KR102078314B1 - Method for preparing positive electrode active material of secondary battery and positive electrode active material of secondary battery prepared by using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는 셀레늄 산화물을 알코올계 용매 중에 용해시켜 코팅층 형성용 조성물을 준비하는 단계, 및 상기 코팅층 형성용 조성물을, 리튬 복합금속 산화물을 포함하는 코어 입자와 혼합한 후, 180℃ 내지 250℃에서 1차 열처리하고, 250℃ 내지 350℃의 온도 범위 내에서 상기 1차 열처리시의 온도보다 높은 온도로 2차 열처리하는 단계를 포함하는 이차전지용 양극활물질의 제조방법, 및 이에 따라 제조되어 전해액과의 계면 반응이 억제되고 표면 구조의 안정성 개선으로 우수한 수명특성 및 출력특성을 나타낼 수 있는 이차전지용 양극활물질이 제공된다.In the present invention, the step of preparing a composition for forming a coating layer by dissolving selenium oxide in an alcohol solvent, and after mixing the composition for forming a coating layer with the core particles containing a lithium composite metal oxide, 1 at 180 ℃ to 250 ℃ Secondary heat treatment, and a method of manufacturing a positive electrode active material for a secondary battery comprising the step of secondary heat treatment at a temperature higher than the temperature of the first heat treatment within the temperature range of 250 ℃ to 350 ℃, and thus prepared to interface with the electrolyte Provided is a cathode active material for a secondary battery capable of suppressing a reaction and exhibiting excellent life and output characteristics by improving stability of a surface structure.

Description

이차전지용 양극활물질의 제조방법 및 이에 따라 제조된 이차전지용 양극활물질{METHOD FOR PREPARING POSITIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL OF SECONDARY BATTERY AND POSITIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL OF SECONDARY BATTERY PREPARED BY USING THE SAME}Method of manufacturing positive electrode active material for secondary battery and positive electrode active material for secondary battery manufactured according to the present invention TECHNICAL FIELD

본 발명은 전해액과의 계면 반응이 억제되고 표면 구조의 안정성을 개선하여 우수한 수명특성 및 출력특성을 나타낼 수 있는 이차전지용 양극활물질의 제조방법, 그리고 이에 따라 제조된 이차전지용 양극활물질에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a cathode active material for a secondary battery that can suppress the interfacial reaction with the electrolyte and improve the stability of the surface structure and exhibit excellent life and output characteristics, and a cathode active material for a secondary battery manufactured accordingly.

최근 스마트폰, 테블릿 PC, 고성능 노트북 PC 등의 IT 전자기기에 대한 시장 수요가 증가하고 있다. 이와 더불어, 지구 온난화 및 자원 고갈에 대한 대책의 일환으로 전기자동차, 스마트 그리드와 같은 대용량 전력저장장치에 대한 요구가 크게 증가하면서 이차전지에 대한 수요는 급격히 증가하고 있다.Recently, market demand for IT electronic devices such as smartphones, tablet PCs, and high-performance notebook PCs is increasing. In addition, as a measure for global warming and resource depletion, the demand for large-capacity power storage devices such as electric vehicles and smart grids is greatly increased, and the demand for secondary batteries is rapidly increasing.

이 중에서도 리튬 이차전지는 우수한 사이클 수명 특성 및 높은 에너지 밀도로 인하여 가장 주목받는 이차전지이다. 하지만 고출력, 고용량 및 고안정성에 대한 요구가 증대되면서 이를 만족하는 리튬 이차전지에 대한 개선책이 절실히 필요한 실정이다.Among these, the lithium secondary battery is the most attracting secondary battery due to its excellent cycle life characteristics and high energy density. However, as the demand for high output, high capacity, and high stability increases, there is an urgent need for improvement measures for a lithium secondary battery that satisfies this.

고용량 및 고출력의 리튬 이차전지를 구현하기 위한 방법 중에서도 리튬 이차전지의 작동 전압을 높이는 것은 가장 효율적이고 용이한 방법이다. 하지만 작동 전압의 증가는 전지의 열안정성 저하 및 수명특성 열화를 야기하는 문제점이 있다. 이 같은 문제점은 전해액과 양극과의 계면 반응에 기인한 것으로, 이러한 현상은 고용량 전지일수록 더욱 심각하다. 따라서, 고용량 및 고출력의 리튬 이차전지 개발을 위해서는 양극, 음극, 분리막, 전해액 등의 개별 소재 개발과 함께, 전해액과 전극의 계면 반응 제어 및 안정화 기술의 확보가 필수적이다.Among the methods for implementing a high capacity and high output lithium secondary battery, increasing the operating voltage of the lithium secondary battery is the most efficient and easy method. However, there is a problem that the increase of the operating voltage causes the thermal stability of the battery and degradation of life characteristics. This problem is due to the interfacial reaction between the electrolyte and the positive electrode, and this phenomenon is more serious in a high capacity battery. Therefore, in order to develop high capacity and high output lithium secondary batteries, it is essential to develop individual materials such as a cathode, an anode, a separator, and an electrolyte, and to secure an interfacial reaction control and stabilization technology between the electrolyte and the electrode.

양극 표면 개질과 관련된 기술은, 무기 산화물에 의한 양극활물질 개질에 관한 연구 위주로 진행되어 오고 있다. The technology related to the surface modification of the anode has been mainly focused on the research on the modification of the cathode active material by inorganic oxide.

이와 관련된 기술로서, SiO2, Al2O3, ZrO2, 또는 AlPO4 등의 나노 입자를 양극활물질 표면에 도입하여 전해액과의 표면 반응을 제어하고, 고전압 조건에서의 성능을 향상시키는 방법이 제안되었다. 그러나, 이러한 무기 산화물 코팅층을 이용한 양극활물질 표면 개질은, 코팅층이 양극활물질 전체 표면을 덮고 있기보다는 나노 크기의 입자 형태로 잘게 분산되어 있는 형태를 취하고 있기 때문에, 무기 산화물 코팅에 의한 양극활물질 표면 개질 효과가 제한적일 수밖에 없었다. 또한, 전지 성능 측면에서도 무기 산화물 코팅층은 리튬 이온 이동이 어려운 일종의 이온 절연층이기 때문에, 이온전도도의 저하를 초래할 수 있고, 또, 코팅 공정 특성상, 수백도 이상의 고온에서 표면 반응을 시켜야 하는 등 제조 공정상에도 어려움이 있다.As a related technology, a method for introducing a nanoparticle such as SiO 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , or AlPO 4 into the surface of the cathode active material to control the surface reaction with the electrolyte and to improve performance under high voltage conditions is proposed. It became. However, since the surface modification of the positive electrode active material using the inorganic oxide coating layer has a form in which the coating layer is finely dispersed in the form of nano-sized particles rather than covering the entire surface of the positive electrode active material, the positive electrode active material surface modification effect by the inorganic oxide coating Was bound to be limited. In addition, in terms of battery performance, the inorganic oxide coating layer is a kind of ion insulating layer which is difficult to move lithium ions, which may cause a decrease in ionic conductivity, and in the manufacturing process such as surface reaction at a high temperature of several hundred degrees or more. There is also a difficulty.

상기 무기 산화물 코팅의 문제점을 해결하기 위한 기술로서, 이미드계 또는 아크릴레이트계 등의 고분자 전해질을 양극활물질 표면에 도입하여 전해액과의 표면 반응을 제어하고, 그 결과로서 고전압 조건에서의 전지 성능을 향상시키고자 한 기술이 제안되었다. 이와 같이 화학적 가교 고분자 전해질만을 이용한 양극활물질 표면 코팅 기술은 무기 산화물 코팅의 단점을 극복하여 연속적인 코팅층 형성이 가능하고, 고분자 전해질의 특성상 이온 이동이 용이하다. 그러나, 화학적 가교 고분자 전해질층은 전자 이동에 있어서는 비활성층이기 때문에, 전자 이용이 용이하지 않고, 그 결과로서 가역 용량의 감소 및 고출력 성능 저하라는 한계가 있다.As a technique for solving the problem of the inorganic oxide coating, by introducing a polymer electrolyte such as imide or acrylate to the surface of the positive electrode active material to control the surface reaction with the electrolyte, as a result of improved battery performance under high voltage conditions One technique has been proposed. As described above, the cathode active material surface coating technology using only the chemically crosslinked polymer electrolyte can overcome the disadvantages of the inorganic oxide coating and form a continuous coating layer, and is easy to move ions due to the characteristics of the polymer electrolyte. However, since the chemically crosslinked polymer electrolyte layer is an inactive layer in electron transfer, it is not easy to use electrons, and as a result, there is a limit of reduction of reversible capacity and high output performance.

이 같은 화학적 가교 고분자만을 이용한 코팅의 단점을 보완하기 위한 기술로서, 폴리이미드/카본블랙을 이용한 양극활물질 표면 코팅 기술이 제안되었다. 상기 방법은 코팅층 내 카본블랙의 도입으로 전자 이동을 향상시켰지만, 폴리이미드 층에 있는 카본블랙의 불균일 분산으로 인해 폴리이미드층의 전자 전도도가 낮은 문제가 있다.As a technique for compensating for the disadvantages of the coating using only the chemical crosslinked polymer, a cathode active material surface coating technique using polyimide / carbon black has been proposed. The method improves electron transfer by introducing carbon black in the coating layer, but there is a problem in that the electron conductivity of the polyimide layer is low due to non-uniform dispersion of carbon black in the polyimide layer.

한국특허등록 제277796호 (등록일: 2000.10.13)Korea Patent Registration No. 277796 (Registration Date: 2000.10.13) 한국특허등록 제560534호 (등록일: 2006.03.07)Korean Patent Registration No. 560534 (Registration Date: 2006.03.07)

본 발명이 해결하고자 하는 제1 기술적 과제는, 전해액과의 계면 반응이 억제되고 표면 구조의 안정성을 개선하여 우수한 수명특성 및 출력특성을 나타낼 수 있는 이차전지용 양극활물질의 제조방법 및 이에 따라 제조된 이차전지용 양극활물질을 제공하는 것이다.The first technical problem to be solved by the present invention is a method of manufacturing a cathode active material for a secondary battery that can suppress the interfacial reaction with the electrolyte solution and improve the stability of the surface structure and exhibit excellent life characteristics and output characteristics, and the secondary battery manufactured accordingly It is to provide a cathode active material for batteries.

본 발명의 해결하고자 하는 제2 기술적 과제는, 상기한 양극활물질을 포함하여 고수명 및 고출력의 특성을 구현할 수 있는 리튬 이차전지, 전지모듈 및 전지팩을 제공하는 것이다.The second technical problem to be solved of the present invention is to provide a lithium secondary battery, a battery module and a battery pack that can implement the characteristics of high life and high output, including the positive electrode active material.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 셀레늄 산화물을 알코올계 용매 중에 용해시켜 코팅층 형성용 조성물을 준비하는 단계, 및 상기 코팅층 형성용 조성물을 리튬 복합금속 산화물을 포함하는 코어 입자와 혼합한 후, 180℃ 내지 250℃에서 1차 열처리하고, 250℃ 내지 350℃의 온도 범위 내에서 상기 1차 열처리시의 온도보다 높은 온도로 2차 열처리하는 단계를 포함하는, 이차전지용 양극활물질의 제조방법을 제공한다.In order to solve the above problems, according to an embodiment of the present invention, the step of preparing a composition for forming a coating layer by dissolving selenium oxide in an alcohol solvent, and the core particle comprising the lithium composite metal oxide composition for forming the coating layer After mixing with, the first heat treatment at 180 ℃ to 250 ℃, the second heat treatment to a temperature higher than the temperature of the first heat treatment within the temperature range of 250 ℃ to 350 ℃, the positive electrode active material for secondary batteries It provides a method of manufacturing.

또, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 리튬 복합금속 산화물을 포함하는 코어 입자, 및 상기 코어 입자의 표면상에 위치하는 코팅층을 포함하고, 상기 코팅층은 셀레늄을 400 ppm 내지 1,000 ppm 포함하는 것인 이차전지용 양극활물질을 제공한다.In addition, according to another embodiment of the present invention, it comprises a core particle comprising a lithium composite metal oxide, and a coating layer located on the surface of the core particle, the coating layer comprises 400 ppm to 1,000 ppm of selenium It provides a cathode active material for phosphorus secondary batteries.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 양극활물질을 포함하는 이차전지용 양극을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, a cathode for a secondary battery including the cathode active material is provided.

나아가, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 양극을 포함하는 리튬 이차전지, 전지모듈 및 전지팩을 제공한다.Furthermore, according to another embodiment of the present invention, a lithium secondary battery, a battery module, and a battery pack including the positive electrode are provided.

본 발명에 따른 제조방법에 의해 제조된 양극활물질은 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 리튬 복합금속 산화물을 포함하는 코어 입자의 표면에 전해액과의 계면 반응을 제어하고, 코어 입자 표면의 구조 안정성을 향상시킬 수 있는 코팅층을 포함함으로써, 전지 적용 시 수명특성 및 출력특성을 크게 향상시킬 수 있다.The positive electrode active material prepared by the manufacturing method according to the present invention controls the interfacial reaction with the electrolyte solution on the surface of the core particles containing lithium composite metal oxide capable of doping and undoping lithium, and improves the structural stability of the surface of the core particles. By including a coating layer that can be improved, it is possible to greatly improve the life characteristics and output characteristics during battery application.

또한, 본 발명에 따른 제조방법은, 셀레늄 코팅 시에 습식 코팅법 및 2단계 열처리를 실시하여 코팅층 형성과정에서 셀레늄이 탈락되는 것을 억제함으로써 코팅층 내의 셀레늄 함유량을 증가시킬 수 있도록 하였다.In addition, the manufacturing method according to the present invention, by performing a wet coating method and two-step heat treatment during selenium coating to suppress the selenium from falling off during the coating layer formation process to increase the selenium content in the coating layer.

도 1은 본 발명의 실시예 1-1에서 제조한 양극 활물질 전구체의 전자선 마이크로 애널라이저(electron probe micro analyzer, EPMA) 분석 결과이다.
도 2는 본 발명의 실시예 2-1 및 비교예 2-1에서 제조한 리튬 이차전지의 사이클에 따른 용량 유지율을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예 2-1 및 비교예 2-1에서 제조한 리튬 이차전지의 사이클에 따른 저항 증가율을 나타낸 그래프이다.
1 is a result of an electron probe micro analyzer (EPMA) analysis of a cathode active material precursor prepared in Example 1-1 of the present invention.
2 is a graph showing capacity retention rates according to cycles of the lithium secondary battery prepared in Example 2-1 and Comparative Example 2-1 of the present invention.
Figure 3 is a graph showing the resistance increase rate according to the cycle of the lithium secondary battery prepared in Example 2-1 and Comparative Example 2-1 of the present invention.

이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail to aid in understanding the present invention.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in this specification and claims are not to be construed as being limited to the common or dictionary meanings, and the inventors may appropriately define the concept of terms in order to best describe their invention. It should be interpreted as meanings and concepts corresponding to the technical idea of the present invention based on the principle that the present invention.

일반적으로 양극활물질은 충방전을 거듭할수록 전해액과의 반응을 통해 가스 발생, 표면 구조의 불안정성에 따른 퇴화가 발생하는 문제가 있다. 이 같은 양극활물질의 퇴화속도를 감소시키기 위하여 양극활물질 표면을 코팅하는 방법이 주로 이용되고 있으며, 그 중에서도 보론계 화합물을 이용한 코팅층 형성이 가장 대표적이다. 또, 상기 보론계 화합물 중에서도 보론산은 녹는점이 낮아 300℃ 정도의 비교적 낮은 온도에서의 열처리로도 활물질 표면에 대해 균일한 코팅층 형성이 가능하여 빈번히 이용되고 있다.In general, the positive electrode active material has a problem in that degeneration due to gas generation and instability of the surface structure occurs through reaction with the electrolyte as charging and discharging are repeated. In order to reduce the degradation rate of the positive electrode active material, a method of coating the surface of the positive electrode active material is mainly used. Among them, the formation of the coating layer using the boron-based compound is the most representative. In addition, among the boronic compounds, boronic acid has a low melting point and is frequently used because it is possible to form a uniform coating layer on the surface of an active material even by heat treatment at a relatively low temperature of about 300 ° C.

본 발명에서는 보론산과 같이 낮은 녹는점을 가져 표면에 균일하게 코팅이 가능하면서도 더욱 우수한 출력 특성 및 수명 특성을 나타내는 셀레늄 산화물을 이용하여 리튬 복합금속 산화물의 표면에 코팅층을 형성하였다. In the present invention, a coating layer was formed on the surface of the lithium composite metal oxide using selenium oxide, which has a low melting point, such as boronic acid, which enables uniform coating on the surface, but also exhibits superior output and life characteristics.

한편, 건식 코팅 방법을 이용하여 셀레늄 코팅층을 형성할 경우, 공정 중 셀레늄의 손실이 많아 코팅층 내 잔존하는 셀레늄의 함량이 투입한 셀레늄의 양에 비해 훨씬 적었고, 코팅층 내 잔존하는 셀레늄의 함량을 예측할 수 없다. 또한, 건식 공정을 사용할 경우, 셀레늄의 손실로 인해 코팅층을 균일하게 형성하지 못한다는 문제점이 있었다. On the other hand, when the selenium coating layer was formed by using a dry coating method, the amount of selenium remaining in the coating layer was much lower than that of the input selenium due to the high loss of selenium during the process, and the amount of selenium remaining in the coating layer could be predicted. none. In addition, when using a dry process, there was a problem that the coating layer is not uniformly formed due to the loss of selenium.

따라서, 본 발명에서는 습식 공정을 이용하여 셀레늄의 손실이 거의 일어나지 않고 리튬 복합금속 산화물의 표면에 셀레늄 코팅층을 형성할 수 있다. 또한, 코팅층 형성시 제조 조건을 제어함으로써, 전해액과의 계면 반응을 억제하는 동시에 활물질 표면의 구조 안정성을 더욱 개선시킬 수 있는 코팅층을 형성하였다. 그 결과 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 양극활물질은 전지 적용 시 수명 특성 및 출력특성을 크게 향상시킬 수 있다. Accordingly, in the present invention, the selenium coating layer may be formed on the surface of the lithium composite metal oxide with little loss of selenium using a wet process. In addition, by controlling the manufacturing conditions during the formation of the coating layer, a coating layer was formed to suppress the interfacial reaction with the electrolyte and to further improve the structural stability of the surface of the active material. As a result, the positive electrode active material produced by the manufacturing method of the present invention can greatly improve the life characteristics and output characteristics when the battery is applied.

구체적으로 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 양극활물질의 제조방법은, Specifically, the manufacturing method of the positive electrode active material for a secondary battery according to an embodiment of the present invention,

셀레늄 산화물을 알코올계 용매 중에 용해시켜 코팅층 형성용 조성물을 준비하는 단계(단계 1), 및Preparing a composition for forming a coating layer by dissolving selenium oxide in an alcohol solvent (step 1), and

상기 코팅층 형성용 조성물을 리튬 복합금속 산화물을 포함하는 코어 입자와 혼합한 후, 180℃ 내지 250℃에서 1차 열처리하고, 250℃ 내지 350℃의 온도 범위 내에서 상기 1차 열처리시의 온도보다 높은 온도로 2차 열처리하는 단계(단계 2)를 포함한다. After mixing the composition for forming the coating layer with the core particles containing a lithium composite metal oxide, the first heat treatment at 180 ℃ to 250 ℃, the temperature higher than the temperature at the first heat treatment within the temperature range of 250 ℃ to 350 ℃ Secondary heat treatment to temperature (step 2).

이하 각 단계별로 상세히 설명한다.Hereinafter, each step will be described in detail.

상기 양극활물질의 제조방법에 있어서의 단계 1은 셀레늄 산화물을 알코올계 용매 중에 용해시켜 코팅층 형성용 조성물을 준비하는 단계이다.Step 1 in the method of preparing the positive electrode active material is a step of preparing a composition for forming a coating layer by dissolving selenium oxide in an alcohol solvent.

상기 코팅층 형성용 조성물의 제조 시, 사용 가능한 셀레늄 산화물로는 구체적으로 셀레늄 디옥사이드(Selenium dioxide, SeO2) 셀레늄 트리옥사이드(Selenium trioxide, SeO3) 및 디셀레늄펜톡사이드(Diselenium pentoxide, Se2O5)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 사용할 수 있다. In the preparation of the coating layer-forming composition, usable selenium oxides are specifically selenium dioxide (Selenium dioxide, SeO 2 ) selenium trioxide (SeO 3 ) and diselenium pentoxide (Se 2 O 5 ) At least one selected from the group consisting of may be used.

또, 상기 알코올계 용매로는 탄소수 1 내지 4의 알코올 화합물 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 아세톤, 메탄올, 에탄올, 이소프로필알코올, 부틸알코올, 옥틸알코올, 및 알릴알코올로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상일 수 있다. 더욱 바람직하게는 활물질 제조 공정에서의 공정성 및 최종 제조되는 활물질에서의 코팅층 형성성을 고려할 때 상기 알코올계 용매는 에탄올일 수 있다. In addition, as the alcohol solvent, any one or a mixture of two or more alcohol compounds having 1 to 4 carbon atoms may be used, and preferably, acetone, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, butyl alcohol, octyl alcohol, and allyl alcohol. At least one selected from the group consisting of. More preferably, the alcohol solvent may be ethanol in consideration of fairness in the active material manufacturing process and coating layer formation in the final active material.

또 상기 코팅층 형성용 조성물 중 셀레늄 산화물의 농도는 활물질 제조 공정시의 공정성 및 코어 입자에 대한 도포성 및 도포균일성을 고려하여 적절히 결정될 수 있다. In addition, the concentration of selenium oxide in the composition for forming a coating layer may be appropriately determined in consideration of processability and coating uniformity and core uniformity of the core particles during the active material manufacturing process.

또, 상기 양극활물질의 제조방법에 있어서의 단계 2는 상기 단계 1에서 제조한 코팅층 형성용 조성물을 이용하여 코팅층을 형성하는 단계이다.In addition, step 2 in the method for producing a cathode active material is a step of forming a coating layer using the coating layer forming composition prepared in step 1.

구체적으로 상기 단계 2는, 리튬 복합금속 산화물을 포함하는 코어 입자와 상기 코팅층 형성용 조성물을 혼합한 후, 180℃ 내지 250℃, 바람직하게는 200℃ 내지 250℃에서 1차 열처리하고, 상기 1차 열처리 온도보다 높은 온도, 바람직하게는 250℃ 내지 350℃, 더욱 바람직하게는 300℃ 내지 350℃의 온도 범위 내에서 2차 열처리함으로써 수행될 수 있다.Specifically, Step 2, after mixing the core particles containing the lithium composite metal oxide and the composition for forming the coating layer, the first heat treatment at 180 ℃ to 250 ℃, preferably 200 ℃ to 250 ℃, the first It may be carried out by secondary heat treatment at a temperature higher than the heat treatment temperature, preferably in the range of 250 ° C to 350 ° C, more preferably in the range of 300 ° C to 350 ° C.

상기 코어 입자는 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 리튬 복합금속 산화물을 포함한다.The core particle includes a lithium composite metal oxide capable of reversible intercalation and deintercalation of lithium.

상기 리튬 복합금속 산화물은 리튬과 함께, 니켈, 코발트 및 금속원소 M(이때 M은 Mn 및 Al으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나임)을 포함하는 것일 수 있다. The lithium composite metal oxide may include nickel, cobalt, and metal elements M together with lithium, wherein M is at least one selected from the group consisting of Mn and Al.

또, 상기 리튬 복합금속 산화물에 있어서 리튬을 제외한 금속원소들 중 적어도 하나는 W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, Al, In, Ta, Y, In, La, Sr, Ga, Sc, Gd, Sm, Ca, Ce, Nb, Mg, B, 및 Mo로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나 이상의 원소에 의해 도핑될 수도 있다. 이와 같이 상기 리튬 복합금속 산화물이 상기한 금속원소에 의해 추가로 도핑될 경우, 양극활물질의 구조안정성이 개선되고, 그 결과 전지의 출력 특성이 향상될 수 있다. 이때, 리튬 복합금속 산화물 내 포함되는 도핑 원소의 함량은 양극활물질의 특성을 저하시키지 않는 범위 내에서 적절히 조절될 수 있으며, 구체적으로는 0.02원자% 이하일 수 있다.In the lithium composite metal oxide, at least one of the metal elements except lithium is W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, Al, In, Ta, Y, In, La, Sr, Ga And may be doped by at least one or more elements selected from the group consisting of Sc, Gd, Sm, Ca, Ce, Nb, Mg, B, and Mo. As described above, when the lithium composite metal oxide is further doped by the metal element, the structural stability of the cathode active material may be improved, and as a result, the output characteristics of the battery may be improved. In this case, the content of the doping element included in the lithium composite metal oxide may be appropriately adjusted within a range that does not lower the characteristics of the positive electrode active material, specifically, may be 0.02 atomic% or less.

또, 상기와 같이 도핑된 경우, 상기 도핑원소로 도핑된 리튬 복합금속 산화물은 코어 입자 내에 균일하게 분포할 수도 있고, 또는 코어 입자의 중심에서부터 표면까지 함량 분포가 증가 또는 감소하는 농도구배를 가지며 존재할 수도 있으며, 또는 코어 입자의 표면 측에만 존재할 수도 있다. 이 중에서도 코어 입자의 표면 측에서 도핑원소가 고농도로 분포하고, 입자 중심으로 갈수록 농도가 감소하는 농도 구배를 포함하는 경우, 열안정성을 나타내면서도 용량의 감소를 방지할 수 있다.In addition, when doped as described above, the lithium composite metal oxide doped with the doping element may be uniformly distributed in the core particles, or may have a concentration gradient that increases or decreases in content distribution from the center to the surface of the core particles. It may be present or may exist only on the surface side of the core particle. Among these, when the doping element is distributed in high concentration on the surface side of the core particles, and includes a concentration gradient in which the concentration decreases toward the particle center, it is possible to prevent a decrease in capacity while showing thermal stability.

본 발명에 있어서, 코어 입자 내에서의 도핑원소의 농도구배 구조 및 농도는 전자선 마이크로 애널라이저(Electron Probe Micro Analyzer, EPMA), 유도결합 플라스마-원자 방출 분광법(Inductively Coupled Plasma - Atomic Emission Spectrometer, ICP-AES), 또는 비행 시간형 2차 이온 질량분석기(Time of Flight Secondary Ion Mass Spectrometry, ToF-SIMS) 등의 방법을 이용하여 확인할 수 있으며, 구체적으로는 코어 입자에 대해 X선 광전자 분광법(XPS)을 이용하여 아르곤 가스로 0 내지 1000초 동안에 에칭을 실시하고, 에칭시간에 따른 원소 검출량을 분석함으로써 측정할 수 있다.In the present invention, the concentration gradient structure and concentration of the doping element in the core particles are determined by an electron beam microanalyzer (Electron Probe Micro Analyzer, EPMA), Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometer (ICP-AES). ) Or time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS), and specifically, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) for core particles. This can be performed by etching with argon gas for 0 to 1000 seconds and analyzing the element detection amount according to the etching time.

또, 본 발명에 있어서, 리튬 복합금속 산화물 입자의 '표면측'은 입자의 중심을 제외한 표면에 근접한 영역을 의미하며, 구체적으로는 리튬 복합금속 산화물 입자의 표면에서부터 중심까지의 거리, 즉 리튬 복합금속 산화물의 반직경에 대해 입자 표면에서부터 0% 이상 100% 미만, 보다 구체적으로는 입자 표면에서부터 0% 내지 50%, 보다 더 구체적으로는 입자 표면에서부터 0% 내지 30%의 거리에 해당하는 영역을 의미한다.In addition, in the present invention, the 'surface side' of the lithium composite metal oxide particles means a region close to the surface excluding the center of the particles, specifically, the distance from the surface of the lithium composite metal oxide particles to the center, that is, the lithium composite An area corresponding to a distance of 0% or more and less than 100% from the particle surface, more specifically 0% to 50%, and more specifically 0% to 30% from the particle surface, with respect to the semi-diameter of the metal oxide. it means.

보다 구체적으로, 상기 코어 입자는 하기 화학식 1의 리튬 복합금속 산화물을 포함하는 것일 수 있다:More specifically, the core particle may include a lithium composite metal oxide of Formula 1 below:

[화학식 1][Formula 1]

LiαNixCoyMzM'wO2 Li α Ni x Co y M z M ' w O 2

상기 화학식 1에서 In Chemical Formula 1

M은 Mn 및 Al으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나이고,M is at least one selected from the group consisting of Mn and Al,

M'는 W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, Al, In, Ta, Y, In, La, Sr, Ga, Sc, Gd, Sm, Ca, Ce, Nb, Mg, B, 및 Mo로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상의 도핑원소를 포함하며, M 'is W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, Al, In, Ta, Y, In, La, Sr, Ga, Sc, Gd, Sm, Ca, Ce, Nb, Mg, B And at least one doping element selected from the group consisting of Mo,

α, x, y, z 및 w은 각각 독립적인 원소들의 원자분율로서, 0.95≤α≤1.05, 0<x<1, 0<y<1, 0<z<1, x+y+z=1, 0≤w≤0.02일 수 있으며, 보다 구체적으로는 0.95≤α≤1.05, 0.6≤x<1, 0<y≤0.4, 0<z≤0.4, x+y+z=1, 0≤w≤0.02이다. 이때 상기 α는 미충전시 값이며, 상기 화학식 1의 조성은 평균값이다.α, x, y, z and w are the atomic fractions of the independent elements, respectively, 0.95 ≦ α ≦ 1.05, 0 <x <1, 0 <y <1, 0 <z <1, x + y + z = 1 , 0≤w≤0.02, more specifically 0.95≤α≤1.05, 0.6≤x <1, 0 <y≤0.4, 0 <z≤0.4, x + y + z = 1, 0≤w≤ 0.02. In this case, α is a value when uncharged, and the composition of Formula 1 is an average value.

보다 구체적으로 상기 코어 입자는 LiNi0 . 6Co0 . 2Mn0 . 2O2, LiNi0 . 8Mn0 . 1Co0 . 1O2, LiNi0.6Co0.2Mn0.2W0.02O2 또는 LiNi0 . 85Co0 . 09Mn0 . 045Al0 .015 등의 니켈을 고 함량으로 포함하는 리튬 복합금속 산화물일 수 있으며, 이들 중 적어도 하나 이상이 사용될 수 있다.More specifically, the core particles are LiNi 0 . 6 Co 0 . 2 Mn 0 . 2 O 2 , LiNi 0 . 8 Mn 0 . 1 Co 0 . 1 O 2 , LiNi 0.6 Co 0.2 Mn 0.2 W 0.02 O 2 or LiNi 0 . 85 Co 0 . 09 Mn 0 . 045 Al 0 may be a lithium composite metal oxide and containing an amount of nickel, such as 0.015, there is at least one or more of these may be used.

또, 상기 코어 입자 내 포함되는 니켈, 코발트 및 M 중 적어도 어느 하나의 금속원소는, 코어 입자 전체에서 점진적으로 변화하는 농도구배를 가질 수 있다. In addition, at least one metal element of nickel, cobalt, and M included in the core particles may have a concentration gradient that gradually changes in the entire core particle.

이와 같이 코어 입자 내 위치에 따라 금속원소의 농도가 점진적으로 변화하는 농도구배를 갖도록 함으로써, 중심으로부터 표면에 이르기까지 급격한 상 경계 영역이 존재하지 않아 결정 구조가 안정화되고 열 안정성이 증가하게 된다. 또, 농도구배를 통해 코어 입자 내에서의 각 금속의 농도를 달리함으로써, 해당 금속의 특성을 용이하게 활용하여 양극활물질의 전지 성능 개선효과를 더욱 향상시킬 수 있다. 이때, 상기 금속원소의 농도구배는 농도구배의 변화가 일정한, 단일의 기울기 값을 가질 수도 있고, 또는 변곡점 포함, 기울기 변화 등 농도 프로파일의 변화로 인해 둘 이상의 기울기 값을 가질 수도 있다. In this way, by having a concentration gradient in which the concentration of the metal element gradually changes according to the position in the core particle, there is no abrupt phase boundary region from the center to the surface, so that the crystal structure is stabilized and the thermal stability is increased. In addition, by varying the concentration of each metal in the core particles through the concentration gradient, it is possible to easily utilize the characteristics of the metal to further improve the battery performance improvement effect of the positive electrode active material. In this case, the concentration gradient of the metal element may have a single gradient value in which the change in the concentration gradient is constant, or may have two or more gradient values due to changes in the concentration profile such as an inflection point and a slope change.

본 발명에 있어서 금속이 "점진적으로 변화하는 농도 구배를 나타낸다"란, 상기 금속의 농도가 입자 전체 또는 특정 영역에서 연속하여 단계적으로 변화하는 농도 분포로 존재한다는 것을 의미한다. 구체적으로, 상기 농도 분포는 입자 내에서 표면을 향하는 1㎛당 금속 농도의 변화가, 활물질 입자 내 포함되는 해당 금속의 총 원자량을 기준으로, 각각 0.1원자% 내지 30원자%, 보다 구체적으로는 0.1원자% 내지 20원자%, 보다 더 구체적으로는 1원자% 내지 10원자%의 차이가 있는 것일 수 있다.In the present invention, a metal "shows a gradually changing concentration gradient" means that the concentration of the metal is present in a concentration distribution that continuously changes in stages in the entire particle or in a specific region. Specifically, the concentration distribution is 0.1 atomic% to 30 atomic%, more specifically 0.1, based on the total atomic weight of the metal included in the active material particles in the change in the metal concentration per 1 μm toward the surface in the particles Atomic% to 20 atomic%, even more specifically may be a difference of 1 atomic% to 10 atomic%.

또, 본 발명에 있어서, 코어 입자 내에서의 금속원소의 농도구배 또는 농도 프로파일은 앞서 도핑원소의 농도구배 측정 시와 동일한 방법으로 측정할 수 있다. In addition, in the present invention, the concentration gradient or concentration profile of the metal element in the core particles can be measured by the same method as in the case of measuring the concentration gradient of the doping element.

보다 구체적으로, 상기 코어 입자 내 포함된 니켈의 농도는 코어 입자의 중심에서부터 입자의 표면 방향으로 농도구배를 가지면서 점진적으로 감소할 수 있다. 이때 상기 니켈의 농도구배 기울기는 코어 입자의 중심에서부터 표면까지 일정할 수 있다. 이와 같이 코어 입자내 입자 중심에서 니켈의 농도가 고농도를 유지하고, 입자 표면측으로 갈수록 농도가 감소하는 농도 구배를 포함하는 경우, 양극활물질의 우수한 용량 특성을 유지하면서도 개선된 열안정성을 나타낼 수 있다.More specifically, the concentration of nickel contained in the core particles may be gradually decreased while having a concentration gradient from the center of the core particles toward the surface of the particles. In this case, the gradient of the concentration gradient of nickel may be constant from the center of the core particle to the surface. As such, when the concentration of nickel maintains a high concentration at the particle center in the core particle and includes a concentration gradient that decreases toward the particle surface side, it may exhibit improved thermal stability while maintaining excellent capacity characteristics of the positive electrode active material.

또, 상기 코어 입자 내 포함된 코발트의 농도는 코어 입자의 중심에서부터 입자의 표면 방향으로 점진적인 농도구배를 가지면서 증가할 수 있다. 이때 상기 코발트의 농도구배 기울기는 코어 입자의 중심에서부터 표면까지 일정할 수 있다. 이와 같이 코어 입자 내에 입자 중심에서 코발트의 농도가 저농도를 유지하고, 표면측으로 갈수록 농도가 증가하는 농도구배를 가질 경우, 코발트의 사용량을 감소시키면서도 양극활물질의 용량 특성을 개선시킬 수 있다.In addition, the concentration of cobalt contained in the core particles may increase with a gradual concentration gradient from the center of the core particles toward the surface of the particles. At this time, the concentration gradient slope of the cobalt may be constant from the center of the core particles to the surface. As such, when the concentration of cobalt is kept low at the center of the particles in the core particles and has a concentration gradient that increases toward the surface side, the capacity characteristics of the cathode active material can be improved while reducing the amount of cobalt used.

또, 상기 코어 입자 포함된 금속원소 M의 농도는 코어 입자의 중심에서부터 입자의 표면 방향으로 점진적인 농도구배를 가지면서 증가할 수 있다. 이때 상기 M의 농도구배 기울기는 코어 입자의 중심에서부터 표면까지 일정할 수 있다. 이와 같이, 코어 입자 내에 입자 중심에서 금속원소 M, 특히 망간의 농도가 저농도를 유지하고, 입자 표면측으로 갈수록 농도가 증가하는 농도구배를 포함하는 경우, 양극활물질의 용량 감소 없이 열안정성을 개선시킬 수 있다. 보다 구체적으로 상기 M은 Mn일 수 있다. In addition, the concentration of the metal element M contained in the core particles may increase while having a gradual concentration gradient from the center of the core particles toward the surface of the particles. At this time, the concentration gradient slope of M may be constant from the center of the core particles to the surface. As such, when the concentration of the metal element M, especially manganese, in the core of the particles is low at the center of the particle, and includes a concentration gradient that increases in concentration toward the particle surface side, thermal stability can be improved without decreasing the capacity of the positive electrode active material. have. More specifically, M may be Mn.

또, 입자의 중심에서부터 입자 전체 부피의 1부피% 내지 70부피%에 해당하는 영역을 제1영역; 상기 제1영역의 외표면에 해당하는 영역을 제2영역이라고 할 때, 상기 제1영역 내에 포함되는 니켈의 함량이 제2영역 내에 포함되는 니켈의 함량보다 많을 수 있으며, 구체적으로 상기 제1영역은 제1영역 내에 포함되는 금속원소 (리튬 제외) 총 몰에 대하여 60몰% 이상 100몰% 미만의 함량으로 니켈을 포함하고, 상기 제2영역은 제2영역 내에 포함되는 금속원소(리튬 제외) 총 몰에 대하여 30몰% 이상 60몰% 미만의 함량으로 니켈을 포함할 수 있다.In addition, the region corresponding to 1% to 70% by volume of the total particle volume from the center of the particle is the first region; When the region corresponding to the outer surface of the first region is called the second region, the amount of nickel included in the first region may be greater than the amount of nickel included in the second region, and specifically, the first region. Silver contains nickel in a content of 60 mol% or more and less than 100 mol% based on the total moles of metal elements (excluding lithium) included in the first region, and the second region includes metal elements (excluding lithium) in the second region. Nickel may be included in an amount of 30 mol% or more and less than 60 mol% based on the total moles.

또, 상기 제1영역 내에 포함되는 망간의 함량이 제2영역 내에 포함되는 망간의 함량보다 적을 수 있다. 또, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 양극활물질에 있어서, 상기 제1영역 내에 포함되는 코발트의 함량이 제2영역 내에 포함되는 코발트의 함량보다 적을 수 있다. In addition, the content of manganese included in the first region may be less than the content of manganese included in the second region. In addition, in the cathode active material according to an embodiment of the present invention, the content of cobalt included in the first region may be less than the content of cobalt included in the second region.

보다 구체적으로, 상기 코어 입자 내 포함되는 니켈, 코발트 및 금속원소 M은 코어 입자 전체에 걸쳐 각각 독립적으로, 점진적으로 변화하는 농도구배를 나타내고, 상기 니켈의 농도는 코어 입자의 중심에서부터 표면 방향으로 점진적인 농도구배를 가지면서 감소하고, 그리고 상기 코발트 및 M의 농도는 각각 독립적으로 코어 입자의 중심에서부터 표면 방향으로 점진적인 농도구배를 가지면서 증가할 수 있다.More specifically, the nickel, cobalt, and metal elements M included in the core particles each independently represent a gradually changing concentration gradient throughout the core particles, and the concentration of nickel is gradually changed from the center of the core particles toward the surface. It decreases with a concentration gradient, and the concentrations of cobalt and M can each independently increase with a gradual concentration gradient from the center of the core particles towards the surface.

이와 같이, 코어 입자 전체에 걸쳐 양극활물질 입자의 표면 측으로 갈수록 니켈의 농도는 감소하고, 코발트 및 M의 농도는 증가하는 조합된 농도구배를 포함함으로써, 용량 특성을 유지하면서도 우수한 열안정성을 나타낼 수 있다.As such, the concentration of nickel decreases toward the surface side of the cathode active material particles throughout the core particles, and the cobalt and M concentrations include a combined concentration gradient, thereby maintaining excellent thermal stability while maintaining capacity characteristics. .

상기와 같은 조성을 갖는 리튬 복합금속 산화물을 포함하는 코어 입자는, 1 내지 50㎛의 평균입경(D50)을 갖는 것일 수 있고, 보다 구체적으로는 5 내지 30㎛의 평균입경(D50)을 갖는 것일 수 있다. The core particle including the lithium composite metal oxide having the composition as described above may have an average particle diameter (D 50 ) of 1 to 50 μm, more specifically, an average particle diameter (D 50 ) of 5 to 30 μm. It may be.

본 발명에 있어서, 상기 코어 입자의 평균입경(D50)은 입경 분포의 50% 기준에서의 입경으로 정의할 수 있다. 상기 코어 입자의 평균입경(D50)은 예를 들어, 레이저 회절법(laser diffraction method)을 이용하여 측정할 수 있으며, 보다 구체적으로는 코어 입자를 분산매 중에 분산시킨 후, 시판되는 레이저 회절 입도 측정 장치(예를 들어 Microtrac MT 3000)에 도입하여 약 28 kHz의 초음파를 출력 60 W로 조사하고, 측정 장치에 있어서의 입경 분포의 50% 기준에서의 평균 입자 직경(D50)을 산출할 수 있다.In the present invention, the average particle diameter (D 50 ) of the core particles may be defined as the particle size at 50% of the particle size distribution. The average particle diameter (D 50 ) of the core particles may be measured using, for example, a laser diffraction method. More specifically, after dispersing the core particles in a dispersion medium, commercially available laser diffraction particle size measurement may be performed. Ultrasonic waves of about 28 kHz can be irradiated with an output of 60 W by introducing into an apparatus (for example, Microtrac MT 3000), and the average particle diameter (D 50 ) based on 50% of the particle size distribution in the measuring apparatus can be calculated. .

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 양극활물질의 제조방법에 있어서, 상기 코팅층 형성용 조성물과 코어 입자의 혼합 공정은, 통상의 혼합 방법에 따라 실시될 수 있으며, 이때 코어 입자 표면에 대한 코팅층 형성 효율 등을 고려하여 제트 밀 등의 교반 장치를 이용한 혼합 공정이 수행될 수도 있다.On the other hand, in the method for producing a positive electrode active material according to an embodiment of the present invention, the mixing step of the composition for forming the coating layer and the core particles may be carried out according to a conventional mixing method, wherein the coating layer is formed on the surface of the core particles In consideration of efficiency, a mixing process using a stirring device such as a jet mill may be performed.

또, 상기 코팅층 형성용 조성물과 코어 입자의 혼합은, 최종 제조되는 양극활물질에서의 셀레늄 함량이 400 ppm 내지 1,000 ppm이 되도록 하는 양으로 혼합될 수 있다. In addition, the composition of the coating layer forming composition and the core particles may be mixed in an amount such that the selenium content in the positive electrode active material to be finally prepared is 400 ppm to 1,000 ppm.

또, 상기 코팅층 형성용 조성물에 코어입자를 혼합 후에는, 코팅층 형성용 조성물의 제조시 사용되어 코어 입자의 표면상에 형성된 코팅층 내 포함된 용매를 제거하기 위한 공정이 선택적으로 더 수행될 수 있다. In addition, after mixing the core particles in the composition for forming the coating layer, a process for removing the solvent contained in the coating layer formed on the surface of the core particles used in the preparation of the coating layer forming composition may be optionally performed.

상기 용매 제거 공정은 자연 건조, 열풍 건조 또는 가열 건조 등의 통상의 건조 방법에 의해 수행될 수도 있으며, 회전 증발기와 같은 건조 장치를 이용하여 수행될 수도 있다.The solvent removal process may be performed by a conventional drying method such as natural drying, hot air drying or heat drying, or may be performed using a drying apparatus such as a rotary evaporator.

이어서, 상기 코팅층 형성용 조성물과의 혼합으로 표면에 코팅층이 형성된 코어 입자에 대해 열처리 공정이 수행된다.Subsequently, a heat treatment process is performed on the core particles having the coating layer formed on the surface by mixing with the composition for forming the coating layer.

본 발명의 일 실시예에 따른 양극활물질의 제조방법에 있어서, 상기 열처리는 180℃ 내지 250℃에서 1차 열처리, 및 상기 1차 열처리시의 온도보다 높은 온도, 바람직하게는 250℃ 내지 350℃의 온도 범위 내에서의 2차 열처리를 포함하는 다단계로 수행될 수 있다. In the method for producing a positive electrode active material according to an embodiment of the present invention, the heat treatment is a first heat treatment at 180 ℃ to 250 ℃, and a temperature higher than the temperature at the first heat treatment, preferably 250 ℃ to 350 ℃ It can be carried out in multiple stages including a secondary heat treatment within the temperature range.

구체적으로, 상기 1차 열처리는 코어 입자 표면에 형성된 코팅층 형성용 조성물 도막의 코어 입자에 대한 부착력을 높이고, 또 도막 내 잔류하는 알코올계 용매를 제거하며, 후속의 2차 열처리 공정에서 셀레늄 산화물과 리튬 부산물의 반응을 촉진 시키기 위한 전처리 단계로서, 상기한 온도 범위에서 수행될 때 상기한 효과를 충분히 얻을 수 있다. 예를 들면, 상기 1차 열처리가 180℃ 미만의 온도에서 수행될 경우, 상기 도막 내 잔류되는 용매의 제거가 용이하지 않아 셀레늄 화합물이 양극재 표면에 균일하게 분포되지 않을 우려가 있고, 상기 1차 열처리가 250℃를 초과하는 온도로 수행될 경우, 셀레늄 산화물이 기화되어, Se의 손실이 야기되며 이에 따라 투입된 양보다 적은 양이 코팅될 우려가 있다. 보다 구체적으로는 상기 1차 열처리는 220℃ 내지 250℃의 온도에서 1시간 내지 5시간, 보다 구체적으로는 3시간 내지 5시간 동안 수행될 수 있다.Specifically, the primary heat treatment increases the adhesion to the core particles of the coating film for forming the coating layer formed on the surface of the core particles, and removes the alcohol-based solvent remaining in the coating film, and selenium oxide and lithium in a subsequent secondary heat treatment process. As a pretreatment step for promoting the reaction of the by-products, the above effects can be sufficiently obtained when performed in the above temperature range. For example, when the primary heat treatment is performed at a temperature of less than 180 ℃, it is not easy to remove the solvent remaining in the coating film, there is a fear that the selenium compound is not evenly distributed on the surface of the cathode material, the primary If the heat treatment is performed at a temperature exceeding 250 ° C., selenium oxide is vaporized, causing loss of Se, and thus there is a fear that less than the amount injected is coated. More specifically, the first heat treatment may be performed for 1 hour to 5 hours, more specifically for 3 hours to 5 hours at a temperature of 220 ℃ to 250 ℃.

또, 상기 2차 열처리는, 표면 코팅층을 보다 효과적으로 형성하기 위해 수행하는 것으로, 양극재 표면과 셀레늄 화합물과의 반응 및 잔류 리튬 화합물과 셀레늄 화합물의 반응성을 향상시키기 위해 수행하는 것이다. 상기 1차 열처리시의 온도보다 높은 온도, 바람직하게는 250℃ 내지 350℃의 온도 범위 내에서 수행된다. 상기 2차 열처리 온도가 250℃ 미만에서 수행될 경우, 양극재 표면 및 잔류 리튬 화합물과의 반응성이 낮아져 셀레늄 화합물의 형태로 존재하게 되고, 전지 성능 평가 시 전해액에 용해되어 전지 성능을 저하시킬 우려가 있고, 상기 2차 열처리 온도가 350℃를 초과할 경우, 셀레늄 산화물의 끓는 점이 350℃이기 때문에 상기 셀레늄 산화물의 승화가 발생할 우려가 있다. 보다 구체적으로는 상기 2차 열처리는 300℃ 내지 350℃의 온도에서 5시간 내지 20시간, 보다 구체적으로는 7시간 내지 15시간동안 수행될 수 있다.In addition, the secondary heat treatment is performed to more effectively form the surface coating layer, and is performed to improve the reaction between the surface of the cathode material and the selenium compound and the reactivity of the residual lithium compound and the selenium compound. The temperature is higher than the temperature at the time of the first heat treatment, preferably in the temperature range of 250 ℃ to 350 ℃. When the secondary heat treatment temperature is carried out below 250 ℃, the surface of the positive electrode material and the reactivity with the residual lithium compound is lowered to exist in the form of selenium compound, there is a concern that it is dissolved in the electrolyte when the battery performance evaluation to degrade the battery performance In addition, when the secondary heat treatment temperature exceeds 350 ° C., since the boiling point of selenium oxide is 350 ° C., sublimation of the selenium oxide may occur. More specifically, the secondary heat treatment may be performed at a temperature of 300 ° C. to 350 ° C. for 5 hours to 20 hours, more specifically for 7 hours to 15 hours.

또, 상기 2차 열처리 동안에는, 코어 입자의 제조과정에서 필연적으로 잔류하게 되는 LiOH, Li2CO3 등과 같은 리튬 부산물과 셀레늄 산화물의 반응이 일어날 수 있다. 상기 리튬 부산물과 셀레늄 산화물이 반응할 경우, 셀렌산 리튬이 형성될 수도 있다. 상기 셀렌산 리튬은 과량으로 존재 시 코팅층 내 저항을 증가시키지만, 리튬 부산물 수준으로 존재할 경우 오히려 활물질의 특성을 개선시킬 수 있다. 예를 들면, 상기 셀렌산 리튬의 함량은 코어 입자의 표면에 존재하는 리튬 부산물의 함량 제어 또는 2차 열처리시 처리 조건의 제어를 통해 리튬 부산물과 셀레늄 산화물의 반응을 촉진 또는 억제함으로써 제어될 수 있다.In addition, during the secondary heat treatment, a reaction between selenium oxide and lithium by-products such as LiOH and Li 2 CO 3 , which are inevitably left during the preparation of the core particles, may occur. When the lithium byproduct reacts with selenium oxide, lithium selenite may be formed. The lithium selenate increases the resistance in the coating layer when present in excess, but may improve the properties of the active material when present in the level of lithium by-products. For example, the content of the lithium selenate may be controlled by promoting or inhibiting the reaction of the lithium by-product and selenium oxide through controlling the content of the lithium by-product present on the surface of the core particle or controlling the processing conditions during the second heat treatment. .

또, 상기 1차 및 2차 열처리는 산소 분위기 하에서 수행될 수 있으며, 보다 구체적으로는 열처리 전체 분위기 중 산소 함량이 20부피% 이상인 조건에서 수행될 수 있다. In addition, the first and second heat treatment may be performed in an oxygen atmosphere, more specifically, may be performed in a condition that the oxygen content of the total heat treatment atmosphere is 20% by volume or more.

상기와 같은 제조방법에 의해, 리튬 복합금속 산화물의 코어 입자 표면에 셀레늄을 포함하는 코팅층이 형성된 이차전지용 양극활물질이 제조된다. 상기 양극활물질은 표면에 형성된 코팅층으로 인해 전해액과의 계면 반응을 억제하는 동시에 활물질 표면의 구조 안정성을 더욱 개선시킬 수 있으며, 그 결과로서 전지 적용 시 수명 특성 및 출력특성을 크게 향상시킬 수 있다. By the manufacturing method as described above, a cathode active material for a secondary battery in which a coating layer containing selenium is formed on a surface of core particles of a lithium composite metal oxide is manufactured. The positive electrode active material may further improve the structural stability of the surface of the active material at the same time by suppressing the interfacial reaction with the electrolyte due to the coating layer formed on the surface, as a result it can significantly improve the life characteristics and output characteristics when applying the battery.

더불어, 상기와 같은 제조방법에 의해 제조된 양극 활물질은 코팅층 형성 과정에서 셀레늄이 탈락되는 것을 억제함으로써, 코팅층 형성 시 투입된 셀레늄의 함량과, 최종 제조된 코팅층 내에 포함되는 셀레늄의 함량의 변화가 미미할 수 있다.In addition, the positive electrode active material prepared by the manufacturing method as described above suppresses selenium from falling off during the coating layer formation process, so that the amount of selenium added during the formation of the coating layer and the content of selenium contained in the final manufactured coating layer may be insignificant. have.

이에 따라 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면 상기 제조방법에 의해 제조된 이차전지용 양극활물질이 제공된다.Accordingly, according to another embodiment of the present invention, a cathode active material for a secondary battery manufactured by the manufacturing method is provided.

구체적으로, 상기 양극활물질은 리튬 복합금속 산화물을 포함하는 코어 입자, 및 상기 코어 입자의 표면상에 위치하는 코팅층을 포함하고, 상기 코팅층은 셀레늄을 400 ppm 내지 1,000 ppm이 되도록 포함하는 것일 수 있다. 이때 상기 코어 입자는 앞서 설명한 바와 동일하다.Specifically, the positive electrode active material may include a core particle including a lithium composite metal oxide, and a coating layer located on the surface of the core particle, and the coating layer may include 400 ppm to 1,000 ppm of selenium. In this case, the core particles are the same as described above.

상기한 코팅층은, 코팅층을 형성하는 셀레늄 산화물의 특성으로 인해 코어 입자 전체를 둘러싸는 연속한 박막 형태로 형성될 수 있다. The coating layer may be formed in a continuous thin film form surrounding the entire core particle due to the characteristics of the selenium oxide forming the coating layer.

상기한 바와 같은 구조를 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 양극활물질은, 구체적으로 0.1 내지 10m2/g의 BET 비표면적 및 0.1 내지 2g/cm3의 탭밀도를 갖는 것일 수 있다. 상기한 범위의 BET 비표면적과 탭밀도를 동시에 충족할 때, 우수한 충전 밀도를 나타내어 전지의 용량 특성을 더욱 향상시킬 수 있다.The cathode active material according to the embodiment of the present invention having the structure as described above may specifically have a BET specific surface area of 0.1 to 10 m 2 / g and a tap density of 0.1 to 2 g / cm 3 . When satisfying the BET specific surface area and tap density in the above range at the same time, it shows an excellent charge density can further improve the capacity characteristics of the battery.

본 발명에 있어서, 상기 양극활물질의 비표면적은 BET(Brunauer-Emmett-Teller) 법에 의해 측정한 것으로서, 구체적으로는 Micrometritics 社의 Tristar Ⅱ를 이용하여 액체 질소 온도 하(77K)에서의 질소가스 흡착량으로부터 산출할 수 있다.In the present invention, the specific surface area of the cathode active material is measured by Brunauer-Emmett-Teller (BET) method, specifically, nitrogen gas adsorption under liquid nitrogen temperature (77K) using Tristar II manufactured by Micrometritics. It can calculate from quantity.

본 발명에 있어서, 상기 양극활물질의 탭밀도는 통상의 탭밀도 측정기를 이용하여 측정할 수 있으며, 구체적으로는 탭밀도 시험기(tap density tester)를 이용하여 측정할 수 있다.In the present invention, the tap density of the positive electrode active material can be measured using a conventional tap density measuring device, and specifically, can be measured using a tap density tester.

이에 따라 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면 상기한 양극활물질을 포함하는 양극 및 리튬 이차전지를 제공한다.Accordingly, according to another embodiment of the present invention provides a cathode and a lithium secondary battery including the cathode active material.

구체적으로, 상기 양극은 양극집전체 및 상기 양극집전체 위에 형성되며, 상기한 양극활물질을 포함하는 양극활물질층을 포함한다.Specifically, the positive electrode is formed on the positive electrode current collector and the positive electrode current collector, and comprises a positive electrode active material layer containing the positive electrode active material.

상기 양극집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소 또는 알루미늄이나 스테인레스 스틸 표면에 탄소, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. 또, 상기 양극 집전체는 통상적으로 3㎛ 내지 500㎛의 두께를 가질 수 있으며, 상기 집전체 표면 상에 미세한 요철을 형성하여 양극활물질의 접착력을 높일 수도 있다. 예를 들어 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical changes in the battery. For example, carbon, nickel, titanium on the surface of stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, or aluminum or stainless steel Surface treated with silver, silver or the like can be used. In addition, the positive electrode current collector may have a thickness of typically 3 μm to 500 μm, and may form fine irregularities on the surface of the current collector to increase adhesion of the positive electrode active material. For example, it can be used in various forms, such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, a nonwoven body.

또, 상기한 집전체의 적어도 일면에는 양극활물질을 포함하며, 필요에 따라 도전재 및 바인더 중 적어도 1종을 선택적으로 더 포함하는 양극활물질층이 위치한다.In addition, at least one surface of the current collector includes a positive electrode active material, and optionally a positive electrode active material layer further includes at least one of a conductive material and a binder.

이때 상기 양극활물질은 양극활물질층 총 중량에 대하여 80 내지 99중량%, 보다 구체적으로는 85중량% 내지 98중량%의 함량으로 포함될 수 있다. 상기한 함량범위로 포함될 때 우수한 용량 특성을 나타낼 수 있다.At this time, the positive electrode active material may be included in an amount of 80 to 99% by weight, more specifically 85 to 98% by weight based on the total weight of the positive electrode active material layer. When included in the above content range may exhibit excellent capacity characteristics.

또, 상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성을 갖는 것이면 특별한 제한없이 사용가능하다. 구체적인 예로는 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본 블랙, 아세틸렌블랙, 케첸블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서멀 블랙, 탄소섬유 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 휘스커; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 또는 폴리페닐렌 유도체 등의 전도성 고분자 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 도전재는 양극활물질층 총 중량에 대하여 1중량% 내지 30중량%로 포함될 수 있다.In addition, the conductive material is used to impart conductivity to the electrode. In the battery constituted, the conductive material can be used without particular limitation as long as it has electronic conductivity without causing chemical change. Specific examples thereof include graphite such as natural graphite and artificial graphite; Carbon-based materials such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, thermal black and carbon fiber; Metal powder or metal fibers such as copper, nickel, aluminum, and silver; Conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Or conductive polymers such as polyphenylene derivatives, and the like, or a mixture of two or more kinds thereof may be used. The conductive material may be included in an amount of 1 wt% to 30 wt% with respect to the total weight of the cathode active material layer.

또, 상기 바인더는 양극활물질 입자들 간의 부착 및 양극활물질과 집전체와의 접착력을 향상시키는 역할을 한다. 구체적인 예로는 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HFP), 폴리비닐알코올, 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 폴리머(EPDM), 술폰화-EPDM, 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 불소 고무, 또는 이들의 다양한 공중합체 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 바인더는 양극활물질층 총 중량에 대하여 1중량% 내지 30중량%로 포함될 수 있다.In addition, the binder serves to improve adhesion between the cathode active material particles and adhesion between the cathode active material and the current collector. Specific examples include polyvinylidene fluoride (PVDF), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HFP), polyvinyl alcohol, polyacrylonitrile, and carboxymethyl cellulose (CMC). ), Starch, hydroxypropyl cellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene polymer (EPDM), sulfonated-EPDM, styrene butadiene rubber (SBR), fluororubbers, or various copolymers thereof, and the like, and one or more of these may be used. The binder may be included in an amount of 1 wt% to 30 wt% with respect to the total weight of the positive electrode active material layer.

상기 양극은 상기한 양극활물질을 이용하는 것을 제외하고는 통상의 양극 제조방법에 따라 제조될 수 있다. 구체적으로는, 상기한 양극활물질 및 선택적으로, 바인더 및 도전재 중 적어도 1종을 용매 중에 용해 또는 분산시켜 제조한 양극활물질층 형성용 조성물을 양극집전체의 적어도 일면에 도포한 후, 건조 및 압연함으로써 제조될 수 있다. 이때 상기 양극활물질, 바인더, 도전재의 종류 및 함량은 앞서 설명한 바와 같다.The positive electrode may be manufactured according to a conventional positive electrode manufacturing method except using the positive electrode active material described above. Specifically, the positive electrode active material and optionally, a composition for forming a positive electrode active material layer prepared by dissolving or dispersing at least one of a binder and a conductive material in a solvent is applied to at least one surface of the positive electrode current collector, and then dried and rolled. It can be prepared by. In this case, the type and content of the cathode active material, the binder, and the conductive material are as described above.

상기 용매로는 당해 기술분야에서 일반적으로 사용되는 용매일 수 있으며, 디메틸설폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO), 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol), N-메틸피롤리돈(NMP), 아세톤(acetone) 또는 물로 이루어진 군에서 선택된 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 용매의 사용량은 슬러리의 도포 두께, 제조 수율을 고려하여 상기 양극활물질, 도전재 및 바인더를 용해 또는 분산시키고, 이후 양극 제조를 위한 도포시 우수한 두께 균일도를 나타낼 수 있는 점도를 갖도록 하는 정도면 충분하다.The solvent may be a solvent generally used in the art, and may include dimethyl sulfoxide (DMSO), isopropyl alcohol, N-methylpyrrolidone (NMP), acetone or acetone. Single or a mixture of two or more selected from the group consisting of water may be used. The amount of the solvent is sufficient to dissolve or disperse the positive electrode active material, the conductive material and the binder in consideration of the coating thickness of the slurry, the production yield, and to have a viscosity that can exhibit excellent thickness uniformity during the application for the production of the positive electrode. Do.

또, 다른 방법으로, 상기 양극은 상기 양극활물질층 형성용 조성물을 별도의 지지체 상에 캐스팅한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 양극 집전체 상에 라미네이션함으로써 제조될 수도 있다.Alternatively, the positive electrode may be prepared by casting the composition for forming the positive electrode active material layer on a separate support, and then laminating the film obtained by peeling from the support onto a positive electrode current collector.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 양극을 포함하는 전기화학소자가 제공된다. 상기 전기화학소자는 구체적으로 전지 또는 커패시터 등일 수 있으며, 보다 구체적으로는 리튬 이차전지일 수 있다.According to another embodiment of the present invention, an electrochemical device including the anode is provided. The electrochemical device may be specifically a battery or a capacitor, and more specifically, a lithium secondary battery.

상기 리튬 이차전지는 구체적으로 양극, 상기 양극과 대향하여 위치하는 음극, 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 세퍼레이터 및 전해질을 포함하며, 상기 양극은 앞서 설명한 바와 같다. 또, 상기 리튬 이차전지는 상기 양극, 음극, 세퍼레이터의 전극 조립체를 수납하는 전지용기, 및 상기 전지용기를 밀봉하는 밀봉 부재를 선택적으로 더 포함할 수 있다. The lithium secondary battery specifically includes a positive electrode, a negative electrode positioned to face the positive electrode, a separator and an electrolyte interposed between the positive electrode and the negative electrode, and the positive electrode is as described above. The lithium secondary battery may further include a battery container for accommodating the electrode assembly of the positive electrode, the negative electrode, and the separator, and a sealing member for sealing the battery container.

상기 리튬 이차전지에 있어서, 상기 음극은 음극집전체 및 상기 음극집전체의 적어도 일면에 위치하는 음극활물질층을 포함한다.In the lithium secondary battery, the negative electrode includes a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer positioned on at least one surface of the negative electrode current collector.

상기 음극집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 탄소, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또, 상기 음극 집전체는 통상적으로 3㎛ 내지 500㎛의 두께를 가질 수 있으며, 양극 집전체와 마찬가지로, 상기 집전체 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있다. 예를 들어, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The negative electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical change in the battery. For example, the negative electrode current collector may be formed on the surface of copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, copper, or stainless steel. Surface-treated with carbon, nickel, titanium, silver, and the like, aluminum-cadmium alloy and the like can be used. In addition, the negative electrode current collector may have a thickness of 3 μm to 500 μm, and similarly to the positive electrode current collector, fine concavities and convexities may be formed on the surface of the current collector to enhance the bonding force of the negative electrode active material. For example, it can be used in various forms, such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, a nonwoven body.

상기 음극활물질층은 음극활물질을 포함하고, 또 필요에 따라 바인더 및 도전재 중 적어도 1종을 선택적으로 더 포함한다. The negative electrode active material layer includes a negative electrode active material, and optionally further includes at least one of a binder and a conductive material.

상기 음극활물질층은 일례로서 음극집전체 상에 음극활물질, 및 선택적으로 바인더 및 도전재를 포함하는 음극 형성용 조성물을 도포하고 건조하거나, 또는 상기 음극 형성용 조성물을 별도의 지지체 상에 캐스팅한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 음극집전체 상에 라미네이션함으로써 제조될 수도 있다.For example, the negative electrode active material layer is coated with a negative electrode active material, and optionally a composition for forming a negative electrode including a binder and a conductive material on a negative electrode current collector and dried, or casting the negative electrode forming composition on a separate support It can also be produced by laminating a film obtained by peeling from this support onto a negative electrode current collector.

상기 음극활물질로는 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물이 사용될 수 있다. 구체적인 예로는 인조흑연, 천연흑연, 흑연화 탄소섬유, 비정질탄소 등의 탄소질 재료; Si, Al, Sn, Pb, Zn, Bi, In, Mg, Ga, Cd, Si합금, Sn합금 또는 Al합금 등 리튬과 합금화가 가능한 금속질 화합물; SiOv(0<v<2), SnO2, 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물과 같이 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 금속산화물; 또는 Si-C 복합체 또는 Sn-C 복합체과 같이 상기 금속질 화합물과 탄소질 재료를 포함하는 복합물 등을 들 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 또한, 상기 음극활물질로서 금속 리튬 박막이 사용될 수도 있다. 또, 탄소재료는 저결정 탄소 및 고결정성 탄소 등이 모두 사용될 수 있다. 저결정성 탄소로는 연화탄소 (soft carbon) 및 경화탄소 (hard carbon)가 대표적이며, 고결정성 탄소로는 무정형, 판상, 인편상, 구형 또는 섬유형의 천연 흑연 또는 인조 흑연, 키시흑연 (Kish graphite), 열분해 탄소 (pyrolytic carbon), 액정피치계 탄소섬유 (mesophase pitch based carbon fiber), 탄소 미소구체 (meso-carbon microbeads), 액정피치 (Mesophase pitches) 및 석유와 석탄계 코크스 (petroleum or coal tar pitch derived cokes) 등의 고온 소성탄소가 대표적이다.As the negative electrode active material, a compound capable of reversible intercalation and deintercalation of lithium may be used. Specific examples thereof include carbonaceous materials such as artificial graphite, natural graphite, graphitized carbon fibers, and amorphous carbon; Metallic compounds capable of alloying with lithium such as Si, Al, Sn, Pb, Zn, Bi, In, Mg, Ga, Cd, Si alloys, Sn alloys or Al alloys; Metal oxides capable of doping and undoping lithium such as SiO v (0 <v <2), SnO 2 , vanadium oxide, lithium vanadium oxide; Or a composite including the metallic compound and the carbonaceous material, such as a Si-C composite or a Sn-C composite, and any one or a mixture of two or more thereof may be used. In addition, a metal lithium thin film may be used as the anode active material. As the carbon material, both low crystalline carbon and high crystalline carbon can be used. Soft crystalline carbon and hard carbon are typical low crystalline carbon, and high crystalline carbon is amorphous, plate, scaly, spherical or fibrous natural graphite or artificial graphite, Kish graphite (Kish) graphite, pyrolytic carbon, mesophase pitch based carbon fiber, meso-carbon microbeads, mesophase pitches and petroleum or coal tar pitch High-temperature calcined carbon such as derived cokes is typical.

또, 상기 바인더 및 도전재는 앞서 양극에서 설명한 바와 동일한 것일 수 있다.In addition, the binder and the conductive material may be the same as described above in the positive electrode.

한편, 상기 리튬 이차전지에 있어서, 세퍼레이터는 음극과 양극을 분리하고 리튬 이온의 이동 통로를 제공하는 것으로, 통상 리튬 이차전지에서 세퍼레이터로 사용되는 것이라면 특별한 제한없이 사용가능하며, 특히 전해질의 이온 이동에 대하여 저저항이면서 전해액 함습 능력이 우수한 것이 바람직하다. 구체적으로는 다공성 고분자 필름, 예를 들어 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체 및 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름 또는 이들의 2층 이상의 적층 구조체가 사용될 수 있다. 또 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포가 사용될 수도 있다. 또, 내열성 또는 기계적 강도 확보를 위해 세라믹 성분 또는 고분자 물질이 포함된 코팅된 세퍼레이터가 사용될 수도 있으며, 선택적으로 단층 또는 다층 구조로 사용될 수 있다.On the other hand, in the lithium secondary battery, the separator is to separate the negative electrode and the positive electrode and to provide a passage for the movement of lithium ions, if it is usually used as a separator in a lithium secondary battery can be used without particular limitation, in particular for ion transfer of the electrolyte It is desirable to have a low resistance against the electrolyte solution and excellent in electrolytic solution moisture content. Specifically, a porous polymer film, for example, a porous polymer film made of a polyolefin-based polymer such as ethylene homopolymer, propylene homopolymer, ethylene / butene copolymer, ethylene / hexene copolymer and ethylene / methacrylate copolymer or the like Laminate structures of two or more layers may be used. In addition, a conventional porous nonwoven fabric, for example, a non-woven fabric made of high melting glass fibers, polyethylene terephthalate fibers, or the like may be used. In addition, a coated separator including a ceramic component or a polymer material may be used to secure heat resistance or mechanical strength, and may be optionally used as a single layer or a multilayer structure.

또, 본 발명에서 사용되는 전해질로는 리튬 이차전지 제조시 사용 가능한 유기계 액체 전해질, 무기계 액체 전해질, 고체 고분자 전해질, 겔형 고분자 전해질, 고체 무기 전해질, 용융형 무기 전해질 등을 들 수 있으며, 이들로 한정되는 것은 아니다. In addition, examples of the electrolyte used in the present invention include an organic liquid electrolyte, an inorganic liquid electrolyte, a solid polymer electrolyte, a gel polymer electrolyte, a solid inorganic electrolyte, a molten inorganic electrolyte, and the like, which can be used in manufacturing a lithium secondary battery. It doesn't happen.

구체적으로, 상기 전해질은 유기 용매 및 리튬염을 포함할 수 있다. Specifically, the electrolyte may include an organic solvent and a lithium salt.

상기 유기 용매로는 전지의 전기 화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 할 수 있는 것이라면 특별한 제한없이 사용될 수 있다. 구체적으로 상기 유기 용매로는, 메틸 아세테이트(methyl acetate), 에틸 아세테이트(ethyl acetate), γ-부티로락톤(γ-butyrolactone), ε-카프로락톤(ε-caprolactone) 등의 에스테르계 용매; 디부틸 에테르(dibutyl ether) 또는 테트라히드로퓨란(tetrahydrofuran) 등의 에테르계 용매; 시클로헥사논(cyclohexanone) 등의 케톤계 용매; 벤젠(benzene), 플루오로벤젠(fluorobenzene) 등의 방향족 탄화수소계 용매; 디메틸카보네이트(dimethylcarbonate, DMC), 디에틸카보네이트(diethylcarbonate, DEC), 메틸에틸카보네이트(methylethylcarbonate, MEC), 에틸메틸카보네이트(ethylmethylcarbonate, EMC), 에틸렌카보네이트(ethylene carbonate, EC), 프로필렌카보네이트(propylene carbonate, PC) 등의 카보네이트계 용매; 에틸알코올, 이소프로필 알코올 등의 알코올계 용매; Ra-CN(Ra는 탄소수 2 내지 20의 직쇄상, 분지상 또는 환 구조의 탄화수소기이며, 이중결합 방향 환 또는 에테르 결합을 포함할 수 있다) 등의 니트릴류; 디메틸포름아미드 등의 아미드류; 1,3-디옥솔란 등의 디옥솔란류; 또는 설포란(sulfolane)류 등이 사용될 수 있다. 이중에서도 카보네이트계 용매가 바람직하고, 전지의 충방전 성능을 높일 수 있는 높은 이온전도도 및 고유전율을 갖는 환형 카보네이트(예를 들면, 에틸렌카보네이트 또는 프로필렌카보네이트 등)와, 저점도의 선형 카보네이트계 화합물(예를 들면, 에틸메틸카보네이트, 디메틸카보네이트 또는 디에틸카보네이트 등)의 혼합물이 보다 바람직하다. 이 경우 환형 카보네이트와 사슬형 카보네이트는 약 1 : 1 내지 1 : 9의 부피비로 혼합하여 사용하는 것이 전해액의 성능이 우수하게 나타날 수 있다. The organic solvent may be used without particular limitation as long as it can serve as a medium through which ions involved in the electrochemical reaction of the battery can move. Specifically, the organic solvent may be an ester solvent such as methyl acetate, ethyl acetate, γ-butyrolactone or ε-caprolactone; Ether solvents such as dibutyl ether or tetrahydrofuran; Ketone solvents such as cyclohexanone; Aromatic hydrocarbon solvents such as benzene and fluorobenzene; Dimethylcarbonate (DMC), diethylcarbonate (DEC), methylethylcarbonate (MEC), ethylmethylcarbonate (EMC), ethylene carbonate (EC), propylene carbonate, Carbonate solvents such as PC); Alcohol solvents such as ethyl alcohol and isopropyl alcohol; Nitriles, such as Ra-CN (Ra is a C2-C20 linear, branched or ring-shaped hydrocarbon group, and may include a double bond aromatic ring or an ether bond); Amides such as dimethylformamide; Dioxolanes such as 1,3-dioxolane; Or sulfolanes may be used. Among these, a carbonate solvent is preferable, and a cyclic carbonate (for example, ethylene carbonate or propylene carbonate, etc.) having high ionic conductivity and high dielectric constant which can improve the charge / discharge performance of a battery, and a low viscosity linear carbonate compound ( For example, a mixture of ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate or diethyl carbonate and the like is more preferable. In this case, when the cyclic carbonate and the chain carbonate are mixed and used in a volume ratio of about 1: 1 to 1: 9, the performance of the electrolyte may be excellent.

상기 리튬염은 리튬 이차전지에서 사용되는 리튬 이온을 제공할 수 있는 화합물이라면 특별한 제한없이 사용될 수 있다. 구체적으로 상기 리튬염은, LiPF6, LiClO4, LiAsF6, LiBF4, LiSbF6, LiAl04, LiAlCl4, LiCF3SO3, LiC4F9SO3, LiN(C2F5SO3)2, LiN(C2F5SO2)2, LiN(CF3SO2)2. LiCl, LiI, 또는 LiB(C2O4)2 등이 사용될 수 있다. 상기 리튬염의 농도는 0.1M 내지 2.0M 범위 내에서 사용하는 것이 좋다. 리튬염의 농도가 상기 범위에 포함되면, 전해질이 적절한 전도도 및 점도를 가지므로 우수한 전해질 성능을 나타낼 수 있고, 리튬 이온이 효과적으로 이동할 수 있다.The lithium salt may be used without particular limitation as long as it is a compound capable of providing lithium ions used in lithium secondary batteries. Specifically, the lithium salt is LiPF 6 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAl0 4 , LiAlCl 4 , LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiN (C 2 F 5 SO 3 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 . LiCl, LiI, or LiB (C 2 O 4 ) 2 and the like can be used. The concentration of the lithium salt is preferably used within the range of 0.1M to 2.0M. When the concentration of the lithium salt is included in the above range, since the electrolyte has an appropriate conductivity and viscosity, it can exhibit excellent electrolyte performance, and lithium ions can move effectively.

상기 전해질에는 상기 전해질 구성 성분들 외에도 전지의 수명특성 향상, 전지 용량 감소 억제, 전지의 방전 용량 향상 등을 목적으로 예를 들어, 디플루오로에틸렌 카보네이트 등과 같은 할로알킬렌 카보네이트계 화합물; 또는 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사인산 트리아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌글리콜 디알킬에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시에탄올 또는 삼염화 알루미늄 등의 첨가제가 1종 이상 더 포함될 수도 있다. 이때 상기 첨가제는 전해질 총 중량에 대하여 0.1중량% 내지 5중량%로 포함될 수 있다. The electrolyte includes, in addition to the electrolyte components, haloalkylene carbonate-based compounds such as difluoroethylene carbonate and the like for the purpose of improving battery life characteristics, reducing battery capacity, and improving battery discharge capacity; Or pyridine, triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylene diamine, n-glyme, hexaphosphate triamide, nitrobenzene derivative, sulfur, quinone imine dye, N-substituted oxazolidinone, N, N One or more additives such as -substituted imidazolidine, ethylene glycol dialkyl ether, ammonium salt, pyrrole, 2-methoxyethanol or aluminum trichloride may be included. In this case, the additive may be included in an amount of 0.1% by weight to 5% by weight based on the total weight of the electrolyte.

상기와 같이 본 발명에 따른 양극활물질을 포함하는 리튬 이차전지는 우수한 방전 용량, 출력 특성 및 용량 유지율을 안정적으로 나타내기 때문에, 휴대전화, 노트북 컴퓨터, 디지털 카메라 등의 휴대용 기기, 및 하이브리드 전기자동차(hybrid electric vehicle, HEV) 등의 전기 자동차 분야 등에 유용하다. As described above, since the lithium secondary battery including the cathode active material according to the present invention stably exhibits excellent discharge capacity, output characteristics, and capacity retention rate, portable devices such as mobile phones, laptop computers, digital cameras, and hybrid electric vehicles ( It is useful for electric vehicle fields such as hybrid electric vehicle (HEV).

이에 따라, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 리튬 이차전지를 단위 셀로 포함하는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩이 제공된다. Accordingly, according to another embodiment of the present invention, a battery module including the lithium secondary battery as a unit cell and a battery pack including the same are provided.

상기 전지모듈 또는 전지팩은 파워 툴(Power Tool); 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차, 및 플러그인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV)를 포함하는 전기차; 또는 전력 저장용 시스템 중 어느 하나 이상의 중대형 디바이스 전원으로 이용될 수 있다.The battery module or the battery pack is a power tool (Power Tool); Electric vehicles including electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles, and plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs); Or it can be used as a power source for any one or more of the system for power storage.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention.

[[ 제조예Production Example 1] One]

60℃로 설정된 회분식 배치(batch)형 20L 반응기에서, 니켈 설페이트, 코발트 설페이트 및 망간 설페이트를 니켈:코발트:망간의 몰비가 90:5:5의 몰비가 되도록 하는 양으로 물 중에서 혼합하여 2M 농도의 제1금속 함유 용액을 5L를 준비하고, 또 니켈 설페이트, 코발트 설페이트 및 망간 설페이트를 니켈:코발트:망간의 몰비가 60:20:20의 몰비가 되도록 하는 양으로 물 중에서 혼합하여 2M 농도의 제2 금속 함유 용액을 20L를 준비하였다. 제1금속 함유 용액이 담겨있는 용기는 반응기로 들어가도록 연결하고, 제2금속 함유 용액이 담겨있는 용기는 제1 금속 함유 용액 용기로 들어가도록 연결하였다. 추가로 4M NaOH 용액과 15% 농도의 NH4OH 수용액을 준비하여 각각 반응기에 연결하였다. In a batch 20 L reactor set at 60 ° C., nickel sulfate, cobalt sulfate and manganese sulfate were mixed in water in an amount such that the molar ratio of nickel: cobalt: manganese was 90: 5: 5 in water at a 2 M concentration. 5 L of the first metal-containing solution was prepared, and nickel sulfate, cobalt sulfate, and manganese sulfate were mixed in water in an amount such that the molar ratio of nickel: cobalt: manganese was 60:20:20, and the second solution at a concentration of 2M 20 L of a metal containing solution was prepared. The vessel containing the first metal containing solution was connected to enter the reactor, and the vessel containing the second metal containing solution was connected to enter the first metal containing solution container. In addition, 4M NaOH solution and 15% NH 4 OH aqueous solution were prepared and connected to the reactor, respectively.

공침 반응기(용량 20L)에 탈이온수 4리터를 넣은 뒤 질소가스를 반응기에 4 L/min의 속도로 퍼징하여 물 속의 용존 산소를 제거하고 반응기 내를 비산화 분위기로 조성하였다. 이후 4M NaOH를 10 mL, NH4OH를 200ml 투입한 후, 60℃에서 500rpm의 교반속도로 교반하며, pH 12.0을 유지하도록 하였다.4 liters of deionized water was added to the coprecipitation reactor (capacity 20L), and nitrogen gas was purged at 4 L / min in the reactor to remove dissolved oxygen in water and to form a non-oxidizing atmosphere in the reactor. Thereafter, 10 mL of 4M NaOH and 200 mL of NH 4 OH were added thereto, followed by stirring at a stirring speed of 500 rpm at 60 ° C. to maintain a pH of 12.0.

이후 상기 제1금속 함유 용액을 5mL/min로 투입량을 유지하면서 반응기로 투입하였다. 동시에 상기 제1 금속 함유 용액 용기에 제2 금속 함유 용액을 5mL/min으로 투입하면서 균일하게 연속적으로 혼합하였다. 시간이 지남에 따라 제1 금속 함유 용액은 제2 금속 용액에 의해 희석되면서 반응기로 투입되었다. 이때 제1 금속 용액의 부피는 일정하게 유지되었다. 이어서, 상기 반응기에 NH4OH 수용액을 1mL/min의 속도로 각각 투입하면서 반응기 내부의 초기 pH를 11.7에서 반응이 진행됨에 따라 변화시켜 최종 완료 시 pH를 11.2로 변화시키면서, 니켈코발트망간계 복합금속 수산화물 입자의 성장을 유도함과 동시에 입자 내부에 농도구배가 생기도록 유도하였다. 이후 24시간 반응을 유지하여 니켈망간코발트계 복합금속 수산화물을 성장시켰다. 결과로 형성된 니켈망간코발트계 복합금속 함유 수산화물의 입자를 분리하여 수세 후 120℃의 오븐에서 건조하여 전구체를 제조하였다. Thereafter, the first metal-containing solution was introduced into the reactor while maintaining the input amount at 5 mL / min. At the same time, the second metal-containing solution was added to the first metal-containing solution container at 5 mL / min and mixed uniformly and continuously. Over time, the first metal containing solution was introduced into the reactor, diluted by the second metal solution. At this time, the volume of the first metal solution was kept constant. Subsequently, while adding NH 4 OH aqueous solution to the reactor at a rate of 1 mL / min, the initial pH of the reactor was changed as the reaction proceeds at 11.7, and the final pH was changed to 11.2, while the nickel cobalt manganese-based composite metal Induction of the growth of the hydroxide particles and at the same time induced a concentration gradient inside the particles. Since the reaction was maintained for 24 hours to grow nickel manganese cobalt-based composite metal hydroxide. The resulting nickel manganese cobalt-based composite metal-containing hydroxide particles were separated and washed with water and dried in an oven at 120 ℃ to prepare a precursor.

상기에서 제조한 전구체를 리튬 원료물질로서 리튬 수산화물(전구체 1몰에 대해 리튬 수산화물 1.01몰)과 건식 혼합한 후, 산소 분위기 하에 800℃에서 15시간 동안 열처리하여, 활물질 입자 내 금속원소의 농도구배를 포함하는 리튬 복합금속 산화물의 입자를 제조하였다.The precursor prepared above was dry mixed with lithium hydroxide (1.01 mol of lithium hydroxide per 1 mol of precursor) as a lithium raw material, and then heat-treated at 800 ° C. for 15 hours in an oxygen atmosphere to reduce the concentration gradient of the metal element in the active material particles. Particles of a lithium composite metal oxide were prepared.

[[ 실시예Example 1-1:  1-1: 양극활물질의Of positive electrode active material 제조] Produce]

셀레늄 디옥사이드를 에탄올에 용해시켜 제조한 1M 농도의 용액 7.1 mL과, 상기 제조예 1에서 제조한 리튬 복합금속 산화물 입자 1,000g를 혼합하였다. 이후 회전식 증발기(Roatry evaporator)를 사용하여 에탄올을 서서히 제거하였다. 결과로 입자 표면에 코팅층이 형성된 리튬 복합금속 산화물 입자를 도가니에 넣고, 상온(23±5℃)에서 2℃/min의 속도로 서서히 승온하여 250℃에서 5시간 동안 1차 열처리하고, 이어서 350℃에서 10시간 2차 열처리 하여 양극활물질을 제조하였다.7.1 mL of a 1 M solution prepared by dissolving selenium dioxide in ethanol and 1,000 g of the lithium composite metal oxide particles prepared in Preparation Example 1 were mixed. Then ethanol was slowly removed using a rotary evaporator. As a result, the lithium composite metal oxide particles having a coating layer formed on the surface of the particles were placed in a crucible, and gradually heated up at a rate of 2 ° C./min at room temperature (23 ± 5 ° C.), followed by primary heat treatment at 250 ° C. for 5 hours, followed by 350 ° C. The cathode active material was prepared by secondary heat treatment for 10 hours at.

[[ 비교예Comparative example 1-1:  1-1: 양극활물질의Of positive electrode active material 제조] Produce]

보론산을 에탄올에 용해시켜 제조한 1M 농도의 용액 49.52 mL에, 상기 제조예 1에서 제조한 리튬 복합금속 산화물 입자 1,000g를 혼합하였다. 이후 Roatry evaporator 를 사용하여 에탄올을 서서히 제거하였다. 결과로 입자 표면에 코팅층이 형성된 리튬 복합금속 산화물 입자를 도가니에 넣고, 상온에서 2℃/min의 속도로 서서히 승온하여 300℃에서 5시간 열처리 하여 양극활물질을 제조하였다.1,000 g of the lithium composite metal oxide particles prepared in Preparation Example 1 were mixed with 49.52 mL of a 1 M solution prepared by dissolving boronic acid in ethanol. Then ethanol was slowly removed using a Roatry evaporator. As a result, the lithium composite metal oxide particles having a coating layer formed on the surface of the particles were placed in a crucible, and gradually heated up at a rate of 2 ° C./min at room temperature, and heat-treated at 300 ° C. for 5 hours to prepare a cathode active material.

[[ 비교예Comparative example 1-2:  1-2: 양극활물질의Of positive electrode active material 제조] Produce]

상기 실시예 1-1에서 코팅층이 형성된 리튬 복합금속 산화물 입자에 대한 열처리를 350℃에서 15시간 동안 1회 수행하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1-1에서와 동일한 방법으로 수행하여 양극활물질을 제조하였다.A positive electrode active material was prepared by the same method as in Example 1-1, except that the heat treatment of the lithium composite metal oxide particles having the coating layer formed in Example 1-1 was performed once at 15 ° C. for 15 hours. It was.

[[ 비교예Comparative example 1-3:  1-3: 양극활물질의Of positive electrode active material 제조] Produce]

상기 실시예 1-1에서 코팅층이 형성된 리튬 복합금속 산화물 입자에 대한 열처리시 2차 열처리를 400℃에서 10시간 동안 수행하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1-1에서와 동일한 방법으로 수행하여 양극활물질을 제조하였다.A positive electrode active material was carried out in the same manner as in Example 1-1 except that the second heat treatment was performed for 10 hours at 400 ° C. during the heat treatment of the lithium composite metal oxide particles having the coating layer formed in Example 1-1. Was prepared.

[[ 비교예Comparative example 1-4:  1-4: 양극활물질의Of positive electrode active material 제조] Produce]

상기 제조예 1에서 제조한 리튬 복합금속 산화물 100 중량부에 대하여, 셀레늄 디옥사이드 700 ppm을 건식 혼합한 후, 400℃에서 열처리를 수행하여 리튬 복합금속 산화물의 표면에 Se 코팅층이 형성된 양극활물질을 제조하였다.For 100 parts by weight of the lithium composite metal oxide prepared in Preparation Example 1, 700 ppm of selenium dioxide was dry mixed and then heat-treated at 400 ° C. to prepare a cathode active material having a Se coating layer formed on the surface of the lithium composite metal oxide. .

[[ 실시예Example 2-1: 리튬 이차전지의 제조]  2-1: Fabrication of Lithium Secondary Battery]

상기 실시예 1-1에서 제조한 양극활물질을 각각 사용하고, 도전재로서 덴카블랙, 바인더로서 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF)를 95:2.5:2.5의 중량비로 혼합하고, N-메틸피롤리돈(NMP) 용매를 이용하여 양극 형성용 조성물을 제조하였다. 제조한 양극 형성용 조성물을 알루미늄 호일에 도포하고, 롤 프레스한 후 120℃에서 12시간 건조하여 양극을 제조하였다.The positive electrode active materials prepared in Example 1-1 were used, respectively, denca black as the conductive material, polyvinylidene fluoride (PVdF) as the binder was mixed at a weight ratio of 95: 2.5: 2.5, and N-methylpyrrolidone A composition for forming an anode was prepared using a (NMP) solvent. The prepared positive electrode forming composition was applied to an aluminum foil, roll-pressed and dried at 120 ° C. for 12 hours to prepare a positive electrode.

또, 음극활물질로서 천연 흑연, 도전재로서 카본블랙, 바인더로서 스티렌-부타디엔 고무(SBR)를 96:2:2의 중량비로 혼합하여 음극 형성용 조성물을 제조하였다. 제조한 음극 형성용 조성물을 구리 호일에 도포하고, 110℃에서 2시간 진공 건조하여 음극을 제조하였다.Also, natural graphite as a negative electrode active material, carbon black as a conductive material, and styrene-butadiene rubber (SBR) as a binder were mixed in a weight ratio of 96: 2: 2 to prepare a composition for forming a negative electrode. The prepared negative electrode composition was applied to a copper foil, and vacuum dried at 110 ° C. for 2 hours to prepare a negative electrode.

상기에서 제조한 양극 및 음극 사이에 폴리에틸렌 세퍼레이터(도넨사, F20BHE, 두께=20㎛)를 개재시킨 후, 전해질(1M의 헥사플루오로포스페이트(LiPF6), 에틸렌카보네이트/디메틸카보네이트=1:1부비피)을 주입하여 코인셀 형태의 전지를 제조하였다. After interposing a polyethylene separator (Donensa, F20BHE, thickness = 20 μm) between the positive electrode and the negative electrode prepared above, an electrolyte (1M hexafluorophosphate (LiPF 6 ), ethylene carbonate / dimethyl carbonate = 1: 1 part ratio) P) was injected to prepare a cell in the form of a coin cell.

[[ 비교예Comparative example 2-1 내지 2-4: 리튬 이차전지의 제조] 2-1 to 2-4: Fabrication of Lithium Secondary Battery]

상기 비교예 1-1 내지 1-4에서 제조한 양극활물질을 각각 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 2-1에서와 동일한 방법으로 수행하여 리튬 이차전지를 제조하였다.A lithium secondary battery was manufactured by the same method as in Example 2-1, except for using the cathode active materials prepared in Comparative Examples 1-1 to 1-4, respectively.

[[ 실험예Experimental Example 1:  One: 양극활물질Cathode active material  of mine 농도구배Concentration gradient 분석] analysis]

상기 실시예 1-1에서 제조한 양극 활물질 입자의 구조를 확인하기 위하여, 전자선 마이크로 애널라이저(electron probe micro analyzer, EPMA)를 이용하여 0.5㎛ 단위로 이동하면서 양극 활물질 입자의 내부 조성을 확인하였고, 그 결과를 도 1에 나타내었다.In order to confirm the structure of the positive electrode active material particles prepared in Example 1-1, the internal composition of the positive electrode active material particles was confirmed while moving in units of 0.5 μm using an electron probe micro analyzer (EPMA). Is shown in FIG.

도 1에 나타난 바와 같이, 실시예 1에서 제조한 양극 활물질 입자는 입자의 성장에 따라 활물질 입자의 중심에서부터 표면까지 입자 내 존재하는 니켈, 코발트, 및 망간의 농도구배가 나타나는 것임을 확인할 수 있었다.As shown in FIG. 1, it was confirmed that the positive electrode active material particles prepared in Example 1 exhibited concentration gradients of nickel, cobalt, and manganese present in the particles from the center to the surface of the active material particles as the particles grew.

[[ 실험예Experimental Example 2: 코팅층 내 Se 함량 분석] 2: Se content analysis in coating layer]

상기 실시예 1-1, 비교예 1-2 내지 비교예 1-4에서 제조한 양극활물질의 코팅층에 포함되는 Se의 함량을 알아보기 위해 고주파 유도 결합 플라즈마(inductively coupled plasma, ICP) 방법을 이용하여 분석하였다. 구체적으로, 실시예 1-1, 비교예 1-2 내지 비교예 1-4에서 각각 제조한 양극 활물질 0.1g에 염산을 1 mL 추가한 후, 100℃로 가열하여 용해시키고 시료가 완전히 분해가 되면 초순수를 투입하여 10 mL로 희석하였다. 상기 희석된 용액을 ICP로 분석하였고, 그 결과는 하기 표 1에 나타내었다.In order to determine the content of Se included in the coating layer of the positive electrode active material prepared in Example 1-1, Comparative Examples 1-2 to 1-4 using a high frequency inductively coupled plasma (ICP) method Analyzed. Specifically, 1 mL of hydrochloric acid is added to 0.1 g of the positive electrode active materials prepared in Examples 1-1 and Comparative Examples 1-2 to 1-4, respectively, and heated to 100 ° C. to dissolve, and when the sample is completely decomposed. Ultrapure water was added and diluted to 10 mL. The diluted solution was analyzed by ICP and the results are shown in Table 1 below.

주입한 Se 함량 (ppm)Infused Se content (ppm) 코팅층 내 Se 함량 (ppm)Se content in the coating layer (ppm) 실시예 1-1Example 1-1 500500 489489 비교예 1-2Comparative Example 1-2 500500 358358 비교예 1-3Comparative Example 1-3 500500 315315 비교예 1-4Comparative Example 1-4 500500 284284

표 1에 나타난 바와 같이, 실시예 1-1에서 제조한 양극 활물질은 코팅층에 포함되는 원소 Se의 함량이 489 ppm이었다. 반면, 비교예 1-2 및 비교예 1-3에서 제조한 양극 활물질의 코팅층에 포함되는 원소 Se의 함량은 각각 358 ppm 및 315 ppm으로, 실시예 1-1에 비해 코팅층에 잔류하는 Se의 함량이 저하된 것을 확인할 수 있었다. 특히, 비교예 1-4에서 제조한 양극 활물질의 코팅층에 포함되는 원소 Se의 함량은 284 ppm으로 나타났다. 이와 같이 건식 공정을 이용하여 양극 활물질의 표면에 코팅층을 형성하면, 공정 중 Se의 손실이 많아 코팅층 내 잔존하는 Se의 함량이 투입한 Se 양의 절반 수준 정도였고, Se의 손실로 인해 코팅층을 균일하게 형성하지 못하였다.As shown in Table 1, the positive electrode active material prepared in Example 1-1 had a content of 489 ppm of element Se included in the coating layer. On the other hand, the content of the element Se contained in the coating layer of the positive electrode active material prepared in Comparative Example 1-2 and Comparative Example 1-3 is 358 ppm and 315 ppm, respectively, the content of Se remaining in the coating layer compared to Example 1-1 This deterioration was confirmed. In particular, the content of the element Se contained in the coating layer of the positive electrode active material prepared in Comparative Example 1-4 was 284 ppm. When the coating layer was formed on the surface of the positive electrode active material by using a dry process as described above, the loss of Se during the process was high, and the amount of Se remaining in the coating layer was about half of the amount of Se injected. Could not be formed.

[[ 실험예Experimental Example 3: 리튬 이차전지의 전지 특성 평가] 3: Battery Characteristic Evaluation of Lithium Secondary Battery]

상기 실시예 2-1, 비교예 2-1에서 제조한 리튬 이차전지에 대해 하기와 같은 방법으로 전지 특성을 평가하였다. Battery characteristics of the lithium secondary batteries prepared in Example 2-1 and Comparative Example 2-1 were evaluated in the following manner.

구체적으로, 45℃에서 1C 정전류로 4.25V가 될 때까지 충전하고, 이후 4.25V의 정전압으로 충전하여, 충전 전류가 8mA가 되면 충전을 종료하였다. 이후, 20분간 방치한 다음, 1C 정전류로 2.5V가 될 때까지 방전하였다. 상기 충방전 거동을 1 사이클로 하여, 400 사이클을 실시한 후의 초기 용량에 대한 400 사이클 째의 방전 용량의 비율인 사이클 용량 유지율(capacity retention) 및 저항 증가율을 각각 측정하고, 이를 하기 표 2 및 도 2, 도 3에 나타내었다.Specifically, the battery was charged at 45 ° C. with a constant current of 1C until 4.25V, and then charged at a constant voltage of 4.25V, and the charging was terminated when the charging current became 8mA. Thereafter, it was left for 20 minutes, and then discharged until reaching 2.5V at 1C constant current. With the charge and discharge behavior as one cycle, the cycle capacity retention and the resistance increase rate, which are the ratio of the discharge capacity at the 400th cycle to the initial capacity after the 400 cycles, were measured, respectively, and the following Tables 2 and 2, 3 is shown.

실시예 2-1Example 2-1 비교예 2-1Comparative Example 2-1 용량 유지율(%)Capacity retention rate (%) 94.0094.00 90.76 90.76 저항 증가율(%)% Increase in resistance 20.1120.11 31.4231.42

상기 실시예 2-1에서 제조한 리튬 이차전지는 비교예 2-1에서 제조한 붕소 함유 코팅층을 갖는 양극활물질을 포함하는 리튬 이차전지에 비해 고온에서 저항 증가율이 현저히 감소하고 우수한 수명 특성을 나타내었다.In the lithium secondary battery prepared in Example 2-1, the resistance increase rate was significantly decreased at high temperature and exhibited excellent life characteristics compared to the lithium secondary battery including the cathode active material having the boron-containing coating layer prepared in Comparative Example 2-1. .

[[ 실험예Experimental Example 4: 리튬 이차전지의 출력 특성 평가] 4: Evaluation of Output Characteristics of Lithium Secondary Battery]

상기 실시예 2-1, 비교예 2-1에서 제조된 리튬 이차전지에 대하여 SOC 50%에서의 출력 특성 평가를 실시하였다.The output characteristics of the lithium secondary battery prepared in Example 2-1 and Comparative Example 2-1 were evaluated at SOC 50%.

구체적으로, 상온(25℃)에서 충방전한 전지를 SOC 50%를 기준으로 150 mAh의 전류로 10초간 펄스를 가하여 측정하였고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다. 0~0.1초 구간은 리튬 이차전지의 표면에서의 저항을 나타낸 것이고, 0.1~10초 구간은 리튬 이차전지의 내부의 저항을 나타낸 것이다.Specifically, the battery charged and discharged at room temperature (25 ℃) was measured by applying a pulse for 10 seconds at a current of 150 mAh based on SOC 50%, the results are shown in Table 3 below. The 0 to 0.1 second section represents the resistance on the surface of the lithium secondary battery, and the 0.1 to 10 second section represents the internal resistance of the lithium secondary battery.

상온(25℃)에서 SOC 50%에서의 출력Output at SOC 50% at room temperature (25 ℃) 0~0.1s(V)0 to 0.1 s (V) 0.1~10s (V)0.1 ~ 10s (V) 0~10s (V)0 ~ 10s (V) 전압 강하율(%)Voltage drop rate (%) 실시예 2-1Example 2-1 0.1470.147 0.0860.086 0.2330.233 100100 비교예 2-1Comparative Example 2-1 0.1590.159 0.0870.087 0.2460.246 105.6105.6

표 3에 나타난 바와 같이, 실시예 2-1에서 제조한 리튬 이차전지가 비교예 2-1에서 제조한 리튬 이차전지에 비해 감소한 전압 강하율을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.As shown in Table 3, it was confirmed that the lithium secondary battery prepared in Example 2-1 shows a reduced voltage drop rate compared to the lithium secondary battery prepared in Comparative Example 2-1.

Claims (12)

셀레늄 산화물을 알코올계 용매 중에 용해시켜 코팅층 형성용 조성물을 준비하는 단계; 및
상기 코팅층 형성용 조성물을, 리튬 복합금속 산화물을 포함하는 코어 입자와 혼합한 후, 180℃ 내지 250℃에서 1차 열처리하고, 250℃ 내지 350℃의 온도 범위 내에서 상기 1차 열처리시의 온도보다 높은 온도로 2차 열처리하는 단계를 포함하고,
상기 코팅층 형성용 조성물과 코어 입자의 혼합은, 최종 제조되는 양극활물질에서의 셀레늄 함량이 400 ppm 내지 1,000 ppm이 되도록 하는 양으로 혼합하는 것인 이차전지용 양극활물질의 제조방법.
Dissolving selenium oxide in an alcohol solvent to prepare a composition for forming a coating layer; And
After mixing the composition for forming the coating layer with the core particles containing the lithium composite metal oxide, the first heat treatment at 180 ℃ to 250 ℃, the temperature of the first heat treatment within the temperature range of 250 ℃ to 350 ℃ A second heat treatment at a high temperature,
Mixing of the coating layer-forming composition and the core particles is a method for producing a cathode active material for a secondary battery is mixed in an amount such that the content of selenium in the final active material is 400 ppm to 1,000 ppm.
제1항에 있어서,
상기 알코올계 용매는 탄소수 1 내지 4의 알코올 화합물을 1종 이상 포함하는 것인 이차전지용 양극활물질의 제조방법.
The method of claim 1,
The alcohol solvent is a method for producing a cathode active material for a secondary battery containing at least one alcohol compound having 1 to 4 carbon atoms.
제1항에 있어서,
상기 리튬 복합금속 산화물은 리튬과 함께, 니켈, 코발트 및 금속원소 M(이때 M은 Mn 및 Al으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나임)을 포함하며,
상기 니켈, 코발트 및 금속원소 M중 적어도 하나의 원소는 상기 코어 입자의 중심에서부터 표면까지 점진적으로 변화하는 농도구배로 존재하는 것인 이차전지용 양극활물질의 제조방법.
The method of claim 1,
The lithium composite metal oxide, together with lithium, includes nickel, cobalt and metal elements M (wherein M is at least one selected from the group consisting of Mn and Al),
At least one element of the nickel, cobalt, and metal element M is present in a concentration gradient that gradually changes from the center of the core particle to the surface.
제3항에 있어서,
상기 니켈은 코어 입자의 중심에서부터 표면 방향으로 농도구배를 가지면서 감소하고,
상기 코발트 및 금속원소 M은 각각 독립적으로 코어 입자의 중심에서부터 표면 방향으로 농도구배를 가지면서 증가하는 것인 이차전지용 양극활물질의 제조방법.
The method of claim 3,
The nickel decreases with a concentration gradient from the center of the core particles to the surface direction,
The cobalt and the metal element M are each independently increased while having a concentration gradient from the center of the core particles to the surface direction of the secondary battery positive electrode active material manufacturing method.
제1항에 있어서,
상기 리튬 복합금속 산화물은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물인 것인 이차전지용 양극활물질의 제조방법:
[화학식 1]
LiαNixCoyMzM'wO2
상기 화학식 1에서
M은 Mn 및 Al으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나이고,
M'은 W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, Al, In, Ta, Y, In, La, Sr, Ga, Sc, Gd, Sm, Ca, Ce, Nb, Mg, B, 및 Mo로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상의 도핑원소를 포함하며,
α, x, y, z 및 w는 0.95≤α≤1.05, 0.6≤x<1, 0<y≤0.4, 0<z≤0.4, x+y+z=1 및 0≤w≤0.02이다.
The method of claim 1,
The lithium composite metal oxide is a method of producing a cathode active material for a secondary battery that is a compound represented by the following formula (1):
[Formula 1]
Li α Ni x Co y M z M ' w O 2
In Chemical Formula 1
M is at least one selected from the group consisting of Mn and Al,
M 'is W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, Al, In, Ta, Y, In, La, Sr, Ga, Sc, Gd, Sm, Ca, Ce, Nb, Mg, B And at least one doping element selected from the group consisting of Mo,
α, x, y, z and w are 0.95 ≦ α ≦ 1.05, 0.6 ≦ x <1, 0 <y ≦ 0.4, 0 <z ≦ 0.4, x + y + z = 1 and 0 ≦ w ≦ 0.02.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 코팅층 형성용 조성물과 코어 입자의 혼합 후 코팅층 형성용 조성물 중의 알코올계 용매를 제거하는 단계를 더 포함하는 이차전지용 양극활물질의 제조방법.
The method of claim 1,
The method of manufacturing a cathode active material for a secondary battery further comprising the step of removing the alcohol-based solvent in the coating layer-forming composition after mixing the coating layer-forming composition and the core particles.
리튬 복합금속 산화물을 포함하는 코어 입자, 및 상기 코어 입자의 표면 상에 위치하는 코팅층을 포함하고,
상기 코팅층은 셀레늄을 400 ppm 내지 1,000 ppm으로 포함하는 것인 이차전지용 양극활물질.
A core particle including a lithium composite metal oxide, and a coating layer on the surface of the core particle,
The coating layer is a positive electrode active material for secondary batteries containing selenium 400 ppm to 1,000 ppm.
제8항에 있어서,
상기 리튬 복합금속 산화물은 리튬과 함께, 니켈, 코발트 및 금속원소 M(이때 M은 Mn 및 Al으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나임)을 포함하며,
상기 니켈, 코발트 및 금속원소 M중 적어도 하나의 원소는 상기 코어 입자의 중심에서부터 표면까지 점진적으로 변화하는 농도구배로 존재하는 것인 이차전지용 양극활물질.
The method of claim 8,
The lithium composite metal oxide, together with lithium, includes nickel, cobalt and metal elements M (wherein M is at least one selected from the group consisting of Mn and Al),
At least one element of the nickel, cobalt and metal element M is present in a concentration gradient that gradually changes from the center of the core particles to the surface of the positive electrode active material for a secondary battery.
제8항에 있어서,
상기 리튬 복합금속 산화물은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물인 것인, 이차전지용 양극 활물질.
[화학식 1]
LiαNixCoyMzM'wO2
상기 화학식 1에서
M은 Mn 및 Al으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나이고,
M'은 W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, Al, In, Ta, Y, In, La, Sr, Ga, Sc, Gd, Sm, Ca, Ce, Nb, Mg, B, 및 Mo로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상의 도핑 원소를 포함하며,
α, x, y, z 및 w는 0.95≤α≤1.05, 0.6≤x<1, 0<y≤0.4, 0<z≤0.4, x+y+z=1 및 0≤w≤0.02이다.
The method of claim 8,
Wherein the lithium composite metal oxide is a compound represented by the formula (1), the positive electrode active material for secondary batteries.
[Formula 1]
Li α Ni x Co y M z M ' w O 2
In Chemical Formula 1
M is at least one selected from the group consisting of Mn and Al,
M 'is W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, Al, In, Ta, Y, In, La, Sr, Ga, Sc, Gd, Sm, Ca, Ce, Nb, Mg, B And at least one doping element selected from the group consisting of Mo,
α, x, y, z and w are 0.95 ≦ α ≦ 1.05, 0.6 ≦ x <1, 0 <y ≦ 0.4, 0 <z ≦ 0.4, x + y + z = 1 and 0 ≦ w ≦ 0.02.
제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 양극활물질을 포함하는 양극.
A positive electrode comprising the positive electrode active material according to any one of claims 8 to 10.
제11항에 따른 양극을 포함하는 리튬 이차전지.
A lithium secondary battery comprising the positive electrode according to claim 11.
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