KR101986163B1 - A transition metal composite precursor and cathode materials for secondary battery - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이차전지의 양극 활물질의 재료로 사용할 수 있는 전이금속 복합화합물 전구체 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 높은 안정성과 우수한 충방전 용량 및 수명 특성을 구현할 수 있도록 하는 전이금속 복합화합물 전구체 및 이의 제조방법과, 상기 전이금속 복합화합물 전구체로부터 수득되는 리튬이차전지용 양극 활물질에 관한 것이다. The present invention relates to a transition metal complex compound precursor which can be used as a material for a cathode active material of a secondary battery and a method for producing the same. And more particularly, to a transition metal complex compound precursor capable of realizing high stability, excellent charge / discharge capacity and life characteristics, a method for producing the same, and a cathode active material for a lithium secondary battery obtained from the transition metal complex compound precursor.

Description

망간을 함유하는 전이금속 복합화합물 전구체 및 이를 포함하여 제조된 이차전지용 양극 활물질{A TRANSITION METAL COMPOSITE PRECURSOR AND CATHODE MATERIALS FOR SECONDARY BATTERY}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a transition metal complex compound precursor containing manganese and a cathode active material for a secondary battery comprising the same. BACKGROUND ART < RTI ID = 0.0 >

본 발명은 이차전지의 양극 활물질의 재료로 사용할 수 있는 망간을 함유하는 전이금속 복합화합물 전구체 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 높은 안정성과 우수한 충방전 용량 및 수명 특성을 구현할 수 있도록 하는 망간을 함유하는 전이금속 복합화합물 전구체 및 이의 제조방법과, 상기 전이금속 복합화합물 전구체로부터 수득되는 리튬이차전지용 양극 활물질에 관한 것이다. The present invention relates to a transition metal complex compound precursor containing manganese which can be used as a material for a cathode active material of a secondary battery and a method for producing the same. More particularly, the present invention relates to a transition metal complex compound precursor containing manganese which can realize high stability and excellent charge / discharge capacity and life characteristics, a process for producing the same, and a cathode active material for a lithium secondary battery obtained from the transition metal complex compound precursor will be.

리튬 이차전지는 휴대폰, 노트북, 태블릿 등의 휴대용 기기의 보급 확산으로 이들 기기의 전원으로 널리 사용되고 있다. 최근에는 이러한 소형 전기 전자기기 분야뿐만 아니라 전기자동차와 같은 중대형에 이르기까지 그 활용도는 갈수록 증대되고 있다. Lithium secondary batteries are widely used as power sources for portable devices such as mobile phones, notebooks, and tablets due to the spread of portable devices. In recent years, not only these small electric and electronic devices, but also applications such as electric vehicles have been increasingly used.

전기자동차의 중대형 전지에 사용하기 위하여 여러 종류의 양극 활물질이 개발되고 있지만, 보다 좋은 용량과 출력을 보여줄 수 있는 우수한 성능의 물질 개발이 필요한 상황이다. A variety of cathode active materials have been developed for use in electric vehicles in mid- to large-sized batteries, but it is necessary to develop materials with superior performance to exhibit better capacity and output.

한국등록특허 제10-1215829호(특허문헌 1)에는 초기 상용화된 물질로서, LiCoO2나 LiNiO2 등의 양극 활물질 등이 개시되어 있는데, 이들은 충전시 리튬 탈착에 의해 결정구조가 불안정한 단점이 있다. 또한, 코발트는 매장량이 적고 고가이며 인체에 독성이 있는 것으로 알려져 있다. LiCoO2와 같은 층상 구조를 갖는 LiNiO2는 LiCoO2에 비하여 저비용으로 4.0V 이상으로 충전되었을 때 높은 방전 용량을 나타내지만, 가스 발생으로 인한 부풀림 현상이 일어나거나 열적인 불안정성이 문제가 될 수 있다. Korean Patent No. 10-1215829 (Patent Document 1) discloses a cathode active material such as LiCoO 2 and LiNiO 2 as an initial commercialized material, which has a disadvantage in that the crystal structure is unstable due to lithium desorption during charging. In addition, cobalt is known to be low in reserves, expensive, and toxic to humans. LiNiO 2 having a layered structure as LiCoO 2 will exhibit a high discharge capacity when charged to 4.0V or higher at a low cost as compared with LiCoO 2, can wake up the inflation phenomenon due to gas generation, or could be a thermal instability problems.

리튬 망간 산화물(LiMnO2, LiMn2O4)은 비교적 풍부한 원료로, 환경 친화적인 망간을 사용하여 앞에서 언급한 LiCoO2나 LiNiO2 등의 양극 활물질을 대체할 수 있는 물질로 주목받고 있다. 이 중에서 LiMn2O4는 단가가 낮고 출력이 높은 장점을 가지고 있으나, 에너지 밀도가 낮은 단점이 있다. 이에, 망간의 일부를 니켈로 치환하는 연구가 진행되고 있다. 일본공개특허 제1996-171910호(특허문헌 2)에는 Mn과 Ni의 혼합 수용액에 알칼리 용액을 혼합하여 Mn과 Ni을 공침시킨 후 수산화리튬을 혼합한 후 소성하여 LiNixMn1-xO2(0.7≤x≤0.95)의 양극 활물질을 제조하는 방법이 개시되어 있는데, 여전히 니켈의 열적 불안정성이 해소되지 않으며, 용량 및 수명특성 등 만족할만한 수준에 이르지 못하여 개선의 여지가 많다. 이에, 보다 우수한 성능을 구현할 수 있는 전이금속 복합화합물 전구체에 대한 연구 개발이 필요한 실정이다. Lithium manganese oxide (LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 ) is a relatively abundant material and has attracted attention as a substitute for a cathode active material such as LiCoO 2 or LiNiO 2 mentioned above by using environmentally friendly manganese. Of these, LiMn 2 O 4 has the advantages of low unit cost and high output, but it has a disadvantage of low energy density. Therefore, research is underway to replace part of manganese with nickel. Japanese Patent Application Laid-Open No. 1996-171910 (Patent Document 2) discloses a method in which an alkali solution is mixed with an aqueous solution of Mn and Ni to coprecipitate Mn and Ni, followed by mixing lithium hydroxide and then firing to obtain LiNi x Mn 1-x O 2 0.7 ≤ x ≤ 0.95). However, the thermal instability of nickel is still not solved and the capacity and life characteristics are not satisfactory. Therefore, there is a need for research and development of transition metal complex precursors capable of achieving superior performance.

한국등록특허 제10-1215829호(2012.12.20.)Korean Patent No. 10-1215829 (2012.12.20.) 일본공개특허 제1996-171910호(1996.07.02)Japanese Patent Laid-Open No. 1996-171910 (July 02, 1996)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 높은 에너지 밀도를 가지면서도 열적 불안정성을 해소할 수 있고, 리튬 이온의 탈착시에도 구조적으로 높은 안정성을 가질 수 있으며, 동시에 충방전 용량 및 수명 특성을 획기적으로 향상시킬 수 있는 전이금속 복합화합물 전구체, 이의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 리튬 이차전지용 양극 활물질을 제공하는 것을 목적으로 한다. Disclosure of Invention Technical Problem [8] Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide a lithium secondary battery which is capable of eliminating thermal instability with high energy density and structurally high stability even when lithium ions are desorbed, And a cathode active material for a lithium secondary battery manufactured using the transition metal complex compound precursor.

또한, 본 발명은 주성분으로 망간을 포함하여 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 환경 친화적이며 보다 탁월한 성능을 구현할 수 있는 전이금속 복합화합물 전구체, 이의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 리튬 이차전지용 양극 활물질을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention also relates to a transition metal complex precursor which can reduce cost by containing manganese as a main component and can realize environment-friendly and more excellent performance, a process for producing the same, and a cathode active material for a lithium secondary battery The purpose is to provide.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양태는 하기 화학식 1, 화학식 2 및 화학식 3으로 표시되는 전이금속 복합화합물 중에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 전이금속 복합화합물 전구체를 제공한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a transition metal complex precursor comprising at least one selected from transition metal complex compounds represented by the following general formulas (1), (2) and (3)

[화학식 1][Chemical Formula 1]

NixMn1 -x(OH)2 Ni x Mn 1 -x (OH) 2

(상기 화학식 1에서, x는 0<x<1의 실수이다.)(In Formula 1, x is a real number satisfying 0 < x <

[화학식 2](2)

NiaMnbCo1 -(a+b)(OH)2 Ni a Mn b Co 1 - (a + b) (OH) 2

(상기 화학식 2에서, a 및 b는 0<a<1, 0<b<1 및 0<a+b<1을 만족하는 실수이다.)(In the formula 2, a and b are real numbers satisfying 0 < a < 1, 0 < b <

[화학식 3](3)

NiaMnbCo1-(a+b+c)Mc(OH)2 Ni a Mn b Co 1- (a + b + c) M c (OH) 2

(상기 화학식 3에서, a, b 및 c는 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1 및 0<a+b+c<1을 만족하는 실수이며, M은 2가 또는 3가의 금속 원소이다.)Wherein a, b and c are real numbers satisfying 0 < a <1, 0 < b < 1, 0 <c <1 and 0 <a + b + c < It is a trivalent metal element.)

본 발명의 다른 양태는 상기 화학식 1 내지 3으로 표시되는 전이금속 복합화합물 중에서 선택되는 어느 하나의 전이금속 복합화합물 전구체의 제조방법에 있어서, 금속염 및 증류수를 혼합하여 금속 수용액을 제조하는 단계; 상기 금속 수용액에 알칼리성 화합물을 넣고 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 및 상기 혼합물에 킬레이팅제를 넣어 전구체를 침전시키는 단계를 포함하는 전이금속 복합화합물 전구체의 제조방법에 관한 것이다.In another aspect of the present invention, there is provided a method for preparing a precursor of a transition metal complex compound selected from the transition metal complex compounds represented by Chemical Formulas 1 to 3, comprising the steps of: preparing a metal aqueous solution by mixing a metal salt and distilled water; Adding an alkaline compound to the metal aqueous solution and mixing to prepare a mixture; And a step of adding a chelating agent to the mixture to precipitate the precursor.

본 발명의 다른 양태는 상술한 전이금속 복합화합물 전구체로부터 수득되는 리튬이차전지용 양극 활물질에 관한 것이다. Another aspect of the present invention relates to a cathode active material for a lithium secondary battery obtained from the above-mentioned transition metal complex compound precursor.

본 발명의 또 다른 양태는 상기 양극 활물질을 이용하여 제조되는 리튬이차전지에 관한 것이다. Another aspect of the present invention relates to a lithium secondary battery manufactured using the above cathode active material.

본 발명에 따른 전이금속 복합화합물 전구체로부터 수득되는 양극 활물질은 비용을 절감하여 가격 경쟁력이 뛰어나고, 환경 친화적이며, 리튬 이온 탈착 시에도 높은 안정성을 구현하고, 고온 열적 안정성이 우수한 장점이 있다. The cathode active material obtained from the transition metal complex compound precursor according to the present invention has advantages in cost reduction, cost competitiveness, environmental friendliness, high stability in lithium ion desorption and excellent in high temperature thermal stability.

또한 본 발명은 충방전 용량 및 수명 특성이 뛰어나 전지 효율을 극대화할 수 있는 리튬이차전지용 양극 활물질을 제공할 수 있다. Further, the present invention can provide a positive electrode active material for a lithium secondary battery that is excellent in charge / discharge capacity and life characteristics and can maximize battery efficiency.

도 1 내지 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전이금속 복합화합물 전구체 입자의 SEM 사진을 나타낸 것이다.
도 4는 비교예 2에 따른 LiMn2O4의 X선 회절패턴을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예 2(A) 및 실시예 3(B)에 따른 양극 활물질의 X선 회절패턴을 나타낸 것이다.
도 6은 발명의 실시예 2에 따른 양극 활물질의 Mn 2P를 가리키는 XPS 그림을 나타낸 것이다.
도 7은 발명의 실시예 3에 따른 양극 활물질의 Mn 2P를 가리키는 XPS 그림을 나타낸 것이다.
도 8은 발명의 실시예 2에 따른 양극 활물질의 Ni 2P를 가리키는 XPS 그림을 나타낸 것이다.
도 9는 발명의 실시예 3에 따른 양극 활물질의 Ni 2P를 가리키는 XPS 그림을 나타낸 것이다.
도 10은 수명특성을 확인하기 위한 50회 사이클 충방전 평가(A: 실시예 8, B: 비교예 2)를 그래프로 나타낸 것이다.
1 to 3 are SEM photographs of transition metal complex precursor particles according to an embodiment of the present invention.
4 shows an X-ray diffraction pattern of LiMn 2 O 4 according to Comparative Example 2. Fig.
5 shows an X-ray diffraction pattern of the cathode active material according to Example 2 (A) and Example 3 (B) of the present invention.
6 is an XPS diagram showing Mn 2P of the cathode active material according to Example 2 of the present invention.
7 is an XPS diagram showing Mn 2P of a cathode active material according to Example 3 of the present invention.
8 is an XPS diagram showing Ni 2P of a cathode active material according to Example 2 of the present invention.
9 is an XPS diagram showing Ni 2P of a cathode active material according to Example 3 of the present invention.
10 is a graph showing a 50-cycle cycle charge / discharge evaluation (A: Example 8, B: Comparative Example 2) for confirming the life characteristics.

이하, 본 발명의 전이금속 복합화합물 전구체, 이의 제조방법 및 상기 전이금속 복합화합물 전구체로부터 수득되는 리튬이차전지용 양극 활물질에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 하기의 실시예에 의해 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이고, 첨부된 특허 청구범위에 의해 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어는 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가진다. Hereinafter, the positive electrode active material for a lithium secondary battery obtained from the transition metal complex compound precursor of the present invention, the preparation method thereof, and the transition metal complex compound precursor will be described in detail. The present invention may be better understood by the following examples, which are for the purpose of illustration only and are not intended to limit the scope of protection defined by the appended claims. The technical terms and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs, unless otherwise defined.

본 발명에서 “전이금속 복합화합물 전구체”는 특정의 어느 하나의 전구체 화합물은 물론, 둘 이상의 특정 전구체 화합물의 조합을 가지는 것을 포함하여 의미한다. The term &quot; transition metal complex compound precursor &quot; in the present invention includes any one precursor compound as well as any combination of two or more specific precursor compounds.

또한, 본 발명에서 “고밀도”는 전구체를 입자 크기에 따라 대립자(10㎛ 초과), 중립자(5~10㎛) 및 소립자(5㎛ 미만)를 구분하여 볼 때, 이들 다양한 입자 크기를 갖는 전구체가 혼합되어 있어 동일한 부피당 전구체의 충진 밀도가 높게 채워진 것을 의미한다. In the present invention, &quot; high density &quot; means that when the precursor is divided into the particle size (over 10 m), the neutral particle (5 ~ 10 m) and the small particle Precursor is mixed, meaning that the filling density of the precursor per the same volume is high.

또한, 본 발명에서 “멀티모달”은 멀티모달리티(multimodality)로, 명확하게 인식 가능한 2개 이상의 최대점을 갖는 입자 크기 분포를 의미한다. Further, in the present invention, &quot; multimodal &quot; means a particle size distribution having two or more maximum points that are multimodality and clearly recognizable.

본 출원인은 장기간 연구를 통해 다양한 실험을 거듭한 끝에, 망간을 포함하고, 특정의 조성을 가지는 전이금속 복합화합물 전구체의 조합을 통해 이를 리튬이차전지의 양극 활물질에 적용 시 저비용으로도 보다 높은 성능을 구현할 수 있으며, 충방전 용량 및 수명 특성을 획기적으로 향상시킬 수 있음을 발견하여 본 발명을 출원하기에 이르렀다. The present applicant has repeatedly carried out various experiments through long-term research. It has been found that when a precursor of a transition metal complex compound having manganese and having a specific composition is applied to a cathode active material of a lithium secondary battery, Discharge capacity and life characteristics can be remarkably improved. Thus, the present invention has been accomplished.

본 발명에 따른 전이금속 복합화합물 전구체는 하기 화학식 1, 화학식 2 및 화학식 3으로 표시되는 전이금속 복합화합물 중에서 선택되는 하나 이상을 포함한다. The transition metal complex compound precursor according to the present invention includes at least one selected from transition metal complex compounds represented by the following general formulas (1), (2) and (3)

[화학식 1][Chemical Formula 1]

NixMn1 -x(OH)2 Ni x Mn 1 -x (OH) 2

(상기 화학식 1에서, x는 0<x<1의 실수이다.)(In Formula 1, x is a real number satisfying 0 < x <

[화학식 2](2)

NiaMnbCo1 -(a+b)(OH)2 Ni a Mn b Co 1 - (a + b) (OH) 2

(상기 화학식 2에서, a 및 b는 0<a<1, 0<b<1 및 0<a+b<1를 만족하는 실수이다.)(Wherein a and b are real numbers satisfying 0 < a < 1, 0 < b < 1 and 0 < a + b <

[화학식 3](3)

NiaMnbCo1-(a+b+c)Mc(OH)2 Ni a Mn b Co 1- (a + b + c) M c (OH) 2

(상기 화학식 3에서, a, b 및 c는 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1 및 0<a+b+c<1를 만족하는 실수이며, M는 2가 또는 3가의 금속 원소이다.)Wherein a, b and c are real numbers satisfying 0 <a <1, 0 <b <1, 0 <c <1 and 0 <a + b + c < It is a trivalent metal element.)

이때, 상기 화학식 3의 M은 본 발명의 목적을 달성하는 범위 내에서 그 종류가 크게 제한되는 것은 아니지만, 바람직하게는 Fe, Cu, Zn, Mg, Al, Cd, Ta, Ti, V 및 Cr으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 보다 바람직하게는 Fe, Mg, Al, Ti, Ta 및 Cr 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. In this case, the M in the formula (3) is not limited to a wide range within the range of achieving the object of the present invention. Preferably, the M is represented by Fe, Cu, Zn, Mg, Al, Cd, Ta, Ti, And the like. More preferably at least one selected from Fe, Mg, Al, Ti, Ta and Cr.

상기 화학식 1 내지 3으로 표시되는 화합물 각각은 Mn의 함량이 전체 금속 함량에 대하여 20 내지 80몰%, 바람직하게는 30 내지 70몰%인 것을 특징으로 한다. Mn의 함량이 상기 범위를 만족하는 경우 고용량 및 고출력 특성은 물론이고, 우수한 구조적 안정성 및 열적 안정성을 구현할 수 있으며, 수명 특성을 향상시킬 수 있어 좋다. 또한 상기 Mn의 함량은 화합물 내에 존재하는 Ni의 함량 이상인 것이 상술한 효과를 보다 향상시킬 수 있어 더욱 좋다. Each of the compounds represented by Chemical Formulas 1 to 3 is characterized in that the content of Mn is 20 to 80 mol%, preferably 30 to 70 mol% with respect to the total metal content. When the content of Mn satisfies the above range, not only high capacity and high output characteristics but also excellent structural stability and thermal stability can be realized and lifetime characteristics can be improved. Further, the content of Mn is preferably at least the content of Ni present in the compound, so that the above-mentioned effect can be further improved.

상기 화학식 1 내지 3으로 표시되는 화합물 각각에서, Ni의 함량은 전체 금속 함량에 대하여 35몰% 이하인 것이 열적 안정성의 측면에서 바람직하다.In each of the compounds represented by the general formulas (1) to (3), the content of Ni is preferably 35 mol% or less with respect to the total metal content in terms of thermal stability.

또한 상기 화학식 1 내지 3으로 표시되는 전이금속 복합화합물 각각에서, Mn의 함량(몰%, P) 및 Ni의 함량(몰%, Q)이 하기 관계식 1을 만족하는 것이 바람직하다. 하기 관계식 1은 망간과 니켈의 복합화합물 내의 몰비 관계를 나타내는 것으로, 망간의 함량과 니켈의 함량에 따라 전지의 성능이 변화하는 것을 고려하여 하기 관계식 1을 유도하게 된 것이다. It is preferable that the content (mol%, P) of Mn and the content (mol%, Q) of Ni satisfy the following relational expression 1 in each of the transition metal complex compounds represented by the above general formulas (1) The following relational formula 1 shows the molar ratio relationship between the manganese and the nickel complex compound. The following relationship 1 is derived in consideration of the change of the performance of the battery depending on the content of manganese and the content of nickel.

(관계식 1) -0.2 ≤ {(P - S + 30) / P} - 1 ≤ 0.2(Relational expression 1) -0.2? {(P - S + 30) / P} - 1? 0.2

이때, 상기 식[{(P - S + 30) / P} - 1]은 -0.2 내지 0.2의 범위를 만족하는 것이 좋고, 바람직하게는 -0.15 내지 0.15인 것이 더욱 좋다. 상기 범위를 만족하는 경우 전이금속 복합화합물 전구체 내 둘 이상의 성분의 조합을 가질 경우 높은 안정성을 확보할 수 있고, 수명 특성 및 용량 개선 효과가 더욱 증대될 수 있어 좋다. At this time, the above formula [{(P - S + 30) / P} - 1] preferably satisfies the range of -0.2 to 0.2, more preferably -0.15 to 0.15. When the above range is satisfied, high stability can be ensured when a combination of two or more components in the transition metal complex compound precursor is provided, and the lifetime characteristics and the capacity improving effect can be further increased.

본 발명에서 상기 전이금속 복합화합물 전구체는 상기 화학식 1 내지 3으로 표시되는 화합물 중에서 선택되는 어느 하나의 성분일 수 있으나, 바람직하게는 둘 이상의 성분의 조합을 갖는 것일 수 있으며, 보다 바람직하게는 상기 화학식 1 내지 3으로 표시되는 화합물을 모두 포함하는 조합을 갖는 것일 수 있다. In the present invention, the transition metal complex compound precursor may be any one selected from the compounds represented by Chemical Formulas 1 to 3, but may preferably have a combination of two or more components. More preferably, 1 to &lt; RTI ID = 0.0 &gt; 3, &lt; / RTI &gt;

본 발명에 따른 전이금속 복합화합물 전구체가 상기 화학식 1 내지 3으로 표시되는 화합물의 둘 이상의 조합을 가지는 경우 망간이 전이금속 전체를 기준으로 볼 때 과량으로 포함되는 경우에도 산화를 효과적으로 방지할 수 있고, 수득되는 전구체 입자의 구형 균일성을 높일 수 있다. 또한, 상기 전구체로부터 수득되는 양극 활물질의 경우 고밀도가 가능하여 에너지 밀도를 획기적으로 향상시킬 수 있으며, 구조적으로 안정성을 보다 높일 수 있어 성능 극대화를 통해 충방전 용량은 물론 우수한 초기 방전용량, 출력 특성 및 수명 특성으로 효율을 극대화하며, 장기적으로 우수한 사이클 특성을 구현할 수 있어 더욱 좋다. When the transition metal complex compound precursor according to the present invention has two or more combinations of the compounds represented by the above general formulas (1) to (3), oxidation can be effectively prevented even when manganese is contained in an excess amount based on the entire transition metal, The spherical uniformity of the resulting precursor particles can be enhanced. In addition, the cathode active material obtained from the precursor can have a high density, which can dramatically improve the energy density and can further enhance the structural stability. Thus, it is possible to maximize the performance of the cathode active material, thereby improving the initial discharge capacity, It maximizes efficiency with lifetime characteristics and is able to realize excellent cycle characteristics over the long term.

본 발명의 일 실시예에 따른 전이금속 복합화합물 전구체는 본 발명의 목적을 달성하는 범위 내에서 그 입경 분포가 크게 제한되는 것은 아니지만, 멀티모달 입자 크기 분포를 갖는 것이 성능 향상 측면에서 좋다. 바람직하게는 바이모달(bimodal) 또는 트리모달(trimodal) 입자 크기 분포를 갖는 것이 더욱 좋다. 이는 입자 크기 분포상, 상대적으로 큰 입자들과 작은 입자들이 혼합되어 있는 바이모달 또는 트리모달 분포를 가짐으로써 큰 크기를 갖는 입자들 사이의 빈 공간에 작은 입자들이 위치할 수 있도록 함으로써 고밀도를 확보할 수 있고, 이는 양극 활물질로 제조되었을 경우 충진 밀도를 향상시키는 것은 물론, 높은 체적 밀도 및 방전 용량을 구현할 수 있어 더욱 좋다. The transition metal complex compound precursor according to an embodiment of the present invention is not limited to a particle size distribution within a range that achieves the object of the present invention, but a multi-modal particle size distribution is preferable in view of performance improvement. Preferably, it has a bimodal or trimodal particle size distribution. This is because the bimodal or tri-modal distribution in which the particle size distribution is a mixture of relatively large particles and small particles makes it possible to place small particles in an empty space between particles having a large size, This is because it is possible to realize a high bulk density and a discharge capacity as well as to improve the packing density when the cathode active material is manufactured.

이때, 상기 전이금속 복합화합물 전구체는 멀티모달 입자 크기 분포를 가지되, 평균입경이 바람직하게는 0.1 내지 100㎛, 보다 바람직하게는 0.5 내지 50㎛인 것이 고밀도를 확보할 수 있고, 리튬과의 반응성이 좋아 부피당 용량을 향상시킬 수 있으며, 구조적 안정성이 뛰어나 장기적으로 안정적인 성능을 구현할 수 있어 더욱 좋다. At this time, the transition metal complex compound precursor has a multimodal particle size distribution and an average particle size of preferably 0.1 to 100 탆, more preferably 0.5 to 50 탆, can ensure a high density, and the reactivity with lithium It is good because it can improve the capacity per volume and is excellent in structural stability and can realize long-term stable performance.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전이금속 복합화합물 전구체 입자의 SEM 사진을 나타낸 것으로, 대립자, 중립자 및 소립자가 공존하는 멀티모달 입자 크기 분포를 갖는다. 이는 고밀도를 구현하여 높은 에너지 밀도를 가질 수 있다. FIGS. 1 to 3 are SEM photographs of the transition metal complex precursor particles according to an embodiment of the present invention, which have a multimodal particle size distribution in which alleles, neutral particles, and small particles coexist. This can realize a high density and have a high energy density.

본 발명의 일 실시예에 따른 전이금속 복합화합물 전구체는 상기 화학식 1 내지 3의 전이금속 복합화합물 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 성분과 Mn(OH)2를 포함하는 것일 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 전이금속 복합화합물 전구체는 망간계 수산화물을 더 포함하는 조합을 가짐으로써 단일 망간계 화합물 사용에 따른 비용 절감의 효과를 가지며, 고출력 성능을 구현할 수 있다. 동시에 상기 화학식 1 내지 3의 전이금속 복합화합물 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 성분과의 조합으로 단일 망간계 화합물 사용에 따른 밀도 저하를 벗어나 오히려 고밀도를 구현하는 상승효과를 나타낼 수 있다.The transition metal complex compound precursor according to an embodiment of the present invention may include Mn (OH) 2 and at least one component selected from the transition metal complex compounds of the above formulas (1) to (3). That is, the transition metal complex compound precursor according to the present invention has a combination including a manganese-based hydroxide, thereby reducing the cost of using a single manganese-based compound and achieving high output performance. At the same time, in combination with any one or more components selected from the transition metal complex compounds of the above formulas (1) to (3), it is possible to exhibit a synergistic effect of realizing high density rather than a reduction in density due to the use of a single manganese compound.

본 발명의 일 실시예에 따른 전이금속 복합화합물 전구체는 더욱 좋게는 상기 화학식 1, 화학식 2 및 화학식 3으로 표시되는 전이금속 복합화합물 중에서 선택되는 둘 이상의 조합 또는 상기 세 가지 성분을 모두 포함하는 것일 수 있다. 이는 각각의 전구체의 물성 차이를 상호간 보완할 수 있으면서 본 발명에서 달성하고자 하는 열적 구조적 안정성, 전지 용량 및 수명 특성 측면에서 상승효과를 구현할 수 있어 더욱 좋다. The transition metal complex compound precursor according to an embodiment of the present invention may more preferably be a combination of two or more selected from the transition metal complex compounds represented by the general formulas (1), (2) and (3) have. This is because the physical properties of the respective precursors can be mutually compensated, and the synergistic effect can be realized in terms of thermal structural stability, battery capacity and lifetime characteristics to be achieved in the present invention.

본 발명은 다른 양태로서, In another aspect,

금속염 및 증류수를 혼합하여 금속 수용액을 제조하는 단계;Mixing a metal salt and distilled water to prepare a metal aqueous solution;

상기 금속 수용액에 알칼리성 화합물을 넣고 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 및 Adding an alkaline compound to the metal aqueous solution and mixing to prepare a mixture; And

상기 혼합물에 킬레이팅제를 넣어 전구체를 침전시키는 단계를 포함하는 하기 화학식 1 내지 3으로 표시되는 전이금속 복합화합물 중에서 선택되는 어느 하나의 전이금속 복합화합물 전구체의 제조방법을 제공한다. And a step of adding a chelating agent to the mixture to precipitate the precursor. The present invention also provides a method for producing a precursor of a transition metal complex compound selected from the following transition metal complex compounds represented by Chemical Formulas 1 to 3.

[화학식 1][Chemical Formula 1]

NixMn1 -x(OH)2 Ni x Mn 1 -x (OH) 2

(상기 화학식 1에서, x는 0<x<1의 실수이다.)(In Formula 1, x is a real number satisfying 0 < x <

[화학식 2](2)

NiaMnbCo1 -(a+b)(OH)2 Ni a Mn b Co 1 - (a + b) (OH) 2

(상기 화학식 2에서, a 및 b는 0<a<1, 0<b<1 및 0<a+b<1를 만족하는 실수이다.)(Wherein a and b are real numbers satisfying 0 < a < 1, 0 < b < 1 and 0 < a + b <

[화학식 3](3)

NiaMnbCo1-(a+b+c)Mc(OH)2 Ni a Mn b Co 1- (a + b + c) M c (OH) 2

(상기 화학식 3에서, a, b 및 c는 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1 및 0<a+b+c<1를 만족하는 실수이며, M는 2가 또는 3가의 금속 원소이다.)Wherein a, b and c are real numbers satisfying 0 <a <1, 0 <b <1, 0 <c <1 and 0 <a + b + c < It is a trivalent metal element.)

이때, 상기 화학식 3의 M은 Fe, Cu, Zn, Mg, Al, Cd, Ta, Ti, V 및 Cr으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있으며, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 바람직하게는 Fe, Mg, Al, Ti, Ta 및 Cr 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. M in Formula 3 may include at least one selected from the group consisting of Fe, Cu, Zn, Mg, Al, Cd, Ta, Ti, V and Cr. And preferably at least one selected from Fe, Mg, Al, Ti, Ta and Cr.

상기와 같은 본 발명의 전이금속 복합화합물 전구체의 제조방법은 구성 원소의 조성, 함량, 입자특성, 농도 및 반응시간 등을 용이하게 조절할 수 있고, 균일한 입자를 제조할 수 있어 본 발명의 목적을 달성하기에 더욱 좋다. The method for preparing the transition metal complex compound precursor of the present invention as described above can easily control composition, content, particle characteristics, concentration and reaction time of constituent elements, and can produce uniform particles, It is even better to achieve.

상기 전이금속 복합화합물 전구체는 공침법으로 제조되며, 수용액 중에서 침전 반응을 이용하여 둘 이상의 전이금속 원소를 동시에 침전시켜 제조할 수 있다. 일 구체예로, 둘 이상의 전이금속을 포함하는 전이금속 복합화합물을 전이금속의 함량을 고려하여 전이금속이 함유된 염을 소정의 몰비로 혼합하여 수용액을 제조한 다음, 알칼리성 물질과 킬레이팅제 등을 부가하여 pH를 알칼리성으로 유지시키면서 공침하여 전이금속 복합화합물 전구체를 제조하는 것이다. 이때, pH 범위, 반응 온도, 반응 시간, 용액의 농도 등을 제어함으로써 전구체 입자 분포, 평균입경 등을 용이하게 조절할 수 있다. 상기 공침 반응은 다단(7단 이상)으로 실시될 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. The transition metal complex compound precursor is prepared by a co-precipitation method, and can be prepared by simultaneously precipitating two or more transition metal elements using an precipitation reaction in an aqueous solution. In one embodiment, a transition metal complex compound containing two or more transition metals is mixed with a salt containing a transition metal in a predetermined molar ratio in consideration of the content of the transition metal to prepare an aqueous solution, and then an alkaline substance and a chelating agent To coprecipitate while keeping the pH alkaline, thereby preparing a transition metal complex precursor. At this time, precursor particle distribution, average particle size and the like can be easily controlled by controlling pH range, reaction temperature, reaction time, concentration of solution and the like. The coprecipitation reaction may be performed in multiple stages (seven stages or more), but is not limited thereto.

본 발명의 일 실시예에 따른 전이금속 복합화합물 전구체의 제조방법에 있어서, 상기 혼합물을 제조하는 단계에서 혼합물의 pH 범위는 8 내지 12, 바람직하게는 9 내지 11인 것일 수 있다. 상기 범위를 만족하는 경우 전구체 입자의 균일성을 높일 수 있고 침전이 잘 이루어져 입자 형성이 원활하여 더욱 좋다. In the method for preparing a transition metal complex compound precursor according to an embodiment of the present invention, the pH of the mixture in the step of preparing the mixture may be 8 to 12, preferably 9 to 11. When the above-mentioned range is satisfied, the uniformity of the precursor particles can be enhanced and the precipitation can be performed well and the formation of particles is smooth, which is more preferable.

본 발명에서 상기 알칼리성 화합물은 본 발명의 목적을 달성하는 범위 내에서 크게 제한되는 것은 아니지만, 바람직하게는 수산화나트륨(NaOH), 수산화리튬(LiOH) 및 수산화칼륨(KOH)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 이는 pH를 조절할 수 있는 것으로, 침전제의 역할을 수행하며, 공침이 원활하게 일어날 수 있도록 적정 pH를 유지하도록 한다. In the present invention, the alkaline compound is not particularly limited within the scope of attaining the object of the present invention, but is preferably selected from the group consisting of sodium hydroxide (NaOH), lithium hydroxide (LiOH) and potassium hydroxide (KOH) And may include one or more. It can adjust the pH, acts as a precipitant, and maintains a proper pH so that coprecipitation can occur smoothly.

본 발명에서 상기 킬레이팅제는 본 발명의 목적을 달성하는 범위 내에서 크게 제한되는 것은 아니지만, 암모늄 이온을 공급할 수 있는 것일 수 있으며, 바람직하게는 암모니아수(NH4OH), 황산암모늄((NH4)2SO4), 질산암모늄(NH4NO3) 및 제1 인산암모늄((NH4)2HPO4)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 포함할 수 있다. 보다 바람직하게는 암모니아수를 사용하는 것이 형성되는 전구체의 형상을 보다 균일하게 조절할 수 있어 더욱 좋다. 이때, 상기 킬레이팅제와 금속 수용액의 중량비는 바람직하게는 10:1 내지 1:5, 보다 바람직하게는 8:1 내지 1:3인 것이 더욱 좋다. In the present invention, the chelating agent may be one which is capable of supplying ammonium ions, but not limited to, ammonia water (NH 4 OH), ammonium sulfate ((NH 4 ) 2 SO 4 ), ammonium nitrate (NH 4 NO 3 ) and ammonium monophosphate ((NH 4 ) 2 HPO 4 ). More preferably, the use of ammonia water is preferable because the shape of the precursor formed can be adjusted more uniformly. At this time, the weight ratio of the chelating agent to the metal aqueous solution is preferably 10: 1 to 1: 5, more preferably 8: 1 to 1: 3.

또한, 상기 금속 수용액은 본 발명의 목적을 달성하는 범위 내에서 크게 제한되는 것은 아니지만, 1M 내지 3M의 농도 범위, 바람직하게는 1M 내지 2M의 농도 범위, 보다 바람직하게는 1.5M 내지 2.0M의 농도 범위를 가지는 것이 더욱 좋다. The metal aqueous solution is not particularly limited within the scope of attaining the object of the present invention, but it is preferable that the concentration of the metal aqueous solution is in the range of 1M to 3M, preferably 1M to 2M, more preferably 1.5M to 2.0M Range.

상기 금속 수용액을 제조하는 단계의 온도는 본 발명의 목적을 달성하는 범위 내에서 크게 제한되는 것은 아니지만, 20 내지 60℃, 바람직하게는 30 내지 50℃, 보다 바람직하게는 35 내지 45℃인 것이 더욱 좋다. The temperature of the step of producing the metal aqueous solution is not particularly limited within the range of achieving the object of the present invention, but it is preferably 20 to 60 캜, preferably 30 to 50 캜, more preferably 35 to 45 캜 good.

본 발명에서 상기 금속 수용액은 금속염을 함유하고 있으며, 금속염의 음이온은 황산염(SO4 2-), 질산염(NO3 -), 염산염(Cl-) 및 초산염(COO-)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있으며, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 바람직하게는 황산염을 사용하는 것이 생산성과 수득되는 전구체의 물성 측면에서 더욱 좋다. Which is selected from the group consisting of the metal solution in the present invention containing a metal salt and has the anion of the metal salt is a sulfate (SO 4 2-), nitrate (NO 3 -), hydrochloride (Cl - -) and nitrate (COO) One or more may be used, but are not necessarily limited thereto. Preferably, the use of a sulfate is better in terms of productivity and physical properties of the resulting precursor.

상기 반응으로부터 침전물을 얻고 이를 순수를 이용하여 세정 및 건조하여 목적하는 전이금속 복합화합물 전구체를 얻을 수 있다. 이때, 건조는 크게 제한되는 것은 아니지만, 바람직하게는 100 내지 140℃, 보다 바람직하게는 110 내지 130℃에서 실시하는 것이 좋다. A precipitate is obtained from the reaction, washed with pure water, and dried to obtain the desired transition metal complex compound precursor. In this case, drying is not particularly limited, but is preferably carried out at a temperature of 100 to 140 캜, more preferably 110 to 130 캜.

본 발명은 다른 양태로 상술한 바와 같은 전이금속 복합화합물 전구체로부터 제조되는 리튬이차전지용 양극 활물질을 제공한다. The present invention provides a cathode active material for a lithium secondary battery produced from a transition metal complex compound precursor as described above in another aspect.

상기 리튬이차전지용 양극 활물질은 상술한 전이금속 복합화합물 전구체와 리튬 화합물을 혼합하여 리튬금속복합수산화물을 제조한 다음 이를 소성하여 얻을 수 있다. 이때, 리튬 화합물로는 수산화리튬(LiOH), 질산리튬(LiNO3), 탄산리튬(LiCO3) 및 플루오르화리튬(LiF) 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 전이금속 복합화합물 전구체와 리튬 화합물의 중량비는 1: 0.9 내지 1.5이며, 바람직하게는 1:1 내지 1.3이다. 상기 범위를 만족하는 경우 우수한 충방전 성능을 구현할 수 있으며, 고온에서의 가스 발생으로 인한 위험을 방지할 수 있어 좋다. The cathode active material for a lithium secondary battery can be obtained by preparing the lithium metal complex hydroxide by mixing the transition metal complex precursor and the lithium compound, and then firing the lithium metal complex hydroxide. In this case, a lithium compound, and is not intended to be used at least one selected from among lithium hydroxide (LiOH), lithium nitrate (LiNO 3), lithium carbonate (LiCO 3) and lithium fluoride (LiF), limited. The weight ratio of the transition metal complex compound precursor and the lithium compound is 1: 0.9 to 1.5, preferably 1: 1 to 1.3. When the above range is satisfied, an excellent charge / discharge performance can be realized and the risk of gas generation at a high temperature can be prevented.

본 발명의 일 실시예에 따른 리튬이차전지용 양극 활물질은 바이모달(bimodal) 또는 트리모달(trimodal) 입자 크기 분포를 갖는 것일 수 있다. The cathode active material for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention may have a bimodal or trimodal particle size distribution.

또한, 상기 양극 활물질은 멀티모달 입자 크기 분포를 가지되, 평균입경이 바람직하게는 0.1 내지 100㎛, 보다 바람직하게는 0.5 내지 50㎛인 것일 수 있다. In addition, the cathode active material may have a multi-modal particle size distribution and preferably have an average particle size of 0.1 to 100 탆, more preferably 0.5 to 50 탆.

상기 리튬금속복합수산화물을 소성하는 공정은 800 내지 1,200℃, 바람직하게는 950 내지 1,150℃의 온도에서 열처리를 통해 실시될 수 있다. 이때, 열처리는 산소의 존재 하에서 실시될 수 있으며, 산소와 불활성 기체가 혼합된 혼합 기체 분위기 또는 공기 분위기 하에서 실시될 수 있다. 상기 온도 범위를 벗어나면 과도하게 응집된 응집체의 벌크 소결체가 제조되거나 소성이 잘 이루어지지 않을 수 있다. The step of calcining the lithium metal complex hydroxide may be performed by heat treatment at a temperature of 800 to 1,200 ° C, preferably 950 to 1,150 ° C. In this case, the heat treatment may be performed in the presence of oxygen, or may be performed in a mixed gas atmosphere or an air atmosphere in which oxygen and an inert gas are mixed. If the temperature is outside the above range, the bulk sintered body of agglomerates which are excessively agglomerated may be produced or the sintering may not be performed well.

본 발명에 따른 수득되는 양극 활물질은 상술한 바와 같은 전이금속 복합화합물 전구체로부터 수득되는 것으로, 입자가 균일(uniform)하고 균질(homogeneous)하게 혼합된 상태일 수 있다. 또한, 상기 양극 활물질을 구형일 수 있으며, 이는 양극 활물질 층의 활물질 밀도, 예를 들어 탭 밀도 향상에 더욱 좋다. The obtained cathode active material according to the present invention is obtained from the transition metal complex compound precursor as described above, and the particles may be uniform and homogeneously mixed. Further, the cathode active material may be spherical, which is better for improving the active material density of the cathode active material layer, for example, the tap density.

본 발명의 리튬이차전지용 양극 활물질은 하기 화학식 4, 화학식 5 및 화학식 6으로 표시되는 양극 활물질 중에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.The cathode active material for a lithium secondary battery of the present invention may include at least one selected from the cathode active materials represented by the following formulas (4), (5) and (6).

[화학식 4][Chemical Formula 4]

LiNixMn1 - xO2 LiNi x Mn 1 - x O 2

(상기 화학식 4에서, x는 0<x<1의 실수이다.)(In Formula 4, x is a real number satisfying 0 < x < 1).

[화학식 5][Chemical Formula 5]

LiNiaMnbCo1 -(a+b)O2 LiNi a Mn b Co 1 - (a + b) O 2

(상기 화학식 5에서, a 및 b는 0<a<1, 0<b<1 및 0<a+b<1를 만족하는 실수이다.)(Wherein a and b are real numbers satisfying 0 <a <1, 0 <b <1 and 0 <a + b <

[화학식 6][Chemical Formula 6]

LiNiaMnbCo1-(a+b+c)McO2 LiNi a Mn b Co 1- (a + b + c) M c O 2

(상기 화학식 6에서, a, b 및 c는 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1 및 0<a+b+c<1를 만족하는 실수이며, M는 2가 또는 3가의 금속 원소이다.)Wherein a, b and c are real numbers satisfying 0 <a <1, 0 <b <1, 0 <c <1 and 0 <a + b + c < It is a trivalent metal element.)

또한 상기 리튬이차전지용 양극 활물질은 LiMn2O4를 추가로 포함할 수 있다. The cathode active material for the lithium secondary battery may further include LiMn 2 O 4 .

일예로, 리튬이차전지용 양극 활물질이 LiMn2O4 및 화학식 4의 화합물을 포함하는 경우, LiMn2O4 및 화학식 4의 화합물의 중량비는 30~60:40~70인 것이 바람직하다. 상기 수치 범위를 만족하는 경우 고용량 및 고출력 특성, 우수한 구조적 안정성 및 열적 안정성, 높은 수명 특성을 나타낼 수 있다. For example, when the cathode active material for a lithium secondary battery is LiMn 2 O 4 And the compound of formula 4, LiMn 2 O 4 And the compound of formula (4) is preferably 30 to 60:40 to 70. When the above numerical range is satisfied, high capacity and high output characteristics, excellent structural stability and thermal stability, and high lifetime characteristics can be exhibited.

리튬이차전지용 양극 활물질이 LiMn2O4, 화학식 4의 화합물 및 화학식 5의 화합물을 포함하는 경우, LiMn2O4, 화학식 4의 화합물 및 화학식 5의 화합물의 중량비는 10~30:20~40:40~60인 것이 바람직하다. 상기 수치 범위를 만족하는 경우 고용량 및 고출력 특성, 우수한 구조적 안정성 및 열적 안정성, 높은 수명 특성을 나타낼 수 있다. When the positive electrode active material for a lithium secondary battery comprises LiMn 2 O 4 , the compound of Formula 4 and the compound of Formula 5, the weight ratio of LiMn 2 O 4 , the compound of Formula 4 and the compound of Formula 5 is 10:30 to 20:40: It is preferably 40 to 60. When the above numerical range is satisfied, high capacity and high output characteristics, excellent structural stability and thermal stability, and high lifetime characteristics can be exhibited.

리튬이차전지용 양극 활물질이 LiMn2O4, 화학식 4의 화합물, 화학식 5의 화합물 및 화학식 6의 화합물을 포함하는 경우, LiMn2O4, 화학식 4의 화합물, 화학식 5의 화합물 및 화학식 6의 화합물의 중량비는 10~30:10~30:20~40:20~40인 것이 바람직하다. 상기 수치 범위를 만족하는 경우 고용량 및 고출력 특성, 우수한 구조적 안정성 및 열적 안정성, 높은 수명 특성을 나타낼 수 있다. When the positive electrode active material for a lithium secondary battery comprises LiMn 2 O 4 , the compound of the formula 4, the compound of the formula 5 and the compound of the formula 6, LiMn 2 O 4 , the compound of the formula 4, the compound of the formula 5, The weight ratio is preferably 10 to 30:10 to 30:20 to 40:20 to 40. When the above numerical range is satisfied, high capacity and high output characteristics, excellent structural stability and thermal stability, and high lifetime characteristics can be exhibited.

본 발명은 상술한 양극 활물질을 사용하여 전극 또는 이차전지를 제조할 수 있다. 일예로, 리튬 이차전지는 양극 활물질을 포함하는 양극, 음극활물질을 포함하는 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 존재하는 전해질을 포함하고, 선택적으로 분리막을 포함할 수 있다. 이때, 상기 양극 활물질로 바람직하게는 본 발명의 양극 활물질을 사용할 수 있다. The present invention can manufacture an electrode or a secondary battery using the above-mentioned cathode active material. For example, the lithium secondary battery includes a cathode including a cathode active material, a cathode including a cathode active material, and an electrolyte existing between the cathode and the anode, and may optionally include a separator. At this time, the cathode active material of the present invention can be preferably used as the cathode active material.

본 발명에서 리튬이차전지의 일 구체예를 들면 다음과 같다. One specific example of the lithium secondary battery in the present invention is as follows.

상기 양극은 본 발명에 따른 양극 활물질을 사용하고, 도전제, 바인더 및 용매를 혼합하여 양극 활물질 조성물을 제조한 다음, 알루미늄 집전체 상에 직접 코팅 건조하여 제조될 수 있다. 또는 상기 양극 활물질 조성물을 별도의 지지체 상에 캐스팅한 다음, 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 알루미늄 집전체 상에 라미네이션하여 제조할 수 있다. The positive electrode may be prepared by using the positive electrode active material according to the present invention, mixing a conductive agent, a binder and a solvent to prepare a positive electrode active material composition, and then directly coating and drying on the aluminum current collector. Or casting the positive electrode active material composition on a separate support, and then peeling the support from the support and laminating a film on the aluminum current collector.

이때, 상기 도전제는 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 흑연 및 금속 분말 중에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있으며, 바인더는 비닐리덴플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌 및 이들의 혼합물 중에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다. The conductive agent may be at least one selected from carbon black, acetylene black, graphite, and metal powder. The binder may be at least one selected from the group consisting of vinylidene fluoride / hexafluoropropylene copolymer, polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, Polymethyl methacrylate, polytetrafluoroethylene, and mixtures thereof.

또한, 상기 용매는 N-메틸피롤리돈, 아세톤, 테트라하이드로퓨란 및 데칸 중에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다. The solvent may be at least one selected from N-methylpyrrolidone, acetone, tetrahydrofuran and decane.

상기 양극 활물질, 도전제, 바인더 및 용매의 함량은 크게 제한되지 않으며, 통상적인 수준으로 사용될 수 있다. The content of the cathode active material, the conductive agent, the binder and the solvent is not particularly limited and can be used at a conventional level.

상기 음극은 음극 활물질, 바인더 및 용매를 혼합하여 음극 활물질 조성물을 제조하며, 이를 구리 집전체에 직접 코팅하거나 별도의 지지체 상에 캐스팅하고 이 지지체로부터 박리시킨 음극 활물질 필름을 구리 집전체에 라미네이션하여 제조할 수 있다. 이때, 음극 활물질 조성물은 도전제를 더 포함할 수 있다. The negative electrode is prepared by mixing an anode active material, a binder and a solvent to prepare an anode active material composition. 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 peeled off from the support is laminated on the copper current collector can do. At this time, the negative electrode active material composition may further include a conductive agent.

상기 음극 활물질로는 리튬을 인터칼레이션/디인터칼레이션할 수 있는 물질이 사용되며, 일예로, 리튬 금속이나 리튬 합금, 코크스, 인조 흑연, 천연 흑연, 유기 고분자 화합물 연소체, 탄소 섬유 등을 사용될 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 도전제, 바인더 및 용매는 상술한 양극과 동일하게 사용될 수 있다. As the negative electrode active material, a material capable of intercalating / deintercalating lithium is used. For example, lithium metal, a lithium alloy, coke, artificial graphite, natural graphite, an organic polymer combustible material, But is not limited thereto. The conductive agent, the binder and the solvent may be used in the same manner as the above-mentioned anode.

상기 리튬이차전지는 전해질로 비수성 전해질 또는 공지의 고체 전해질을 사용할 수 있으며, 통상 리튬염이 용해된 것이라면 제한되지 않고 사용할 수 있다. The lithium secondary battery may be a non-aqueous electrolyte or a known solid electrolyte as the electrolyte, and may be used without limitation as long as the lithium salt is dissolved.

상기 비수성 전해질의 용매는 크게 제한되는 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 있으며, 이들을 단독 또는 복수개 조합하여 사용할 수 있다. 바람직하게는 환상 카보네이트와 쇄상 카보네이트와의 혼합용매를 사용하는 것이 좋다. 또한, 전해질로는 폴리에틸렌옥시드, 폴리아크릴로니트릴 등의 중합체 전해질에 전해액을 함침한 겔상 중합체 전해질이나, LiI, Li3N등의 무기 고체 전해질이 가능하다. 이때 리튬염은 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, LiC4F9SO3, LiSbF6, LiAlO4, LiAlCl4, LiCl 및 LiI로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함하며, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 분리막은 리튬이차전지에서 통상적으로 사용되는 것이라면 제한 없이 사용되며, 일예로 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드 또는 이들의 2층 이상의 다층막이 사용될 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, and these can be used singly or in combination. Preferably, a mixed solvent of cyclic carbonate and chain carbonate is used. As the electrolyte, a gel polymer electrolyte in which an electrolyte 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. 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, but is not limited thereto. The separator is not particularly limited as long as it is commonly used in a lithium secondary battery. For example, polyethylene, polypropylene, polyvinylidene fluoride or a multilayer film of two or more thereof may be used.

본 발명은 상술한 리튬이차전지를 단위전지로 포함하는 전지 모듈을 제공하며, 상기 전지 모듈을 포함하는 전지팩을 제공한다. 상기 전지팩은 고온에서 안정성이 뛰어나며, 초기 충방전 용량은 물론 수명특성이 좋아 장기간 우수한 사이클 특성 및 높은 용량이 요구되는 중대형 디바이스의 전원으로 사용될 수 있다. 상기 중대형 디바이스의 전원의 일예로는 전기 모터에 의해 동력을 공급받는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그인 하이브리드 전기자동차 등의 전기차 또는 전력저장용 시스템 등을 들 수 있다. The present invention provides a battery module including the lithium secondary battery as a unit cell, and a battery pack including the battery module. The battery pack is excellent in stability at a high temperature and can be used as a power source for a middle- or large-sized device requiring an excellent cycle characteristic and a high capacity for a long period of time because it has good initial charging / discharging capacity as well as life characteristics. Examples of the power source of the medium- and large-sized devices include an electric vehicle powered by an electric motor, an electric vehicle such as a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle, or a power storage system.

이하 본 발명에 따른 전이금속 복합화합물 전구체 및 이를 이용하여 제조된 양극 활물질에 대한 일예를 들어 설명하는 바, 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the transition metal complex precursor according to the present invention and the cathode active material prepared using the same will be described. However, the present invention is not limited to the following examples.

(평가)(evaluation)

충방전Charging and discharging 특성 characteristic

충방전기(TOYO사, TOYO-3100)를 이용하여 평가하였다. (TOYO Corporation, TOYO-3100).

전기적 특성 평가는 0.1C 및 2.0C의 인가전류와 3.6 내지 4.8V의 전압 범위에서 충방전 용량을 측정하여 방전 용량 및 충방전 효율을 측정하였다. The electrical characteristics were evaluated by measuring charge / discharge capacities at 0.1C and 2.0C applied currents and 3.6 to 4.8V voltage ranges to measure discharge capacity and charge / discharge efficiency.

또한, 평가를 위해 제조된 코인셀을 40℃의 정전류(1.0C) 및 정전압(4.3V, 110mA cut-off) 조건에서 10분 동안 충전시킨 후, 24시간 동안 정지(rest)하고, 이를 40℃의 정전류(0.6C) 및 정전압(3.0V, cut-off) 방전 조건에서 30분 동안 방전시켰다. 이러한 조건으로 50회 사이클을 실시하였다. The coin cell prepared for evaluation was charged at a constant current (1.0 C) and a constant voltage (4.3 V, 110 mA cut-off) at 40 캜 for 10 minutes, rested for 24 hours, At a constant current (0.6 C) and a constant voltage (3.0 V, cut-off) discharge condition for 30 minutes. 50 cycles were performed under these conditions.

(실시예 1) (Example 1)

전이금속 복합화합물 전구체 제조의 경우, 전이금속을 함유한 염과 염기성 물질을 이용하여 공침법으로 얻을 수 있다. 이러한 공침법은 2종 이상의 전이금속의 염을 원하는 몰비로 혼합 및 침전시켜서 제조하는 방법으로서 반응온도, 시간, pH, 농도 등을 제어하여 평균입자의 지름, 분포, 밀도를 조절할 수 있다. In the case of preparing a transition metal complex compound precursor, it can be obtained by coprecipitation using a salt containing a transition metal and a basic substance. This coprecipitation method is a method of preparing a mixture of two or more kinds of transition metal salts at a desired molar ratio and controlling the reaction temperature, time, pH, concentration, etc. to control the diameter, distribution and density of the average particles.

Ni0 . 3Mn0 .7(OH)2의 복합화합물 전구체 제조를 위하여, 공침법에 의해 니켈 황산염과 망간 황산염을 0.3:0.7의 몰비로 혼합한 후 1.7M 농도의 금속 수용액을 준비하여 반응기(3L 습식반응기)에 투입한 후 질소가스를 2L/min로 주입하여 용존산소를 제거하였다. 이때, 반응기에 들어있는 금소 수용액의 온도는 40℃로 유지하였다. 반응하는 동안 pH를 10.5로 조절하기 위하여 NaOH 용액을 반응기에 주입하였다. 총 반응시간은 12시간으로 하고, 반응 시작 후 3시간 주기로 침전되어 있는 분말 형태의 전구체를 얻었다. 여기에 다시 암모니아수를 첨가하여 반응을 진행하였다. 반응 후에 얻어진 전이금속 전구체를 4번 이상 증류수로 세척하였다. 세척한 전구체를 120℃ 항온 건조기에서 24시간 동안 건조하여 전이금속 복합화합물 전구체 Ni0.3Mn0.7(OH)2를 합성하였다. Ni 0 . In order to prepare a complex compound precursor of 3M 0 .7 (OH) 2 , nickel sulfate and manganese sulfate were mixed in a molar ratio of 0.3: 0.7 by coprecipitation method, and a 1.7M metal aqueous solution was prepared. ), And nitrogen gas was injected at 2 L / min to remove dissolved oxygen. At this time, the temperature of the aqueous solution of the nitrogen contained in the reactor was maintained at 40 占 폚. NaOH solution was injected into the reactor to adjust the pH to 10.5 during the reaction. The total reaction time was 12 hours, and a powdery precursor precipitated at a period of 3 hours after the start of the reaction was obtained. The reaction was carried out by adding ammonia water again. After the reaction, the obtained transition metal precursor was washed with distilled water four times or more. The washed precursor was dried in a constant temperature drier at 120 ° C for 24 hours to synthesize a transition metal complex precursor Ni 0.3 Mn 0.7 (OH) 2 .

(실시예 2)(Example 2)

Ni0 . 25Mn0 . 35Co0 .4(OH)2를 제조하기 위하여, 니켈 황산염, 망간 황산염 및 코발트 황산염을 0.25:0.35:0.4의 몰비율로 혼합한 전이금속 수용액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 전이금속 복합화합물 전구체 Ni0 . 25Mn0 . 35Co0 .4(OH)2를 합성하였다. Ni 0 . 25 Mn 0 . In the same manner as in Example 1 except that the transition metal solution are mixed in a molar ratio of 0.4: 0.35: 35 Co 0 .4 (OH), nickel sulfate, manganese sulfate and cobalt sulfate 0.25 to manufacture 2 Transition metal complex compound precursor Ni 0 . 25 Mn 0 . 35 was synthesized Co 0 .4 (OH) 2.

(실시예 3)(Example 3)

Ni0 . 3Mn0 . 3Co0 . 3Mg0 .1(OH)2를 제조하기 위하여, 니켈 황산염, 망간 황산염, 코발트 황산염 및 마그네슘 황산염을 0.3:0.3:0.3:0.1의 몰비율로 혼합한 전이금속 수용액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 전이금속 복합화합물 전구체 Ni0 . 3Mn0 . 3Co0 . 3Mg0 .1(OH)2를 합성하였다. Ni 0 . 3 Mn 0 . 3 Co 0 . 3 Mg to 0 .1 (OH) to produce the 2, nickel sulfate, manganese sulfate, cobalt sulfate and magnesium sulfate 0.3 in the example except that the transition metal solution are mixed in a molar ratio of 0.1: 0.3: 0.3 1, the transition metal complex precursor Ni 0 . 3 Mn 0 . 3 Co 0 . 3 0 .1 were synthesized Mg (OH) 2.

(실시예 4)(Example 4)

Ni0 . 45Mn0 .55(OH)2를 제조하기 위하여, 니켈 황산염 및 망간 황산염을 0.45:0.55의 몰비율로 혼합한 전이금속 수용액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 전이금속 복합화합물 전구체 Ni0.45Mn0.55(OH)2를 합성하였다. Ni 0 . 45 Mn 0 .55 (OH) to produce the second, the nickel sulfate and manganese sulfate 0.45: and a transition metal complex compound precursors in the same manner as in Example 1 except that the transition metal solution are mixed in a molar ratio of 0.55 Ni 0.45 Mn 0.55 (OH) 2 was synthesized.

(실시예 5)(Example 5)

Ni0 . 2Mn0 . 25Co0 .55(OH)2를 제조하기 위하여, 니켈 황산염, 망간 황산염 및 코발트 황산염을 0.2:0.25:0.55의 몰비율로 혼합한 전이금속 수용액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 전이금속 복합화합물 전구체 Ni0 . 2Mn0 . 25Co0 .55(OH)2를 합성하였다. Ni 0 . 2 Mn 0 . For the production of 25 Co 0 .55 (OH) 2 , nickel sulfate, manganese sulfate and cobalt sulfate 0.2 in the same manner as in Example 1 except that the transition metal solution are mixed in a molar ratio of 0.55: 0.25 Transition metal complex compound precursor Ni 0 . 2 Mn 0 . 25 was synthesized Co 0 .55 (OH) 2.

(실시예 6)(Example 6)

Ni0 . 15Mn0 .85(OH)2를 제조하기 위하여, 니켈 황산염 및 망간 황산염을 0.15:0.85의 몰비율로 혼합한 전이금속 수용액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 전이금속 복합화합물 전구체 Ni0.15Mn0.85(OH)2를 합성하였다. Ni 0 . 15 Mn 0 .85 (OH) to produce the second, the nickel sulfate and manganese sulfate 0.15: and a transition metal complex compound precursors in the same manner as in Example 1 except that the transition metal solution are mixed in a molar ratio of 0.85 Ni 0.15 Mn 0.85 (OH) 2 was synthesized.

(실시예 7)(Example 7)

Ni0 . 45Mn0 . 15Co0 .4(OH)2를 제조하기 위하여, 니켈 황산염, 망간 황산염 및 코발트 황산염을 0.45:0.15:0.4의 몰비율로 혼합한 전이금속 수용액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 전이금속 복합화합물 전구체 Ni0 . 45Mn0 . 15Co0 .4(OH)2를 합성하였다. Ni 0 . 45 Mn 0 . In the same manner as in Example 1 except that the transition metal solution are mixed in a molar ratio of 0.4: 0.15: 15 Co 0 .4 (OH), nickel sulfate, manganese sulfate and cobalt sulfate 0.45 to manufacture 2 Transition metal complex compound precursor Ni 0 . 45 Mn 0 . 15 was synthesized Co 0 .4 (OH) 2.

(비교예 1)(Comparative Example 1)

실시예에 따른 전구체와의 비교하기 위하여 전구체로 Mn(OH)2를 사용하였다. Mn (OH) 2 was used as a precursor for comparison with the precursors according to the examples.

(양극 활물질의 제조)(Production of cathode active material)

상기 실시예 1 내지 7 및 비교예 1에 따른 전구체들을 각각 탄산리튬(LiCO3)과 혼합하여 리튬금속 복합수산화물을 제조하였다. 이때, 전이금속 복합화합물 전구체와 리튬 화합물의 중량비는 1:1.3으로 하고, 2℃/min 상승속도로 가열한 후, 1,000℃에서 15시간 동안 소성 공정을 거쳐 양극 활물질 분말을 제조하였다(표 1). The precursors according to Examples 1 to 7 and Comparative Example 1 were mixed with lithium carbonate (LiCO 3 ) to prepare a lithium metal complex hydroxide. At this time, the cathode active material powder was prepared by heating at 1,000 ° C for 15 hours at a rate of 2 ° C / min with the weight ratio of the transition metal complex compound precursor and the lithium compound being 1: 1.3 (Table 1) .

(코인 셀의 제조)(Preparation of Coin Cell)

실시예 1 내지 7 및 비교예 1로부터 제조된 최종 양극 활물질을 사용하여 코인 셀을 제조하였다. 상기 최종 양극 활물질(괄호 안은 중량 분율을 나타낸 것임)은 실시예 8 내지 17 및 비교예 2로 구분하였다. 도 4는 비교예 2에 따른 양극 활물질의 XRD를 측정한 것이고, 도 5는 실시예 2(A) 및 실시예 3(B)로부터 각각 제조된 양극 활물질의 XRD를 측정한 것이다. 또한, 도 6 및 7은 각각 실시예 2 및 3으로부터 제조된 양극 활물질의 Mn 2P를 가리키는 XPS이고, 도 8 및 9는 각각 실시예 2 및 3으로부터 제조된 양극 활물질의 Ni 2P를 가리키는 XPS이다. Coin cells were prepared using the final cathode active materials prepared from Examples 1 to 7 and Comparative Example 1. The final cathode active material (weight fractions in parenthesis are shown) were classified into Examples 8 to 17 and Comparative Example 2. FIG. 4 is a graph showing the XRD of the cathode active material according to Comparative Example 2, and FIG. 5 is a graph showing the XRD of the cathode active material prepared from Example 2 (A) and Example 3 (B), respectively. 6 and 7 are XPS indicating Mn 2P of the cathode active material prepared in Examples 2 and 3, and FIGS. 8 and 9 are XPS indicating Ni 2P of the cathode active material prepared in Examples 2 and 3, respectively.

상기 제조된 최종 양극 활물질 92중량%, 도전제로 카본 블랙(carbon black) 2중량%, 바인더로 PVDF(Poly(vinylidene fluoride) 2중량%를 N-메틸-2 피롤리돈(NMP) 4중량%에 첨가하여 양극 슬러리를 제조하였다. 상기 양극 슬러리를 두께 20㎛의 양극 집전체인 알루미늄(Al) 박막에 도포 및 진공 건조하고 롤 프레스(roll press)를 실시하여 양극을 제조하였다. 음극으로는 Li-금속을 사용하였으며, 전해액으로는 1M LiPF6 EC:EMC(1:2 vol%)을 사용하여 코인 셀 타입의 전지를 제조하였다.A mixture of 92 wt% of the final cathode active material prepared above, 2 wt% of carbon black as a conductive agent and 2 wt% of polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder in an amount of 4 wt% of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) The positive electrode slurry was coated on an aluminum (Al) thin film as a positive electrode current collector having a thickness of 20 mu m, vacuum dried, and roll pressed to prepare a positive electrode. And 1M LiPF 6 EC: EMC (1: 2 vol%) was used as an electrolytic solution to prepare a coin cell type battery.

상기와 같은 방법으로 제조된 코인 셀 전지는 적용된 최종 양극 활물질에 따라 실시예 8 내지 17 및 비교예 2로 구분하고, 전지성능을 평가하여 하기 표 2 및 표 3에 나타내었다.The coin cell produced in the above manner was classified into Examples 8 to 17 and Comparative Example 2 according to the final cathode active material applied, and the battery performance was evaluated and shown in Tables 2 and 3 below.

구분division 전이금속 전구체Transition metal precursor 양극 활물질Cathode active material 실시예 1Example 1 Ni0 . 3Mn0 .7(OH)2 Ni 0 . 3 Mn 0 .7 (OH) 2 LiNi0 . 3Mn0 . 7O2 LiNi 0 . 3 Mn 0 . 7 O 2 실시예 2Example 2 Ni0.25Mn0.35Co0.4(OH)2 Ni 0.25 Mn 0.35 Co 0.4 (OH) 2 LiNi0.25Mn0.35Co0.4O2 LiNi 0.25 Mn 0.35 Co 0.4 O 2 실시예 3Example 3 Ni0.3Mn0.3Co0.3Mg0.1(OH)2 Ni 0.3 Mn 0.3 Co 0.3 Mg 0.1 (OH) 2 LiNi0.3Mn0.3Co0.3Mg0.1O2 LiNi 0.3 Mn 0.3 Co 0.3 Mg 0.1 O 2 실시예 4Example 4 Ni0 . 45Mn0 .55(OH)2 Ni 0 . 45 Mn 0 .55 (OH) 2 LiNi0 . 45Mn0 . 55O2 LiNi 0 . 45 Mn 0 . 55 O 2 실시예 5Example 5 Ni0.2Mn0.25Co0.55(OH)2 Ni 0.2 Mn 0.25 Co 0.55 (OH) 2 LiNi0.2Mn0.25Co0.55O2 LiNi 0.2 Mn 0.25 Co 0.55 O 2 실시예 6Example 6 Ni0 . 15Mn0 .85(OH)2 Ni 0 . 15 Mn 0 .85 (OH) 2 LiNi0 . 15Mn0 . 85O2 LiNi 0 . 15 Mn 0 . 85 O 2 실시예 7Example 7 Ni0.45Mn0.15Co0.4(OH)2 Ni 0.45 Mn 0.15 Co 0.4 (OH) 2 LiNi0.45Mn0.15Co0.4O2 LiNi 0.45 Mn 0.15 Co 0.4 O 2 비교예 1Comparative Example 1 Mn(OH)2 Mn (OH) 2 LiMn2O4 LiMn 2 O 4

구분division 최종 양극 활물질Final cathode active material 초기 전지용량(mAh/g)Initial battery capacity (mAh / g) 실시예 8Example 8 LiMn2O4(0.4)+LiNi0.3Mn0.7O2(0.6)LiMn 2 O 4 (0.4) + LiNi 0.3 Mn 0.7 O 2 (0.6) 147.2147.2 실시예 9Example 9 LiMn2O4(0.2)+LiNi0.3Mn0.7O2(0.3)+
LiNi0.25Mn0.35Co0.4O2(0.5)
LiMn 2 O 4 (0.2) + LiNi 0.3 Mn 0.7 O 2 (0.3) +
LiNi 0.25 Mn 0.35 Co 0.4 O 2 (0.5)
147.8147.8
실시예 10Example 10 LiMn2O4(0.2)+LiNi0.3Mn0.7O2(0.2)+
LiNi0.25Mn0.35Co0.4O2(0.3)+
LiNi0.3Mn0.3Co0.3Mg0.1O2(0.3)
LiMn 2 O 4 (0.2) + LiNi 0.3 Mn 0.7 O 2 (0.2) +
LiNi 0.25 Mn 0.35 Co 0.4 O 2 (0.3) +
LiNi 0.3 Mn 0.3 Co 0.3 Mg 0.1 O 2 (0.3)
147.7147.7
실시예 11Example 11 LiMn2O4(0.2)+LiNi0.15Mn0.85O2(0.2)+
LiNi0.25Mn0.35Co0.4O2(0.3)+
LiNi0.3Mn0.3Co0.3Mg0.1O2(0.3)
LiMn 2 O 4 (0.2) + LiNi 0.15 Mn 0.85 O 2 (0.2) +
LiNi 0.25 Mn 0.35 Co 0.4 O 2 (0.3) +
LiNi 0.3 Mn 0.3 Co 0.3 Mg 0.1 O 2 (0.3)
146.9146.9
실시예 12Example 12 LiMn2O4(0.2)+LiNi0.3Mn0.7O2(0.2)+
LiNi0.45Mn0.15Co0.4O2(0.3)+
LiNi0.3Mn0.3Co0.3Mg0.1O2(0.3)
LiMn 2 O 4 (0.2) + LiNi 0.3 Mn 0.7 O 2 (0.2) +
LiNi 0.45 Mn 0.15 Co 0.4 O 2 (0.3) +
LiNi 0.3 Mn 0.3 Co 0.3 Mg 0.1 O 2 (0.3)
147.1147.1
실시예 13Example 13 LiMn2O4(0.2)+LiNi0.3Mn0.7O2(0.2)+
LiNi0.25Mn0.35Co0.4O2(0.1)+
LiNi0.3Mn0.3Co0.3Mg0.1O2(0.5)
LiMn 2 O 4 (0.2) + LiNi 0.3 Mn 0.7 O 2 (0.2) +
LiNi 0.25 Mn 0.35 Co 0.4 O 2 (0.1) +
LiNi 0.3 Mn 0.3 Co 0.3 Mg 0.1 O 2 (0.5)
146.8146.8
실시예 14Example 14 LiMn2O4(0.2)+LiNi0.3Mn0.7O2(0.2)+
LiNi0.25Mn0.35Co0.4O2(0.5)+
LiNi0.3Mn0.3Co0.3Mg0.1O2(0.1)
LiMn 2 O 4 (0.2) + LiNi 0.3 Mn 0.7 O 2 (0.2) +
LiNi 0.25 Mn 0.35 Co 0.4 O 2 (0.5) +
LiNi 0.3 Mn 0.3 Co 0.3 Mg 0.1 O 2 (0.1)
147.2147.2
실시예 15Example 15 LiNi0 . 3Mn0 . 7O2(1.0)LiNi 0 . 3 Mn 0 . 7 O 2 (1.0) 146.6146.6 실시예 16Example 16 LiNi0.25Mn0.35Co0.4O2(1.0)LiNi 0.25 Mn 0.35 Co 0.4 O 2 (1.0) 146.3146.3 실시예 17Example 17 LiNi0.3Mn0.3Co0.3Mg0.1O2(1.0)LiNi 0.3 Mn 0.3 Co 0.3 Mg 0.1 O 2 (1.0) 146.7146.7 비교예 2Comparative Example 2 LiMn2O4(1.0)LiMn 2 O 4 (1.0) 146.9146.9

구분division 리튬이차전지 수명특성
(50회/1회 방전용량(%))
Lithium secondary battery life characteristics
(50 times / discharge capacity (%))
출력 특성
(0.1C/2.0C)(%)
Output Characteristics
(0.1C / 2.0C) (%)
실시예 8Example 8 88.688.6 96.896.8 실시예 9Example 9 88.988.9 97.097.0 실시예 10Example 10 90.290.2 98.698.6 실시예 11Example 11 87.987.9 95.595.5 실시예 12Example 12 87.687.6 95.195.1 실시예 13Example 13 87.187.1 94.994.9 실시예 14Example 14 87.387.3 95.195.1 실시예 15Example 15 86.986.9 95.295.2 실시예 16Example 16 87.387.3 95.895.8 실시예 17Example 17 87.587.5 95.495.4 비교예 2Comparative Example 2 85.185.1 92.392.3

상기 표에서 볼 수 있듯이, 본 발명에 따라 제조된 전이금속 복합화합물 전구체를 이용하여 얻은 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차전지의 경우(실시예 8~17), 망간 수산화물 전구체만을 포함하여 제조된 전지(비교예 2)보다 초기 전지용량, 충방전 용량, 효율 및 수명특성이 전반적으로 우수하게 나타났다. As shown in the above table, in the case of the lithium secondary battery including the cathode active material obtained using the transition metal complex precursor produced according to the present invention (Examples 8 to 17), the battery prepared only with the manganese hydroxide precursor The battery capacity, the charge / discharge capacity, the efficiency and the life span characteristics were superior to those of Comparative Example 2).

도 10은 50회 사이클 충방전 평가를 그래프로 나타낸 것으로, 비교예 2(B)에 비하여 실시예 10(A)의 경우 장기 수명 특성이 뛰어났다. FIG. 10 is a graph showing a 50-cycle cycle charge / discharge evaluation. The long-life characteristics of Example 10 (A) were superior to those of Comparative Example 2 (B).

또한, 실시예 15 내지 17의 경우는 본 발명에 따른 전이금속 복합화합물 전구체의 조합이 아닌 단독 전구체로 제조된 양극 활물질을 사용한 것으로서, 실시예 8 내지 10과 같이 전이금속 복합화합물 전구체의 조합을 통해 제조된 양극 활물질을 사용한 것과 비교하여 볼 때 초기 전지용량 및 수명특성에 있어 다소 물성이 저하되는 것을 확인할 수 있었다. In Examples 15 to 17, the cathode active material was prepared as a single precursor instead of the combination of the transition metal complex precursors according to the present invention. As shown in Examples 8 to 10, the combination of the transition metal complex precursors It was confirmed that the physical properties were somewhat deteriorated in the initial cell capacity and lifetime characteristics as compared with the use of the prepared cathode active material.

Claims (10)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete LiMn2O4;
하기 화학식 4의 화합물;
하기 화학식 5의 화합물; 및
하기 화학식 6의 화합물을 포함하는 리튬이차전지용 양극 활물질에 있어서,
상기 양극 활물질은 평균입경이 0.1 내지 100㎛ 이고,
LiMn2O4, 하기 화학식 4의 화합물, 화학식 5의 화합물 및 화학식 6의 화합물의 중량비는 10~30:10~30:20~40:20~40 인 것을 특징으로 하는 리튬이차전지용 양극 활물질.
[화학식 4]
LiNixMn1-xO2
(상기 화학식 4에서, x는 0<x<1의 실수이다.)
[화학식 5]
LiNiaMnbCo1-(a+b)O2
(상기 화학식 5에서, a 및 b는 0<a<1, 0<b<1 및 0<a+b<1를 만족하는 실수이다.)
[화학식 6]
LiNiaMnbCo1-(a+b+c)McO2
(상기 화학식 6에서, a, b 및 c는 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1 및 0<a+b+c<1를 만족하는 실수이며, M는 2가 또는 3가의 금속 원소이다.)
LiMn 2 O 4 ;
A compound of formula (4);
A compound of formula 5; And
A cathode active material for a lithium secondary battery comprising a compound represented by the following formula (6)
The positive electrode active material has an average particle diameter of 0.1 to 100 탆,
Wherein the weight ratio of LiMn 2 O 4 , the compound represented by the following general formula (4), the compound represented by the general formula (5) and the compound represented by the general formula (6) is 10-30: 10-30: 20-40: 20-40.
[Chemical Formula 4]
LiNi x Mn 1-x O 2
(In Formula 4, x is a real number satisfying 0 < x < 1).
[Chemical Formula 5]
LiNi a Mn b Co 1- (a + b) O 2
(Wherein a and b are real numbers satisfying 0 <a <1, 0 <b <1 and 0 <a + b <
[Chemical Formula 6]
LiNi a Mn b Co 1- (a + b + c) M c O 2
Wherein a, b and c are real numbers satisfying 0 <a <1, 0 <b <1, 0 <c <1 and 0 <a + b + c < It is a trivalent metal element.)
제7항에 있어서,
상기 화학식 6의 M은 Fe, Cu, Zn, Mg, Al, Cd, Ta, Ti, V 및 Cr으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지용 양극 활물질.
8. The method of claim 7,
Wherein M in Formula 6 is selected from the group consisting of Fe, Cu, Zn, Mg, Al, Cd, Ta, Ti, V and Cr.
삭제delete 제7항의 양극 활물질을 포함하는 리튬이차전지.
A lithium secondary battery comprising the cathode active material of claim 7.
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