KR102033113B1 - Metal composite, cathode active material comprising the same, secondary battery comprising the same and method for preparing the same - Google Patents

Metal composite, cathode active material comprising the same, secondary battery comprising the same and method for preparing the same Download PDF

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Abstract

본 발명은 금속복합체, 이를 이용한 양극활물질, 이를 이용한 이차전지 및 이들의 제조방법을 제공하며, 본 발명을 통해서 pH 조절의 불안정성, 침전상 불형성, 복잡한 공정, 재현성 부족, 입자 성장 지연 등의 종래 기술의 문제점을 해결할 수 있고, 입자의 중심부로부터 표면부까지 연속적인 농도 구배를 갖는 금속복합체를 제조할 수 있다.The present invention provides a metal composite, a positive electrode active material using the same, a secondary battery using the same and a method for manufacturing the same, and through the present invention, such as pH instability, precipitation phase incompatibility, complex process, lack of reproducibility, particle growth The problem of the technology can be solved, and a metal complex having a continuous concentration gradient from the central portion of the particles to the surface portion can be produced.

Description

금속복합체, 이를 포함하는 양극활물질, 이차전지 및 이들의 제조방법{METAL COMPOSITE, CATHODE ACTIVE MATERIAL COMPRISING THE SAME, SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}Metal composite, positive electrode active material including the same, secondary battery and manufacturing method thereof TECHNICAL COMPOSITE

본 발명은 금속복합체, 이를 포함하는 양극활물질, 이를 포함하는 이차전지 및 이들의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 연속적인 금속 농도 구배를 갖는 금속복합체, 이를 포함하는 양극활물질, 이를 포함하는 이차전지 및 이들의 제조 방법 관한 것이다.The present invention relates to a metal complex, a cathode active material comprising the same, a secondary battery comprising the same, and a method for manufacturing the same. More specifically, a metal complex having a continuous metal concentration gradient, a cathode active material comprising the same, a secondary comprising the same A battery and a manufacturing method thereof.

리튬이차전지는 에너지 밀도가 높아 휴대 전화, 노트북 등의 전원 장치로 사용되고 있다. 이러한 장치들의 휴대성은 핵심 부품인 이차 전지에 의해 좌우되므로 고성능 전지에 대한 연구가 이어지고 있다. 전지에 요구되는 특성에는 충방전 특성, 수명, 고효율 특성과 고온에서의 안정성 등 여러 가지가 있다.Lithium secondary batteries have high energy density and are used as power devices for mobile phones and laptops. Portability of such devices is dependent on secondary batteries, which are key components, and thus research on high performance batteries has been continued. There are various characteristics required for the battery, such as charge and discharge characteristics, lifespan, high efficiency characteristics and stability at high temperatures.

리튬이차전지 중에서 5 V 급 스피넬 양극활물질은 고 전압화에 따른 높은 에너지 밀도를 가지고 가장 주목받고 있는 양극활물질이다.Among lithium secondary batteries, 5 V class spinel cathode active material is the most popular cathode active material with high energy density due to high voltage.

현재 시판되는 리튬이차전지는 양극에 LiCoO2를, 음극에는 탄소를 사용한다. 양극에 사용된 LiCoO2는 대표적인 리튬 이차전지용 양극활물질인 코발트계 양극활물질로, 우수한 수명 특성 및 전도도 특성을 가지고 있지만, 용량이 작고 원료가 고가라는 단점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서 LiNiCoO2 양극활물질에 대한 연구가 활발히 진행되어 왔으나, 아직까지 만족할 만한 특성을 얻지 못하였다.Currently commercially available lithium secondary batteries use LiCoO 2 for the positive electrode and carbon for the negative electrode. LiCoO 2 used in the positive electrode is a cobalt-based positive electrode active material, which is a typical cathode active material for lithium secondary batteries, has excellent life characteristics and conductivity characteristics, but has a disadvantage in that the capacity is small and the raw material is expensive. In order to solve this problem, studies on LiNiCoO 2 cathode active materials have been actively conducted, but have not yet obtained satisfactory properties.

양극활물질의 가장 일반적인 제조 방법은 고상반응법으로, 각 구성 원소의 탄산염 혹은 수산화물을 원료로하여 이들의 분말을 혼합 및 소성하는 과정을 수차례 반복하여 제조하는 방법이다. 이 방법의 단점은 혼합 시에 볼-밀공정에서 불순물 유입이 많으며, 불균일 반응이 일어나기 쉬워 균일한 상을 얻기 어렵고, 분말 입자의 크기를 일정하게 조절하기 어렵고, 제조 시 공정 온도가 높으며 제조 시간이 길다는 점들이 있다. 또한, 충방전 사이클이 반복됨에 따라 활물질의 결정 구조가 붕괴되고 전자의 수명 특성 또한 저하된다.The most common method for producing a positive electrode active material is a solid phase reaction method, which is a method of repeatedly manufacturing a process of mixing and firing powders of carbonate or hydroxide of each component as a raw material. Disadvantages of this method include high impurity in the ball-mill process during mixing, uneven reaction, which makes it difficult to obtain a uniform phase, difficult to uniformly control the size of powder particles, high process temperature during manufacturing, and high production time. There are long points. In addition, as the charge and discharge cycle is repeated, the crystal structure of the active material is collapsed, and the lifetime characteristics of the electrons are also reduced.

이러한 문제점을 해결하기 위해서 킬레이트를 이용한 공침법이 개발되었으나, 소성 시 NOx나 COx 등의 배출가스가 배출되는 문제점이 있고, 또한 Ni, Mn, Co 및 Al 등의 금속 복합 물질들 간의 침전 영역이 각각 상이하므로 일반적인 금속 복합 산화물의 공침 조건인 pH 11 내지 pH 13 사이 영역에서는 입자의 성장이 느려지기 때문에, 원하는 크기의 입자를 형성하지 못하거나 반응기 내의 용액 체류 시간을 증가시켜야 하므로 제조 수율이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.In order to solve this problem, the co-precipitation method using chelate was developed, but there is a problem that exhaust gas such as NO x or CO x is emitted during firing, and also the precipitation region between metal composite materials such as Ni, Mn, Co and Al. Since they are different from each other, the growth of particles is slowed in the region of pH 11 to pH 13, which is the coprecipitation condition of a general metal complex oxide, and thus the production yield is reduced because particles of a desired size cannot be formed or the solution residence time in the reactor must be increased. Can cause problems.

위에서 나타낸 문제를 해결하기 위해서 여러 가지 방법들이 개발되고 있지만, pH 조절에 의한 불안정성, 침전상 불형성, 금속 양이온 외에 화합물 투입의 어려움, 복잡한 공정, 대량 생산 시 재현성 부족, 성장 지연 등의 문제점이 해결되지 않아 아직까지 양산화에 어려움을 겪고 있다.Various methods have been developed to solve the above problems, but problems such as instability due to pH control, precipitation phase imbalance, difficulty in adding compounds other than metal cations, complex processes, lack of reproducibility in mass production, and growth retardation are solved. It's not yet mass production difficult.

본 발명의 목적은 공침법을 이용하여 이차전지 및 양극활 물질에 사용되는 금속복합체 및 이의 제조방법을 제공하는 것으로, 본 발명의 금속복합체 제조 방법은 간단한 공정으로, 연속적인 농도 구배를 갖으며, 우수한 효과를 나타내는 금속복합체를 제조할 수 있다.It is an object of the present invention to provide a metal composite used in secondary batteries and cathode active materials and a manufacturing method thereof using a coprecipitation method, the metal composite manufacturing method of the present invention is a simple process, having a continuous concentration gradient, Metal composites having excellent effects can be produced.

본 발명의 일 목적을 위한 금속복합체의 제조 방법은 제1 금속염 용액을 반응기에 투입하는 제1 단계; 서로 다른 농도의 나노콜로이드 용액이 혼합된 제2 금속염 용액을 상기 반응기에 투입하는 제2 단계; 상기 반응기 내에 상기 제1 금속염 용액 및 상기 제2 금속염 용액을 혼합하여 혼합 용액을 제조하는 제3 단계; 상기 반응기 내에 상기 혼합 용액의 수소이온농도를 pH 10 이상으로 조절하는 제4 단계; 및 상기 제4 단계 후, 상기 혼합 용액을 거르고 세척 및 건조하는 제5 단계;를 포함한다.Method for producing a metal complex for one purpose of the present invention is a first step of introducing a first metal salt solution to the reactor; A second step of introducing a second metal salt solution in which nanocolloid solutions of different concentrations are mixed into the reactor; A third step of preparing a mixed solution by mixing the first metal salt solution and the second metal salt solution in the reactor; A fourth step of adjusting the hydrogen ion concentration of the mixed solution to pH 10 or more in the reactor; And a fifth step of filtering, washing, and drying the mixed solution after the fourth step.

일 실시예에서 상기 제1 금속염 용액은 니켈(Ni), 망간(Mn) 및 코발트(Co) 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment, the first metal salt solution may include at least one of nickel (Ni), manganese (Mn), and cobalt (Co).

일 실시예에서 상기 제2 금속염 용액은 비전이금속 알루미늄(Al), 게르마늄(Ge), 갈륨(Ga) 및 인듐(In) 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment, the second metal salt solution may include at least one of non-transition metal aluminum (Al), germanium (Ge), gallium (Ga), and indium (In).

일 실시예에서 상기 제1 금속염 용액 내의 금속염 농도는 1.5 M 내지 2.5 M 일 수 있다.In one embodiment, the metal salt concentration in the first metal salt solution may be 1.5 M to 2.5 M.

일 실시예에서 상기 제2 금속염 용액 내의 금속염 농도는 0.01 M 내지 2.0 M 일 수 있다.In one embodiment, the metal salt concentration in the second metal salt solution may be 0.01 M to 2.0 M.

일 실시예에서 상기 반응기 내부로 상기 제1 금속염 용액 및 제2 금속염 용액을 투입하는 속도를 조절함으로써, 상기 반응기 내부에 상기 혼합 용액의 몰비를 조절하는 것일 수 있다.In one embodiment, by adjusting the rate of injecting the first metal salt solution and the second metal salt solution into the reactor, it may be to adjust the molar ratio of the mixed solution in the reactor.

일 실시예에서 상기 제4 단계는 수산화나트륨 용액 및 암모니아 수용액을 이용하는 것일 수 있다.In one embodiment, the fourth step may be to use a sodium hydroxide solution and an aqueous ammonia solution.

본 발명의 다른 목적을 위한 금속복합체의 제조방법은 니켈(Ni) 및 코발트(Co)를 포함하는 제1 금속염 용액을 반응기에 투입하는 제1 단계; 상기 반응기에 알루미늄(Al)을 포함하는 제2 금속염 용액을 투입하는 제2 단계; 상기 반응기 내에 상기 제1 금속염 용액 및 상기 제2 금속염 용액을 혼합하여 혼합 용액을 제조하는 제3 단계; 수산화나트륨 용액 및 진한 암모니아 수용액을 이용하여 상기 반응기 내에 상기 혼합 용액의 수소이온농도를 pH 10 이상으로 조절하는 제4 단계; 및 상기 제4 단계 이후, 상기 혼합 용액을 거르고, 증류수 세척 및 120 ℃에서 건조하는 제5 단계를 포함한다.Method for producing a metal composite for another object of the present invention is a first step of introducing a first metal salt solution containing nickel (Ni) and cobalt (Co) to the reactor; A second step of introducing a second metal salt solution containing aluminum (Al) into the reactor; A third step of preparing a mixed solution by mixing the first metal salt solution and the second metal salt solution in the reactor; A fourth step of adjusting the hydrogen ion concentration of the mixed solution to pH 10 or more in the reactor by using a sodium hydroxide solution and a concentrated aqueous ammonia solution; And a fifth step of filtering the mixed solution, washing with distilled water and drying at 120 ° C. after the fourth step.

일 실시예에서 상기 제1 금속염 용액 및 제2 금속염 용액을 일정한 속도로 주입하여 상기 반응기 내부에 상기 혼합 용액의 몰비를 조절하는 것일 수 있다.In one embodiment, the first metal salt solution and the second metal salt solution may be injected at a constant rate to control the molar ratio of the mixed solution inside the reactor.

본 발명의 다른 목적을 위한 양극활물질의 제조방법은 본 발명의 금속복합체의 제조 방법을 통해서 제조된 금속복합체를 준비하는 단계; 연속적인 금속 농도 구배를 갖는 상기 금속복합체를 리튬염과 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 및 상기 혼합물을 500 ℃ 이상의 고온에서 5 시간 이상 소성시키는 단계;를 포함한다.Method for producing a positive electrode active material for another object of the present invention comprises the steps of preparing a metal composite prepared by the method for producing a metal composite of the present invention; Preparing a mixture by mixing the metal complex having a continuous metal concentration gradient with a lithium salt; And calcining the mixture at a high temperature of 500 ° C. or higher for at least 5 hours.

본 발명의 또 다른 목적을 위한 금속복합체는 중심부에서부터 표면부로 갈수록 원소의 연속적인 농도가 구배를 통해 표면 안정성이 증가된, 하기 화학식 1로 나타내는 금속복합체,Metal composites for still another object of the present invention is a metal complex represented by the following formula (1), the surface stability is increased through the gradient of the continuous concentration of the element from the central portion to the surface portion,

[화학식 1] [Formula 1]

Ni1-w-x-y-zCowM1xM2yM3z(OH)2-pXp,Ni 1-wxyz Co w M1 x M2 y M3 z (OH) 2-p X p ,

상기 화학식 1의 M1, M2 및 M3은 각각 서로 독립적으로 Al, Mg, Zr, Sn, Ca, Ge, Ga 중에 하나이며, 상기 X는 F, N, P 중에 하나이고, 상기 w는 0.01 내지 0.2, 상기 x, y 및 z는 x+y+z가 0 내지 0.1, 상기 p는 0 내지 0.1이다.M1, M2 and M3 of Formula 1 are each independently one of Al, Mg, Zr, Sn, Ca, Ge, Ga, wherein X is one of F, N, P, w is 0.01 to 0.2, X, y, and z are each 0 + 0.1 in x + y + z, and p is 0-0.1.

일 실시예에서 상기 금속복합체는 중심부에서부터 표면부로 갈수록 연속적으로 니켈(Ni) 및 코발트(Co)의 농도가 감소하고, 동시에 상기 M1, M2 및 M3의 농도는 중심부부터 표면부로 갈수록 연속적으로 증가하는 것 일 수 있다.In one embodiment, the metal composite continuously decreases the concentration of nickel (Ni) and cobalt (Co) from the central portion to the surface portion, and at the same time, the concentrations of M1, M2, and M3 continuously increase from the central portion to the surface portion. Can be.

일 실시예에서 상기 금속복합체는 입자 크기가 1 μm 내지 300 μm 일 수 있다.In one embodiment, the metal composite may have a particle size of 1 μm to 300 μm.

본 발명의 다른 목적을 위한 양극활물질은 본 발명의 금속복합체를 포함하고, 입자 중심부로부터 표면부까지 연속적인 금속 농도 구배를 갖는다.The cathode active material for another object of the present invention comprises the metal composite of the present invention and has a continuous metal concentration gradient from the particle center to the surface portion.

일 실시예에서 상기 양극활물질은 입자 크기가 1 μm 내지 30 μm인 것일 수 있다.In one embodiment, the cathode active material may have a particle size of 1 μm to 30 μm.

일 실시예에서 상기 양극활물질은 표면적이 0.1 m2/g 내지 2 m2/g 인 것 일 수 있다.In one embodiment, the positive electrode active material may have a surface area of 0.1 m 2 / g to 2 m 2 / g.

본 발명의 또 다른 목적을 위한 2차 전지는 본 발명의 양극활물질을 포함한다.A secondary battery for still another object of the present invention includes the positive electrode active material of the present invention.

본 발명은 금속복합체, 이를 이용한 양극활물질, 이를 이용한 이차전지 및 이들의 제조방법을 제공하며, 본 발명을 통해서 pH 조절의 불안정성, 침전상 불형성, 복잡한 공정, 재현성 부족, 입자 성장 지연등의 종래 기술의 문제점을 해결할 수 있고, 입자의 중심부로부터 표면부까지 연속적인 농도 구배를 갖는 금속복합체를 제조할 수 있다.The present invention provides a metal composite, a positive electrode active material using the same, a secondary battery using the same and a method for manufacturing the same, and through the present invention, such as pH control instability, precipitation phase imbalance, complex process, lack of reproducibility, particle growth delay The problem of the technology can be solved, and a metal complex having a continuous concentration gradient from the central portion of the particles to the surface portion can be produced.

도 1 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예를 통해 제조된 금속복합체에 대한 도면들이다.
도 7 내지 9는 본 발명의 일 실시예를 통해 제조된 양극활물질에 대한 도면들이다.
도 10 내지 도 13은 본 발명의 일 실시예를 통해 제조된 코인셀에 대한 도면들이다.
1 to 6 are views of the metal composite produced through an embodiment of the present invention.
7 to 9 are views for the positive electrode active material prepared through one embodiment of the present invention.
10 to 13 are views for a coin cell manufactured through an embodiment of the present invention.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprises" or "having" are intended to indicate that there is a feature, step, operation, component, part, or combination thereof described on the specification, and one or more other features or steps. It is to be understood that the present invention does not exclude, in advance, the possibility of the presence or the addition of an operation, a component, a part, or a combination thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.

본 발명의 금속복합체의 제조 방법은 제1 금속염 용액을 반응기에 투입하는 제1 단계; 서로 다른 농도의 나노콜로이드 용액이 혼합된 제2 금속염 용액을 상기 반응기에 투입하는 제2 단계; 상기 반응기 내에 상기 제1 금속염 용액 및 상기 제2 금속염 용액을 혼합하여 혼합 용액을 제조하는 제3 단계; 상기 반응기 내에 상기 혼합 용액의 수소이온농도를 pH 10 이상으로 조절하는 제4 단계; 및 상기 제4 단계 후, 상기 혼합 용액을 거르고 세척 및 건조하는 제5 단계;를 포함한다.Method for producing a metal complex of the present invention comprises the first step of introducing a first metal salt solution into the reactor; A second step of introducing a second metal salt solution in which nanocolloid solutions of different concentrations are mixed into the reactor; A third step of preparing a mixed solution by mixing the first metal salt solution and the second metal salt solution in the reactor; A fourth step of adjusting the hydrogen ion concentration of the mixed solution to pH 10 or more in the reactor; And a fifth step of filtering, washing, and drying the mixed solution after the fourth step.

일 실시예에서 상기 반응기는 다양한 반응기를 사용할 수 있으며, 이에 제한하는 것은 아니나 예를 들어 연속 반응기를 사용할 수 있고, CSTR 연속 반응기를 사용할 수 있다. 일 실시예에서 상기 반응기의 스터링 속도는 300 RPM 이상일 수 있으며, 이에 제한하는 것은 아니나, 300 RPM 내지 700 RPM일 수 있다.In one embodiment, the reactor may use a variety of reactors, including, but not limited to, a continuous reactor, for example, may use a CSTR continuous reactor. In one embodiment, the stirling speed of the reactor may be 300 RPM or more, but is not limited thereto, and may be 300 RPM to 700 RPM.

일 실시예에서 상기 반응기 내에 상기 혼합 용액의 체류 시간은 1 시간 내지 15 시간 일 수 있다. 일 실시예에서 상기 반응기 체류 시간이 5 시간 내지 15 시간이 되도록 각 용액들의 투입 속도를 조절하여 일정 속도로 투입하는 것 일 수 있다. 예를 들어 상기 체류 시간은 10 시간일 수 있고, 상기 체류시간이 5 시간 미만인 경우에는 전체 생산성이 감소할 수 있고, 15 시간을 초과하는 경우에는 입자 형성이 어려워지는 문제점이 발생될 수 있다.In one embodiment, the residence time of the mixed solution in the reactor may be 1 hour to 15 hours. In one embodiment, the reactor residence time may be to be added at a constant rate by adjusting the addition rate of each solution to 5 to 15 hours. For example, the residence time may be 10 hours, when the residence time is less than 5 hours, the overall productivity may decrease, and when it exceeds 15 hours, the problem that the formation of particles becomes difficult may occur.

일 실시예에서 상기 반응기에는 증류수가 담겨있을 수 있고, 상기 제1 금속염 용액은 증류수가 담긴 상기 반응기 내부로 투입되는 것일 수 있다. 상기 제1 단계 및 제2 단계의 제1 금속염 용액 및 제2 금속염 용액 투입 공정은 상기 제1 금속염 용액을 먼저 일정 시간 투입하다가, 동시에 상기 제2 금속염 용액을 투입하는 것 또는 상기 제1 금속염 용액을 투입하면서 동시에 상기 제2 금속염 용액을 투입하는 것일 수 있다. 또는 상기 제1 금속염 용액 및 상기 제2 금속염 용액을 혼합한 다음에 반응기에 투입할 수 있다.In one embodiment, the reactor may contain distilled water, and the first metal salt solution may be introduced into the reactor containing distilled water. In the first metal salt solution and the second metal salt solution addition process of the first step and the second step, the first metal salt solution is first introduced for a predetermined time, and the second metal salt solution is added at the same time or the first metal salt solution is added. At the same time, the second metal salt solution may be added. Alternatively, the first metal salt solution and the second metal salt solution may be mixed and then added to the reactor.

일 실시예에서 상기 제1 금속염 용액은 니켈(Ni), 망간(Mn) 및 코발트(Co) 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어 니켈 또는 니켈 및 코발트를 포함하는 것 일 수 있다. 또한 예를 들어 황산니켈(NiSO4), 황산코발트(CoSO4), 질산니켈, 질산코발트 등의 금속염들을 이용하여 제조할 수 있다. 예를 들어 니켈, 코발트 기반의 수산화물을 사용할 수 있다.In one embodiment, the first metal salt solution may include at least one of nickel (Ni), manganese (Mn), and cobalt (Co). For example nickel or nickel and cobalt. In addition, for example, it may be prepared using metal salts such as nickel sulfate (NiSO 4 ), cobalt sulfate (CoSO 4 ), nickel nitrate, and cobalt nitrate. For example, nickel and cobalt based hydroxides can be used.

일 실시예에서 상기 제2 금속염 용액은 비전이금속 알루미늄(Al), 게르마늄(Ge), 갈륨(Ga) 및 인듐(In) 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어 상기 제2 금속염 용액은 니켈(Ni), 망간(Mn), 코발트(Co), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 주석(Sn), 칼슘(Ca), 게르마늄(Ge), 갈륨(Ga), 인듐(In) 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다. 상기 제2 금속염은 예를 들어 수산화알루미늄(Al(OH)3), 수산화마그네슘, 황산칼슘 등을 이용하여 제조할 수 있으며, 상기 제2 금속염 용액은 상기 제1 금속염 용액의 성분을 일부 포함할 수 있다. 질화알루미늄(Aluminium nitrate, Al(NO)3) 용액을 공침법에 사용하는 경우에는 침전 반응이 저하되고 성장이 느려지는 문제점이 발생할 수 있다.In one embodiment, the second metal salt solution may include at least one of non-transition metal aluminum (Al), germanium (Ge), gallium (Ga), and indium (In). For example, the second metal salt solution is nickel (Ni), manganese (Mn), cobalt (Co), aluminum (Al), magnesium (Mg), zinc (Zn), tin (Sn), calcium (Ca), germanium It may include at least one of (Ge), gallium (Ga), indium (In). The second metal salt may be prepared using, for example, aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ), magnesium hydroxide, calcium sulfate, and the second metal salt solution may include a part of the first metal salt solution. have. When using an aluminum nitride (Al (NO) 3 ) solution in the coprecipitation method, a problem may occur that the precipitation reaction is lowered and the growth is slowed.

일 실시예에서 상기 제1 금속염 용액 내의 금속염의 농도는 1.5 M 내지 2.5 M 일 수 있다. 예를 들어 상기 금속염의 농도가 1.5 M 미만인 경우에는 전체 수율이 감소하는 문제점이 발생할 수 있고, 상기 금속염의 농도가 2.5 M를 초과하는 경우에는 점도가 높아지고, 반응성이 감소하는 문제점이 발생할 수 있다.In one embodiment, the concentration of the metal salt in the first metal salt solution may be 1.5 M to 2.5 M. For example, when the concentration of the metal salt is less than 1.5M may cause a problem that the overall yield is reduced, when the concentration of the metal salt exceeds 2.5M may cause a problem that the viscosity is high, the reactivity decreases.

일 실시예에서 상기 제2 금속염 용액 내의 금속염 농도는 0.01 M 내지 2.0 M 일 수 있다. 예를 들어 금속염 농도가 0.01 M 미만인 경우에는 전체적으로 첨가되는 금속의 양이 너무 적기 때문에 생산 속도가 낮아질 수 있고, 2.0 M을 초과하는 경우에는 안정적인 콜로이드 형성이 어려울 수 있다.In one embodiment, the metal salt concentration in the second metal salt solution may be 0.01 M to 2.0 M. For example, when the metal salt concentration is less than 0.01 M, the production rate may be low because the amount of metal added is too small as a whole, and when it exceeds 2.0 M, stable colloid formation may be difficult.

일 실시예에서 상기 제2 금속염 용액은 습식제분공정을 통해 제조된 분말분쇄 용액일 수 있고, 상기 분말분쇄 용액 내에 분말 농도는 0.01 wt% 내지 50.0 wt%일 수 있다.In one embodiment, the second metal salt solution may be a powder grinding solution prepared through a wet milling process, and the powder concentration in the powder grinding solution may be 0.01 wt% to 50.0 wt%.

일 실시예에서 상기 제4 단계에서 수소이온농도를 pH 10 이상으로 조절할 수 있고, 예를들어 pH 10 내지 pH 12로 조절할 수 있다.In one embodiment the hydrogen ion concentration in the fourth step can be adjusted to pH 10 or more, for example, pH 10 to pH 12 can be adjusted.

본 발명의 금속복합체의 제조 방법은 상기 반응기 내부로 상기 제1 금속염 용액 및 상기 제2 금속염 용액을 투입하는 투입 속도를 조절함으로써, 상기 반응기 내부에 상기 혼합 용액의 몰비를 조절하는 것 일 수 있다. 또는 상기 제1 금속염 및 상기 제2 금속염 용액의 농도를 조절하여 몰비를 조절할 수 있다. 상기 제2 금속염 용액의 경우는 서로 다른 농도의 나노콜로이드 용액을 제조하고, 각각의 비율을 조절하여 혼합함으로써 몰비를 조절할 수 있다.Method for producing a metal complex of the present invention may be to adjust the molar ratio of the mixed solution in the reactor by controlling the rate of injecting the first metal salt solution and the second metal salt solution into the reactor. Alternatively, the molar ratio may be adjusted by adjusting the concentration of the first metal salt and the second metal salt solution. In the case of the second metal salt solution, the molar ratio may be adjusted by preparing nanocolloidal solutions having different concentrations, and mixing and adjusting the ratios.

일 실시예에서 상기 제4 단계는 수산화나트륨 용액 및 암모니아 수용액을 이용하는 것일 수 있다. 상기 수산화나트륨 용액은 1.0 wt% 내지 30.0 wt% 수산화나트륨 용액일 수 있고, 상기 혼합 용액에 첨가하여 수소이온농도(pH)를 조절할 수 있고, 수산화나트륨을 첨가함으로써 반응 온도가 50 ℃ 내지 70 ℃가 되도록 조절할 수 있다. 상기 암모니아 수용액은 5.0 wt% 내지 50.0 wt% 암모니아 수용액일 수 있고, 예를 들어 28.0 wt%의 암모니아 수용액일 수 있다. 상기 혼합 용액의 성분 몰비는 암모니아를 기준으로 상기 혼합 용액이 0.5 내지 2.0 비울이 되도록 일정 속도로 투입하는 것일 수 있다.In one embodiment, the fourth step may be to use a sodium hydroxide solution and an aqueous ammonia solution. The sodium hydroxide solution may be 1.0 wt% to 30.0 wt% sodium hydroxide solution, it can be added to the mixed solution to adjust the hydrogen ion concentration (pH), the reaction temperature is 50 ℃ to 70 ℃ by adding sodium hydroxide You can adjust it. The aqueous ammonia solution may be 5.0 wt% to 50.0 wt% aqueous ammonia solution, for example, 28.0 wt% aqueous ammonia solution. The component molar ratio of the mixed solution may be added at a constant rate so that the mixed solution is 0.5 to 2.0 empty based on ammonia.

본 발명의 다른 금속복합체의 제조방법은 니켈(Ni) 및 코발트(Co)를 포함하는 제1 금속염 용액을 반응기에 투입하는 제1 단계; 상기 반응기에 알루미늄(Al)을 포함하는 제2 금속염 용액을 투입하는 제2 단계; 상기 반응기 내에 상기 제1 금속염 용액 및 상기 제2 금속염 용액을 혼합하여 혼합 용액을 제조하는 제3 단계; 수산화나트륨 용액 및 진한 암모니아 수용액을 이용하여 상기 반응기 내에 상기 혼합 용액의 수소이온농도를 pH 10 이상으로 조절하는 제4 단계; 및 상기 제4 단계 이후, 상기 혼합 용액을 거르고, 증류수 세척 및 120 ℃에서 건조하는 제5 단계를 포함한다.Another method of manufacturing a metal complex of the present invention comprises the first step of injecting a first metal salt solution containing nickel (Ni) and cobalt (Co) to the reactor; A second step of introducing a second metal salt solution containing aluminum (Al) into the reactor; A third step of preparing a mixed solution by mixing the first metal salt solution and the second metal salt solution in the reactor; A fourth step of adjusting the hydrogen ion concentration of the mixed solution to pH 10 or more in the reactor by using a sodium hydroxide solution and a concentrated aqueous ammonia solution; And a fifth step of filtering the mixed solution, washing with distilled water and drying at 120 ° C. after the fourth step.

일 실시예에서 상기 반응기는 다양한 반응기를 사용할 수 있으며, 이에 제한하는 것은 아니나 연속반응기 일 수 있고, 예를 들어 CSTR 연속 반응기를 사용할 수 있다. 일 실시예에서 상기 반응기의 스터링 속도는 이에 제한하는 것은 아니나, 300 RPM 이상일 수 있고, 예를 들어 300 RPM 내지 700 RPM일 수 있다. 일 실시예에서 상기 반응기 내에 상기 혼합 용액의 체류 시간은 1 시간 내지 15 시간일 수 있다. 예를 들어 10 시간일 수 있고, 상기 체류 시간이 1 시간 미만인 경우에는 전체 생산성이 감소할 수 있고, 15 시간을 초과하는 경우에는 입자 형성이 어려워지는 문제점이 발생될 수 있다.In one embodiment, the reactor may use various reactors, but is not limited thereto, and may be a continuous reactor, for example, a CSTR continuous reactor may be used. In one embodiment, the stirling speed of the reactor is not limited thereto, but may be 300 RPM or more, for example, 300 RPM to 700 RPM. In one embodiment, the residence time of the mixed solution in the reactor may be 1 hour to 15 hours. For example, it may be 10 hours, when the residence time is less than 1 hour, the overall productivity may be reduced, when more than 15 hours may cause problems that the particle formation becomes difficult.

일 실시예에서 상기 반응기에는 증류수가 담겨있을 수 있고, 상기 제1 금속염 용액은 증류수가 담긴 상기 반응기 내부로 투입되는 것일 수 있다. 상기 제1 금속염 용액을 먼저 일정 시간 투입하다가, 상기 제2 금속염 용액을 추가로 투입하여, 동시에 상기 제1 및 제2 금속염 용액을 함께 투입하는 것일 수 있다.In one embodiment, the reactor may contain distilled water, and the first metal salt solution may be introduced into the reactor containing distilled water. While the first metal salt solution is first added for a predetermined time, the second metal salt solution may be further added, and the first and second metal salt solutions may be simultaneously added together.

일 실시예에서 상기 제1 금속염 용액은 예를 들어 황산니켈(NiSO4), 황산코발트(CoSO4), 수산화니켈, 수산화코발트 등과 같은 금속염들을 이용하여 제조할 수 있고, 상기 제2 금속염 용액은 상기 제1 금속염 용액의 성분을 일부 포함할 수 있으며, 수산화알루미늄(Al(OH)3)을 이용하여 제조할 수 있다.In one embodiment, the first metal salt solution may be prepared using metal salts such as, for example, nickel sulfate (NiSO 4 ), cobalt sulfate (CoSO 4 ), nickel hydroxide, cobalt hydroxide, and the like. Part of the first metal salt solution may be included, and may be prepared using aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ).

일 실시예에서 상기 제1 금속염 용액 내의 금속염 농도는 1.5 M 내지 2.5 M 일 수 있다. 예를 들어 금속염의 농도가 1.5 M 미만인 경우에는 전체 수율이 감소하는 문제점이 발생할 수 있고, 2.5 M를 초과하는 경우에는 점도가 높아지고, 반응성이 감소하는 문제점이 발생할 수 있다. 일 실시예에서 상기 제2 금속염 용액 내의 금속염 농도는 0.01 M 내지 2.0 M 일 수 있다. 예를 들어 금속염 농도가 0.01 M 미만인 경우에는 전체적으로 첨가되는 금속의 양이 너무 적기 때문에 생산속도 및 생산효율이 저하될 수 있고, 2.0 M을 초과하는 경우에는 안정적인 콜로이드 형성이 어려울 수 있다.In one embodiment, the metal salt concentration in the first metal salt solution may be 1.5 M to 2.5 M. For example, when the concentration of the metal salt is less than 1.5M may cause a problem that the overall yield is reduced, and when it exceeds 2.5M may cause a problem that the viscosity is high, the reactivity is reduced. In one embodiment, the metal salt concentration in the second metal salt solution may be 0.01 M to 2.0 M. For example, when the metal salt concentration is less than 0.01 M, the amount of metal added as a whole is too small, the production rate and production efficiency may be lowered, and when it exceeds 2.0 M, stable colloid formation may be difficult.

상기 금속복합체의 제조 방법은 상기 반응기 내부로 상기 제1 금속염 용액 및 제2 금속염 용액을 투입하는 속도를 조절함으로써, 상기 반응기 내부에 상기 혼합 용액의 몰비를 조절하는 것일 수 있다. 일 실시예에서 상기 혼합 용액의 니켈, 코발트 및 알루미늄의 몰비는 0.8 내지 1, 0 내지 0.2 및 0 내지 0.2 일 수 있다. 예를 들어 니켈, 코발트 및 알루미늄의 몰비는 0.86, 0.12 및 0.02 일 수 있다.The manufacturing method of the metal complex may be to adjust the molar ratio of the mixed solution in the reactor by controlling the rate of injecting the first metal salt solution and the second metal salt solution into the reactor. In one embodiment, the molar ratio of nickel, cobalt and aluminum in the mixed solution may be 0.8 to 1, 0 to 0.2, and 0 to 0.2. For example, the molar ratios of nickel, cobalt and aluminum can be 0.86, 0.12 and 0.02.

일 실시예에서 상기 제1 금속염 용액 및 제2 금속염 용액을 일정한 속도로 투입하여 상기 반응기 내부에 상기 혼합 용액의 몰비를 조절하는 것 일 수 있다.In one embodiment, the first metal salt solution and the second metal salt solution may be added at a constant rate to adjust the molar ratio of the mixed solution inside the reactor.

일 실시예에서 상기 제4 단계는 수산화나트륨 용액 및 암모니아 수용액을 이용하는 것일 수 있다. 상기 수산화나트륨 용액은 20 wt% 수산화나트륨 용액일 수 있고, 상기 혼합 용액에 첨가하여 pH를 조절할 수 있으며, 반응 온도가 50 ℃ 내지 70 ℃가 되도록 조절할 수 있다. 상기 암모니아 수용액은 5 wt% 내지 50 wt% 암모니아 수용액일 수 있고, 예를 들어 28 %의 암모니아 수용액이 사용될 수 있다. 암모니아와 상기 혼합 용액의 비율은 암모니아를 기준으로 상기 혼합 용액의 비율이 0.5 내지 2.0가 되도록 일정 속도로 투입하는 것일 수 있다.In one embodiment, the fourth step may be to use a sodium hydroxide solution and an aqueous ammonia solution. The sodium hydroxide solution may be 20 wt% sodium hydroxide solution, it can be added to the mixed solution to adjust the pH, the reaction temperature may be adjusted to 50 ℃ to 70 ℃. The aqueous ammonia solution may be 5 wt% to 50 wt% aqueous ammonia solution, for example 28% aqueous ammonia solution may be used. The ratio of ammonia and the mixed solution may be added at a constant rate such that the ratio of the mixed solution is 0.5 to 2.0 based on ammonia.

예를 들어 본 발명의 금속복합체 제조 방법은 니켈, 코발트를 주된 금속염으로 포함하는 제1 금속염 용액을 증류수가 담긴 반응기 내에 투입하는 단계와 상기 제1 금속염 용액의 투입과 동시에, 알루미늄, 망간, 아연, 주석, 칼슘, 게르마늄, 갈륨 등을 양이온과 결합한 수산화물, 산화물, 질소화합물, 불소화합물 및 인산화합물에서 선택된 적어도 하나 이상(예를 들어 1 내지 3 개)의 원소를 포함하는 분말의 습식제분공정을 통해서 농도가 다른 두 가지 분말분쇄 용액(나노 콜로이드 용액)을 제조하여 각각의 중심부 형성용 분말분쇄 용액과 표면부 형성용 분말분쇄 용액의 혼합 비율이 100 wt% : 0 wt% 에서 0 wt% :100 wt% 까지 점진적으로 변화할 수 있도록 상기 용액들을 혼합하여 하기 M1, M2 및 M3의 농도는 중심부에서부터 표면부까지 연속적인 농도 구배를 가질수 있도록 상기 반응기 내에 투입하는 단계 및 수산화나트륨 용액 및 암모니아 수용액을 상기 반응기 내에 투입하면서 상기 반응기 내에 투입된 제1 금속염 용액 전체의 수소이온농도를 pH 10 이상, 예를 들어 pH 10 내지 pH 12로 조절함으로써, 아래의 화학식 1로 표시되는 금속복합체(니켈 복합 수산화물 전구체) 입자를 침전시킬 수 있다.For example, the method of manufacturing a metal complex of the present invention comprises adding a first metal salt solution containing nickel and cobalt as a main metal salt into a reactor containing distilled water and simultaneously adding aluminum, manganese, zinc, Through a wet milling process of a powder containing at least one element (eg, 1 to 3) selected from hydroxides, oxides, nitrogen compounds, fluorine compounds and phosphoric acid compounds in which tin, calcium, germanium, and gallium are combined with cations Two powder grinding solutions (nano colloidal solutions) having different concentrations were prepared, and the mixing ratios of the powder grinding solution for forming the center portion and the powder grinding solution for forming the surface portion were 100 wt%: 0 wt% to 0 wt%: 100 wt By mixing the solutions so that they can vary gradually by%, the concentrations of M1, M2 and M3 will have a continuous concentration gradient from the center to the surface. Adding the sodium hydroxide solution and the aqueous ammonia solution into the reactor so as to adjust the hydrogen ion concentration of the entire first metal salt solution added to the reactor to pH 10 or more, for example, pH 10 to pH 12 It is possible to precipitate the metal composite (nickel composite hydroxide precursor) particles represented by Formula 1 below.

[화학식 1] [Formula 1]

Ni1-w-x-y-zCowM1xM2yM3z(OH)2-pXp,Ni 1-wxyz Co w M1 x M2 y M3 z (OH) 2-p X p ,

상기 화학식 1의 M1, M2 및 M3은 각각 서로 독립적으로 Al, Mg, Zr, Sn, Ca, Ge, Ga 중에 하나이며, 상기 X는 F, N, P 중에 하나이고, 상기 w는 0.01 내지 0.2, 상기 x, y 및 z는 x+y+z가 0 내지 0.1, 상기 p는 0 내지 0.1이다.M1, M2 and M3 of Formula 1 are each independently one of Al, Mg, Zr, Sn, Ca, Ge, Ga, wherein X is one of F, N, P, w is 0.01 to 0.2, X, y, and z are each 0 + 0.1 in x + y + z, and p is 0-0.1.

본 발명의 양극활물질의 제조방법은 본 발명의 금속복합체의 제조 방법을 통해서 제조된, 연속적인 금속 농도 구배를 갖는 금속복합체를 리튬염과 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 및 상기 혼합물을 500 ℃ 이상의 고온에서 5 시간 이상 소성시키는 단계;를 포함한다.Method for producing a cathode active material of the present invention comprises the steps of preparing a mixture by mixing a metal complex having a continuous metal concentration gradient, prepared by the method for producing a metal complex of the present invention with lithium salt; And calcining the mixture at a high temperature of 500 ° C. or higher for at least 5 hours.

상기 리튬염은 이에 제한하는 것은 아니나 예를들어 수산화리튬(LiOH)을 사용할 수 있고, 상기 혼합물의 상기 금속복합체와 상기 리튬의 성분 비율은 금속복합체를 기준으로 리튬의 몰비가 0.8 내지 1.5 일 수 있다. 예를 들어 금속복합체를 기준으로 리튬의 몰비는 1.05일 수 있다.The lithium salt is not limited thereto, for example, lithium hydroxide (LiOH) may be used, and the molar ratio of lithium to the metal complex of the mixture may be 0.8 to 1.5 based on the metal complex. . For example, the molar ratio of lithium based on the metal complex may be 1.05.

일 실시예에서 상기 500 ℃ 이상의 고온은 600 ℃ 내지 900 ℃일 수 있고, 예를 들어 730 ℃ 일 수 있다.In one embodiment, the high temperature of 500 ° C. or higher may be 600 ° C. to 900 ° C., for example, 730 ° C.

일 실시예에서 소성시키는 단계는 5 시간 내지 30 시간 수행할 수 있으며, 예를 들어 10 시간 동안 수행될 수 있고, 일 실시예에서 상기 소성시키는 단계는 대기분위기 또는 산소분위기하에서 수행될 수 있다.In one embodiment, the firing step may be performed for 5 hours to 30 hours, for example, 10 hours, and in one embodiment, the firing step may be performed in an air atmosphere or an oxygen atmosphere.

본 발명의 금속복합체는 중심부에서부터 표면부로 갈수록 원소의 연속적인 농도 구배를 통해 표면 안정성이 증가된, 하기 화학식 1로 나타내는 금속복합체로,The metal complex of the present invention is a metal complex represented by the following formula 1, the surface stability is increased through the continuous concentration gradient of the element from the central portion to the surface portion,

[화학식 1] [Formula 1]

Ni1-w-x-y-zCowM1xM2yM3z(OH)2-pXp,Ni 1-wxyz Co w M1 x M2 y M3 z (OH) 2-p X p ,

상기 화학식 1의 M1, M2 및 M3은 각각 서로 독립적으로 Al, Mg, Zr, Sn, Ca, Ge 및 Ga 등에서 하나일 수 있고, 상기 X는 F, N, P등에서 하나일 수 있으며, 상기 w는 0.01 내지 0.2, 상기 x, y 및 z는 x+y+z가 0 내지 0.1, 상기 p는 0 내지 0.1 일 수 있다.M1, M2 and M3 of Formula 1 may be each independently one from Al, Mg, Zr, Sn, Ca, Ge and Ga, etc., X may be one from F, N, P, etc., wherein w is 0.01 to 0.2, x, y and z may be 0 + 0.1 x + y + z, p may be 0 to 0.1.

상기 금속복합체는 중심부에서부터 표면부까지 금속 원소의 연속적인 농도 구배에 의한 표면 안전화를 통해서 안정성이 증가될 수 있다. 따라서 재현성이 우수하고 양산성이 우수한 효과를 나타낼 수 있고, 이를 통해 양극재의 안정성 및 성능 개선 효과를 나타낼 수 있다.The metal complex may increase stability through surface stabilization by a continuous concentration gradient of the metal element from the central portion to the surface portion. Therefore, excellent reproducibility and mass productivity can be obtained, and through this, the stability and performance of the cathode material can be improved.

중심부에서부터 표면부로 갈수록 니켈(Ni) 및 코발트(Co)의 농도가 연속적으로 감소하는 것을 특징으로 하는, Characterized in that the concentration of nickel (Ni) and cobalt (Co) continuously decreases from the central portion to the surface portion,

일 실시예에서 상기 금속복합체는 중심부에서부터 표면부로 갈수록 연속적으로 니켈(Ni) 및 코발트(Co)의 농도가 감소하고, 동시에 상기 M1, M2 및 M3의 농도는 중심부부터 표면부로 갈수록 연속적으로 증가할 수 있다.In one embodiment, the metal complex may continuously decrease the concentration of nickel (Ni) and cobalt (Co) from the center to the surface portion, and at the same time, the concentrations of M1, M2, and M3 may continuously increase from the center portion to the surface portion. have.

일 실시예에서 상기 금속복합체는 입자 크기가 1 μm 내지 300 μm 일 수 있다.In one embodiment, the metal composite may have a particle size of 1 μm to 300 μm.

본 발명의 다른 목적을 위한 양극활물질은 입자 중심부로부터 표면부까지 연속적인 금속 농도 구배를 가질 수 있다.The positive electrode active material for another object of the present invention may have a continuous metal concentration gradient from the particle center to the surface portion.

일 실시예에서 상기 금속복합체를 포함하는 상기 양극활물질은 중심부로부터 표면부로 갈수록 연속적으로 니켈(Ni) 및 코발트(Co)의 농도가 감소하고, 상기 M1, M2 및 M3의 농도는 중심부로부터 표면부로 갈수록 연속적으로 증가하는 것일 수 있다.In one embodiment, the positive electrode active material including the metal composite continuously decreases the concentration of nickel (Ni) and cobalt (Co) from the central portion to the surface portion, and the concentrations of M1, M2, and M3 increase from the central portion to the surface portion. It may be increasing continuously.

상기 금속복합체는 니켈 및 코발트의 농도가 중심부에서부터 표면부로 갈수록 점진적으로 감소하는 것일 수 있고, 알루미늄 등의 농도가 중심부에서 표면부로 갈수록 점진적으로 증가하는 것일 수 있다.The metal complex may be one in which the concentration of nickel and cobalt gradually decreases from the center portion to the surface portion, and the concentration of aluminum and the like may gradually increase from the center portion to the surface portion.

일 실시예에서 상기 양극활물질의 표면적은 0.1 m2/g 내지 2.0 m2/g일 수 있고, 입자 크기는 1 μm 내지 30 μm일 수 있다. 예를 들어 상기 양극활물질의 입자 크기는 9 μm 일 수 있다.In one embodiment, the surface area of the cathode active material may be 0.1 m 2 / g to 2.0 m 2 / g, the particle size may be 1 μm to 30 μm. For example, the particle size of the cathode active material may be 9 μm.

본 발명의 2차 전지는 상기 본 발명의 양극활물질을 포함할 수 있다.The secondary battery of the present invention may include the cathode active material of the present invention.

본 발명은 리튬 이차 전지용(Li-ion battery) 니켈 함유 금속복합체(또는 금속 복합 산화물), 이를 포함하는 양극활물질 및 이들의 제조 방법에 관한 것으로, 공침법(co-precipitation)을 이용하여 리튬 이차 전지용으로 니켈함량이 높은 다성분 금속산화물계 양극활물질을 제조하는데 있어서, 주된 용량을 발현하는 니켈 금속을 포함하는 용액 및 양극재 특성을 개선시키기 위해 습식제분공정(wet milling)을 통해 제조된 금속 수산화물 용액을 이용하여 연속적인 농도구배를 가지도록 안정적으로 투입함으로써, 종래의 공침법보다 입자의 크기 개선, 평균 밀도 증가, 양극 특성 개선 등의 효과를 갖는 양극재에 관한 기술이다.The present invention relates to a lithium secondary battery (Li-ion battery) nickel-containing metal complex (or metal complex oxide), a positive electrode active material comprising the same and a method for manufacturing the same, for a lithium secondary battery using co-precipitation (co-precipitation) In the production of a multi-component metal oxide-based cathode active material having a high nickel content, a solution containing a nickel metal expressing a main capacity and a metal hydroxide solution prepared by wet milling to improve the cathode material characteristics By stably injecting to have a continuous concentration gradient by using, it is a technique for a positive electrode material having the effect of improving the size of particles, increase the average density, improve the characteristics of the cathode than the conventional coprecipitation method.

본 발명은 공침법을 이용하여 리튬 이차 전지용 니켈 함유 다성분 금속복합체(또는 금속산화물계) 고용량 양극활물질 제조를 용이하게 할 수 있고, 평균 입도를 균일하게 할 수 있으며, 미분을 감소시켜 양극재 성능을 개선할 수 있다.The present invention can facilitate the preparation of a nickel-containing multi-component metal composite (or metal oxide-based) high capacity positive electrode active material for lithium secondary batteries using a coprecipitation method, can make the average particle size uniform, and reduce the fine powder to improve cathode material performance. Can be improved.

종래의 공침법을 이용한 기술은 다성분계 공침 용액을 하나만 사용하거나 알루미늄 등을 포함하는 안정적인 나노콜로이드 입자를 pH 조절을 통해 형성하는 방법이거나, 농도 구배가 없는 입자가 제조되는 방법이었다.The conventional coprecipitation method is a method of forming a stable nano-colloidal particles containing only one multi-component coprecipitation solution or containing aluminum, such as by adjusting the pH, or a method having no concentration gradient.

본 발명은 한 개의 주된 금속염 용액(예를 들어, 제1 금속염 용액)의 투입과 동시에, 다양한 기능성 양이온/음이온을 함유하여 양극 물질의 기능을 개선할 수 있는 성분의 고체 시료(분말)의 습식제분 공정을 통해 농도가 다른 2 가지 이상의 용액을 형성하고(예를 들어 서로 다른 농도의 나노콜로이드 용액으로, 하나는 중심부 형성용, 다른 하나는 표면부 형성용 일 수 있다.), 이를 일정 비율로 투입함으로써, 종래의 분리투여법이 가진 단점을 개선할 수 있고 다양한 기능성 성분들을 선택적이며 연속적인 농도 구배를 가지도록 안정적으로 투입하는 제조 방법을 제공하고 있어 고용량/고성능 발현이 가능한 리튬 이차 전지용 니켈 함유 금속복합체를 제공할 수 있다.The present invention is wet preparation of a solid sample (powder) of a component containing various functional cations / anions to improve the function of the positive electrode material simultaneously with the input of one main metal salt solution (for example, the first metal salt solution). The process forms two or more solutions of different concentrations (e.g., nanocolloid solutions of different concentrations, one for forming the core and the other for forming the surface), and in a proportion Thus, the nickel-containing metal for a lithium secondary battery capable of improving the disadvantages of the conventional separation administration method and stably injecting various functional components to have a selective and continuous concentration gradient, thus enabling high capacity / high performance expression. Complexes may be provided.

상기 금속복합체 제조 방법은 니켈, 망간, 코발트 등의 침전 영역이 유사한 금속염을 포함하는 제1 금속염 용액, 그리고 알루미늄 등을 결합한 화합물 등의 분말의 습식 분쇄를 통해 제조된 제2 금속염 용액을 반응기에 투입함으로써, 미분을 효과적으로 제거하고, 생성된 입자 내에서 니켈과 코발트의 농도는 상기 금속복합체의 입자 중심부로부터 표면부로 갈수록 연속적인 농도구배를 가지면서 감소하고, M1 내지 M3의 농도는 상기 중심부에서부터 상기 표면부로 갈수록 연속적인 농도구배를 가지면서 증가하는 것을 특징으로 하며, 기존의 분말분쇄 용액을 이용한 공침법의 장점인 침전 영역에 구애받지 않고 다양한 기능성 성분들을 효과적으로 분포시키는 효과를 가지며, 양극재 성능의 안정성을 증가시킬 수 있다.In the method of preparing a metal complex, a second metal salt solution prepared by wet grinding of a powder of a first metal salt solution including a metal salt having a similar precipitation region such as nickel, manganese, cobalt, and aluminum, and the like is added to a reactor. Thereby, the fine powder is effectively removed, and the concentration of nickel and cobalt in the produced particles decreases with a continuous concentration gradient from the particle center of the metal complex to the surface portion, and the concentration of M1 to M3 decreases from the center to the surface. It is characterized by increasing with a continuous concentration gradient toward the wealth, and has the effect of effectively distributing various functional components regardless of the precipitation area, which is an advantage of the coprecipitation method using the conventional powder grinding solution, stability of the performance of the cathode material Can be increased.

다양한 금속들의 경우, 분리 투여 용액이 초기 모입자(다시말해서, 금속복합체) 형성에 있어서 영향을 미치는 문제점 때문에, 양산화에 어려움이 있었다. 본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해서, Ni, Mn, Co 등의 침전 영역이 유사한 금속염을 포함하는 제1 금속염 용액을 제조할 수 있고 Al 등과 같이 침전 수소이온농도(pH) 영역이 다른 금속염을 습식제분공정을 통해 제조한 분말 분쇄 용액을 제2 금속염 용액으로써 제조할 수 있다. 상기 제1 금속염 용액이 투입되고 일정 시간이 지난 후부터 일정 비율로 혼합하는 분리 투여를 할 수 있다. 상기 분리 투여에 의해 중심부부터 표면부까지 농도 구배를 갖는 적절한 구형의 전구체, 다시말해서 금속복합체가 형성이 될 수 있고, 표면부에 증가하는 Al 등과 같은 다양한 2차 금속의 농도는 양극재의 안정성을 증가시키는 효과를 가져온다.For various metals, there was a difficulty in mass production because of the problem that the separate dose solution affects the formation of initial parent particles (ie, metal complexes). In the present invention, in order to solve this problem, it is possible to prepare a first metal salt solution containing a metal salt having a similar precipitation region, such as Ni, Mn, Co, and wet the metal salt having a different precipitation hydrogen ion concentration (pH) region, such as Al The powder grinding solution prepared through the milling process may be prepared as a second metal salt solution. After the first metal salt solution is added and a predetermined time elapses, separate administration may be performed at a predetermined ratio. By the separate administration, an appropriate spherical precursor having a concentration gradient from the center portion to the surface portion, that is, a metal complex may be formed, and the concentration of various secondary metals such as Al, which increases on the surface portion, increases the stability of the cathode material. Has the effect of

이하 본 발명의 실시예들에 대해 상술한다. 다만, 하기 실시예들은 본 발명의 일부 실시 형태에 불과한 것으로서, 본 발명이 하기 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, the following examples are only some embodiments of the present invention, and the present invention should not be construed as being limited to the following examples.

실시예 1(금속복합체 제조)Example 1 (metal complex production)

Ni/Co 몰비가 0.88/0.12가 되도록 금속염 NiSO4, CoSO4을 이용하여 제1 금속염 용액을 제조하였다. 이와 분리된 제2 금속염 용액으로써, Al(OH)3 분말을 습식제분하여 나노 크기의 입자를 포함하는 나노콜로이드 용액(분말 분쇄 용액)을 제조하였다. 상기 나노콜로이드 용액은 서로 다른 농도의 중심부 형성용 나노콜로이드 용액과 표면부 형성용 나노콜로이드 용액을 각각 제조하여 혼합하여 사용하였다.The first metal salt solution was prepared using metal salts NiSO 4 and CoSO 4 such that the Ni / Co molar ratio was 0.88 / 0.12. As a second metal salt solution separated therefrom, Al (OH) 3 powder was wet-milled to prepare a nanocolloid solution (powder milling solution) containing nano-sized particles. The nanocolloid solution was prepared by mixing the nano-colloid solution for forming the center and the nano-colloid solution for forming the surface portion of different concentrations, respectively.

상기 두 가지 금속염 용액 중에서, 제1 금속염 용액을 CSTR 연속 반응기에 먼저 투입하였다. 투입 후 3 시간 내지 6 시간 사이에, 상기 제2 금속염 용액을 상기 반응기에 투입하여 혼합 용액을 제조하였다. 이때, 중심부 형성용 나노콜로이드 용액과 표면부 형성용 나노콜로이드 용액을 일정한 비율로 혼합하면서 투입하였고, 제1 금속염 용액 및 제2 금속염 용액의 투입 속도를 조절하여, 상기 반응기 내에 상기 혼합 용액의 Ni/Co/Al 몰비가 0.86/0.12/0.02가 되도록 하였다. 동시에 20 wt% 수산화나트륨(NaOH) 용액 및 진한 암모니아 수용액을 투입하였다. 상기 혼합 용액의 수소이온농도가 pH 10 내지 pH 12가 되도록 수산화나트륨 용액의 투입량을 조절하였다. 상기 반응기의 스터링 속도(stirring speed)는 300 RPM 내지 700 RPM으로 조절하였으며, 전체 용액의 체류 시간은 10 시간 정도가 되도록 투여량을 조절하였다.Of the two metal salt solutions, the first metal salt solution was first introduced into a CSTR continuous reactor. Between 3 hours and 6 hours after the addition, the second metal salt solution was added to the reactor to prepare a mixed solution. At this time, the nano-colloid solution for forming the center and the nano-colloid solution for forming the surface portion were added while mixing at a constant ratio, by adjusting the feed rate of the first metal salt solution and the second metal salt solution, Ni / of the mixed solution in the reactor Co / Al molar ratio was set to 0.86 / 0.12 / 0.02. At the same time a 20 wt% sodium hydroxide (NaOH) solution and concentrated aqueous ammonia solution were added. The amount of the sodium hydroxide solution was adjusted so that the hydrogen ion concentration of the mixed solution was pH 10 to pH 12. The stiring speed of the reactor was adjusted to 300 RPM to 700 RPM, and the dosage was adjusted so that the residence time of the total solution was about 10 hours.

이 후, CSTR 연속 반응기에서 용액을 받아 이를 걸러준 다음, 증류수로 충분히 세척하였고, 이를 120 ℃의 오븐에서 건조하여 금속복합체(니켈 복합수산화물)을 제조하였다(금속복합체 1). 상기 금속복합체는 양극활물질의 전구체일 수 있다.Thereafter, the solution was collected in a CSTR continuous reactor, filtered, washed with distilled water, and dried in an oven at 120 ° C. to prepare a metal complex (nickel complex hydroxide) (metal complex 1). The metal complex may be a precursor of a cathode active material.

실시예 2(금속복합체 제조)Example 2 (metal composite production)

Ni/Co 몰비가 0.88/0.12가 되도록 금속염 NiSO4, CoSO4을 이용하여 제1 금속염 용액을 제조하였다. 이와 분리된 제2 금속염 용액으로써, Al(OH)3 분말을 습식제분하여 나노 크기의 입자를 포함하는 나노콜로이드 용액을 제조하였다.The first metal salt solution was prepared using metal salts NiSO 4 and CoSO 4 such that the Ni / Co molar ratio was 0.88 / 0.12. As a second metal salt solution separated from this, Al (OH) 3 powder was wet milled to prepare a nanocolloid solution including nano-sized particles.

상기 두 가지 금속염 용액 중에서, 제1 금속염 용액을 CSTR 연속 반응기에 먼저 투입하였다. 투입 후 6 시간이 지난 다음, 상기 제2 금속염 용액을 상기 반응기에 투입하여 혼합 용액을 제조하였다. 이때, 각 용액들을 일정한 비율로 혼합하면서 투입하였다. 제1 금속염 용액 및 제2 금속염 용액의 투입 속도를 조절하여, 상기 반응기 내에 상기 혼합 용액의 Ni/Co/Al의 몰비가 0.86/0.12/0.02가 되도록 하였다. 동시에 20 wt% 수산화나트륨 용액 및 진한 암모니아 수용액을 투여하였다. 상기 혼합 용액의 수소이온농도가 pH 10 내지 pH 12가 되도록 수산화나트륨 용액의 투입량을 조절하였다. 또한, 상기 반응기의 스터링 속도(stirring speed)는 300 RPM 내지 700 RPM으로 조절하였으며, 전체 용액의 체류 시간은 10 시간 정도가 되도록 투여량을 조절하였다. Of the two metal salt solutions, the first metal salt solution was first introduced into a CSTR continuous reactor. Six hours after the addition, the second metal salt solution was added to the reactor to prepare a mixed solution. At this time, each solution was added while mixing at a constant ratio. The feed rate of the first metal salt solution and the second metal salt solution was adjusted so that the molar ratio of Ni / Co / Al in the mixed solution was 0.86 / 0.12 / 0.02 in the reactor. Simultaneously, 20 wt% sodium hydroxide solution and concentrated aqueous ammonia solution were administered. The amount of the sodium hydroxide solution was adjusted so that the hydrogen ion concentration of the mixed solution was pH 10 to pH 12. In addition, the stirring speed of the reactor was adjusted to 300 RPM to 700 RPM, and the dose was adjusted so that the residence time of the total solution was about 10 hours.

이 후, CSTR 연속 반응기에서 용액을 받아 이를 걸러준 다음, 증류수로 충분히 세척하였고, 이를 120 ℃의 오븐에서 건조하여 금속복합체를 제조하였다(금속복합체 2). 상기 금속복합체는 양극활물질의 전구체로 사용될 수 있다.Thereafter, the solution was collected in a CSTR continuous reactor, filtered, and then sufficiently washed with distilled water and dried in an oven at 120 ° C. to prepare a metal composite (metal composite 2). The metal complex may be used as a precursor of the positive electrode active material.

실시예 3(비교예 1)Example 3 (Comparative Example 1)

금속염 NiSO4, CoSO4를 이용하여 제1 금속염 용액을 제조하고, Al(OH)3를 이용하여 제2 금속염 용액(분말분쇄 용액)을 제조한 다음, 상기 두 용액을 동시에 CSTR 연속 반응기에 투입하여 혼합 용액을 제조였다. 상기 두 용액의 투입 속도를 조절하여 상기 혼합 용액의 Ni/Co/Al 몰비가 0.86/0.12/0.02가 되도록 하였다. 동시에 상기 혼합 용액에 20 wt% 수산화나트륨 용액, 진한 암모니아 용액을 투입하였다, 이때, 반응기 내부의 상기 혼합 용액의 수소이온농도가 pH 11 내지 pH 13이 되도록 수산화나트륨 용액의 투여량을 조절하였다. 상기 반응기의 스터링 속도(stirring speed)는 300 RPM 내지 700 RPM으로 조절하였으며, 전체 용액의 체류 시간은 10 시간 정도가 되도록 투여량을 조절하였다.The first metal salt solution was prepared using metal salts NiSO 4 and CoSO 4 , the second metal salt solution (powder milling solution) was prepared using Al (OH) 3 , and the two solutions were simultaneously added to a CSTR continuous reactor. Mixed solution was prepared. The feed rate of the two solutions was adjusted so that the Ni / Co / Al molar ratio of the mixed solution was 0.86 / 0.12 / 0.02. At the same time, 20 wt% sodium hydroxide solution and concentrated ammonia solution were added to the mixed solution. At this time, the dose of the sodium hydroxide solution was adjusted so that the hydrogen ion concentration of the mixed solution in the reactor was pH 11 to pH 13. The stiring speed of the reactor was adjusted to 300 RPM to 700 RPM, and the dosage was adjusted so that the residence time of the total solution was about 10 hours.

이 후, CSTR 연속 반응기에서 용액을 받아 이를 걸러준 다음, 증류수로 충분히 세척하였고, 이를 120 ℃의 오븐에서 건조하여 금속복합체를 제조하였다(금속복합체 3). 상기 금속복합체는 양극활물질의 전구체일 수 있다.Thereafter, the solution was received in a CSTR continuous reactor, filtered, and then sufficiently washed with distilled water and dried in an oven at 120 ° C. to prepare a metal composite (metal composite 3). The metal complex may be a precursor of a cathode active material.

실시예 4(양극활물질 제조)Example 4 (Preparation of Anode Active Material)

상기 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1을 통해서 제조된 금속복합체들을 리튬염으로 LiOH을 사용하여, Li와 금속복합체와의 몰비가 1.05/1.0이 되도록 각각 혼합하였고 이를 산소 분위기하에서 730 ℃, 10 시간 내지 20 시간 반응시켰다.The metal complexes prepared through Examples 1, 2 and Comparative Example 1 were mixed using LiOH as a lithium salt, so that the molar ratio of Li to the metal complex was 1.05 / 1.0, and the mixture was 730 ° C. in an oxygen atmosphere. The reaction was carried out for 10 hours to 20 hours.

실시예 5(제조예 1 : 양극활물질 리튬이온전지 제조)Example 5 (Preparation Example 1: Preparation of a cathode active material lithium ion battery)

상기 실시예 4에 의해 제조된 3 가지 양극활물질 각각과 바인더인 PVDF(Polyvinylidene Fluoride), 도전제인 덴카블랙(상업명 : super p)을 94:3:3의 비율로 혼합하였다. 혼합한 후에, 이를 알루미늄 집전체로 코팅한 다음, 건조시키고 롤프레스(roll press)하여 제조된 전극을 사용하여 코인셀을 제조하였다. 이때 전해질은 1M LiPF6 EC/EMC(1:2)를 이용하였다.Each of the three cathode active materials prepared in Example 4, PVDF (Polyvinylidene Fluoride) as a binder, and denca black (commercial name: super p) as a conductive material were mixed in a ratio of 94: 3: 3. After mixing, it was coated with an aluminum current collector, then dried and roll pressed to prepare a coin cell using an electrode prepared. At this time, 1M LiPF 6 EC / EMC (1: 2) was used as the electrolyte.

결과result

도 1은 본 발명의 일 실시예를 통해 제조된 금속복합체에 대한 도면이다. 도 1을 보면 본 발명의 금속복합체를 그림으로 간단하게 나타낸 것으로, 상기 금속복합체의 중심부에서 표면부로 갈수록 알루미늄의 농도가 증가하는 것을 나타내고 있다.1 is a view of a metal composite prepared through an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the metal composite of the present invention is simply illustrated as a figure, and the concentration of aluminum increases from the center of the metal composite to the surface portion.

도 2 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예를 통해 제조된 금속복합체에 대한 도면들이다. 구체적으로 도 2 내지 도 4는 각각 본 발명에서 나타낸 실시예 1, 실시예 2 및 실시예 3(비교예 1)을 통해서 제조된 금속복합체 입자를 주사전자현미경(SEM, Scanning Electron Microscope)을 사용하여 입자의 크기 및 분포 등을 나타낸 것이다. 도 2 내지 도 4를 보면, 크기가 1 μm 내지 20 μm 정도인 금속복합체를 확인할 수 있고, 비교예를 통해 제조된 경우보다 본 발명의 실시예 1 및 2를 통해 제조된 입자의 경우 더 균일하게 입자가 형성된 것을 알 수 있고, 입자들이 고르게 형성된 것을 확인 할 수 있다.2 to 6 are views of the metal composite prepared through one embodiment of the present invention. Specifically, FIGS. 2 to 4 show the metal composite particles prepared in Examples 1, 2 and 3 (Comparative Example 1) of the present invention, respectively, using a scanning electron microscope (SEM). The size and distribution of the particles are shown. 2 to 4, it can be confirmed that the metal complex having a size of about 1 μm to 20 μm, more uniformly in the case of particles produced through Examples 1 and 2 of the present invention than when manufactured through a comparative example. It can be seen that the particles are formed, it can be seen that the particles are formed evenly.

구체적으로 도 5 및 도 6은 구체적으로 본 발명에 따른 실시예 1 및 2를 통해 제조된 금속복합체들의 단면을 전자현미분석기(EPMA, Electron Probe Micro-. Analyzer)를 통해 성분 분석한 결과를 나타낸 것이다. 실시예 1과 실시예 2를 통해 제조된 상기 금속복합체 입자를 도 2 및 도 3에 나타낸 것처럼, SEM 이미지들만 비교하면 유사하게 보이지만, 도 5 및 도 6을 보면, 실시예 1에서 나타내고 있는 금속복합체 1이 실시예 2에서 나타내고 있는 금속복합체 2보다 더 중심부에서부터 알루미늄이 존재하는 것을 알 수 있다.Specifically, FIGS. 5 and 6 show the results of component analysis of the cross-sections of the metal composites prepared in Examples 1 and 2 according to the present invention through an Electron Probe Micro-Analyzer (EPMA). . As shown in FIGS. 2 and 3, the metal composite particles prepared in Examples 1 and 2 look similar when compared to only SEM images, but in FIGS. 5 and 6, the metal composites shown in Example 1 are shown. It can be seen that aluminum is present from the center more than the metal complex 2 shown in Example 1 of Example 2.

도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예를 통해 제조된 양극활물질에 대한 도면들이다. 구체적으로 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 금속복합체를 이용하여 제조된 양극활물질의 주사전자현미경 이미지를 나타낸 것으로, 도 7 내지 도 9를 보면, 각각의 양극활물질 모두 평균 입경이 9 μm 이상인 것을 알 수 있고, 미분량이 감소하는 것을 알 수 있다.7 to 9 are views for the positive electrode active material prepared through an embodiment of the present invention. Specifically, a scanning electron microscope image of a cathode active material prepared using a metal composite prepared according to an embodiment of the present invention. Referring to FIGS. 7 to 9, each cathode active material has an average particle diameter of 9 μm or more. It can be seen that the fine amount decreases.

도 10 내지 도 13은 본 발명의 일 실시예를 통해 제조된 코인셀에 대한 도면들이다. 구체적으로 도 9 내지 도 13 는 실시예 5를 통해서 제조된 코인셀의 초기 충방전 곡선을 나타낸 것으로, 충전 시에는 4.3 V 정전류/정전압 방식으로 1/20 C의 조건으로 수행하였다.10 to 13 are views for a coin cell manufactured through an embodiment of the present invention. Specifically, FIG. 9 to FIG. 13 show initial charge / discharge curves of the coin cell manufactured in Example 5, and charging was performed under a condition of 1/20 C in a 4.3 V constant current / constant voltage method.

아래의 표 1을 참조하면, 실시예 1을 통해 제조된 양극재의 경우, 초기 효율이 92 % 정도로 우수하고, 0.1 C-rate에서 가역적 충방전 용량이 208 mAh/g 정도로 확인되었고, 4 C의 속도에서 0.1 C의 속도 대비 71.2 %의 우수한 속도 특성을 보이고 있음을 알 수 있다. 사이클 테스트 또한 50 번째 사이클에서 96.7 %의 뛰어난 안정성을 보였으며, 이는 실시예 2와 비교예 1 보다 우수한 것으로 확인되었다.Referring to Table 1 below, for the cathode material prepared in Example 1, the initial efficiency was about 92%, the reversible charge and discharge capacity was confirmed to be about 208 mAh / g at 0.1 C-rate, the speed of 4 C It can be seen that the excellent speed characteristics of 71.2% compared to the speed of 0.1 C. The cycle test also showed excellent stability of 96.7% at the 50th cycle, which was confirmed to be superior to Example 2 and Comparative Example 1.

구분division C-rateC-rate 충방전용량
(mAh/g)
Charge and discharge capacity
(mAh / g)
쿨롱효율
(%)
Coulomb Efficiency
(%)
Rate 효율(%)
(4C vs. 0.1C)
Rate efficiency (%)
(4C vs. 0.1C)
Cycle 효율(%)
(50th vs. 1st)
Cycle efficiency (%)
(50 th vs. 1 st )
실시예1
양극재
Example 1
Cathode material
0.1C/0.1C0.1C / 0.1C 219/202219/202 92.2 92.2 71.271.2 96.796.7
0.5C/0.1C0.5C / 0.1C 198/208198/208 105.1 105.1 0.5C/0.2C0.5C / 0.2C 202/199202/199 98.5 98.5 0.5C/0.5C0.5C / 0.5C 196/190196/190 96.9 96.9 0.5C/1.0C0.5C / 1.0C 188/183188/183 97.3 97.3 0.5C/2.0C0.5C / 2.0C 182/174182/174 95.6 95.6 0.5C/4.0C0.5C / 4.0C 173/148173/148 85.5 85.5 실시예2
양극재
Example 2
Cathode material
0.1C/0.1C0.1C / 0.1C 225/195225/195 86.7 86.7 74.174.1 92.692.6
0.5C/0.1C0.5C / 0.1C 196/201 196/201 102.6 102.6 0.5C/0.2C0.5C / 0.2C 202/196 202/196 97.0 97.0 0.5C/0.5C0.5C / 0.5C 196/188196/188 95.9 95.9 0.5C/1.0C0.5C / 1.0C 189/182189/182 96.3 96.3 0.5C/2.0C0.5C / 2.0C 182/169182/169 92.9 92.9 0.5C/4.0C0.5C / 4.0C 170/149170/149 87.6 87.6 비교예1
양극재
Comparative Example 1
Cathode material
0.1C/0.1C0.1C / 0.1C 207/176207/176 85.0 85.0 77.377.3 68.568.5
0.5C/0.1C0.5C / 0.1C 175/172175/172 98.3 98.3 0.5C/0.2C0.5C / 0.2C 171/163171/163 95.3 95.3 0.5C/0.5C0.5C / 0.5C 163/155163/155 95.1 95.1 0.5C/1.0C0.5C / 1.0C 156/150156/150 96.2 96.2 0.5C/2.0C0.5C / 2.0C 151/144151/144 95.4 95.4 0.5C/4.0C0.5C / 4.0C 145/133145/133 91.7 91.7

상기에서는 첨부된 도면 및 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to the accompanying drawings and preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art can variously change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. It will be appreciated that modifications and variations can be made.

Claims (17)

금속복합체의 제조 방법으로서,
제1 금속염 용액을 반응기에 투입하는 제1 단계;
서로 농도가 다른 두 가지 나노콜로이드 용액이 혼합된 제2 금속염 용액을 상기 반응기에 투입하는 제2 단계;
상기 반응기 내에 상기 제1 금속염 용액 및 상기 제2 금속염 용액을 혼합하여 혼합 용액을 제조하는 제3 단계;
상기 반응기 내에 상기 혼합 용액의 수소이온농도를 pH 10 이상으로 조절하는 제4 단계; 및
상기 제4 단계 후, 상기 혼합 용액을 거르고 세척 및 건조하는 제5 단계;를 포함하고,
상기 제1 금속염 용액은 니켈(Ni), 망간(Mn) 및 코발트(Co) 중에서 적어도 하나 이상을 포함하고,
상기 제2 금속염 용액은 알루미늄(Al), 게르마늄(Ge), 갈륨(Ga) 및 인듐(In) 중에서 적어도 하나 이상을 포함하며, 상기 두 가지 나노콜로이드 용액은 중심부 형성용 용액과 표면부 형성용 용액으로 나뉘며, 금속 복합체의 중심부로부터 표면부까지 상기 중심부 형성용 용액과 상기 표면부 형성용 용액의 혼합 비율이 100wt% : 0wt%에서 0wt% : 100wt%까지 변화하도록 상기 두 가지 나노콜로이드 용액을 혼합하여 상기 제 2 금속염 용액의 원소의 농도가 중심부로부터 표면부까지 연속적인 농도 구배를 갖는,
금속복합체의 제조 방법.
As a method for producing a metal complex,
A first step of introducing a first metal salt solution into the reactor;
A second step of introducing a second metal salt solution in which two nanocolloid solutions having different concentrations are mixed into the reactor;
A third step of preparing a mixed solution by mixing the first metal salt solution and the second metal salt solution in the reactor;
A fourth step of adjusting the hydrogen ion concentration of the mixed solution to pH 10 or more in the reactor; And
After the fourth step, the fifth step of filtering, washing and drying the mixed solution;
The first metal salt solution includes at least one of nickel (Ni), manganese (Mn) and cobalt (Co),
The second metal salt solution includes at least one or more of aluminum (Al), germanium (Ge), gallium (Ga), and indium (In), and the two nanocolloidal solutions are a solution for forming a core and a solution for forming a surface portion. The two nanocolloid solutions are mixed so that the mixing ratio of the solution for forming the center and the solution for forming the surface portion varies from 100 wt%: 0 wt% to 0 wt%: 100 wt% from the center portion of the metal composite to the surface portion. Wherein the concentration of the element of the second metal salt solution has a continuous concentration gradient from the central portion to the surface portion,
Method for producing a metal complex.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제1 금속염 용액 내의 금속염 농도는 1.5 M 내지 2.5 M 인 것을 특징으로 하는,
금속복합체의 제조 방법.
The method of claim 1,
Metal salt concentration in the first metal salt solution, characterized in that 1.5 to 2.5 M,
Method for producing a metal complex.
제1항에 있어서,
상기 제2 금속염 용액 내의 금속염 농도는 0.01 M 내지 2.0 M 인 것을 특징으로 하는,
금속복합체의 제조 방법.
The method of claim 1,
Metal salt concentration in the second metal salt solution, characterized in that 0.01 to 2.0 M,
Method for producing a metal complex.
제1항에 있어서,
상기 반응기 내부로 상기 제1 금속염 용액 및 상기 제2 금속염 용액을 투입하는 속도를 조절함으로써, 상기 반응기 내부에 상기 혼합 용액의 몰비를 조절하는 것을 특징으로 하는,
금속복합체의 제조 방법.
The method of claim 1,
By adjusting the rate of injecting the first metal salt solution and the second metal salt solution into the reactor, it characterized in that for controlling the molar ratio of the mixed solution in the reactor,
Method for producing a metal complex.
제1항에 있어서,
상기 제4 단계는 수산화나트륨 용액 및 암모니아 수용액을 이용하는 것을 특징으로 하는,
금속복합체의 제조 방법.
The method of claim 1,
The fourth step is characterized by using a sodium hydroxide solution and an aqueous ammonia solution,
Method for producing a metal complex.
금속복합체의 제조 방법으로서,
니켈(Ni) 및 코발트(Co)를 포함하는 제1 금속염 용액을 반응기에 투입하는 제1 단계;
상기 반응기에 알루미늄(Al)을 포함하며 서로 농도가 다른 두 가지 나노콜로이드 용액이 혼합된 제2 금속염 용액을 투입하는 제2 단계;
상기 반응기 내에 상기 제1 금속염 용액 및 상기 제2 금속염 용액을 혼합하여 혼합 용액을 제조하는 제3 단계;
수산화나트륨 용액 및 진한 암모니아 수용액을 이용하여 상기 반응기 내에 상기 혼합 용액의 수소이온농도를 pH 10 내지 pH 12로 조절하는 제4 단계; 및
상기 제4 단계 이후, 상기 혼합 용액을 거르고, 증류수 세척 및 120 ℃에서 건조하는 제5 단계를 포함하고,
상기 두 가지 나노콜로이드 용액은 중심부 형성용 용액과 표면부 형성용 용액으로 나뉘며, 금속 복합체의 중심부로부터 표면부까지 상기 중심부 형성용 용액과 상기 표면부 형성용 용액의 혼합 비율이 100wt% : 0wt%에서 0wt% : 100wt%까지 변화하도록 상기 두 가지 나노콜로이드 용액을 혼합하여 Al의 농도가 중심부로부터 표면부까지 연속적인 농도 구배를 갖는,
금속복합체의 제조 방법.
As a method for producing a metal complex,
A first step of introducing a first metal salt solution containing nickel (Ni) and cobalt (Co) into the reactor;
A second step of injecting a second metal salt solution including aluminum (Al) into the reactor and mixing two nanocolloid solutions having different concentrations;
A third step of preparing a mixed solution by mixing the first metal salt solution and the second metal salt solution in the reactor;
A fourth step of adjusting the hydrogen ion concentration of the mixed solution to pH 10 to pH 12 in the reactor by using sodium hydroxide solution and concentrated aqueous ammonia solution; And
After the fourth step, the mixed solution is filtered, and includes a fifth step of washing with distilled water and drying at 120 ° C.,
The two nanocolloidal solutions are divided into a center forming solution and a surface forming solution, and the mixing ratio of the central forming solution and the surface forming solution from the center of the metal complex to the surface is 100wt%: 0wt%. 0wt%: The two nanocolloid solutions are mixed so as to change up to 100wt%, and the concentration of Al has a continuous concentration gradient from the center portion to the surface portion.
Method for producing a metal complex.
제8항에 있어서,
상기 제1 금속염 용액 및 제2 금속염 용액을 일정한 속도로 주입하여 상기 반응기 내부에 상기 혼합 용액의 몰비를 조절하는 것을 특징으로 하는,
금속복합체의 제조 방법.
The method of claim 8,
Injecting the first metal salt solution and the second metal salt solution at a constant rate to adjust the molar ratio of the mixed solution inside the reactor,
Method for producing a metal complex.
상기 제1항, 제4항 내지 제9항 중 어느 한 항의 제조방법을 통해서 제조된 금속복합체를 준비하는 단계;
연속적인 금속 농도 구배를 갖는 상기 금속복합체를 리튬염과 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 및
상기 혼합물을 500 ℃ 이상의 고온에서 5 시간 이상 소성시키는 단계;를 포함하는,
양극활물질의 제조 방법.
Preparing a metal composite prepared by the method of any one of claims 1, 4 to 9;
Preparing a mixture by mixing the metal complex having a continuous metal concentration gradient with a lithium salt; And
Comprising calcining the mixture at a high temperature of 500 ° C. or higher for at least 5 hours.
Method for producing a cathode active material.
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