the active material may be represented by Ni x Co y Mn z (OH) 2 and may include two or more regions having different values of x, y and z.

이에 따라 제조된 실시예 1, 실시예 2 및 실시예 3에 따른 활물질 전구체는 각각 도 1, 도 2, 및 도 3과 같이 나타났다. 실시예 1, 실시예 2 및 실시예 3 각각은 도 1 내지 도 3에 표시된 위치에 따라 상기 표 1, 표 2 및 표 3 각각에 기재된 조성을 가질 수 있음을 확인하였다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 활물질 전구체는 Ni, Co, 및 Mn의 함량이 상이한 적어도 2 이상의 영역을 포함함을 확인하였다. The active material precursors according to Examples 1, 2, and 3 thus prepared were as shown in Figs. 1, 2, and 3, respectively. It was confirmed that each of Example 1, Example 2, and Example 3 can have the compositions described in Tables 1, 2, and 3 according to the positions shown in Figs. That is, it has been confirmed that the active material precursor according to an embodiment of the present invention includes at least two regions having different contents of Ni, Co, and Mn.

실시예 1Example 1 Mn (at%)Mn (at%) Co (at%)Co (at%) Ni (at%)Ni (at%) 1One 17.2117.21 11.7911.79 7171 22 17.0517.05 11.6911.69 71.2671.26 33 16.8816.88 11.9111.91 71.2171.21 44 16.8516.85 11.8111.81 71.3471.34 55 16.2616.26 11.4911.49 72.2572.25 66 16.3716.37 11.8211.82 71.8071.80 77 17.3717.37 12.6712.67 69.9769.97 88 17.9017.90 12.7612.76 69.3469.34 99 16.3616.36 12.5412.54 71.1071.10 1010 16.2816.28 12.6912.69 71.0471.04

실시예 2Example 2 MnMn CoCo NiNi 1One 11.2511.25 8.498.49 80.2680.26 22 12.2412.24 9.789.78 77.9877.98 33 13.2813.28 9.979.97 76.7576.75 44 13.6113.61 9.699.69 76.7076.70 55 14.0914.09 9.809.80 76.1276.12 66 14.7214.72 9.649.64 75.6475.64 77 13.5513.55 9.929.92 76.5376.53 88 10.9110.91 9.459.45 79.6479.64 99 10.4310.43 9.289.28 80.2980.29 1010 6.366.36 8.528.52 85.1385.13

실시예 3Example 3 MnMn CoCo NiNi 1One 9.039.03 6.106.10 85.8785.87 22 10.9910.99 6.856.85 83.1783.17 33 11.9711.97 7.677.67 81.3681.36 44 13.4813.48 7.237.23 81.2981.29 55 14.2414.24 7.547.54 80.2280.22 66 8.988.98 6.696.69 85.3385.33 77 5.245.24 6.416.41 89.3589.35 88 4.584.58 5.775.77 90.6590.65 99 4.084.08 5.785.78 91.1591.15 1010 3.973.97 5.305.30 91.7391.73

이후 전술한 실시예 1 내지 3에 따른 활물질 전구체를 0.95 내지 1.1 mol의 LiOH와 혼합하고 650 내지 950℃의 온도에서 소성하여 리튬 복합 산화물을 수득하고, 이를 포함하는 양극 활물질에 대해 전기 화학 평가를 진행하였다. Then, the active material precursor according to Examples 1 to 3 was mixed with 0.95 to 1.1 mol of LiOH and fired at a temperature of 650 to 950 ° C to obtain a lithium composite oxide, and the resulting cathode active material was subjected to electrochemical evaluation Respectively.

금속염 수용액 1Aqueous metal salt solution 1 금속염 수용액 2Aqueous metal salt solution 2 금속염 수용액 3Aqueous metal salt solution 3 평균조성Average composition 비교예1Comparative Example 1 Ni0 .7Co0 .125Mn0 .175 Ni 0 .7 Co 0 .125 Mn 0 .175 -- -- Ni0 .7Co0 .125Mn0 .175 Ni 0 .7 Co 0 .125 Mn 0 .175 실시예1Example 1 Ni0 .9Co0 .05Mn0 .05 Ni 0 .9 Co 0 .05 Mn 0 .05 Ni0 .5Co0 .2Mn0 .3 Ni 0 .5 Co 0 .2 Mn 0 .3 - - Ni0 .7Co0 .125Mn0 .175 Ni 0 .7 Co 0 .125 Mn 0 .175 비교예2Comparative Example 2 Ni0 .8Co0 .07Mn0 .13 Ni 0 .8 Co 0 .07 Mn 0 .13 Ni0 .8Co0 .07Mn0 .13 Ni 0 .8 Co 0 .07 Mn 0 .13 실시예2Example 2 Ni0 .95Co0 .02Mn0 .03 Ni 0 .95 Co 0 .02 Mn 0 .03 Ni0 .8Co0 .08Mn0 .12 Ni 0 .8 Co 0 .08 Mn 0 .12 Ni0 .55Co0 .17Mn0 .28 Ni 0 .55 Co 0 .17 Mn 0 .28 Ni0 .8Co0 .07Mn0 .13 Ni 0 .8 Co 0 .07 Mn 0 .13 비교예3Comparative Example 3 Ni0 .85Co0 .06Mn0 .09 Ni 0 .85 Co 0 .06 Mn 0 .09 Ni0 .85Co0 .06Mn0 .09 Ni 0 .85 Co 0 .06 Mn 0 .09 실시예3Example 3 Ni0 .95Co0 .02Mn0 .03 Ni 0 .95 Co 0 .02 Mn 0 .03 Ni0 .9Co0 .03Mn0 .07 Ni 0 .9 Co 0 .03 Mn 0 .07 Ni0 .65Co0 .13Mn0 .22 Ni 0 .65 Co 0 .13 Mn 0 .22 Ni0 .85Co0 .06Mn0 .09 Ni 0 .85 Co 0 .06 Mn 0 .09

표 4에 기재된 비교예 1 내지 3, 실시예 1 내지 3에 대해 코인셀을 제조하여 전기화학 특성평가를 진행하였다. 코인셀은 CR-2032를 이용하여 제조하였으며, 초기 용량은 첫번째 0.1C 충/방전을 통하여 측정하였다. 잔류 리튬은 수득된 양극 활물질을 초순수 물에 침지하여 5분간 교반한 뒤 양극 활물질과 물을 분리하여 물 속에 녹아있는 LiOH/Li2CO3를 측정하였다. 사이클 수명평가는 25℃에서 0.5C의 전류를 인가하여 50회의 충/방전을 통해 진행하였다. 이에 따른 결과를 하기 표 5에 기재하였다. Coin cells were prepared for Comparative Examples 1 to 3 and Examples 1 to 3 shown in Table 4, and electrochemical characteristics were evaluated. The coin cell was fabricated using CR-2032, and the initial capacity was measured through the first 0.1C charge / discharge. Residual lithium was obtained by immersing the obtained cathode active material in ultrapure water and stirring for 5 minutes, separating the cathode active material from water and measuring LiOH / Li 2 CO 3 dissolved in the water. The cycle life evaluation was carried out by charging / discharging 50 times at a current of 0.5 C at 25 캜. The results are shown in Table 5 below.

평균조성Average composition 초기용량(0.1C)Initial capacity (0.1 C) 잔류리튬 (LiOH/Li2CO3)Residual lithium (LiOH / Li 2 CO 3) 수명특성Life characteristics 비교예1Comparative Example 1 Ni0 .7Co0 .125Mn0 .175 Ni 0 .7 Co 0 .125 Mn 0 .175 190.1 mAh/g190.1 mAh / g 9,521 / 4,9829,521 / 4,982 95.895.8 실시예1Example 1 Ni0 .7Co0 .125Mn0 .175 Ni 0 .7 Co 0 .125 Mn 0 .175 192.5 mAh/g192.5 mAh / g 8,124 / 4,0128,124 / 4,012 97.197.1 비교예2Comparative Example 2 Ni0 .8Co0 .07Mn0 .13 Ni 0 .8 Co 0 .07 Mn 0 .13 201.5 mAh/g201.5 mAh / g 12,021 / 6,87212,021 / 6,872 92.692.6 실시예2Example 2 Ni0 .8Co0 .07Mn0 .13 Ni 0 .8 Co 0 .07 Mn 0 .13 203.6 mAh/g203.6 mAh / g 9,756 / 5,1259,756 / 5,125 95.395.3 비교예3Comparative Example 3 Ni0 .85Co0 .06Mn0 .09 Ni 0 .85 Co 0 .06 Mn 0 .09 207.4 mAh/g207.4 mAh / g 13,125 / 7,53213,125 / 7,532 90.290.2 실시예3Example 3 Ni0 .85Co0 .06Mn0 .09 Ni 0 .85 Co 0 .06 Mn 0 .09 209.7 mAh/g209.7 mAh / g 11,354 / 5,86511,354 / 5,865 94.394.3

표 5를 살펴보면, 실시예에 따른 활물질 전구체를 이용하여 수득된 양극 활물질을 포함하는 실시예 1, 2, 및 3은 동일한 평균 조성을 가지는 비교예 1, 2, 및 3에 비해 초기 용량이 향상되고, 잔류리튬량이 감소하였으며 수명특성이 향상됨을 확인할 수 있었다. The results are shown in Table 5. As can be seen from Table 5, Examples 1, 2 and 3 including the cathode active material obtained by using the active material precursor according to the Examples have improved initial capacities, compared with Comparative Examples 1, 2 and 3 having the same average composition, It was confirmed that the residual lithium amount was reduced and the lifetime characteristics were improved.

앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It is obvious to those who have. Accordingly, it should be understood that such modifications or alterations should not be understood individually from the technical spirit and viewpoint of the present invention, and that modified embodiments fall within the scope of the claims of the present invention.

Claims (11)

Ni, Co, Mn이 서로 다른 비율로 혼합된 2 이상의 금속염 수용액을 준비하는 단계;
상기 2 이상의 금속염 수용액을 혼합하여 활물질 전구체를 제조하는 단계; 및
상기 활물질 전구체에 리튬 원료 물질을 투입하여 리튬 복합 산화물을 제조하는 단계를 포함하고,
상기 활물질 전구체의 중심부와 표면부 사이의 Mn의 함량 차이는 6 at% 이하이고, Ni의 함량 차이 6 at% 이하이고,
상기 활물질 전구체는 중심부로부터 표면부에 이르기까지 Ni, Co, Mn의 함량이 상이한 적어도 2 이상의 영역을 포함하고,
상기 Ni의 함량은 중심부로부터 표면부까지 적어도 3개의 함량이 상이한 영역을 가지며, 이중 중심부 > 표면부 > 중간부의 순서로 Ni의 함량이 높은 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
Preparing two or more metal salt aqueous solutions in which Ni, Co, and Mn are mixed at different ratios;
Mixing the at least two aqueous metal salt solutions to prepare an active material precursor; And
And adding a lithium source material to the active material precursor to produce a lithium composite oxide,
The difference in content of Mn between the central portion and the surface portion of the active material precursor is 6 at% or less, the difference in content of Ni is 6 at% or less,
Wherein the active material precursor includes at least two regions having different contents of Ni, Co, and Mn from the center portion to the surface portion,
Wherein the content of Ni is at least three regions different from each other from the center portion to the surface portion, and the Ni content is high in order of the center portion> the surface portion> the middle portion.
삭제delete 제1항에서,
상기 리튬 원료 물질은 수산화리튬(LiOH), 탄산리튬(Li2CO3) 및 이들의 조합 중 어느 하나를 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
The method of claim 1,
Wherein the lithium source material comprises lithium hydroxide (LiOH), lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), and combinations thereof.
제1항에서,
상기 활물질 전구체에 대한 상기 리튬 원료 물질의 몰 비율은 0.95:1 내지 1.2:1인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
The method of claim 1,
Wherein the molar ratio of the lithium source material to the active material precursor is 0.95: 1 to 1.2: 1.
제1항에서,
상기 리튬 복합 산화물을 제조하는 단계는 상기 활물질 전구체와 상기 리튬 원료 물질을 혼합하여 소성하는 단계를 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
The method of claim 1,
Wherein the step of preparing the lithium composite oxide comprises mixing and firing the active material precursor and the lithium source material, and firing the lithium composite material.
제5항에서,
상기 소성하는 단계에서 상기 활물질 전구체에 포함되는 금속은 확산되는 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
The method of claim 5,
Wherein the metal contained in the active material precursor is diffused in the firing step.
제5항에서,
상기 소성하는 단계는 650 내지 950 ℃의 온도 범위에서 수행되는 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
The method of claim 5,
Wherein the calcining step is performed in a temperature range of 650 to 950 캜.
제5항에서,
상기 소성하는 단계는 5 내지 20 시간 동안 수행되는 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
The method of claim 5,
Wherein the calcining step is performed for 5 to 20 hours.
제1항에서,
상기 리튬 복합 산화물은 층상계(layered) 화합물인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
The method of claim 1,
Wherein the lithium composite oxide is a layered compound.
제1항 및 제3항 내지 제9항 중 어느 한 항으로 제조된 리튬 이차 전지용 양극 활물질.The positive electrode active material for a lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 9. 양극; 음극; 및 상기 양극 및 음극 사이에 위치하는 전해질을 포함하고,
상기 양극은 제10항에 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차 전지.
anode; cathode; And an electrolyte positioned between the anode and the cathode,
The lithium secondary battery of claim 10, wherein the positive electrode comprises the positive electrode active material.
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