KR102117621B1 - Positive electrode active material for lithium secondary battery, method for preparing the same, and lithium secondary battery including the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 입자의 중심에서부터 표면까지 니켈 및 망간이 점진적으로 변화하는 농도구배로 존재하는 양극활물질이며, 상기 양극활물질은 평균 조성이 하기 화학식 1로 표시되는 제 1 리튬 복합금속 산화물을 포함하는 중심부; 및 평균 조성이 하기 화학식 2로 표시되는 제 2 리튬 복합금속 산화물을 포함하는 표면부;를 포함하고, 상기 양극활물질은 시차주사열량측정법에 의해 열유량을 측정하였을 때 235℃ 이상에서 피크가 나타나는 양극활물질, 상기 양극활물질의 제조방법, 및 상기 양극활물질을 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다:
[화학식 1]
Li1+x1(Nia1Mnb1Co1-a1-b1-c1Mec1)O2-y1Ay1
[화학식 2]
Li1+x2(Nia2Mnb2Co1-a2-b2-c2Mec2)O2-y2Ay2
상기 화학식 1 및 2에서, Me는 W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, Al, In, Ta, Y, La, Sr, Ga, Sc, Gd, Sm, Ca, Ce, Nb, Mg, B 및 Mo로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 도핑 원소이고, A는 PO4 3-, NO4 -, CO3 2-, BO3 -, Cl-, Br-, I- 및 F-로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 음이온이고, 0.8≤a1<1, 0<b1<0.2, 0<c1≤0.1이고, 0.8<a1+b1+c1<1, 0≤x1≤0.1, 0.0001<y1≤0.1이고, 0.1≤a2<0.8, 0.1<b2<0.9, 0<c2≤0.1이고, 0.2<a2+b2+c2<1, 0≤x2≤0.1, 0.0001<y2≤0.1이다.
The present invention is a positive electrode active material present in a concentration gradient in which nickel and manganese gradually change from the center of the particle to the surface, wherein the positive electrode active material has a central portion including a first lithium composite metal oxide having an average composition represented by Formula 1 below; And a surface portion including a second lithium composite metal oxide having an average composition represented by the following Chemical Formula 2, wherein the positive electrode active material has a positive peak at 235° C. or higher when the heat flow rate is measured by differential scanning calorimetry. An active material, a method for manufacturing the positive electrode active material, and a lithium secondary battery comprising the positive electrode active material are provided:
[Formula 1]
Li 1+x1 (Ni a1 Mn b1 Co 1-a1-b1-c1 Me c1 )O 2-y1 A y1
[Formula 2]
Li 1+x2 (Ni a2 Mn b2 Co 1-a2-b2-c2 Me c2 )O 2-y2 A y2
In Chemical Formulas 1 and 2, Me is W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, Al, In, Ta, Y, La, Sr, Ga, Sc, Gd, Sm, Ca, Ce, Nb , and at least one doping element selected from the group consisting of Mg, B and Mo, a is PO 4 3-, NO 4 - to -, CO 3 2-, BO 3 -, Cl -, Br -, I - and F At least one anion selected from the group consisting of, 0.8≤a1<1, 0<b1<0.2, 0<c1≤0.1, 0.8<a1+b1+c1<1, 0≤x1≤0.1, 0.0001<y1≤0.1 , 0.1≤a2<0.8, 0.1<b2<0.9, 0<c2≤0.1, and 0.2<a2+b2+c2<1, 0≤x2≤0.1, 0.0001<y2≤0.1.

Description

리튬이차전지용 양극활물질, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 리튬 이차전지{POSITIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL FOR LITHIUM SECONDARY BATTERY, METHOD FOR PREPARING THE SAME, AND LITHIUM SECONDARY BATTERY INCLUDING THE SAME}A cathode active material for a lithium secondary battery, a manufacturing method thereof, and a lithium secondary battery comprising the same {POSITIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL FOR LITHIUM SECONDARY BATTERY, METHOD FOR PREPARING THE SAME, AND LITHIUM SECONDARY BATTERY INCLUDING THE SAME}

본 발명은 리튬 이차전지용 양극활물질, 상기 양극활물질의 제조방법, 및 상기 양극활물질을 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a positive electrode active material for a lithium secondary battery, a method for manufacturing the positive electrode active material, and a lithium secondary battery comprising the positive electrode active material.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 이러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 전압을 가지며, 사이클 수명이 길고, 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다. As technology development and demand for mobile devices increase, the demand for secondary batteries as an energy source is rapidly increasing. Among these secondary batteries, lithium secondary batteries having high energy density and voltage, long cycle life, and low self-discharge rate have been commercialized and widely used.

리튬 이차전지의 양극활물질로는 리튬 전이금속 복합 산화물이 이용되고 있으며, 이중에서도 작용전압이 높고 용량 특성이 우수한 LiCoO2 등의 리튬 코발트 복합금속 산화물이 주로 사용되고 있다. 그러나, LiCoO2는 탈리튬에 따른 결정 구조의 불안정화 때문에 열적 특성이 매우 열악하다. 또한, 상기 LiCoO2는 고가이기 때문에 전기 자동차 등과 같은 분야의 동력원으로서 대량 사용하기에는 한계가 있다. Lithium transition metal composite oxides are used as a positive electrode active material for lithium secondary batteries, and lithium cobalt composite metal oxides such as LiCoO 2 having high working voltage and excellent capacity characteristics are mainly used. However, LiCoO 2 has very poor thermal properties due to destabilization of the crystal structure due to lithium. In addition, since LiCoO 2 is expensive, there is a limit to use it in large quantities as a power source in fields such as electric vehicles.

이를 대체하기 위한 양극활물질로서, LiNiO2, LiMnO2, LiMn2O4 또는 LiFePO4, 등의 다양한 리튬 전이금속 산화물이 개발되었다. 이중, LiNiO2의 경우 높은 방전용량의 전지 특성을 나타내는 장점이 있으나, 간단한 고상반응으로는 합성이 어렵고, 열적 안정성 및 사이클 특성이 낮은 문제점이 있다. LiMnO2 또는 LiMn2O4 등의 리튬 망간계 산화물은 열적안전성이 우수하고, 가격이 저렴하다는 장점이 있지만, 용량이 작고 고온 특성이 낮은 문제점이 있다. 특히, LiMn2O4의 경우 저가 제품에 일부 상품화가 되어 있으나, 충방전시 Mn3 +로 인한 구조변형(Jahn-Teller distortion)이 일어나고 이에 따라 수명특성이 저하되는 문제점이 있다. 또, LiFePO4는 낮은 가격과 우수한 안전성으로 인해 현재 하이브리드 자동차(hybrid electric vehicle, HEV)용으로 많은 연구가 이루어지고 있으나, 낮은 전도도로 인해 다른 분야에는 적용이 어려운 실정이다.As a positive electrode active material to replace this, various lithium transition metal oxides such as LiNiO 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 or LiFePO 4 , have been developed. Among them, LiNiO 2 has an advantage of exhibiting high discharge capacity battery characteristics, but it is difficult to synthesize with a simple solid-phase reaction, and has low thermal stability and low cycle characteristics. Lithium manganese oxide such as LiMnO 2 or LiMn 2 O 4 has the advantage of excellent thermal safety and low price, but has a problem of small capacity and low high temperature characteristics. In particular, in the case of LiMn 2 O 4 but a part commercialized in low-end products, there is a problem that occurs structure modification (Jahn-Teller distortion) due to the Mn + 3 during the charge and discharge whereby the life characteristics deteriorate. In addition, LiFePO 4 is currently being researched for hybrid electric vehicles (HEV) due to its low price and excellent safety, but it is difficult to apply to other fields due to its low conductivity.

이 같은 사정으로 인해, LiCoO2의 대체 양극활물질로 최근 가장 각광받고 있는 물질은 리튬 니켈망간코발트 산화물, Li(NiaCobMnc)O2 (이때, a, b, c는 각각 독립적인 산화물 조성 원소들의 원자분율로서, 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, a+b+c=1임)이다. 이 재료는 LiCoO2보다 저가이며, 고용량 및 고전압에 사용될 수 있는 장점이 있으나, 율 특성(rate capability) 및 고온에서의 수명특성이 좋지 않은 단점을 갖고 있다. Due to such circumstances, the material that has recently been spotlighted as an alternative positive electrode active material for LiCoO 2 is lithium nickel manganese cobalt oxide, Li(Ni a Co b Mn c )O 2 (At this time, a, b, and c are atomic fractions of the independent oxide composition elements, respectively, wherein 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, and a+b+c=1). This material is cheaper than LiCoO 2 and has the advantage that it can be used for high capacity and high voltage, but has the disadvantages of poor rate capability and long life at high temperatures.

상기한 양극활물질을 사용하는 리튬 이차전지는, 충방전을 거듭함에 따라 활물질을 포함하는 전극과 전해질 사이의 계면 저항의 증가, 전지 내부의 수분이나 기타 영향으로 인한 전해질 분해, 활물질 표면구조의 퇴화 및 급격한 구조 붕괴를 동반한 발열반응 등에 의해 전지의 안전성 및 수명 특성이 급격하게 저하되는 문제점이 있으며, 이 같은 문제는 고온 및 고전압의 조건에서 특히 더 심각하다. The lithium secondary battery using the positive electrode active material, as the charge and discharge are repeated, increases the interface resistance between the electrode and the electrolyte containing the active material, decomposes the electrolyte due to moisture or other effects in the battery, degrades the surface structure of the active material, and There is a problem in that the safety and lifespan characteristics of the battery are rapidly deteriorated due to an exothermic reaction accompanied by a sudden collapse of the structure, and this problem is particularly serious in high temperature and high voltage conditions.

이러한 문제점을 해결하기 하기 위해, 양극활물질을 도핑하거나 표면 처리하여 활물질 자체의 구조적 안정성 및 표면 안정성을 향상시키고, 전해질과 활물질 사이의 계면 안정성을 높이는 방법들이 제안되고 있지만, 그 효과 및 공정면에서 충분히 만족스럽지 못한 실정이다.In order to solve these problems, methods have been proposed to improve the structural stability and surface stability of the active material itself by doping or surface-treating the positive electrode active material, and to increase the interfacial stability between the electrolyte and the active material. This is not satisfactory.

더욱이, 최근 고용량 전지에 대한 요구가 증가함에 따라, 활물질 입자의 내부 구조 및 표면 안정성을 확보하여 전지의 안전성 및 수명 특성을 향상시킬 수 있는 양극활물질의 개발에 대한 필요성이 더욱 증가하고 있다.Moreover, as the demand for high-capacity batteries has recently increased, the need for the development of a positive electrode active material that can improve the safety and life characteristics of the battery by securing the internal structure and surface stability of the active material particles is increasing.

일본특허공개 제2009-140787호 (2009.06.25 공개)Japanese Patent Publication No. 2009-140787 (published on June 25, 2009)

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 제 1 기술적 과제는 출력 특성, 수명 특성 및 열 안정성을 향상시킬 수 있는 리튬 이차전지용 양극활물질을 제공하는 것이다. In order to solve the above problems, the first technical problem of the present invention is to provide a positive electrode active material for a lithium secondary battery capable of improving output characteristics, life characteristics and thermal stability.

본 발명의 제 2 기술적 과제는 출력 특성, 수명 특성 및 열 안정성이 향상된 상기 양극활물질을 제조하기 위한 방법을 제공하는 것이다.The second technical problem of the present invention is to provide a method for manufacturing the positive electrode active material having improved output characteristics, life characteristics and thermal stability.

또한, 본 발명의 제 3 기술적 과제는 상기 양극활물질을 포함하는 양극 및 리튬 이차전지를 제공하는 것이다.In addition, the third technical problem of the present invention is to provide a positive electrode and a lithium secondary battery comprising the positive electrode active material.

일 측면에서, 본 발명은 입자의 중심에서부터 표면까지 니켈 및 망간이 점진적으로 변화하는 농도구배로 존재하는 양극활물질이며, 상기 양극활물질은 평균 조성이 하기 화학식 1로 표시되는 제 1 리튬 복합금속 산화물을 포함하는 중심부; 및 평균 조성이 하기 화학식 2로 표시되는 제 2 리튬 복합금속 산화물을 포함하는 표면부;를 포함하고, 상기 양극활물질은 시차주사열량측정법에 의해 열유량을 측정하였을 때 235℃ 이상에서 피크가 나타나는, 양극활물질을 제공한다:In one aspect, the present invention is a positive electrode active material present in a concentration gradient in which nickel and manganese gradually change from the center to the surface of the particle, and the positive electrode active material comprises a first lithium composite metal oxide having an average composition represented by Formula 1 below. Including the central portion; And a surface portion including a second lithium composite metal oxide having an average composition represented by the following Chemical Formula 2, wherein the positive electrode active material has a peak at 235° C. or higher when the heat flow rate is measured by differential scanning calorimetry, Provide a positive electrode active material:

[화학식 1][Formula 1]

Li1+x1(Nia1Mnb1Co1-a1-b1-c1Mec1)O2-y1Ay1 Li 1+x1 (Ni a1 Mn b1 Co 1-a1-b1-c1 Me c1 )O 2-y1 A y1

[화학식 2] [Formula 2]

Li1+x2(Nia2Mnb2Co1-a2-b2-c2Mec2)O2-y2Ay2 Li 1+x2 (Ni a2 Mn b2 Co 1-a2-b2-c2 Me c2 )O 2-y2 A y2

상기 화학식 1 및 2에서, Me는 W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, Al, In, Ta, Y, La, Sr, Ga, Sc, Gd, Sm, Ca, Ce, Nb, Mg, B 및 Mo로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 도핑 원소이고, A는 PO4 3-, NO4 -, CO3 2-, BO3 -, Cl-, Br-, I- 및 F-로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 음이온이고, 0.8≤a1<1, 0<b1<0.2, 0<c1≤0.1이고, 0.8<a1+b1+c1<1, 0≤x1≤0.1이고, 0.0001<y1≤0.1이고, 0.1≤a2<0.8, 0.1<b2≤0.9, 0<c2≤0.1이고, 0.2<a2+b2+c2<1, 0≤x2≤0.1, 0.0001<y2≤0.1 이다.In Chemical Formulas 1 and 2, Me is W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, Al, In, Ta, Y, La, Sr, Ga, Sc, Gd, Sm, Ca, Ce, Nb , and at least one doping element selected from the group consisting of Mg, B and Mo, a is PO 4 3-, NO 4 - to -, CO 3 2-, BO 3 -, Cl -, Br -, I - and F At least one anion selected from the group consisting of, 0.8≤a1<1, 0<b1<0.2, 0<c1≤0.1, 0.8<a1+b1+c1<1, 0≤x1≤0.1, 0.0001<y1≤ 0.1, 0.1≤a2<0.8, 0.1<b2≤0.9, 0<c2≤0.1, and 0.2<a2+b2+c2<1, 0≤x2≤0.1, 0.0001<y2≤0.1.

다른 측면에서, 본 발명은 니켈, 코발트, 망간 및 도핑 원소 Me(여기서 Me는 W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, Al, In, Ta, Y, La, Sr, Ga, Sc, Gd, Sm, Ca, Ce, Nb, Mg, B 및 Mo로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상을 포함함)를 포함하는 제 1 금속 함유 용액 및, 상기 제 1 금속 함유 용액과는 상이한 농도로 니켈, 코발트, 망간 및 도핑 원소 Me를 포함하는 제 2 금속 함유 용액을 준비하는 단계; 상기 제 1 금속 함유 용액 및 상기 제 2 금속 함유 용액의 혼합비율을 100부피%:0부피%에서 0부피%:100부피%까지 점진적으로 변화되도록 상기 제 1 금속 함유 용액과 상기 제 2 금속 함유 용액을 혼합하는 동시에, 암모늄 양이온 착물 형성제, 및 음이온 함유 염기성 화합물을 첨가하여 상기 니켈 및 망간이 각각 독립적으로 입자의 중심에서부터 표면까지 점진적으로 변화하는 농도구배를 나타내는 양극활물질 전구체를 제조하는 단계; 상기 양극활물질 전구체 및 리튬-함유 원료물질을 혼합하고 소성하여 양극활물질을 합성하는 단계; 및, 상기 양극 활물질을 산소 분위기 하에서 600℃ 내지 800℃로 열처리를 수행하는 단계;를 포함하는, 양극활물질의 제조방법을 제공한다.In another aspect, the present invention provides nickel, cobalt, manganese and doping elements Me (where Me is W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, Al, In, Ta, Y, La, Sr, Ga, Sc, Gd, Sm, Ca, Ce, Nb, Mg, B and Mo (including at least one or more selected from the group consisting of) containing a first metal-containing solution, and the first metal-containing solution to a different concentration Preparing a second metal-containing solution comprising nickel, cobalt, manganese and doping element Me; The first metal-containing solution and the second metal-containing solution such that the mixing ratio of the first metal-containing solution and the second metal-containing solution is gradually changed from 100% by volume: 0% by volume to 0% by volume: 100% by volume. Mixing, and adding an ammonium cation complex forming agent and an anion-containing basic compound to prepare a cathode active material precursor in which the nickel and manganese each independently exhibit a concentration gradient gradually changing from the center of the particle to the surface; Mixing and firing the positive electrode active material precursor and the lithium-containing raw material to synthesize a positive electrode active material; And, performing the heat treatment of the positive electrode active material in an oxygen atmosphere at 600 ℃ to 800 ℃; provides a method for producing a positive electrode active material comprising a.

또 다른 측면에서, 본 발명은 상기 양극활물질을 포함하는, 리튬 이차전지용 양극 및 상기 양극을 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다. In another aspect, the present invention provides a positive electrode for a lithium secondary battery including the positive electrode active material and a lithium secondary battery comprising the positive electrode.

본 발명에 따른 양극활물질은, 입자의 중심에서부터 표면까지 니켈 및 망간이 점진적으로 변화하는 농도구배로 존재함으로써 구조 안정성 및 열안정성이 증가된 양극활물질을 제조할 수 있다. 특히, 니켈 함량이 높은 중심부 및 니켈의 함량이 낮은 표면부를 포함하는 양극활물질을 제공함으로써, 이를 이차전지에 적용 시 우수한 용량 및 개선된 출력 특성을 나타내는 이차전지를 제조할 수 있다.The positive electrode active material according to the present invention can manufacture a positive electrode active material having increased structural stability and thermal stability by presenting a concentration gradient in which nickel and manganese gradually change from the center of the particle to the surface. In particular, by providing a positive electrode active material including a central portion having a high nickel content and a surface portion having a low nickel content, it is possible to manufacture a secondary battery exhibiting excellent capacity and improved output characteristics when applied to a secondary battery.

또한, 본 발명의 양극활물질은 리튬 복합금속 산화물의 금속 위치에 도핑 원소(Me)를 도핑함으로써 이를 적용한 전지의 출력 특성을 더욱 향상시킬 수 있다. 더불어, 상기 리튬 복합금속 산화물의 산소 위치에 음이온을 일부 치환함으로써 리튬 이차전지의 충방전시 산소의 탈리를 방지할 수 있어, 고용량 및 우수한 수명 특성을 갖는 리튬 이차전지를 제공할 수 있다. In addition, the positive electrode active material of the present invention can further improve the output characteristics of the battery to which it is applied by doping the doping element (Me) at the metal position of the lithium composite metal oxide. In addition, by partially displacing an anion at the oxygen position of the lithium composite metal oxide, it is possible to prevent the desorption of oxygen during charging and discharging of the lithium secondary battery, thereby providing a lithium secondary battery having high capacity and excellent lifespan characteristics.

도 1은 본 발명의 실시예 1~2 및 비교예 2~3에서 제조한 양극활물질의 온도에 따른 열유량을 나타낸 그래프이다.
도 2a 및 도 2b는 각각 본 발명의 실시예 2, 및 비교예 2에서 제조한 양극활물질의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예 2 및 비교예 1에서 제조한 리튬 이차전지의 4.25V에서 사이클에 따른 수명 특성을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1 및 비교예 3에서 제조한 리튬 이차전지의 사이클에 따른 수명 특성 및 저항 증가율을 나타낸 비교 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예 2 및 비교예 2에 따른 충전 상태(SOC)에 따른 저항특성을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1 및 비교예 2에서 제조한 리튬 이차전지의 4.5V에서 사이클에 따른 수명 특성을 나타낸 그래프이다.
1 is a graph showing the heat flux according to the temperature of the positive electrode active material prepared in Examples 1 to 2 and Comparative Examples 2 to 3 of the present invention.
2A and 2B are scanning electron microscope (SEM) photographs of the positive electrode active material prepared in Example 2 and Comparative Example 2 of the present invention, respectively.
Figure 3 is a graph showing the life characteristics according to the cycle at 4.25V of the lithium secondary battery prepared in Example 2 and Comparative Example 1 of the present invention.
Figure 4 is a comparative graph showing the life characteristics and resistance increase rate according to the cycle of the lithium secondary battery prepared in Example 1 and Comparative Example 3 of the present invention.
5 is a graph showing resistance characteristics according to a state of charge (SOC) according to Example 2 and Comparative Example 2 of the present invention.
6 is a graph showing the life characteristics of each lithium secondary battery prepared in Example 1 and Comparative Example 2 of the present invention at a cycle of 4.5V.

이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 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 the specification and claims should not be interpreted as being limited to ordinary or lexical meanings, and the inventor can appropriately define the concept of terms in order to explain his or her invention in the best way. Based on the principle that it should be interpreted as meanings and concepts consistent with the technical spirit of the present invention.

통상, 양극활물질의 경우 전지 제조시 도포 및 압연 과정에서 활물질 입자의 균열 및 붕괴가 발생하기 쉽고, 또 전지 충방전 과정에서 활물질 입자의 균열이 발생하여 수명특성이 악화되기도 한다. 또 내/외부 조성이 일정한 양극활물질에 있어서 니켈 함량이 높아지게 되면 표면에서의 부반응으로 인해 양극 퇴화가 표면에서 일어나게 된다. 한편, 활물질 입자 내 금속원소의 함량이 점진적으로 변화하는 농도구배를 갖는 양극활물질의 경우, 구조적으로 중심 부분의 니켈 함량이 표면이나 평균 조성에 비해 높기 때문에 양극활물질 입자에 균열이 발생할 경우 내부 안정성이 크게 취약해지는 문제점이 있다. Normally, in the case of a positive electrode active material, cracks and collapses of the active material particles are likely to occur during coating and rolling during battery manufacturing, and cracks of the active material particles occur during battery charging and discharging to deteriorate life characteristics. In addition, in the positive electrode active material having a constant internal/external composition, when the nickel content is increased, positive electrode degeneration occurs on the surface due to side reactions on the surface. On the other hand, in the case of the positive electrode active material having a concentration gradient in which the content of the metal element in the active material particles gradually changes, structurally, the nickel content in the central portion is higher than the surface or the average composition, so that internal cracks have an internal stability when cracks occur in the positive active material particles There is a problem that becomes greatly vulnerable.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 양극활물질 입자 내 금속의 함량이 점진적으로 변화하여 우수한 구조 안정성을 갖는 농도구배형의 양극활물질에 있어서, 양극활물질의 중심부에 고용량 특성을 가지는 니켈을 고함량으로 포함하고, 표면부에 니켈을 상대적으로 적은 함량으로 포함하되, 상기 양극활물질 내부의 금속의 일부를 안정성이 높은 도핑원소로 일부 도핑함으로써 출력 특성을 향상시킬 수 있고, 상기 양극활물질 내부의 산소 자리에 음이온을 치환함으로써 충전 방전 과정에서 산소의 탈리를 방지할 수 있는 양극활물질을 제공한다. In order to solve this problem, in the present invention, in the positive electrode active material of a concentration gradient type having excellent structural stability by gradually changing the content of metal in the positive electrode active material particles, nickel having high capacity characteristics in the center of the positive electrode active material has a high content. Containing, the surface portion contains a relatively small amount of nickel, but by partially doping a part of the metal inside the positive electrode active material with a highly stable doping element, it is possible to improve the output characteristics, and to the oxygen site inside the positive electrode active material It provides a positive electrode active material that can prevent the desorption of oxygen in the process of charging and discharging by replacing anions.

구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 양극활물질은, 입자의 중심에서부터 표면까지 니켈 및 망간이 점진적으로 변화하는 농도구배로 존재하는 양극활물질이며, 상기 양극활물질은 평균 조성이 하기 화학식 1로 표시되는 제 1 리튬 복합금속 산화물을 포함하는 중심부; 및 평균 조성이 하기 화학식 2로 표시되는 제 2 리튬 복합금속 산화물을 포함하는 표면부;를 포함하고, 상기 양극활물질은 시차주사열량측정법에 의해 열유량을 측정하였을 때 235℃ 이상에서 피크가 나타나는, 양극활물질을 제공한다:Specifically, the positive electrode active material according to an embodiment of the present invention is a positive electrode active material present in a concentration gradient in which nickel and manganese gradually change from the center of the particle to the surface, and the positive electrode active material has an average composition represented by the following Chemical Formula 1 A central portion comprising a first lithium composite metal oxide; And a surface portion including a second lithium composite metal oxide having an average composition represented by the following Chemical Formula 2, wherein the positive electrode active material has a peak at 235° C. or higher when the heat flow rate is measured by differential scanning calorimetry, Provide a positive electrode active material:

[화학식 1][Formula 1]

Li1+x1(Nia1Mnb1Co1-a1-b1-c1Mec1)O2-y1Ay1 Li 1+x1 (Ni a1 Mn b1 Co 1-a1-b1-c1 Me c1 )O 2-y1 A y1

[화학식 2] [Formula 2]

Li1+x2(Nia2Mnb2Co1-a2-b2-c2Mec2)O2-y2Ay2 Li 1+x2 (Ni a2 Mn b2 Co 1-a2-b2-c2 Me c2 )O 2-y2 A y2

상기 화학식 1 및 2에서, Me는 W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, Al, In, Ta, Y, La, Sr, Ga, Sc, Gd, Sm, Ca, Ce, Nb, Mg, B 및 Mo로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 도핑 원소이고, A는 PO4 3-, NO4 -, CO3 2-, BO3 -, Cl-, Br-, I- 및 F-로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 음이온이고, 0.8≤a1<1, 0<b1<0.2, 0<c1≤0.1이고, 0.8<a1+b1+c1<1, 0≤x1≤0.1, 0.0001<y1≤0.1이고, 0.1≤a2<0.8, 0.1<b2≤0.9, 0<c2≤0.1이고, 0.2<a2+b2+c2<1, 0≤x2≤0.1, 0.0001<y2≤0.1이다.In Chemical Formulas 1 and 2, Me is W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, Al, In, Ta, Y, La, Sr, Ga, Sc, Gd, Sm, Ca, Ce, Nb , and at least one doping element selected from the group consisting of Mg, B and Mo, a is PO 4 3-, NO 4 - to -, CO 3 2-, BO 3 -, Cl -, Br -, I - and F At least one anion selected from the group consisting of, 0.8≤a1<1, 0<b1<0.2, 0<c1≤0.1, 0.8<a1+b1+c1<1, 0≤x1≤0.1, 0.0001<y1≤0.1 And 0.1≤a2<0.8, 0.1<b2≤0.9, 0<c2≤0.1, and 0.2<a2+b2+c2<1, 0≤x2≤0.1, 0.0001<y2≤0.1.

상기 양극 활물질에 포함되는 니켈 및 망간은 각각 독립적으로 양극 활물질 입자의 중심에서부터 입자 표면까지 점진적으로 변화하는 농도구배를 나타내면서 증가 또는 감소할 수 있다. 이때, 상기 금속원소의 농도구배 기울기는 일정할 수 있다.The nickel and manganese contained in the positive electrode active material may be independently increased or decreased while exhibiting a gradually changing concentration gradient from the center of the positive electrode active material particle to the particle surface. At this time, the concentration gradient gradient of the metal element may be constant.

상기 양극 활물질 내 포함된 니켈, 코발트 및 망간은 각각 독립적으로 하나의 농도구배 기울기 값을 가질 수 있다. The nickel, cobalt and manganese contained in the positive electrode active material may each independently have one concentration gradient gradient value.

구체적으로, 상기 양극 활물질 내 포함된 니켈의 농도는, 양극활물질 입자의 중심에서부터 입자 표면까지 점진적으로 변화하는 농도구배를 가지면서 감소할 수 있고, 이때 상기 니켈의 농도구배 기울기는 양극 활물질 입자의 중심에서부터 표면까지 일정할 수 있다. 이와 같이 활물질 입자 내 입자 중심에서 니켈의 농도가 고농도를 유지하고, 입자 표면측으로 갈수록 농도가 감소하는 농도 구배를 포함하는 경우, 열안정성을 나타내면서도 용량의 감소를 방지할 수 있다.Specifically, the concentration of nickel contained in the positive electrode active material may decrease while having a concentration gradient gradually changing from the center of the positive electrode active material particle to the particle surface, wherein the gradient gradient of the nickel is the center of the positive electrode active material particle From to the surface can be constant. As described above, when the concentration of nickel is maintained at a high concentration at the center of the particles in the active material particles and includes a concentration gradient in which the concentration decreases toward the particle surface side, a decrease in capacity can be prevented while exhibiting thermal stability.

또한, 상기 양극 활물질 내 포함된 망간의 농도는 활물질 입자의 중심에서부터 입자 표면까지 점진적으로 변화하는 농도구배를 가지면서 증가할 수 있고, 이때 상기 망간의 농도구배 기울기는 양극 활물질 입자의 중심에서부터 표면까지 일정할 수 있다. 이와 같이, 활물질 입자 내에 입자 중심부에서 망간의 농도가 저농도를 유지하고, 표면측으로 갈수록 농도가 증가하는 농도구배를 포함하는 경우, 용량 감소 없이 우수한 열안정성을 얻을 수 있다.In addition, the concentration of manganese contained in the positive electrode active material may increase while having a concentration gradient gradually changing from the center of the active material particle to the particle surface, wherein the concentration gradient gradient of the manganese is from the center of the positive electrode active material particle to the surface. It can be constant. As described above, when the concentration of manganese is maintained at a low concentration in the center of the particles in the active material particles, and a concentration gradient in which the concentration increases toward the surface side is included, excellent thermal stability can be obtained without decreasing the capacity.

또한, 상기 양극 활물질 내 포함된 코발트의 농도는 양극활물질 합성시 코발트의 확산에 의해 활물질 입자의 중심에서부터 입자 표면까지 일정하게 유지될 수 있다.In addition, the concentration of cobalt contained in the positive electrode active material may be kept constant from the center of the active material particle to the particle surface by diffusion of cobalt when synthesizing the positive electrode active material.

본 발명에 있어서 금속이 '점진적으로 변화하는 농도 구배를 나타낸다'란, 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 입자내 포함되는 해당 금속의 총 원자량을 기준으로, 각각 0.1원자% 내지 30원자%, 보다 구체적으로는 0.1원자% 내지 20원자%의 차이가 있는 것일 수 있다.In the present invention, the term'representing a gradually changing concentration gradient' means that the concentration of the metal exists as a concentration distribution continuously changing step by step in the entire particle or in a specific region. Specifically, the concentration distribution is a change in the metal concentration per 1 μm toward the surface in the particle, based on the total atomic weight of the metal contained in the active material particles, 0.1 atomic% to 30 atomic%, respectively, more specifically 0.1 There may be a difference of atomic% to 20 atomic%.

본 발명의 일 실시예에 따른 양극 활물질은 상기와 같이 양극 활물질 입자 내에서 위치에 따라 금속의 농도가 점진적으로 변화하는 농도구배를 가짐으로써, 중심으로부터 표면에 이르기까지 급격한 상 경계 영역이 존재하지 않아 결정 구조가 안정화되고 열 안정성이 증가하게 된다. 또한, 금속의 농도구배 기울기가 일정할 경우, 구조 안정성 개선효과가 더욱 향상될 수 있으며, 농도구배를 통해 활물질 입자 내에서의 각 금속의 농도를 달리함으로써, 해당 금속의 특성을 용이하게 활용하여 양극 활물질의 전지성능 개선효과를 더욱 향상시킬 수 있다.The positive electrode active material according to an embodiment of the present invention has a concentration gradient in which the concentration of the metal gradually changes depending on the position in the positive electrode active material particle as described above, so that there is no abrupt phase boundary region from the center to the surface. The crystal structure stabilizes and thermal stability increases. In addition, when the gradient of the concentration gradient of the metal is constant, the effect of improving the structural stability may be further improved, and by varying the concentration of each metal in the active material particles through the concentration gradient, the anode of the metal can be easily utilized. The effect of improving the battery performance of the active material can be further improved.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 양극 활물질은 입자 중심에서부터 표면까지 니켈 및 망간이 점진적으로 변화하는 농도구배로 존재하는 리튬 복합금속 산화물의 입자를 포함하므로, 이차전지에 적용시 고용량, 고수명 및 열안정성을 나타내는 동시에 고전압시 성능 열화가 최소될 수 있다.As described above, the positive electrode active material for a secondary battery according to an embodiment of the present invention includes particles of a lithium composite metal oxide present in a concentration gradient in which nickel and manganese gradually change from the particle center to the surface, and thus, when applied to a secondary battery, high capacity , High life and thermal stability, while performance degradation at high voltage can be minimized.

구체적으로는, 상기 중심부는 평균 조성이 상기 화학식 1로 표시되는 제 1 리튬 복합금속 산화물을 포함한다.Specifically, the central portion includes a first lithium composite metal oxide having an average composition represented by Chemical Formula 1.

상기 중심부는 니켈을 상기 중심부 전체에 포함되는 리튬을 제외한 금속 원소 총 몰에 대하여, 80 몰% 이상 100 몰% 미만, 바람직하게는 90 몰% 이상 100 몰% 미만으로 포함될 수 있다. 이때, 상기 니켈이 80 몰% 미만인 경우, 상기 양극활물질의 용량이 감소하여 고용량을 필요로 하는 전기화학소자에 적용할 수 없는 문제가 있다.The central portion may contain nickel in an amount of 80 mol% or more and less than 100 mol%, preferably 90 mol% or more and less than 100 mol%, relative to the total mole of metal elements excluding lithium contained in the entire center. At this time, when the nickel is less than 80 mol%, there is a problem that the capacity of the positive electrode active material is reduced and thus cannot be applied to an electrochemical device requiring a high capacity.

상기 중심부는 망간을 상기 중심부 전체에 포함되는 리튬을 제외한 금속 원소 총 몰에 대하여, 0 몰% 초과 20 몰% 미만, 바람직하게는 0 몰% 초과 5 몰% 이하로 포함될 수 있다. 이때, 상기 망간이 20 몰% 이상일 경우, 고용량을 발현하는데 문제가 발생할 수 있다.The central portion may contain manganese in an amount greater than 0 mol% and less than 20 mol%, and preferably greater than 0 mol% and less than 5 mol% with respect to the total mole of metal elements excluding lithium contained in the entire center. At this time, when the manganese is 20 mol% or more, a problem may occur in expressing a high dose.

아울러, 상기 중심부에 포함되는 코발트의 함량은 상기 니켈, 망간 및 Me의 함량에 따라 달라질 수 있으며, 상기 코발트의 함량이 지나치게 높은 경우, 고함량 코발트로 인해 원료 물질의 비용이 전체적으로 증가하며, 가역용량이 다소 감소하는 문제가 있으며, 코발트의 함량이 지나치게 낮은 경우에는 충분한 율 특성과 전지의 높은 분말 밀도를 동시에 달성하기 어려운 문제가 있다. 상기 중심부에 포함되는 코발트는, 상기 중심부 전체에 포함되는 금속 원소 총 몰에 대하여, 0몰% 초과 20 몰% 미만, 바람직하게는 5 몰% 이상 10 몰% 이하로 포함될 수 있다.In addition, the content of cobalt included in the center may vary depending on the content of the nickel, manganese, and Me. When the content of the cobalt is too high, the cost of the raw material increases overall due to the high content of cobalt, and the reversible capacity There is a problem that this decreases somewhat, and when the content of cobalt is too low, it is difficult to achieve sufficient rate characteristics and high powder density of the battery at the same time. The cobalt contained in the center portion may be included in an amount greater than 0 mol% and less than 20 mol%, preferably 5 mol% or more and 10 mol% or less, based on the total moles of metal elements included in the entire center.

한편, 상기 표면부는 평균 조성이 상기 화학식 2로 표시되는 제 2 리튬 복합금속 산화물을 포함한다.Meanwhile, the surface portion includes a second lithium composite metal oxide having an average composition represented by Chemical Formula 2.

상기 표면부는 니켈을 상기 표면부 전체에 포함되는 리튬을 제외한 금속 원소 총 몰에 대하여 10 몰% 이상 80 몰% 미만, 바람직하게는 60 몰% 이상 80 몰% 미만일 수 있다. 이때, 상기 니켈이 10 몰% 미만인 경우, 양극활물질의 평균 용량이 감소하는 문제가 있을 수 있고, 상기 니켈이 80 몰% 이상인 경우, 표면부에서 요구되는 안정성을 충족하지 못하여, 양극활물질의 안정성이 저하될 수 있다.The surface portion may be 10 mol% or more and less than 80 mol%, and preferably 60 mol% or more and less than 80 mol%, based on the total moles of metal elements excluding lithium contained in the entire surface portion of nickel. At this time, when the nickel is less than 10 mol%, there may be a problem that the average capacity of the positive electrode active material decreases, and when the nickel is 80 mol% or more, the stability required for the surface portion is not satisfied, so that the stability of the positive electrode active material It may degrade.

상기 표면부는 망간을 상기 표면부 전체에 포함되는 리튬을 제외한 금속 원소 총 몰에 대하여, 10 몰% 초과 90 몰% 미만, 바람직하게는 10 몰% 이상 20 몰% 이하일 수 있다. 이때, 상기 망간이 90 몰%를 초과하는 경우, 고용량을 발현하는데 문제가 발생할 수 있다.The surface portion may be greater than 10 mole% and less than 90 mole%, preferably 10 mole% or more and 20 mole% or less, based on the total moles of metal elements excluding lithium contained in the entire surface portion of manganese. At this time, when the manganese exceeds 90 mol%, a problem may occur in expressing a high dose.

아울러, 상기 표면부에 포함되는 코발트의 함량은 상기 니켈, 망간 및 Me의 함량에 따라 달라질 수 있으며, 중심부 및 표면부 전체에 걸쳐 일정하게 유지될 수 있다. 상기 표면부에 포함되는 코발트는, 상기 표면부 전체에 포함되는 금속 원소 총 몰에 대하여, 0몰% 초과 20 몰% 미만, 바람직하게는 5 몰% 이상 15 몰% 이하로 포함될 수 있다. In addition, the content of cobalt included in the surface part may vary depending on the content of the nickel, manganese, and Me, and may be kept constant throughout the center part and the entire surface part. The cobalt contained in the surface portion may be included in an amount greater than 0 mol% and less than 20 mol%, preferably 5 mol% or more and 15 mol% or less, based on the total moles of the metal elements included in the entire surface portion.

상기와 같이 고용량 특성을 가지는 니켈이 다량 함유된 제 1 리튬 복합금속 산화물로 중심부를 형성하고, 상기 중심부의 표면에 니켈 함량이 적고 열적 안전성이 우수한 제 2 리튬 복합금속 산화물을 표면부로 형성할 경우, 출력 특성, 수명 특성 및 열 안정성이 우수한 양극활물질을 제공할 수 있다. When forming a central portion with a first lithium composite metal oxide containing a large amount of nickel having a high capacity characteristics as described above, when forming a second lithium composite metal oxide having a low nickel content and excellent thermal stability on the surface of the central portion, as a surface portion, It is possible to provide a positive electrode active material having excellent output characteristics, life characteristics, and thermal stability.

한편, 상기 중심부 및 표면부에 포함되는 니켈, 코발트, 또는 망간은 하나 이상의 도핑 원소 Me에 의해 도핑될 수 있다. 이러한 도핑 원소로 도핑된 양극활물질의 경우, 양극활물질의 표면과 내부에 상기 도핑 원소가 균일하게 포함될 수 있으며, 이로 인해 양극활물질의 구조 안정성이 향상되어 수명 특성 및 열적 안정성이 향상될 수 있다. Meanwhile, nickel, cobalt, or manganese included in the central portion and the surface portion may be doped by one or more doping elements Me. In the case of the positive electrode active material doped with such a doping element, the doping element may be uniformly included on the surface and inside of the positive electrode active material, thereby improving the structural stability of the positive electrode active material, thereby improving the lifespan characteristics and thermal stability.

상기 도핑 원소 Me는 양극활물질의 구조 안정성 향상에 기여할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않고 사용될 수 있으며, 예를 들어, W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, Al, In, Ta, Y, La, Sr, Ga, Sc, Gd, Sm, Ca, Ce, Nb, Mg, B 및 Mo로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 도핑 원소를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 W를 포함할 수 있다. The doping element Me may be used without particular limitation as long as it can contribute to improving the structural stability of the positive electrode active material, for example, W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, Al, In, Ta, It may include at least one doping element selected from the group consisting of Y, La, Sr, Ga, Sc, Gd, Sm, Ca, Ce, Nb, Mg, B, and Mo, and preferably W. .

상기 Me는, 상기 중심부 및 표면부 전체에 포함되는 리튬을 제외한 금속 원소 총 몰에 대하여, 각각 독립적으로, 0 몰% 초과 10 몰% 이하, 바람직하게는 0.05 몰% 이상 5 몰% 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 중심부 및 표면부에 상기 Me가 각각 독립적으로, 10 몰%를 초과할 경우 리튬 부산물이 증가할 수 있다. The Me, relative to the total moles of metal elements excluding lithium contained in the entire central portion and the surface portion, respectively, may be greater than 0 mole% and 10 mole% or less, preferably 0.05 mole% or more and 5 mole% or less. For example, when each of the Me and the central portion and the surface portion independently exceeds 10 mol%, lithium by-products may increase.

상기 중심부 및 표면부에 포함되는 산소(O2)는 하나 이상의 음이온 A로 치환될 수 있다. 이러한 음이온이 치환된 양극활물질의 경우, 양극활물질의 표면과 내부에 상기 음이온이 균일하게 포함될 수 있으므로, 이를 기반으로 제조되는 이차전지는 우수한 출력 특성 및 수명 특성을 발휘하며, 높은 충방전 효율을 나타낼 수 있다. Oxygen (O 2 ) included in the central portion and the surface portion may be substituted with one or more anions A. In the case of the positive electrode active material in which these anions are substituted, since the anion may be uniformly included on the surface and inside of the positive electrode active material, the secondary battery manufactured based on this exhibits excellent output characteristics and life characteristics, and exhibits high charging and discharging efficiency. You can.

즉, 상기 양극활물질의 표면과 내부에 균일하게 포함된 특정 음이온이 결정(grain) 간의 이온 전도도 향상에 기여하고, 결정 또는 결정 성장을 작게 유도하여, 활성화 단계에서 산소 발생시 구조 변화를 줄여주고, 표면적을 넓힐 수 있어, 율 특성 등 전지의 제반 성능을 향상시킬 수 있다.That is, a specific anion uniformly contained in the surface and the inside of the positive electrode active material contributes to the improvement of ionic conductivity between grains, and induces crystal or crystal growth to be small, reducing structural changes when oxygen is generated in the activation step, and surface area Can increase the overall performance of the battery, such as rate characteristics.

상기 A는 결정 간의 이온 전도도 향상에 기여할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않고 사용될 수 있으며, 예를 들어, PO4 3-, NO4 -, CO3 2-, BO3 -, Cl-, Br-, I- 및 F-로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상, 바람직하게는 PO4 3-, NO4 -, CO3 2-, BO3 - 및 F-로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. And A is as long as they can contribute to increase the ionic conductivity between crystals can be used without particular limitation, for example, PO 4 3-, NO 4 - , CO 3 2-, BO 3 -, Cl -, Br -, I - and F - is at least one or more, preferably selected from the group consisting of PO 4 3-, NO 4 - it can include at least one or more selected from the group consisting of -, CO 3 2-, BO 3 - and F.

상기 A는, 상기 중심부 및 표면부 전체에 포함되는 산소 총 몰에 대하여, 각각 독립적으로, 0.01 몰% 이상 10 몰% 이하로 치환되는 것일 수 있고, 바람직하게는 0.05 몰% 이상 5몰% 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 중심부 및 표면부에 포함되는 A는 각각 독립적으로, 0.01 몰% 미만으로 포함될 경우, 산소 탈리 방지 효과가 미미할 수 있고, 10 몰% 초과로 포함될 경우 양극활물질의 결정화를 방해하여 양극활물질의 성능을 향상시키는 것이 어려울 수 있다. The A, with respect to the total moles of oxygen contained in the entire central portion and the surface portion, respectively, may be independently substituted with 0.01 mol% or more and 10 mol% or less, preferably 0.05 mol% or more and 5 mol% or less have. For example, A included in the central portion and the surface portion is each independently, when included in less than 0.01 mol%, the oxygen desorption prevention effect may be insignificant, and when included in more than 10 mol%, the positive electrode is prevented from crystallization of the positive electrode active material It can be difficult to improve the performance of the active material.

상기 양극활물질의 평균 입경(D50)은 4 ㎛ 내지 20 ㎛일 수 있고, 바람직하게는 6 ㎛ 내지 15 ㎛일 수 있다. 예를 들어, 상기 양극활물질의 평균 입경이 4 ㎛ 미만일 경우, 압연밀도가 낮아서 높은 에너지 밀도를 구현할 수 없으며, 20 ㎛를 초과할 경우, 일정 두께 이하로 압연할 수 없다. The average particle diameter (D 50 ) of the positive electrode active material may be 4 μm to 20 μm, and preferably 6 μm to 15 μm. For example, when the average particle diameter of the positive electrode active material is less than 4 μm, high energy density cannot be achieved due to low rolling density, and when it exceeds 20 μm, it cannot be rolled below a certain thickness.

본 명세서에서 평균 입경(D50)은 입자의 입경 분포 곡선에 있어서, 체적 누적량의 50%에 해당하는 입경으로 정의할 수 있다. 상기 평균 입경(D50)은 예를 들어, 레이저 회절법(laser diffraction method)을 이용하여 측정할 수 있다. 상기 레이저 회절법은 일반적으로 서브미크론(submicron) 영역에서부터 수 mm 정도의 입경의 측정이 가능하며, 고 재현성 및 고 분해성의 결과를 얻을 수 있다.In the present specification, the average particle diameter (D 50 ) may be defined as a particle size corresponding to 50% of the volume accumulation amount in the particle size distribution curve. The average particle diameter (D 50 ) can be measured, for example, using a laser diffraction method. The laser diffraction method can generally measure a particle diameter of several mm from a submicron region, and can obtain high reproducibility and high resolution.

또한, 상기 양극활물질은 표면에 형성된 코팅층을 추가로 포함할 수 있으며, 상기 코팅층은 B, Al, Hf, Nb, Ta, Mo, Si, Zn 및 Zr에서 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.In addition, the positive electrode active material may further include a coating layer formed on the surface, and the coating layer may include at least one selected from the group consisting of B, Al, Hf, Nb, Ta, Mo, Si, Zn and Zr. have.

상기 코팅층에 의해 상기 양극활물질과 리튬 이차전지에 포함되는 전해액과의 접촉을 차단하여 부반응 발생을 억제함으로써 수명 특성을 향상시킬 수 있고, 더불어 양극활물질의 충진 밀도를 증가시킬 수 있다. By blocking the contact between the positive electrode active material and the electrolyte contained in the lithium secondary battery by the coating layer to suppress the occurrence of side reactions, it is possible to improve the life characteristics, and also increase the filling density of the positive electrode active material.

상기 코팅층은 상기 양극활물질의 표면 전체에 형성될 수도 있고, 부분적으로 형성될 수도 있다. 구체적으로, 상기 코팅층이 상기 양극활물질의 표면에 부분적으로 형성될 경우, 상기 양극활물질 전체 면적 중 20% 이상 내지 100% 미만으로 형성될 수 있다. 상기 코팅층의 면적이 20% 미만일 경우, 상기 코팅층의 형성에 따른 수명 특성 향상 및 충진 밀도 향상 효과가 미미할 수 있다. The coating layer may be formed on the entire surface of the positive electrode active material, or may be partially formed. Specifically, when the coating layer is partially formed on the surface of the positive electrode active material, 20% or more to less than 100% of the total area of the positive electrode active material may be formed. When the area of the coating layer is less than 20%, the effect of improving life characteristics and filling density according to formation of the coating layer may be negligible.

또한, 상기 코팅층은 상기 양극활물질 입자의 평균 입자직경에 대하여 0.001 내지 1의 두께 비로 형성될 수 있다. 상기 양극활물질의 입자에 대한 상기 코팅층의 두께 비가 0.001 미만이면, 상기 코팅층의 형성에 따른 수명 특성 향상 및 충진 밀도 향상 효과가 미미하고, 두께 비가 1을 초과할 경우, 전지 특성이 저하될 우려가 있다.In addition, the coating layer may be formed in a thickness ratio of 0.001 to 1 with respect to the average particle diameter of the positive electrode active material particles. If the thickness ratio of the coating layer to the particles of the positive electrode active material is less than 0.001, the effect of improving life characteristics and filling density according to the formation of the coating layer is insignificant, and when the thickness ratio exceeds 1, battery characteristics may be deteriorated. .

상기 양극활물질은 시차주사열량측정법에 의해 열유량을 측정하였을 때, 235℃ 이상, 바람직하게는 235℃ 내지 250℃, 더 바람직하게는 235℃ 내지 240℃의 온도 범위에서 피크가 나타날 수 있다. 예를 들면, 상기 열유량은 상기 양극활물질을 시차주사열량계(DSC)를 이용하여 10℃/min로 승온하면서 이때 방출되는 열의 양을 측정하는 것이다. 상기 양극활물질의 시차주사열량측정법에 의해 측정된 열유량이 상기 범위를 만족할 경우, 상기 양극활물질의 열적 안정성이 향상할 수 있다. When the heat flux is measured by differential scanning calorimetry, the positive electrode active material may exhibit a peak in a temperature range of 235°C or higher, preferably 235°C to 250°C, more preferably 235°C to 240°C. For example, the heat flow rate is to measure the amount of heat released at this time while raising the positive electrode active material to 10° C./min using a differential scanning calorimeter (DSC). When the heat flow rate measured by differential scanning calorimetry of the positive electrode active material satisfies the above range, thermal stability of the positive electrode active material may be improved.

또한, 상기 양극활물질의 결정립은 C축에 수직한 방향으로 결정 배향성을 가지는 것을 더 포함할 수 있다. 상기 양극활물질의 결정립이 C축에 수직한 방향으로 결정 배향성을 가질 경우, 상기 양극활물질 내 포함되는 리튬 이온의 이동성이 향상되고, 활물질의 구조 안정성이 증가하여, 전지 적용시 초기 용량 특성, 출력 특성, 저항 특성 및 장기 수명특성이 향상될 수 있다.In addition, the crystal grains of the positive electrode active material may further include those having crystal orientation in a direction perpendicular to the C axis. When the crystal grains of the positive electrode active material have a crystal orientation in a direction perpendicular to the C axis, the mobility of lithium ions contained in the positive electrode active material is improved, the structural stability of the active material is increased, and when the battery is applied, initial capacity characteristics, output characteristics , Resistance characteristics and long life characteristics can be improved.

예를 들면, 상기 양극활물질의 입자는 산소층과 금속층이 1층 이상 적층되고(layered), 상기 산소층과 금속층의 적층체 사이에 리튬 이온이 삽입된 구조를 가지는 것으로서, 상기 C축은, 이러한 양극활물질 입자의 적층된 구조에서 상기 금속층과 산소층에 수직한 방향을 의미한다.For example, the positive electrode active material particles have a structure in which at least one layer of an oxygen layer and a metal layer are layered and lithium ions are interposed between the layered body of the oxygen layer and the metal layer, and the C axis is such an anode. In the stacked structure of the active material particles, it means a direction perpendicular to the metal layer and the oxygen layer.

더불어, 상기 양극활물질이 한방향으로 결정 배향성을 가질 경우, 적층 구조의 양극활물질에서 충방전시 리튬 이온의 삽입(intercalation) 및 탈리(deintercalation)가 용이해지며, 이에 따라 리튬 이차전지의 출력 특성이 향상될 수 있다.In addition, when the positive electrode active material has crystal orientation in one direction, intercalation and deintercalation of lithium ions during charging and discharging in the positive electrode active material having a laminated structure is facilitated, thereby improving the output characteristics of the lithium secondary battery. Can be.

상기 양극활물질은 리튬 부산물을 1 중량% 미만으로 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 구체적으로, 상기 양극활물질은 LiOH 및 Li2CO3를 포함하는 리튬 부산물이 1 중량% 미만으로 포함되는 것일 수 있다. 상기 리튬 부산물이 양극활물질에 1 중량% 이상 포함될 경우, 리튬 이차전지의 출력 특성이 저하될 수 있다. The positive electrode active material may include less than 1% by weight of lithium by-products, but is not limited thereto. Specifically, the positive electrode active material may include a lithium by-product containing LiOH and Li 2 CO 3 less than 1% by weight. When the lithium by-product is 1% by weight or more in the positive electrode active material, the output characteristics of the lithium secondary battery may be deteriorated.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 양극활물질의 제조 방법은 니켈, 코발트, 망간 및 도핑 원소 Me(여기서 Me는 W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, Al, In, Ta, Y, La, Sr, Ga, Sc, Gd, Sm, Ca, Ce, Nb, Mg, B 및 Mo로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상을 포함함)를 포함하는 제 1 금속 함유 용액, 및 상기 제 1 금속 함유 용액과는 상이한 농도로 니켈, 코발트, 망간 및 도핑 원소 Me를 포함하는 제 2 금속 함유 용액을 준비하는 단계(단계 1); 상기 제 1 금속 함유 용액 및 상기 제 2 금속 함유 용액의 혼합비율을 100부피%:0부피%에서 0부피%:100부피%까지 점진적으로 변화되도록 상기 제 1 금속 함유 용액과 상기 제 2 금속 함유 용액을 혼합하는 동시에, 암모늄 양이온 착물 형성제, 및 음이온 함유 염기성 화합물을 첨가하여 상기 니켈 및 망간이 각각 독립적으로 입자의 중심에서부터 표면까지 점진적으로 변화하는 농도구배를 나타내는 양극활물질 전구체를 제조하는 단계(단계 2); 상기 양극활물질 전구체 및 리튬-함유 원료물질을 혼합하고 소성하여 양극활물질을 합성하는 단계(단계 3); 및, 상기 양극 활물질을 산소 분위기 하에서 600℃ 내지 800℃로 열처리를 수행하는 단계(단계 4);를 포함한다.On the other hand, the method of manufacturing the positive electrode active material according to an embodiment of the present invention is nickel, cobalt, manganese and doping elements Me (where Me is W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, Al, In, Ta , Y, La, Sr, Ga, Sc, Gd, Sm, Ca, Ce, Nb, Mg, including at least one or more selected from the group consisting of B) and Mo) 1 preparing a second metal-containing solution containing nickel, cobalt, manganese and doping elements Me at a different concentration from the metal-containing solution (step 1); The first metal-containing solution and the second metal-containing solution such that the mixing ratio of the first metal-containing solution and the second metal-containing solution is gradually changed from 100% by volume: 0% by volume to 0% by volume: 100% by volume. The step of preparing a positive electrode active material precursor exhibiting a concentration gradient in which the nickel and manganese are gradually changed from the center of the particle to the surface of the particles independently by adding an ammonium cation complex forming agent and an anion-containing basic compound at the same time (step) 2); Mixing and firing the positive electrode active material precursor and the lithium-containing raw material to synthesize a positive electrode active material (step 3); And performing heat treatment of the positive electrode active material in an oxygen atmosphere at 600°C to 800°C (step 4).

상기 양극활물질의 제조 방법에 대하여, 상술한 양극활물질에 기재된 내용이 모두 적용될 수 있다. With respect to the method for manufacturing the positive electrode active material, all the contents described in the positive electrode active material described above can be applied.

먼저, 니켈, 코발트, 망간 및 도핑 원소 Me(여기서 Me는 W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, Al, In, Ta, Y, La, Sr, Ga, Sc, Gd, Sm, Ca, Ce, Nb, Mg, B 및 Mo로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상을 포함함)를 포함하는 제 1 금속 함유 용액 및 상기 제 1 금속 함유 용액과는 상이한 농도로 니켈, 코발트, 망간 및 도핑 원소 Me를 포함하는 제 2 금속 함유 용액을 준비한다(단계 1). First, nickel, cobalt, manganese and doping elements Me (where Me is W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, Al, In, Ta, Y, La, Sr, Ga, Sc, Gd, Sm , Ca, Ce, Nb, Mg, B and Mo (including at least one selected from the group consisting of) a first metal-containing solution and nickel, cobalt, manganese and A second metal-containing solution containing a doping element Me is prepared (step 1).

상기 제 1 금속 함유 용액은 니켈 원료물질, 코발트 원료물질, 망간 원료물질 및 Me의 원료물질을 용매, 구체적으로는 물 또는 물과 균일하게 혼합 가능한 유기용매(알코올 등)와 물의 혼합물에 첨가하여 제조할 수도 있고, 또는 각각의 금속 함유 원료물질을 포함하는 수용액을 제조한 후 이를 혼합하여 사용할 수도 있다. 이때, 상기 제 1 금속 함유 용액의 제조 시 니켈, 코발트, 망간 및 도핑 원소 Me의 총 몰수에 대하여 상기 니켈은 80 몰% 이상 100 몰% 미만의 함량으로 포함하도록 각각의 금속 원료물질을 혼합한다. The first metal-containing solution is prepared by adding a nickel raw material, a cobalt raw material, a manganese raw material, and a raw material of Me to a mixture of an organic solvent (alcohol, etc.) and water that can be uniformly mixed with a solvent, specifically water or water. Alternatively, an aqueous solution containing each metal-containing raw material may be prepared and then mixed and used. At this time, when preparing the first metal-containing solution, the nickel, cobalt, manganese, and the respective metal raw materials are mixed so that the nickel is contained in an amount of 80 mol% or more and less than 100 mol% with respect to the total number of moles of Me.

상기 제 2 금속 함유 용액은 니켈 원료물질, 코발트 원료물질, 망간 원료물질 및 도핑 원소 Me의 원료 물질을 포함하며, 상기 제 1 금속 함유 용액과 동일한 방법으로 제조될 수 있다. 이때, 상기 제 2 금속 함유 용액의 제조 시 니켈, 코발트, 망간 및 도핑 원소 Me의 총 몰수에 대하여 상기 니켈은 10 몰% 이상 80 몰% 미만의 함량으로 포함하도록 각각의 금속 원료물질을 혼합한다.The second metal-containing solution includes a nickel raw material, a cobalt raw material, a manganese raw material, and a raw material of a doping element Me, and may be prepared in the same manner as the first metal-containing solution. At this time, in the preparation of the second metal-containing solution, the nickel, cobalt, manganese, and the respective metal raw materials are mixed so that the nickel is contained in an amount of 10 mol% or more and less than 80 mol% with respect to the total number of moles of the doping element Me.

상기 니켈, 코발트, 망간 및 도핑 원소 Me의 원료물질로는 각각의 금속 원소 함유 황산염, 질산염, 아세트산염, 할라이드, 수산화물, 또는 옥시수산화물 등이 사용될 수 있으며, 물 등 상기한 용매에 용해될 수 있는 것이라면, 특별히 제한되지 않고 사용될 수 있다. As the raw material of the nickel, cobalt, manganese, and doping elements Me, sulfates, nitrates, acetates, halides, hydroxides, or oxyhydroxides containing each metal element may be used, and may be dissolved in the above solvents such as water. If so, it can be used without particular limitation.

구체적으로, 상기 코발트 원료물질로는 Co(OH)2, CoOOH, CoSO4, Co(OCOCH3)2ㆍ4H2O, Co(NO3)2ㆍ6H2O 또는 Co(SO4)2ㆍ7H2O 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. Specifically, the cobalt raw materials include Co(OH) 2 , CoOOH, CoSO 4 , Co(OCOCH 3 ) 2 ㆍ4H 2 O, Co(NO 3 ) 2 ㆍ6H 2 O or Co(SO 4 ) 2 ㆍ7H 2 O and the like, and a mixture of one or more of them may be used.

또, 니켈 원료물질로는 Ni(OH)2, NiO, NiOOH, NiCO32Ni(OH)24H2O, NiC2O22H2O, Ni(NO3)26H2O, NiSO4, NiSO46H2O, 지방산 니켈염 또는 니켈 할로겐화물 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. In addition, Ni (OH) 2 , NiO, NiOOH, NiCO 3 2Ni(OH) 2 4H 2 O, NiC 2 O 2 2H 2 O, Ni(NO 3 ) 2 6H 2 O, NiSO 4 , NiSO 4 6H 2 O, fatty acid nickel salts or nickel halides, and mixtures of one or more of them may be used.

또, 상기 망간의 원료물질로는 Mn2O3, MnO2 및 Mn3O4 등의 망간산화물; MnCO3, Mn(NO3)2, MnSO4, 아세트산 망간, 디카르복실산 망간염, 시트르산 망간 및 지방산 망간염과 같은 망간염; 옥시 수산화물, 그리고 염화 망간 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. Further, as the raw material of the manganese, manganese oxides such as Mn 2 O 3 , MnO 2 and Mn 3 O 4 ; Manganese salts such as MnCO 3 , Mn(NO 3 ) 2 , MnSO 4 , manganese acetate, manganese dicarboxylic acid, manganese citrate and manganese fatty acids; Oxyhydroxide, and manganese chloride, and mixtures of one or more of them may be used.

이어서, 상기 제 1 금속 함유 용액 및 상기 제 2 금속 함유 용액의 혼합비율을 100부피%:0부피%에서 0부피%:100부피%까지 점진적으로 변화되도록 상기 제 1 금속 함유 용액과 상기 제 2 금속 함유 용액을 혼합하는 동시에, 암모늄 양이온 착물 형성제 및 음이온 함유 염기성 화합물을 첨가하여 공침반응시켜, 상기 니켈 및 망간이 각각 독립적으로 입자의 중심에서부터 표면까지 점진적으로 변화하는 농도구배를 나타내는 양극활물질 전구체를 제조한다(단계 2).Subsequently, the first metal-containing solution and the second metal so that the mixing ratio of the first metal-containing solution and the second metal-containing solution is gradually changed from 100% by volume to 0% by volume to 0% by volume: 100% by volume. While mixing the containing solution, a co-precipitation reaction is performed by adding an ammonium cation complex forming agent and an anion-containing basic compound, and thus the cathode and the manganese precursors each independently exhibit a concentration gradient gradually changing from the center of the particle to the surface. Prepare (step 2).

상기 양극활물질 전구체 제조 단계 초기에는 상기 제 1 금속 함유 용액만이 존재하는 상태에서 반응(입자 핵 생성 및 입자 성장)이 이루어지므로, 처음 만들어지는 전구체 입자는 제 1 금속 함유 용액의 조성을 가지게 되며, 이후 상기 제 1 금속 함유 용액에 점진적으로 상기 제 2 금속 함유 용액이 혼합되므로, 상기 전구체 입자의 조성도 전구체 입자의 중심에서 외곽 방향으로 점차적으로 제 2 금속 함유 용액의 조성으로 바뀌게 된다. 예를 들어, 상기 제 1 금속 함유 용액은 니켈의 함량이 높고, 망간의 함량은 낮게 하며, 상기 제2 금속 함유 용액은 상기 제 1 금속 함유 용액에 비하여 니켈의 함량이 낮고, 망간의 함량을 높게 할 수 있으며, 이를 반응시킬 경우, 니켈의 농도는 활물질 입자의 중심에서부터 입자 표면 방향까지 연속적인 농도구배를 가지면서 감소하고, 망간의 농도는 입자의 중심에서부터 입자 표면 방향까지 연속적인 농도구배를 가지면서 증가하며, 코발트는 입자의 중심에서부터 입자 표면까지 일정한 농도로 유지되는 형태의 전구체 입자를 제조할 수 있다.Since the reaction (particle nucleation and particle growth) is performed in the state in which only the first metal-containing solution is present at the beginning of the cathode active material precursor manufacturing step, the first precursor particles have a composition of the first metal-containing solution. Since the second metal-containing solution is gradually mixed into the first metal-containing solution, the composition of the precursor particles is gradually changed to the composition of the second metal-containing solution in the outer direction from the center of the precursor particles. For example, the first metal-containing solution has a high nickel content, a low manganese content, and the second metal-containing solution has a lower nickel content and a higher manganese content than the first metal-containing solution. When it is reacted, the concentration of nickel decreases while having a continuous concentration gradient from the center of the active material particle to the particle surface direction, and the concentration of manganese has a continuous concentration gradient from the center of the particle to the particle surface direction. While increasing, cobalt can produce precursor particles in a form that is maintained at a constant concentration from the center of the particle to the particle surface.

따라서, 상기 제 1 금속 함유 용액 및 제 2 금속 함유 용액의 조성을 조정하고, 그 혼합 속도 및 비율을 조절함으로써 전구체 입자의 중심에서 표면 방향으로의 목적하는 위치가 원하는 조성을 가지도록 전구체 내에서의 금속원소의 농도구배와 그 기울기를 조절할 수 있다. Accordingly, by adjusting the composition of the first metal-containing solution and the second metal-containing solution, and adjusting the mixing speed and ratio, the metal element in the precursor has a desired composition in the desired direction from the center of the precursor particle to the surface direction. You can adjust the concentration gradient and its slope.

또한, 상기 제 1 금속 함유 용액 및 제 2 금속 함유 용액의 혼합은 연속적으로 수행되며, 이와 같이 연속적으로 제 2 금속 함유 용액을 공급하여 반응시킴으로써, 하나의 공침 반응 공정으로 입자의 중심에서부터 표면으로 갈수록 금속의 농도가 연속적인 농도 구배를 갖는 침전물을 얻을 수 있으며, 이때 생성되는 활물질 전구체 내에서의 금속의 농도구배와 그 기울기는 제 1 금속 함유 용액 및 제 2 금속 함유 용액의 조성과 혼합 공급 비율에 의해 용이하게 조절될 수 있다.In addition, mixing of the first metal-containing solution and the second metal-containing solution is continuously performed, and by continuously supplying and reacting the second metal-containing solution as described above, from the center of the particle to the surface in one co-precipitation reaction process It is possible to obtain a precipitate in which the concentration of the metal has a continuous concentration gradient, wherein the concentration gradient of the metal in the resulting active material precursor and its slope depends on the composition and mixing supply ratio of the first metal-containing solution and the second metal-containing solution. Can be easily adjusted.

또한, 입자 내 금속원소의 농도구배는 반응속도 또는 반응시간을 제어함으로써 형성 가능하다. 특정 금속의 농도가 높은 고밀도 상태를 만들기 위해서는 반응시간을 길게 하고, 반응속도를 낮추는 것이 바람직하고, 특정 금속의 농도가 낮은 저밀도 상태를 만들기 위해서는 반응시간을 짧게 하고, 반응속도를 증가시키는 것이 바람직하다. In addition, the concentration gradient of the metal element in the particle can be formed by controlling the reaction rate or reaction time. It is preferable to increase the reaction time and increase the reaction time in order to make a high-density state with a high concentration of a specific metal, and to shorten the reaction time and increase the reaction rate to make a low-density state with a low concentration of a specific metal. .

상기 제 1 금속 함유 용액에 대한 제 2 금속 함유 용액의 공급량 및 반응시간을 조절함으로써 양극활물질 입자의 크기 및 표면의 두께를 제어할 수 있다. 구체적으로는 앞서 설명한 바와 같은 양극활물질 입자 크기를 갖도록 제 2 금속 함유 용액의 공급량 및 반응시간을 적절히 조절하는 것이 바람직할 수 있다. By controlling the supply amount and the reaction time of the second metal-containing solution to the first metal-containing solution, it is possible to control the size of the positive electrode active material particles and the thickness of the surface. Specifically, it may be desirable to appropriately control the supply amount and reaction time of the second metal-containing solution to have the particle size of the positive electrode active material as described above.

한편, 상기 암모늄 양이온 착물 형성제는 NH4OH, (NH4)2SO4, NH4NO3, NH4Cl, CH3COONH4, 또는 NH4CO3 등일 수 있으며, 이들 중 1종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 또, 상기 암모늄 양이온 함유 착물 형성제는 수용액의 형태로 사용될 수도 있으며, 이때 용매로는 물, 또는 물과 균일하게 혼합가능한 유기용매(구체적으로 알코올 등)와 물의 혼합물이 사용될 수 있다.Meanwhile, the ammonium cation complex forming agent may be NH 4 OH, (NH 4 ) 2 SO 4 , NH 4 NO 3 , NH 4 Cl, CH 3 COONH 4 , or NH 4 CO 3 , and a mixture of one or more of them Can be used. In addition, the ammonium cation-containing complex forming agent may be used in the form of an aqueous solution, and in this case, as a solvent, a mixture of water or an organic solvent (specifically alcohol, etc.) uniformly mixed with water and water may be used.

상기 암모늄 양이온 함유 착물 형성제는 상기 제 1 금속 함유 용액 및 상기 제 2 금속 함유 용액을 혼합한 혼합 용액 1 몰에 대하여 0.5 내지 1의 몰비가 되도록 하는 양으로 첨가될 수 있다. 일반적으로 암모늄 양이온 함유 착물 형성제는 금속과 1:1 몰비 이상으로 반응하여 착제를 형성하지만, 형성된 착체 중 염기성 수용액과 반응하지 않은 미반응 착체가 중간 생성물로 변하여 암모늄 양이온 함유 착물 형성제로 회수되어 재사용될 수 있기 때문에, 본 발명에서는 통상에 비해 암모늄 양이온 함유 착물 형성제의 사용량을 낮출 수 있다. 그 결과, 양극활물질의 결정성을 높이고, 안정화될 수 있다. The ammonium cation-containing complex forming agent may be added in an amount to be a molar ratio of 0.5 to 1 with respect to 1 mol of the mixed solution obtained by mixing the first metal-containing solution and the second metal-containing solution. In general, the complexing agent containing ammonium cation reacts with a metal in a molar ratio of 1:1 or more to form a complex, but among the complexes formed, unreacted complexes that have not reacted with a basic aqueous solution are turned into intermediate products and recovered and reused as complex forming agents containing ammonium cation. Since it can be, in the present invention, the amount of the ammonium cation-containing complexing agent can be lowered than usual. As a result, the crystallinity of the positive electrode active material can be increased and stabilized.

상기 음이온 함유 염기성 화합물은 PO4 3-, NO4 -, CO3 2-, BO3 -, Cl-, Br-, I- 및 F-로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 음이온, 바람직하게는 PO4 3-, NO4 -, CO3 2-, BO3 - 및 F-로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 음이온을 포함할 수 있으며, 상기 음이온은 염기성 물질에 용해된 상태를 포함할 수 있다.The anion-containing basic compound is PO 4 3-, NO 4 -, CO 3 2-, BO 3 -, Cl -, Br -, I - and F - at least one anion selected from the group consisting of, preferably PO 4 3- , NO 4 - , CO 3 2- , may include at least one anion selected from the group consisting of BO 3 - and F - , the anion may include a state dissolved in a basic material.

상기 음이온 함유 염기성 화합물에 포함되는 염기성 물질은 NaOH, KOH 또는 Ca(OH)2 등과 같은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 수산화물 또는 이들의 수화물일 수 있으며, 이들 중 1종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 음이온 함유 염기성 화합물 역시 수용액의 형태로 사용될 수도 있으며, 이때 용매로는 물, 또는 물과 균일하게 혼합가능한 유기용매(구체적으로, 알코올 등)와 물의 혼합물이 사용될 수 있다. 이때, 상기 음이온 함유 염기성 수용액의 농도는 2 M 내지 10 M, 바람직하게는 2 M 내지 8 M일 수 있다. 상기 음이온 함유 염기성 수용액의 농도가 2 M 미만인 경우, 입자 형성 시간이 길어지고 탭 밀도가 저하되며 공침 반응물의 수득율이 낮아질 우려가 있고, 10 M을 초과하는 경우, 급격한 반응에 의해서 입자가 급격히 성장하기 때문에 균일한 입자를 형성하기 어렵고 탭 밀도 역시 저하될 우려가 있다.The basic substance included in the anion-containing basic compound may be a hydroxide of an alkali metal or an alkaline earth metal such as NaOH, KOH or Ca(OH) 2 or a hydrate thereof, and a mixture of one or more of them may be used. The anion-containing basic compound may also be used in the form of an aqueous solution, in which a mixture of water or an organic solvent (specifically, alcohol, etc.) uniformly mixed with water and water may be used as the solvent. At this time, the concentration of the anion-containing basic aqueous solution may be 2 M to 10 M, preferably 2 M to 8 M. When the concentration of the basic aqueous solution containing the anion is less than 2 M, the particle formation time becomes longer, the tap density decreases, and the yield of the coprecipitation reactant may decrease, and when it exceeds 10 M, the particles rapidly grow by rapid reaction. Therefore, it is difficult to form uniform particles and there is a possibility that the tap density is also lowered.

상기 음이온 함유 염기성 화합물을 상기 제 1 금속 함유 용액 및 상기 제 2 금속 함유 용액을 혼합한 혼합 용액에 첨가함으로써 상기 음이온 함유 염기성 화합물에 포함된 음이온이 상기 화학식 1 및 화학식 2로서 표시되는 화합물의 산소 위치에 치환될 수 있다. 상기 음이온을 산소 위치에 치환함으로써 양극활물질을 포함하는 리튬 이차전지의 충방전 과정에서 산소의 탈리를 방지할 수 있다. Oxygen position of the compound in which the anion contained in the anion-containing basic compound is represented by Formula 1 and Formula 2 by adding the anion-containing basic compound to the mixed solution in which the first metal-containing solution and the second metal-containing solution are mixed. It may be substituted with. By displacing the anion at the oxygen position, desorption of oxygen can be prevented during charging and discharging of the lithium secondary battery including the positive electrode active material.

또한, 상기 공침 반응은, 혼합된 제 1 금속 함유 용액 및 제 2 금속 함유 용액의 pH가 pH 10 내지 pH 13, 구체적으로는 pH 10 내지 pH 12인 조건에서 수행될 수 있다. 상기한 pH 범위에서 공침반응이 수행될 때, 제조되는 전구체의 크기 변화, 입자 쪼개짐 발생, 또는 전구체 표면에서의 금속 이온의 용출에 따른 부반응에 의해 각종 산화물의 생성 없이 전구체 입자를 제조할 수 있다. 이에 따라 상기한 pH 범위를 충족하도록 하기 위해 상기 암모늄 양이온 함유 착물 형성제와 음이온 함유 염기성 화합물은 1:10 내지 1:2의 몰비로 사용될 수 있다. In addition, the co-precipitation reaction may be performed under the conditions that the pH of the mixed first metal-containing solution and the second metal-containing solution is pH 10 to pH 13, specifically pH 10 to pH 12. When the co-precipitation reaction is performed in the above-described pH range, precursor particles can be produced without generating various oxides by side reactions due to a change in size of the precursor to be produced, particle splitting, or elution of metal ions from the precursor surface. Accordingly, the ammonium cation-containing complexing agent and the anion-containing basic compound may be used in a molar ratio of 1:10 to 1:2 to satisfy the above-described pH range.

또, 상기 공침반응은 질소 또는 아르곤 등의 비활성 분위기 하에서, 40℃ 내지 70℃의 온도에서 수행될 수 있다. 또, 상기 반응시 반응 속도를 증가시키기 위하여 교반 공정이 선택적으로 수행될 수 있으며, 이때 교반 속도는 100 rpm 내지 2,000 rpm일 수 있다.In addition, the co-precipitation reaction may be performed at a temperature of 40°C to 70°C under an inert atmosphere such as nitrogen or argon. In addition, a stirring process may be selectively performed to increase the reaction speed during the reaction, wherein the stirring speed may be 100 rpm to 2,000 rpm.

이어서, 상기 양극활물질 전구체 및 리튬-함유 원료물질을 혼합하고 소성하여 양극활물질을 합성한다(단계 3).Subsequently, the positive electrode active material precursor and the lithium-containing raw material are mixed and fired to synthesize a positive electrode active material (step 3).

상기 리튬-함유 원료물질로는 통상적으로 사용되는 것을 특별한 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어, 리튬-함유 황산염, 질산염, 아세트산염, 탄산염, 옥살산염, 시트르산염, 할라이드, 수산화물 또는 옥시수산화물 등이 사용될 수 있으며, 물에 용해될 수 있는 한 특별히 한정되지 않는다. 구체적으로 상기 리튬-함유 원료물질은 Li2CO3, LiNO3, LiNO2, LiOH, LiOHㆍH2O, LiH, LiF, LiCl, LiBr, LiI, CH3COOLi, Li2O, Li2SO4, CH3COOLi, 또는 Li3C6H5O7 로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. The lithium-containing raw material can be used without particular limitations, for example, lithium-containing sulfate, nitrate, acetate, carbonate, oxalate, citrate, halide, hydroxide or oxyhydroxide, etc. It can be used, and is not particularly limited as long as it can be dissolved in water. Specifically, the lithium-containing raw material is Li 2 CO 3 , LiNO 3 , LiNO 2 , LiOH, LiOHㆍH 2 O, LiH, LiF, LiCl, LiBr, LiI, CH 3 COOLi, Li 2 O, Li 2 SO 4 , CH 3 COOLi, or at least one mixture selected from the group consisting of Li 3 C 6 H 5 O 7 may be used.

상기 리튬-함유 원료물질의 사용량은 최종 제조되는 양극활물질에서의 리튬과 금속의 함량에 따라 결정될 수 있으며, 구체적으로는 리튬-함유 원료물질내 포함되는 리튬과 양극활물질용 전구체 내 포함되는 금속 원소(Ni, Co, Mn 및 Me)와의 몰비(리튬/금속 원소의 몰비)가 1.0 이상, 바람직하게는 1.03 내지 1.20이 되도록 하는 양으로 사용될 수 있다.The amount of the lithium-containing raw material used may be determined according to the content of lithium and metal in the final positive electrode active material, specifically, lithium contained in the lithium-containing raw material and metal elements contained in the precursor for the positive electrode active material ( Ni, Co, Mn and Me) may be used in an amount such that the molar ratio (molar ratio of lithium/metal element) is 1.0 or more, preferably 1.03 to 1.20.

상기 양극활물질 전구체 및 리튬-함유 원료 물질을 소성하는 것은, 1단계 또는 2단계 소성에 의해 수행되는 것일 수 있다.Firing the positive electrode active material precursor and the lithium-containing raw material may be performed by one-step or two-step firing.

예를 들면, 상기 소성을 1단계 소성을 이용하여 수행할 경우, 상기 1단계 소성은 700℃ 내지 1,000℃, 바람직하게는 750℃ 내지 850℃에서 5시간 내지 30시간, 보다 바람직하게는 20 시간 내지 30 시간 동안 수행될 수 있다. 상기와 같이 양극활물질 전구체와 리튬-함유 원료 물질을 700℃ 내지 1,000℃에서 수행할 경우, 활물질 내 분자들의 재배치가 일어나고, 이에 따라 분자들이 안정화되면서 양극 활물질의 열 안정성이 향상될 수 있다. 반면, 상기 소성 온도가 700℃ 미만이고, 소성 시간이 5 시간 미만이면 미반응 원료물질의 잔류로 인해 단위무게당 방전 용량의 저하, 사이클 특성의 저하 및 작동 전압의 저하 우려가 있고, 1,000℃를 초과하고, 소성 시간이 30 시간을 초과하면 부반응물의 생성으로 인해 단위무게당 방전용량의 저하, 사이클 특성의 저하 및 작동 전압의 저하 우려가 있다.For example, when the firing is performed using a one-step firing, the one-step firing is from 700°C to 1,000°C, preferably from 750°C to 850°C for 5 to 30 hours, more preferably from 20 hours to It can be carried out for 30 hours. When the positive electrode active material precursor and the lithium-containing raw material are performed at 700°C to 1,000°C as described above, repositioning of the molecules in the active material occurs, and accordingly, as the molecules are stabilized, thermal stability of the positive electrode active material may be improved. On the other hand, if the calcination temperature is less than 700°C and the calcination time is less than 5 hours, there is a concern that the discharge capacity per unit weight may be lowered, cycle characteristics may be lowered, and the operating voltage may be lowered due to the residual of unreacted raw materials. If it exceeds, and the firing time exceeds 30 hours, there is a fear that the discharge capacity per unit weight decreases, cycle characteristics decrease, and operation voltage decreases due to the formation of side reactants.

예를 들면, 상기 소성을 2단계 소성을 이용하여 수행할 경우, 상기 2단계 소성은 2℃/min 내지 5℃/min의 승온속도로 25℃에서 400℃까지 승온하고 7 시간 내지 12 시간 동안 유지하는 제 1 소성 및 7℃/min 내지 10℃/min의 승온속도로 400℃에서 800℃까지 승온하고 10 시간 내지 15 시간 동안 유지하는 제 2 소성을 포함한다. 보다 바람직하게는 상기 제 1 소성은 4℃/min 내지 5℃/min의 승온속도로 350℃에서 400℃까지 승온한 후 9 시간 내지 10 시간 동안 유지하는 것을 포함하고, 상기 제 2 소성은 9℃/min 내지 10℃/min의 승온속도로 700℃에서 800℃까지 승온한 후 12 시간 내지 15 시간 동안 유지하는 것을 포함한다. 상기와 같이 양극활물질 전구체와 리튬-함유 원료 물질을 2단계 소성할 경우, 승온 속도를 느리게 함으로써 양극활물질의 결정립이 C축에 수직한 방향으로 결정 배향성을 가질 수 있으며, 이에 따라 상기 양극활물질 내 포함되는 리튬 이온의 이동성이 향상되고, 활물질의 구조 안정성이 증가하여, 전지 적용시 초기 용량 특성, 출력 특성, 저항 특성 및 장기 수명특성이 향상될 수 있다. 반면, 상기 2단계 소성의 제1 소성 및 제2 소성의 소성 온도 및 승온 속도가 상기 범위를 벗어날 경우, 미반응 원료 물질의 잔류로 인해 단위무게당 방전 용량의 저하, 사이클 특성 및 작동 전압 저하의 우려가 있다.For example, when the firing is performed using a two-stage firing, the two-stage firing is heated from 25 °C to 400 °C at a heating rate of 2 °C/min to 5 °C/min and maintained for 7 to 12 hours. It includes a first firing and a second firing that is heated from 400°C to 800°C at a heating rate of 7°C/min to 10°C/min and maintained for 10 to 15 hours. More preferably, the first firing includes heating at 350° C. to 400° C. at a heating rate of 4° C./min to 5° C./min and maintaining it for 9 to 10 hours, and the second firing is 9° C. It includes heating at 700°C to 800°C at a heating rate of /min to 10°C/min and maintaining for 12 to 15 hours. When the positive electrode active material precursor and the lithium-containing raw material are fired in two stages as described above, the crystal grains of the positive electrode active material may have crystal orientation in a direction perpendicular to the C axis by slowing the temperature increase rate, and thus included in the positive electrode active material. The mobility of lithium ions is improved, and the structural stability of the active material is increased, so that initial capacity characteristics, output characteristics, resistance characteristics, and long-term life characteristics can be improved when the battery is applied. On the other hand, if the firing temperature and the temperature increase rate of the first firing and the second firing of the two-stage firing are out of the above range, the discharge capacity per unit weight decreases, the cycle characteristics and the operating voltage decrease due to the residual of unreacted raw materials. I have a concern.

또, 상기 소성 단계는 공기나 산소 등의 산화성 분위기나, 질소 혹은 수소가 포함된 환원성 분위기 하에서 수행될 수 있다. 이와 같은 조건에서의 소성 공정을 통해 입자간의 확산 반응이 충분히 이루어질 수 있고, 또한 내부 금속 농도가 일정한 부분에서도 금속의 확산이 일어나, 결과적으로 중심에서 표면까지 연속적인 금속의 농도 분포를 갖는 양극 활물질이 제조될 수 있다. In addition, the firing step may be performed under an oxidizing atmosphere such as air or oxygen, or a reducing atmosphere containing nitrogen or hydrogen. The diffusion reaction between particles can be sufficiently achieved through the firing process under such conditions, and the diffusion of metal occurs even at a portion where the internal metal concentration is constant, resulting in a positive electrode active material having a continuous metal concentration distribution from the center to the surface. Can be manufactured.

한편, 상기 양극활물질 전구체와 상기 리튬-함유 원료물질의 혼합시, 소결제가 선택적으로 더 첨가될 수 있다. 상기 소결제는 구체적으로 NH4F, NH4NO3, 또는 (NH4)2SO4과 같은 암모늄 이온을 함유한 화합물; B2O3 또는 Bi2O3과 같은 금속산화물; 또는 NiCl2 또는 CaCl2과 같은 금속할로겐화물 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 소결제는 양극활물질 전구체 1 몰에 대하여 0.01 내지 0.2 몰의 함량으로 사용될 수 있다. 상기 소결제의 함량이 0.01 몰 미만으로 지나치게 낮으면 양극활물질 전구체의 소결 특성 향상 효과가 미미할 수 있고, 또 소결제의 함량이 0.2 몰을 초과하여 지나치게 높으면, 과량의 소결제로 인해 양극활물질로서의 성능 저하 및 충방전 진행시 전지의 초기 용량이 저하될 우려가 있다.Meanwhile, when mixing the positive electrode active material precursor and the lithium-containing raw material, a sintering agent may be selectively added. The sintering agent is specifically a compound containing an ammonium ion, such as NH 4 F, NH 4 NO 3 , or (NH 4 ) 2 SO 4 ; Metal oxides such as B 2 O 3 or Bi 2 O 3 ; Or metal halides such as NiCl 2 or CaCl 2, and mixtures of one or more of them may be used. The sintering agent may be used in an amount of 0.01 to 0.2 mol per 1 mol of the positive electrode active material precursor. If the content of the sintering agent is too low, less than 0.01 mol, the effect of improving the sintering properties of the positive electrode active material precursor may be insignificant, and if the content of the sintering agent is too high, exceeding 0.2 mol, the performance of the positive electrode active material is reduced due to excessive sintering agent. And the initial capacity of the battery may decrease during charging and discharging.

또, 상기 양극활물질 전구체와 리튬-함유 원료물질 혼합시, 수분제거제가 선택적으로 더 첨가될 수도 있다. 구체적으로 상기 수분제거제로는 구연산, 주석산, 글리콜산 또는 말레인산 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 수분제거제는 양극활물질 전구체 1 몰에 대하여 0.01 내지 0.2 몰의 함량으로 사용될 수 있다.In addition, when mixing the positive electrode active material precursor and the lithium-containing raw material, a moisture removing agent may be optionally further added. Specifically, the water removal agent may include citric acid, tartaric acid, glycolic acid, or maleic acid, and a mixture of one or more of them may be used. The water removing agent may be used in an amount of 0.01 to 0.2 mol with respect to 1 mol of the positive electrode active material precursor.

추가로, 상기 합성된 양극활물질을 15℃ 이하의 온도에서 수세하는 단계를 더 포함할 수 있다. In addition, it may further include the step of washing the synthesized positive electrode active material at a temperature of 15 ℃ or less.

상기 수세 단계는 15℃ 이하, 바람직하게는 5℃ 내지 15℃, 보다 바람직하게는 5℃ 내지 10℃ 미만의 온도에서 수행된다. 상기 양극활물질을 상기 온도 범위에서 수세함으로써 양극활물질의 표면에 존재하는 리튬 부산물 및 미반응 음이온 등을 효과적으로 제거할 수 있어, 이를 이차전지에 적용 시 전지의 수명 특성을 향상시킬 수 있다. 반면, 상기 수세 온도가 15℃를 초과할 경우, 상기 리튬 이차전지가 과수세 될 수 있고, 이러한 경우 수명 및 용량 특성이 나빠질 수 있다. The washing step is carried out at a temperature of 15° C. or less, preferably 5° C. to 15° C., more preferably 5° C. to less than 10° C. By washing the positive electrode active material in the temperature range, lithium by-products and unreacted anions present on the surface of the positive electrode active material can be effectively removed, thereby improving the life characteristics of the battery when applied to the secondary battery. On the other hand, when the water washing temperature exceeds 15°C, the lithium secondary battery may be overwashed, and in this case, life and capacity characteristics may be deteriorated.

상기 양극활물질은 합성 직후, LiOH 및 Li2CO3를 포함하는 리튬 부산물이 1.0 중량% 초과 3.0 중량% 이하로 포함될 수 있다. 이때, 15℃ 이하의 온도 범위에서 양극활물질을 수세함으로써 상기 양극활물질에 존재하는 리튬 부산물을 효과적으로 제거할 수 있다. 수세단계 후, 상기 양극활물질은 LiOH 및 Li2CO3를 포함하는 리튬 부산물이 1 중량% 미만으로 포함될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Immediately after synthesis, the positive electrode active material may include lithium by-products including LiOH and Li 2 CO 3 in an amount of greater than 1.0% by weight and less than 3.0% by weight. At this time, by washing the positive electrode active material in a temperature range of 15 ℃ or less can effectively remove the lithium by-products present in the positive electrode active material. After the washing step, the positive electrode active material may include less than 1% by weight of lithium by-products including LiOH and Li 2 CO 3 , but is not limited thereto.

마지막으로, 상기 양극활물질을 산소 분위기 하에서 600℃ 내지 800℃로 열처리를 수행한다(단계 5). 상기 수세된 양극활물질을 600℃ 내지 800℃, 보다 바람직하게는 650℃ 내지 750℃에서, 5 시간 내지 10 시간 동안 열처리를 수행함으로써, 상기 양극 활물질의 열 안정성이 향상될 수 있으며, 또한 상기 양극활물질 내 금속 원소의 재배열이 일어나고, 양극 활물질 내에서의 리튬 확산이 진행되어, 양극활물질의 재결정이 일어나 수명 특성이 더욱 향상될 수 있다. Lastly, the positive electrode active material is heat-treated at 600°C to 800°C under an oxygen atmosphere (step 5). The thermal stability of the positive electrode active material may be improved by performing heat treatment on the washed positive electrode active material at 600°C to 800°C, more preferably at 650°C to 750°C for 5 hours to 10 hours, and also the positive electrode active material Rearrangement of the metal elements occurs, lithium diffusion in the positive electrode active material proceeds, recrystallization of the positive electrode active material occurs, and the life characteristics can be further improved.

추가로, 상기 양극활물질을 수세하는 단계 이후, 열처리를 수행하기 이전에, 필요에 따라 선택적으로 상기 수세된 양극활물질 상에 B, Al, Hf, Nb, Ta, Mo, Si, Zn 및 Zr로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는을 코팅하여, 코팅층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, after the step of washing the positive electrode active material, before performing the heat treatment, if necessary, optionally consisting of B, Al, Hf, Nb, Ta, Mo, Si, Zn and Zr on the washed positive electrode active material The method may further include forming a coating layer by coating at least one selected from the group.

구체적으로, 상기 양극활물질 상에 코팅층을 형성하기 위한 방법은, 활물질의 표면에 코팅층을 형성하는 방법이라면 특별히 제한되지 않고 사용할 수 있으며, 예를 들면 상기 금속을 용매 중에 분산시켜 제조한 조성물을 도포, 침지, 분무 등의 통상의 슬러리 코팅법을 이용하여 상기 양극활물질을 표면처리한 후, 열처리함으로써 상기 양극활물질의 표면에 상기 코팅층을 형성할 수 있다. Specifically, the method for forming a coating layer on the positive electrode active material, a method of forming a coating layer on the surface of the active material can be used without particular limitation, for example, by applying the composition prepared by dispersing the metal in a solvent, After the surface treatment of the positive electrode active material using a conventional slurry coating method such as dipping and spraying, the coating layer may be formed on the surface of the positive electrode active material by heat treatment.

상기 코팅층을 형성하기 위해 금속을 분산시킬 수 있는 용매로는 물, 탄소수 1 내지 8의 알코올, 디메틸설폭사이드(DMSO), N-메틸피롤리돈, 아세톤 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.At least a solvent selected from the group consisting of water, alcohol having 1 to 8 carbon atoms, dimethyl sulfoxide (DMSO), N-methylpyrrolidone, acetone, and combinations thereof is used as a solvent capable of dispersing the metal to form the coating layer. One or more mixtures can be used.

또한, 상기 용매는 적절한 도포성을 나타낼 수 있고, 이후 열처리시 용이하게 제거될 수 있는 양으로 포함되는 것일 수 있다.In addition, the solvent may exhibit appropriate coating properties, and may be included in an amount that can be easily removed after heat treatment.

이어서, 코팅층을 형성하기 위한 상기 열처리는 상기 조성물 중에 포함된 상기 용매를 제거할 수 있는 온도 범위에서 수행될 수 있으며, 구체적으로는 200℃ 내지 700℃, 바람직하게는 250℃ 내지 400℃에서 수행되는 것일 수 있다. 상기 열처리 온도가 200℃ 미만일 경우, 잔류 용매에 의한 부반응 발생 및 이로 인한 전지 특성 저하의 우려가 있고, 상기 열처리 온도가 700℃를 초과할 경우, 고온의 열에 의한 부반응 발생의 우려가 있다.Subsequently, the heat treatment for forming the coating layer may be performed in a temperature range capable of removing the solvent contained in the composition, specifically, 200°C to 700°C, preferably 250°C to 400°C May be When the heat treatment temperature is less than 200°C, there is a fear of side reactions caused by residual solvents and deterioration of battery characteristics, and when the heat treatment temperature exceeds 700°C, there is a fear of side reactions caused by high temperature heat.

한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 양극활물질을 포함하는 양극이 제공된다.Meanwhile, according to another embodiment of the present invention, a positive electrode including the positive electrode active material is provided.

이때, 상기 양극은 양극 집전체 상에 양극활물질, 바인더, 도전재 및 용매 등을 포함하는 양극 합제를 코팅하여 제조할 수 있다.At this time, the positive electrode may be prepared by coating a positive electrode mixture comprising a positive electrode active material, a binder, a conductive material, and a solvent on the positive electrode current collector.

상기 양극활물질은 상술한 바와 동일하므로 구체적인 설명을 생략하고, 이하 나머지 구성에 대해서만 구체적으로 설명한다. Since the positive electrode active material is the same as described above, a detailed description is omitted, and the rest of the configuration will be described in detail below.

상기 양극 집전체는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. The positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing a chemical change in the battery, for example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, or carbon on the surface of aluminum or stainless steel. , Surface treatment with nickel, titanium, silver, or the like can be used.

상기 양극활물질은 각각의 양극 합제의 전체 중량을 기준으로 80 중량% 내지 99 중량%로 포함될 수 있다. The positive electrode active material may be included in 80% to 99% by weight based on the total weight of each positive electrode mixture.

상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 합제의 전체 중량을 기준으로 1 중량% 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌-부타디엔 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.The binder is a component that assists in bonding the active material and the conductive material and the like to the current collector, and is usually added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the positive electrode mixture. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose (CMC), starch, hydroxypropyl cellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene , Polypropylene, ethylene-propylene-diene polymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene-butadiene rubber, fluorine rubber, and various copolymers.

상기 도전재는 통상적으로 양극 합제의 전체 중량을 기준으로 1 중량% 내지 30 중량%로 첨가된다. The conductive material is usually added in 1 to 30% by weight based on the total weight of the positive electrode mixture.

이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 그라파이트; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼니스 블랙, 램프 블랙, 서멀 블랙 등의 탄소계 물질; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다. 시판되고 있는 도전재의 구체적인 예로는 아세틸렌 블랙 계열인 쉐브론 케미칼 컴퍼니(Chevron Chemical Company)나 덴카 블랙(Denka Singapore Private Limited), 걸프 오일 컴퍼니(Gulf Oil Company) 제품 등), 케트젠블랙(Ketjenblack), EC 계열(아르막 컴퍼니(Armak Company) 제품), 불칸(Vulcan) XC-72(캐보트 컴퍼니(Cabot Company) 제품) 및 수퍼(Super) P(Timcal 사 제품) 등이 있다.The conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity without causing a chemical change in the battery, for example, graphite; Carbon-based materials such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and thermal black; Conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; Metal powders such as carbon fluoride powder, aluminum powder, and nickel powder; Conductive whiskey such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives may be used. Specific examples of commercially available conductive materials include acetylene black-based Chevron Chemical Company, Denka Singapore Private Limited, Gulf Oil Company, etc., Ketjenblack, EC Series (manufactured by Armak Company), Vulcan XC-72 (manufactured by Cabot Company) and Super P (manufactured by Timcal).

상기 용매는 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone) 등의 유기용매를 포함할 수 있으며, 상기 양극활물질 및 선택적으로 바인더 및 도전재 등을 포함할 때 바람직한 점도가 되는 양으로 사용될 수 있다. 예를 들면, 양극활물질 및 선택적으로 바인더 및 도전재를 포함하는 고형분의 농도가 50 중량% 내지 95 중량%, 바람직하게 70 중량% 내지 90 중량%가 되도록 포함될 수 있다.The solvent may include an organic solvent such as NMP (N-methyl-2-pyrrolidone), and may be used in an amount that becomes a desirable viscosity when the positive electrode active material and optionally a binder and a conductive material are included. For example, the concentration of the solid content including the positive electrode active material and optionally a binder and a conductive material may be included to be 50% to 95% by weight, preferably 70% to 90% by weight.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 양극을 포함하는, 리튬 이차전지를 제공한다. According to another embodiment of the present invention, there is provided a lithium secondary battery comprising the positive electrode.

상기 리튬 이차전지는 구체적으로 양극, 상기 양극과 대향하여 위치하는 음극, 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막 및 전해질을 포함한다. 또한, 상기 리튬 이차전지는 상기 양극, 음극, 분리막의 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 located opposite to the positive electrode, a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolyte. In addition, the lithium secondary battery may further include a battery container for storing the electrode assembly of the positive electrode, the negative electrode, and the separator, and a sealing member for sealing the battery container.

상기 양극은 상술한 바와 동일하므로 구체적인 설명을 생략하고, 이하 나머지 구성에 대해서만 구체적으로 설명한다. Since the positive electrode is the same as described above, a detailed description is omitted, and the rest of the configuration will be described in detail below.

상기 음극은 예를 들어, 음극 집전체 상에 음극활물질, 바인더, 도전재 및 용매 등을 포함하는 음극 합제를 코팅하여 제조할 수 있다.The negative electrode may be prepared by coating a negative electrode mixture containing a negative electrode active material, a binder, a conductive material, and a solvent on a negative electrode current collector, for example.

상기 음극 집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 상기 음극 집전체는 통상적으로 3 ㎛ 내지 500 ㎛의 두께를 가질 수 있으며, 양극 집전체와 마찬가지로, 집전체 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있다. 예를 들어, 상기 음극 집전체를 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 a chemical change in the battery. For example, the surface of copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, copper, or stainless steel Carbon, nickel, titanium, silver, or the like, aluminum-cadmium alloy, or the like may be used. In addition, the negative electrode current collector may have a thickness of usually 3 μm to 500 μm, and, like the positive electrode current collector, may form fine irregularities on the surface of the current collector to enhance the bonding force of the negative electrode active material. For example, the negative electrode current collector may be used in various forms such as a film, sheet, foil, net, porous body, foam, and nonwoven fabric.

상기 음극활물질로는 천연흑연, 인조흑연, 탄소질재료; 리튬-함유 티타늄 복합 산화물(LTO), Si, Sn, Li, Zn, Mg, Cd, Ce, Ni 또는 Fe인 금속류(Me); 상기 금속류(Me)로 구성된 합금류; 상기 금속류(Me)의 산화물; 및 상기 금속류(Me)와 탄소와의 복합체로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 음극활물질을 들 수 있다.Examples of the negative electrode active material include natural graphite, artificial graphite, and carbonaceous materials; Lithium-containing titanium composite oxides (LTO), metals (Me) which are Si, Sn, Li, Zn, Mg, Cd, Ce, Ni or Fe; Alloys composed of the metals (Me); Oxides of the metals (Me); And at least one negative active material selected from the group consisting of a composite of the metals (Me) and carbon.

상기 음극활물질은 음극 합제의 전체 중량을 기준으로 80 중량% 내지 99중량%로 포함될 수 있다.The negative electrode active material may be included in 80% to 99% by weight based on the total weight of the negative electrode mixture.

상기 바인더는 도전재, 활물질 및 집전체 간의 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 음극 합제의 전체 중량을 기준으로 1 중량% 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 폴리머(EPDM), 술폰화-EPDM, 스티렌-부타디엔 고무, 불소 고무, 이들의 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.The binder is a component that assists in bonding between the conductive material, the active material, and the current collector, and is usually added at 1% to 30% by weight based on the total weight of the negative electrode mixture. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose (CMC), starch, hydroxypropyl cellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoro Roethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene polymer (EPDM), sulfonated-EPDM, styrene-butadiene rubber, fluorine rubber, and various copolymers thereof.

상기 도전재는 음극활물질의 도전성을 더욱 향상시키기 위한 성분으로서, 음극 합제의 전체 중량을 기준으로 1 중량% 내지 20 중량%로 첨가될 수 있다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서멀 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.The conductive material is a component for further improving the conductivity of the negative electrode active material, and may be added at 1% to 20% by weight based on the total weight of the negative electrode mixture. The conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity without causing a chemical change in the battery. For example, graphite such as natural graphite or artificial graphite; Carbon blacks such as acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and thermal black; Conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; Metal powders such as carbon fluoride powder, aluminum powder, and nickel powder; Conductive whiskey such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives may be used.

상기 용매는 물 또는 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone) 등의 유기용매를 포함할 수 있으며, 상기 음극활물질 및 선택적으로 바인더 및 도전재 등을 포함할 때 바람직한 점도가 되는 양으로 사용될 수 있다. 예를 들면, 음극활물질 및 선택적으로 바인더 및 도전재를 포함하는 고형분의 농도가 50 중량% 내지 95 중량%, 바람직하게 70 중량% 내지 90 중량%가 되도록 포함될 수 있다.The solvent may include water or an organic solvent such as NMP (N-methyl-2-pyrrolidone), and may be used in an amount that becomes a desirable viscosity when the negative electrode active material and optionally a binder and a conductive material are included. For example, the concentration of the solid content including the negative electrode active material and optionally the binder and the conductive material may be included to be 50% to 95% by weight, preferably 70% to 90% by weight.

또한, 분리막으로는 종래에 분리막으로 사용된 통상적인 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 필름을 단독으로 또는 이들을 적층하여 사용할 수 있으며, 또는 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Further, as the separator, a conventional porous polymer film conventionally used as a separator, for example, polyolefin such as ethylene homopolymer, propylene homopolymer, ethylene/butene copolymer, ethylene/hexene copolymer and ethylene/methacrylate copolymer, etc. A porous polymer film made of a polymer based polymer may be used alone or by laminating them, or a conventional porous nonwoven fabric, for example, a high melting point glass fiber, a polyethylene terephthalate fiber, or the like may be used, but is not limited thereto. It is not.

이때, 내열성 또는 기계적 강도 확보를 위해 무기물이 추가로 코팅된 유무기 복합 분리막이 사용될 수도 있으며, 선택적으로 단층 또는 다층 구조로 사용될 수 있다.At this time, in order to secure heat resistance or mechanical strength, an organic/inorganic composite separator coated with an inorganic material may be used, or may be used in a single-layer or multi-layer structure.

상기 무기물은 유무기 복합 분리막의 기공을 균일하게 제어하고 내열성을 향상시키는 역할을 할 수 있는 물질이라면 특별히 한정되지 않고 사용될 수 있다. 예컨대, 상기 무기물은 비제한적인 예로는 SiO2, Al2O3, TiO2, BaTiO3, Li2O, LiF, LiOH, Li3N, BaO, Na2O, Li2CO3, CaCO3, LiAlO2, SrTiO3, SnO2, CeO2, MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO2, SiC 및 이들의 유도체와 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 들 수 있다.The inorganic material may be used without being particularly limited as long as it is a material capable of uniformly controlling the pores of the organic-inorganic composite separator and improving heat resistance. For example, the inorganic material is, without limitation, SiO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , BaTiO 3 , Li 2 O, LiF, LiOH, Li 3 N, BaO, Na 2 O, Li 2 CO 3 , CaCO 3 , And at least one selected from the group consisting of LiAlO 2 , SrTiO 3 , SnO 2 , CeO 2 , MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO2, SiC and derivatives thereof and mixtures thereof.

상기 무기물의 평균 직경은 0.001 ㎛ 내지 10 ㎛일 수 있으며, 보다 구체적으로는 0.001 ㎛ 내지 1 ㎛일 수 있다. 무기물의 평균 직경이 상기 범위 이내이면 코팅 용액 내의 분산성이 향상되고, 코팅 공정에서의 문제 발생을 최소화할 수 있다. 또한, 최종 분리막의 물성을 균일하게 할 수 있을 뿐만 아니라, 무기입자가 부직포의 기공에 균일하게 분포되어 부직포의 기계적 물성을 향상시킬 수 있으며, 유무기 복합 분리막의 기공의 크기를 용이하게 조절 가능한 이점이 있다.The average diameter of the inorganic material may be 0.001 μm to 10 μm, and more specifically, 0.001 μm to 1 μm. If the average diameter of the inorganic material is within the above range, dispersibility in the coating solution is improved, and problems in the coating process can be minimized. In addition, not only can the physical properties of the final separation membrane be uniform, but also the inorganic particles are uniformly distributed in the pores of the nonwoven fabric to improve the mechanical properties of the nonwoven fabric, and the size of the pores of the organic/inorganic composite separation membrane can be easily adjusted. There is this.

상기 유무기 복합 분리막의 기공의 평균 직경은 0.001 ㎛ 내지 10 ㎛의 범위일 수 있으며, 보다 구체적으로는 0.001 ㎛ 내지 1 ㎛일 수 있다. 상기 유무기 복합 분리막의 기공의 평균 직경이 상기 범위 이내이면 기체 투과도 및 이온 전도도를 원하는 범위로 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 유무기 복합 분리막을 이용하여 전지를 제조 시, 양극과 음극의 접촉에 의한 전지의 내부 단락 가능성을 없앨 수 있다.The average diameter of the pores of the organic-inorganic composite separator may range from 0.001 μm to 10 μm, and more specifically, from 0.001 μm to 1 μm. When the average diameter of the pores of the organic-inorganic composite membrane is within the above range, the gas permeability and ionic conductivity can be controlled to a desired range. In addition, when manufacturing a battery using the organic-inorganic composite membrane, contact with the anode and the cathode The possibility of internal short circuit of the battery can be eliminated.

상기 유무기 복합 분리막의 기공도는 30 부피% 내지 90 부피%의 범위 내 일수 있다. 기공도가 상기 범위 내인 경우, 이온 전도성이 높아지며 기계적 강도가 우수해질 수 있다.The porosity of the organic-inorganic composite membrane may be in the range of 30% to 90% by volume. When the porosity is within the above range, ion conductivity may be increased and mechanical strength may be excellent.

또한, 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. Further, examples of the electrolyte used in the present invention include organic liquid electrolytes, inorganic liquid electrolytes, solid polymer electrolytes, gel polymer electrolytes, solid inorganic electrolytes, molten inorganic electrolytes, and the like, which can be used in the manufacture of lithium secondary batteries. It does not work.

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; R-CN(R은 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 약 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, methyl acetate (methyl acetate), ethyl acetate (ethyl acetate), γ-butyrolactone (γ-butyrolactone), ε-caprolactone (ε-caprolactone), such as ester solvents; Ether-based solvents such as dibutyl ether or tetrahydrofuran; Ketone solvents such as cyclohexanone; Aromatic hydrocarbon-based solvents such as benzene and fluorobenzene; Dimethylcarbonate (DMC), diethylcarbonate (DEC), methylethylcarbonate (MEC), ethylmethylcarbonate (ethylmethylcarbonate, EMC), ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (propylene carbonate, PC) and other carbonate-based solvents; Alcohol solvents such as ethyl alcohol and isopropyl alcohol; Nitriles such as R-CN (R is a straight-chain, branched or cyclic hydrocarbon group having 2 to 20 carbon atoms and may include a double bond aromatic ring or ether bond); Amides such as dimethylformamide; Dioxolanes such as 1,3-dioxolane; Alternatively, sulfolanes may be used. Of these, carbonate-based solvents are preferred, and cyclic carbonates (for example, ethylene carbonate or propylene carbonate) having high ionic conductivity and high dielectric constant that can improve the charge and discharge performance of the battery, and low-viscosity linear carbonate-based compounds ( For example, a mixture of ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate or diethyl carbonate) is more preferable. In this case, the mixture of the cyclic carbonate and the chain carbonate in a volume ratio of about 1:1 to about 1:9 may be used to exhibit excellent electrolyte performance.

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 0.1 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 a lithium secondary battery. 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 0.1 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 be effectively moved.

상기 전해질에는 상기 전해질 구성 성분들 외에도 전지의 수명특성 향상, 전지 용량 감소 억제, 전지의 방전 용량 향상 등을 목적으로 예를 들어, 디플루오로 에틸렌카보네이트 등과 같은 할로알킬렌카보네이트계 화합물, 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, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올 또는 삼염화 알루미늄 등의 첨가제가 1종 이상 더 포함될 수도 있다. 이때 상기 첨가제는 전해질 총 중량에 대하여 0.1 내지 5 중량%로 포함될 수 있다.In addition to the electrolyte components, the electrolyte includes haloalkylene carbonate-based compounds such as difluoro ethylene carbonate, pyridine, and tree for the purpose of improving the life characteristics of the battery, suppressing the decrease in battery capacity, and improving the discharge capacity of the battery. Ethylphosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylene diamine, n-glyme, hexaphosphate triamide, nitrobenzene derivative, sulfur, quinone imine dye, N-substituted oxazolidinone, N,N-substituted imida One or more additives such as zolidine, ethylene glycol dialkyl ether, ammonium salt, pyrrole, 2-methoxy ethanol, or aluminum trichloride may also be included. At this time, the additive may be included in an amount of 0.1 to 5% by weight based on the total weight of the electrolyte.

상기와 같이 본 발명에 따른 양극 활물질을 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, the lithium secondary battery including the positive electrode active material according to the present invention stably exhibits excellent discharge capacity, output characteristics, and capacity retention rate, so portable devices such as mobile phones, notebook computers, digital cameras, and hybrid electric vehicles (hybrids) It is useful for electric vehicles, such as electric vehicles (HEV).

이에 따라, 본 발명의 다른 일 구현예에 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 battery pack includes a power tool; An electric vehicle including an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle, and a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV); Alternatively, it can be used as a power supply for any one or more of medium and large-sized devices in a power storage system.

본 발명의 리튬 이차전지의 외형은 특별한 제한이 없으나, 캔을 사용한 원통형, 각형, 파우치(pouch)형 또는 코인(coin)형 등이 될 수 있다.The appearance of the lithium secondary battery of the present invention is not particularly limited, but may be a cylindrical, prismatic, pouch or coin type using a can.

본 발명에 따른 리튬 이차전지는 소형 디바이스의 전원으로 사용되는 전지셀에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 다수의 전지셀들을 포함하는 중대형 전지모듈에 단위전지로도 바람직하게 사용될 수 있다. The lithium secondary battery according to the present invention can be used not only for a battery cell used as a power source for a small device, but also as a unit battery for a medium-to-large battery module including a plurality of battery cells.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.Hereinafter, examples will be described in detail to specifically describe the present invention. However, the embodiments according to the present invention may be modified in various other forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below. The embodiments of the present invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art.

실시예Example

실시예Example 1 One

[[ 양극활물질Cathode active material 제조] Produce]

60℃로 설정된 회분식 배치(batch)형 5L 반응기에서, NiSO4, CoSO4, MnSO4 및 Na2WO4를 니켈:코발트:망간:텅스텐의 몰비가 98.77:0.63:0.57:0.03 되도록 하는 양으로 물 중에서 혼합하여 2M 농도의 제 1 금속 함유 용액을 준비하고, 또 NiSO4, CoSO4, MnSO4 및 Na2WO4를 니켈:코발트:망간:텅스텐의 몰비가 69.16:25.97:4.84:0.03 되도록 하는 양으로 물 중에서 혼합하여 2M 농도의 제 2 금속 함유 용액을 준비하였다.In a batch-type 5L reactor set at 60° C., NiSO 4 , CoSO 4 , MnSO 4 and Na 2 WO 4 are watered in an amount such that the molar ratio of nickel:cobalt:manganese:tungsten is 98.77:0.63:0.57:0.03. To prepare a first metal-containing solution having a concentration of 2M, and further adding NiSO 4 , CoSO 4 , MnSO 4 and Na 2 WO 4 to a molar ratio of nickel:cobalt:manganese:tungsten of 69.16:25.97:4.84:0.03 By mixing in water to prepare a second metal-containing solution of 2M concentration.

제 1 금속 함유 용액이 담겨있는 용기와 제 2 금속 함유 용액이 담겨있는 용기를 관내 고정식 연속 정적 혼합기(In-line static mixer)와 각각 연결하고, 상기 정적 혼합기의 배출구 측에 반응기를 연결하였다. 추가로 1 mol%의 Na3PO4가 첨가된 4 M NaOH 용액과 7% 농도의 NH4OH 수용액을 준비하여 각각 반응기에 연결하였다. 공침 반응기(용량 5L)에 탈이온수 3리터를 넣은 뒤 질소가스를 반응기에 2 L/분의 속도로 퍼징하여 물 속의 용존 산소를 제거하고 반응기 내를 비산화 분위기로 조성하였다. 이후 1 mol%의 Na3PO4를 함유하는 4 M NaOH를 100 mL 투입한 후, 60℃ 온도에서 1,100 rpm의 교반속도로 교반하며, pH 11.2을 유지하도록 하였다.The container containing the first metal-containing solution and the container containing the second metal-containing solution were respectively connected to an in-line static mixer in a tube, and a reactor was connected to the outlet side of the static mixer. In addition, a 4 M NaOH solution to which 1 mol% of Na 3 PO 4 was added and an aqueous NH 4 OH solution of 7% concentration were prepared and connected to each reactor. After adding 3 liters of deionized water to a co-precipitation reactor (capacity 5L), nitrogen gas was purged into the reactor at a rate of 2 L/min to remove dissolved oxygen in the water, and the reactor was composed of a non-oxidizing atmosphere. Thereafter, 100 mL of 4 M NaOH containing 1 mol% of Na 3 PO 4 was added, followed by stirring at a stirring speed of 1,100 rpm at a temperature of 60° C. to maintain pH 11.2.

이후 상기 제 1 금속 함유 용액과 제 2 금속 함유용액을 100부피%:0부피%에서 0부피%:100부피%의 비율로 변화시키며 혼합하였다. 결과의 혼합 금속 용액을 혼합 용액용 배관을 통해 5m/s의 속도로 반응기 내로 연속 투입되도록 하고, 1 mol%의 Na3PO4를 함유하는 NaOH 수용액을 180 mL/hr, NH4OH 수용액을 10 mL/hr의 속도로 각각 투입하여 24 시간 동안 공침반응시켜 니켈망간코발트텅스텐계 복합금속 수산화물의 입자를 침전시켰다. 침전된 니켈망간코발트텅스텐계 복합금속 함유 수산화물의 입자를 분리하여 수세 후 120℃의 오븐에서 24 시간 동안 건조하여 양극활물질용 전구체를 제조하였다.Subsequently, the first metal-containing solution and the second metal-containing solution were mixed at a ratio of 100% by volume: 0% by volume to 0% by volume: 100% by volume. The resulting mixed metal solution was continuously introduced into the reactor at a rate of 5 m/s through the piping for the mixed solution, and a NaOH aqueous solution containing 1 mol% of Na 3 PO 4 was 180 mL/hr, and an NH 4 OH aqueous solution was 10. The particles of nickel/manganese cobalt tungsten-based composite metal hydroxides were precipitated by coprecipitation reaction for 24 hours at a rate of mL/hr. The precipitated nickel manganese cobalt tungsten-based composite metal-containing hydroxide particles were separated and dried in an oven at 120° C. for 24 hours to prepare a precursor for a positive electrode active material.

상기에서 수득한 전구체를 Li2CO3(전구체 1 몰에 대하여 탄산리튬 1.07 몰)과 건식 혼합한 후, 산소 분위기 하에서 750℃에서 27 시간 동안 열처리하여, 활물질 입자 내 금속원소의 농도구배를 포함하는 양극활물질을 제조하였다. The precursor obtained above is dry-mixed with Li 2 CO 3 (1.07 mol lithium carbonate relative to 1 mol of the precursor), and then heat-treated at 750° C. for 27 hours under an oxygen atmosphere to include a concentration gradient of metal elements in the active material particles. A positive electrode active material was prepared.

구체적으로, 상기한 방법에 의해 평균 조성이 Li1.03Ni0.9124Co0.0722Mn0.0104W0.005O1.9955(PO4)0.0045로 표시되는 중심부 및 평균 조성이 Li1.03Ni0.7626Co0.1046Mn0.1278W0.005(O2)0.99775(PO4)0.0045로 표시되는 표면부를 포함하는 양극활물질을 제조하였다.Specifically, the average by the above method a composition of Li 1.03 Ni 0.9124 Co 0.0722 Mn 0.0104 W 0.005 O 1.9955 (PO 4) is center, and an average composition represented by 0.0045 Li 1.03 Ni 0.7626 Co 0.1046 Mn 0.1278 W 0.005 (O 2) A positive electrode active material including a surface portion represented by 0.99775 (PO 4 ) 0.0045 was prepared.

이어서, 상기에서 제조한 양극활물질을 9℃에서 수세하고, 수세 후 130℃에서 10 시간 동안 건조하였다.Subsequently, the positive electrode active material prepared above was washed with water at 9° C. and dried at 130° C. for 10 hours after water washing.

수세한 양극활물질의 표면에 보론산을 이용하여 300℃에서 5 시간 동안 건식 코팅함으로써 보론을 코팅한 후, 상기 양극활물질을 산소 분위기 하에서 700℃로 5 시간 동안 열처리하였다.After the boron was coated by dry coating at 300° C. for 5 hours using boronic acid on the surface of the washed positive electrode active material, the positive electrode active material was heat treated at 700° C. under an oxygen atmosphere for 5 hours.

[양극 제조][Anode production]

용제인 N-메틸-2-피롤리돈(NMP) 100 중량부를 기준으로 양극활물질, 카본 블랙 도전재 및 폴리비닐리덴플로라이드(PVDF) 바인더를 96.5 : 1.5 : 2.0 (wt%)의 비율로 혼합하여 양극 형성용 조성물(점도: 5,000 mPas)을 제조하고, 이를 두께 100 ㎛인 양극 집전체(Al 박막)에 도포하고, 건조하고 롤 프레스(roll press)를 실시하여 양극을 제조하였다.The positive electrode active material, carbon black conductive material and polyvinylidene fluoride (PVDF) binder based on 100 parts by weight of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as a solvent are mixed in a ratio of 96.5:1.5:2.0 (wt%) Thus, a positive electrode forming composition (viscosity: 5,000 mPas) was prepared, and applied to a positive electrode current collector (Al thin film) having a thickness of 100 μm, dried, and roll-pressed to prepare a positive electrode.

[이차 전지 제조][Secondary Battery Manufacturing]

전술한 방법으로 제조한 양극과, 상대전극으로서 Li 금속 사이에 폴리에틸렌 다공성 필름을 개재시킨 후, 에틸렌카보네이트/디메틸카보네이트(1:1부피비)로 이루어진 유기 용매에 1 M의 리튬헥사플루오로포스페이트(LiPF6)를 용해시킨 전해질을 주액하여 통상적인 방법으로 코인형 반쪽전지를 제조하였다.After interposing a polyethylene porous film between the positive electrode prepared by the above-described method and the Li metal as a counter electrode, 1 M lithium hexafluorophosphate (LiPF) in an organic solvent composed of ethylene carbonate/dimethyl carbonate (1:1 volume ratio). 6 ) The electrolyte in which the dissolved electrolyte was poured is prepared to produce a coin-type half cell in a conventional manner.

실시예Example 2 2

상기 실시예 1에서 제조한 양극 활물질 전구체를 Li2CO3(전구체 1 몰에 대하여 탄산리튬 1.07 몰)과 건식 혼합한 후, 산소 분위기 하에서 5℃/min의 승온 속도로 400℃까지 승온하고 10 시간 동안 유지하여 제 1 소성하고, 이어서 10℃/min의 승온 속도로 780℃까지 승온하고 12 시간 동안 유지하여 제 2 소성을 수행하여 양극 활물질을 제조하는 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 양극활물질, 양극 및 이를 포함하는 이차전지를 제조하였다.After the cathode active material precursor prepared in Example 1 was dry-mixed with Li 2 CO 3 (1.07 mol lithium carbonate relative to 1 mol of the precursor), and heated to 400° C. under an oxygen atmosphere at a heating rate of 5° C./min to 10° C. for 10 hours. It was maintained for a first firing, and then heated to 780°C at a heating rate of 10°C/min and maintained for 12 hours to perform a second firing to prepare a positive electrode active material, and was the same as in Example 1 above. A cathode active material, a cathode, and a secondary battery including the same were manufactured.

비교예Comparative example

비교예Comparative example 1 One

양극활물질로서 Li(Ni0.88Mn0.09Co0.03)(O2)로서 표시되는 양극활물질을 사용하여, 양극 및 이를 포함하는 이차 전지를 제조하였다. 이때, 상기 양극 및 이차전지의 제조방법은 상기 실시예 1에 기재된 것과 동일하다. As a positive electrode active material, a positive electrode and a secondary battery including the same were prepared using a positive electrode active material represented by Li(Ni 0.88 Mn 0.09 Co 0.03 )(O 2 ). At this time, the method of manufacturing the positive electrode and the secondary battery is the same as described in Example 1.

비교예Comparative example 2 2

60℃로 설정된 회분식 배치(batch)형 5L 반응기에서, NiSO4, CoSO4, MnSO4 및 Na2WO4를 니켈:코발트:망간:텅스텐의 몰비가 98.77:0.63:0.57:0.03 되도록 하는 양으로 물 중에서 혼합하여 2M 농도의 제 1 금속 함유 용액을 준비하고, 또 NiSO4, CoSO4, MnSO4 및 Na2WO4를 니켈:코발트:망간:텅스텐의 몰비가 69.16:25.97:4.84:0.03 되도록 하는 양으로 물 중에서 혼합하여 2M 농도의 제 2 금속 함유 용액을 준비하였다.In a batch-type 5L reactor set at 60°C, water in an amount such that NiSO 4 , CoSO 4 , MnSO 4 and Na 2 WO 4 is molar ratio of nickel:cobalt:manganese:tungsten is 98.77:0.63:0.57:0.03 To prepare a first metal-containing solution having a concentration of 2M, and further adding NiSO 4 , CoSO 4 , MnSO 4 and Na 2 WO 4 to a molar ratio of nickel:cobalt:manganese:tungsten of 69.16:25.97:4.84:0.03 By mixing in water to prepare a second metal-containing solution of 2M concentration.

상기 제1 금속 함유 용액이 담겨있는 용기와, 제2 금속 함유 용액이 담겨있는 용기를 각각 공침 반응기에 연결하였다. 추가로 1 mol%의 Na3PO4가 첨가된 4 M NaOH 용액과 7% 농도의 NH4OH 수용액을 준비하여 각각 반응기에 연결하였다. 공침 반응기(용량 5L)에 탈이온수 3L를 넣은 뒤, 질소가스를 반응기에 2 L/분의 속도로 퍼징하여 물 속의 용존 산소를 제거하고 반응기 내를 비산화 분위기로 조성하였다. 이후 1 mol%의 Na3PO4를 함유하는 4 M NaOH를 100 mL 투입한 후, 60℃ 온도에서 1,100 rpm의 교반속도로 교반하며, pH 11.2을 유지하도록 하였다.The container containing the first metal-containing solution and the container containing the second metal-containing solution were each connected to a co-precipitation reactor. In addition, a 4 M NaOH solution to which 1 mol% of Na 3 PO 4 was added and an aqueous NH 4 OH solution of 7% concentration were prepared and connected to each reactor. After adding 3 L of deionized water to the co-precipitation reactor (capacity 5 L), nitrogen gas was purged to the reactor at a rate of 2 L/min to remove dissolved oxygen in the water and the inside of the reactor was formed in a non-oxidizing atmosphere. Thereafter, 100 mL of 4 M NaOH containing 1 mol% of Na 3 PO 4 was added, followed by stirring at a stirring speed of 1,100 rpm at a temperature of 60° C. to maintain pH 11.2.

상기 공침 반응기에 제1 금속 함유 용액, NaOH 용액 및 NH4OH 수용액을 각각 5m/s, 180 mL/hr, 및 10 mL/hr로 투입하고 12시간 동안 반응시켜 양극활물질의 중심부를 형성하였다.The first metal-containing solution, NaOH solution, and NH 4 OH aqueous solution were added to the coprecipitation reactor at 5 m/s, 180 mL/hr, and 10 mL/hr, respectively, and reacted for 12 hours to form a central portion of the positive electrode active material.

이어서, 상기 반응기에 상기 제2 금속 함유 용액, NaOH 용액 및 NH4OH 수용액을 동일 속도로 투입하며 12시간 동안 반응시켜 중심부의 표면에 표면부를 형성한 양극활물질 전구체를 제조하였다. 상기 전구체를 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 양극 및 이를 포함하는 이차전지를 제조하였다.Subsequently, the second metal-containing solution, NaOH solution, and NH 4 OH aqueous solution were added to the reactor at the same rate and reacted for 12 hours to prepare a positive electrode active material precursor having a surface formed on the surface of the center. A cathode and a secondary battery including the same were manufactured in the same manner as in Example 1, except that the precursor was used.

비교예Comparative example 3 3

제조된 양극활물질을 산소 분위기 하에서 열처리 하지 않는 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 양극활물질, 양극 및 이를 포함하는 이차전지를 제조하였다. A positive electrode active material, a positive electrode, and a secondary battery including the same were prepared in the same manner as in Example 1, except that the prepared positive electrode active material was not heat treated in an oxygen atmosphere.

실험예Experimental Example

실험예Experimental Example 1: 열 안정성 평가 1: Thermal stability evaluation

상기 실시예 1~2 및비교예 2~3에 의해 제조된 양극활물질에 대하여 열 안정성을 평가하였다. Thermal stability was evaluated for the positive electrode active materials prepared in Examples 1 to 2 and Comparative Examples 2 to 3.

구체적으로, 상기 실시예 1~2 및 비교예 2~3에서 제조된 양극활물질을 시차주사열량계(DSC)를 이용하여 10℃/min로 승온하면서 열유량을 각각 측정하였고, 그 결과를 도 1에 나타내었다.Specifically, the heat flux was measured while heating the positive electrode active materials prepared in Examples 1 to 2 and Comparative Examples 2 to 3 using a differential scanning calorimeter (DSC) at 10° C./min, and the results are shown in FIG. 1. Shown.

도 1에 나타난 바와 같이, 실시예 1~2의 양극활물질은 비교예 3에서 제조한 양극활물질과 비교하여, 더 높은 온도에서 열유량 피크가 나타나며, 열유량 피크의 높이는 더 낮은 것을 확인할 수 있었다. 이를 통해 실시예 1~2와 같이 양극활물질을 합성한 후 추가로 고온에서 열처리하여 제조한 양극활물질의 열안정성이 비교예 3과 같이 합성 후 산소 분위기 하에서 추가 열처리를 수행하지 않고 제조한 양극활물질보다 더욱 우수한 것을 확인할 수 있었다. 또한, 본원발명의 실시예 1~2에서 제조한 양극 활물질은 입자의 중심에서 표면까지 농도구배를 가짐으로써, 입자 전체에 걸쳐 급격한 상 경계 영역이 존재하지 않기 때문에 결정 구조가 안정화되고, 이에 따라 농도구배를 가지지 않는 비교예 2에 비해 열 안정성이 더 증가하였다.As shown in FIG. 1, the positive electrode active materials of Examples 1 to 2 were compared with the positive electrode active materials prepared in Comparative Example 3, and a heat flow peak appeared at a higher temperature, and the height of the heat flow peak was lower. Through this, the thermal stability of the positive electrode active material prepared by synthesizing the positive electrode active material as in Examples 1 to 2 and then heat-treated at a higher temperature than the positive electrode active material prepared without additional heat treatment under an oxygen atmosphere after synthesis as in Comparative Example 3 It was confirmed that it was more excellent. In addition, the positive electrode active materials prepared in Examples 1 to 2 of the present invention have a concentration gradient from the center of the particle to the surface, so that a sharp phase boundary region does not exist throughout the particle, thereby stabilizing the crystal structure, and thus the concentration. Thermal stability was further increased compared to Comparative Example 2 without a gradient.

실험예Experimental Example 2: 합성된  2: Synthesized 양극활물질Cathode active material 분석 analysis

상기 실시예 2 및 비교예 2에서 제조한 양극활물질에 대해 주사전자현미경을 이용하여 결정 배향성을 확인하였다.For the positive electrode active materials prepared in Example 2 and Comparative Example 2, crystal orientation was confirmed using a scanning electron microscope.

확인 결과, 도 2a에 나타난 바와 같이, 실시예 2에서 제조한 양극활물질의 결정립은 C축에 수직한 방향으로 결정 배향성을 나타낸 반면, 비교예 2의 1단계 소성에 의해 제조한 양극활물질은 도 2b와 같이 특정 배향성을 나타내지 않는 것을 확인할 수 있었다.As a result of confirmation, as shown in FIG. 2A, the crystal grains of the positive electrode active material prepared in Example 2 showed crystal orientation in a direction perpendicular to the C axis, while the positive electrode active material prepared by the one-step firing of Comparative Example 2 shows FIG. 2B. As can be seen, it does not exhibit a specific orientation.

즉, 실시예 2와 같이 양극활물질 전구체와 Li2CO3를 2단계로 소성할 경우, 특정 방향으로 결정 배향성을 갖는 양극활물질을 구현할 수 있음을 확인할 수 있었다.That is, it was confirmed that when the cathode active material precursor and Li 2 CO 3 were fired in two steps as in Example 2, a cathode active material having crystal orientation in a specific direction could be implemented.

실험예Experimental Example 3: 사이클에 따른 수명 평가 3: Life cycle evaluation

상기 실시예 2 및 비교예 1에서 제조된 리튬 이차전지에 대하여 사이클에 따른 수명 평가를 실시하였고, 그 결과를 도 3에 나타내었다.The lithium secondary batteries prepared in Example 2 and Comparative Example 1 were evaluated for life according to cycles, and the results are shown in FIG. 3.

구체적으로, 상기 실시예 2 및 비교예 1에서 제조된 전지용량 5 mAh의 리튬 이차 전지를 25℃에서 0.3C 정전류로 4.25 V가 될 때까지 충전하고, 이후 4.25 V의 정전압으로 충전하여, 충전 전류가 0.25 mA가 되면 충전을 종료하였다. 이후, 10 분간 방치한 다음, 0.3C 정전류로 2.5 V가 될 때까지 방전하였다. 상기 충방전 거동을 1 사이클로 하며, 이러한 사이클을 30 회 반복 실시한 후의 용량 유지율을 측정하였다. Specifically, the lithium secondary battery having a battery capacity of 5 mAh prepared in Example 2 and Comparative Example 1 was charged at 25° C. to a constant current of 0.3 C at 4.25 V, and then charged at a constant voltage of 4.25 V, charging current When it reached 0.25 mA, charging was terminated. Thereafter, it was left for 10 minutes, and then discharged at a constant current of 0.3 C until 2.5 V was reached. The charging and discharging behavior was 1 cycle, and the capacity retention rate after 30 cycles of this cycle was measured.

도 3에 나타난 바와 같이, 실시예 2의 리튬 이차전지의 경우, 사이클이 30 회 반복될 동안 95% 정도의 용량 유지율을 나타낸 반면, 양극 활물질로서 입자 전체에 걸쳐 동일 조성을 가지며 농도구배를 나타내지 않고, 음이온 치환되지 않은 Li(Ni0.88Mn0.09Co0.03)O2를 적용한 비교예 1의 리튬 이차전지는 80% 미만의 용량 유지율을 나타내, 실시예 2의 리튬 이차전지가 비교예 1의 리튬 이차전지에 비해 사이클 특성이 우수한 것으로 나타났다. As shown in FIG. 3, in the case of the lithium secondary battery of Example 2, while maintaining the capacity retention rate of about 95% while the cycle was repeated 30 times, the positive electrode active material had the same composition throughout the particles and did not exhibit a concentration gradient, The lithium secondary battery of Comparative Example 1 to which Li(Ni 0.88 Mn 0.09 Co 0.03 )O 2 without anion substitution was applied exhibits a capacity retention rate of less than 80%, and the lithium secondary battery of Example 2 was used for the lithium secondary battery of Comparative Example 1. It was found that the cycle characteristics were excellent.

실험예Experimental Example 4: 저항 특성 평가 4: Evaluation of resistance characteristics

상기 실시예 1 및 비교예 3에서 제조된 리튬 이차전지에 대하여 저항 특성 평가 및 수명 특성 평가를 실시하였고, 그 결과를 도 4에 나타내었다.The lithium secondary batteries prepared in Example 1 and Comparative Example 3 were evaluated for resistance characteristics and life characteristics, and the results are shown in FIG. 4.

구체적으로, 상기 실시예 1 및 비교예 3에서 제조된 전지용량 5 mAh의 리튬 이차 전지를 25℃에서 0.3C 정전류로 4.25 V가 될 때까지 충전하고, 이후, 10 분간 방치한 다음, 0.3C 정전류로 2.5 V가 될 때까지 방전하였다. Specifically, the lithium secondary battery having a battery capacity of 5 mAh prepared in Example 1 and Comparative Example 3 was charged at 25° C. to a constant current of 0.3 C at 4.25 V, and then left for 10 minutes, followed by 0.3 C constant current. And discharged until 2.5V.

먼저, 상기 충방전 거동을 1 사이클로 하며, 이러한 사이클을 30 회 반복 실시한 후의 용량 유지율을 측정하였다. 도 4에 나타난 바와 같이, 실시예 1에서 제조한 리튬 이차전지는 사이클이 30회 반복될 동안 95% 이상의 용량유지율을 나타내었다. 그러나, 상기 실시예 1과 동일하게 제조하되 활물질의 제조 후 산소로 추가 열처리를 수행하지 않은 비교예 3의 리튬 이차전지는 사이클이 30회 반복될 동안 95% 미만의 용량 유지율을 나타냈다.First, the charge/discharge behavior was 1 cycle, and the capacity retention rate after repeating this cycle 30 times was measured. As shown in Figure 4, the lithium secondary battery prepared in Example 1 exhibited a capacity retention rate of 95% or more while the cycle was repeated 30 times. However, the lithium secondary battery of Comparative Example 3, which was prepared in the same manner as in Example 1, but did not perform additional heat treatment with oxygen after preparation of the active material, exhibited a capacity retention rate of less than 95% during the cycle of 30 cycles.

이어서, 상기 용량 유지율 측정과 동일하게 전지를 충전 및 방전한 후, 충방전 거동을 1 사이클로 하며, 이러한 사이클을 30 회 반복 실시한 후, 1회 방전시에 측정한 저항을 기준으로 저항 증가율을 측정하였다.Subsequently, after charging and discharging the battery in the same manner as the capacity retention rate measurement, the charging and discharging behavior was 1 cycle, and after repeating this cycle 30 times, the rate of increase in resistance was measured based on the resistance measured at one discharge. .

도 4에 나타난 바와 같이, 상기 실시예 1의 리튬 이차전지의 경우, 사이클이 30회 반복될 동안 비교예 3의 리튬 이차전지에 비해 저항 증가율이 개선된 것으로 나타났다.As shown in Figure 4, in the case of the lithium secondary battery of Example 1, it was found that the resistance increase rate was improved compared to the lithium secondary battery of Comparative Example 3 while the cycle was repeated 30 times.

실시예 2 및 비교예 2에서 제조한 리튬 이차전지에 대하여 각각 SOC 20%, 40%, 60%, 80%, 및 100%에서의 저항을 측정하였다. 구체적으로, 상기 실시예 2 및 비교예 2에서 제조한 전지용량 5 mAh의 리튬 이차 전지를 25℃에서 0.3C 정전류로 4.25 V가 될 때까지 충전하고, 이후, 0.3C 정전류로 2.5 V가 될 때까지 방전을 수행하였으며, SOC 별 저항을 측정하였다. 상기 SOC 별 저항 측정 결과는 도 5에 나타내었다.For the lithium secondary batteries prepared in Example 2 and Comparative Example 2, resistances at SOC 20%, 40%, 60%, 80%, and 100%, respectively, were measured. Specifically, the lithium secondary battery having a battery capacity of 5 mAh prepared in Example 2 and Comparative Example 2 was charged at 25° C. until 0.3C constant current became 4.25 V, and then, when 0.3 C constant current became 2.5 V Discharge was performed until and the resistance for each SOC was measured. The resistance measurement results for each SOC are shown in FIG. 5.

도 5를 참조하면, 실시예 2에서 제조한 리튬 이차전지는, SOC 전 구간에서 저항이 가장 낮았다. 실시예 2의 양극활물질은 입자의 중심에서부터 표면까지 니켈 및 망간이 점진적으로 변화하는 농도구배를 가질 뿐만 아니라, 결정 배향성을 가짐으로써 활물질의 구조 안정성이 우수하고, 활물질 내 포함되는 리튬 이온의 이동성이 향상되어, 농도구배 및 결정 배향성을 나타내지 않는 비교예 2의 활물질을 적용한 리튬 이차전지보다 저항이 낮은 것이다. Referring to FIG. 5, the lithium secondary battery manufactured in Example 2 had the lowest resistance in all sections of SOC. The positive electrode active material of Example 2 not only has a concentration gradient in which nickel and manganese gradually change from the center of the particle to the surface, but also has a crystal orientation so that the structural stability of the active material is excellent, and the mobility of lithium ions contained in the active material Improved, the resistance is lower than the lithium secondary battery to which the active material of Comparative Example 2, which does not exhibit a concentration gradient and crystal orientation, is applied.

실험예Experimental Example 5: 4.5V에서5: At 4.5V 사이클에 따른 수명 평가 Life cycle evaluation

실시예 1 및 비교예 2에서 제조한 리튬 이차전지에 대하여 고전압(4.5V)에서 사이클에 따른 수명 평가를 실시하였고, 그 결과를 도 6에 나타내었다. The lithium secondary batteries prepared in Example 1 and Comparative Example 2 were subjected to life evaluation according to cycles at high voltage (4.5 V), and the results are shown in FIG. 6.

구체적으로, 상기 실시예 1 및 비교예 2에서 제조한 전지용량 5 mAh의 리튬 이차전지를 25℃에서 0.5C 정전류로 4.5 V가 될 때까지 충전하고, 이후, 10 분간 방치한 다음, 0.1C 정전류로 2.5V가 될 때까지 방전하였다. 상기 충방전 거동을 1 사이클로 하며, 이러한 사이클을 50 회 반복 실시한 후, 50 사이클 이후의 전지의 용량 유지율을 측정하였다.Specifically, the lithium secondary battery having a battery capacity of 5 mAh prepared in Example 1 and Comparative Example 2 was charged at 25° C. until 0.5 V at a constant current of 0.5 C, and then left for 10 minutes, and then 0.1 C constant current. Was discharged until 2.5V. The charge/discharge behavior was 1 cycle, and after 50 cycles were repeated, the capacity retention rate of the battery after 50 cycles was measured.

도 6에 나타난 바와 같이, 실시예 1에서 제조한 리튬 이차전지는 4.5V에서 전지의 충방전을 50회 반복한 이후에도 95% 이상의 우수한 용량 유지율을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 반면, 비교예 2에서 제조한 리튬 이차전지는 4.5V에서 전지의 충방전을 50회 반복한 이후의 용량 유지율이 실시예 1에 비해 낮은 것을 확인할 수 있었다. As shown in FIG. 6, it was confirmed that the lithium secondary battery prepared in Example 1 exhibits an excellent capacity retention rate of 95% or more even after repeated charging and discharging of the battery 50 times at 4.5V. On the other hand, it was confirmed that the lithium secondary battery prepared in Comparative Example 2 had a lower capacity retention rate than that of Example 1 after repeated charging and discharging of the battery 50 times at 4.5V.

Claims (14)

입자의 중심에서부터 표면까지 니켈 및 망간이 점진적으로 변화하는 농도구배로 존재하는 양극활물질이며,
상기 양극활물질은 평균 조성이 하기 화학식 1로 표시되는 제 1 리튬 복합금속 산화물을 포함하는 중심부; 및 평균 조성이 하기 화학식 2로 표시되는 제 2 리튬 복합금속 산화물을 포함하는 표면부;를 포함하고,
상기 양극활물질은 시차주사열량측정법에 의해 열유량을 측정하였을 때 235℃ 이상에서 피크가 나타나는, 양극활물질:
[화학식 1]
Li1+x1(Nia1Mnb1Co1-a1-b1-c1Mec1)O2-y1Ay1
[화학식 2]
Li1+x2(Nia2Mnb2Co1-a2-b2-c2Mec2)O2-y2Ay2
상기 화학식 1 및 2에서,
Me는 W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, Al, In, Ta, Y, La, Sr, Ga, Sc, Gd, Sm, Ca, Ce, Nb, Mg, B 및 Mo로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 도핑 원소이고,
A는 PO4 3-, NO4 -, CO3 2- 및 BO3 -로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 음이온이고,
0.8≤a1<1, 0<b1<0.2, 0<c1 ≤0.1이고, 0.8<a1+b1+c1<1, 0≤x1≤0.1, 0.0001<y1≤0.1이고,
0.1≤a2<0.8, 0.1<b2<0.9, 0<c2≤0.1이고, 0.2<a2+b2+c2<1, 0≤x2≤0.1, 0.0001<y2≤0.1이다.
It is a positive electrode active material that exists in a concentration gradient in which nickel and manganese gradually change from the center of the particle to the surface.
The positive electrode active material may include a central portion including a first lithium composite metal oxide having an average composition of Formula 1; And a surface portion including a second lithium composite metal oxide having an average composition represented by Chemical Formula 2 below.
The positive electrode active material has a peak at 235 °C or more when measuring the heat flow by differential scanning calorimetry, the positive electrode active material:
[Formula 1]
Li 1+x1 (Ni a1 Mn b1 Co 1-a1-b1-c1 Me c1 )O 2-y1 A y1
[Formula 2]
Li 1+x2 (Ni a2 Mn b2 Co 1-a2-b2-c2 Me c2 )O 2-y2 A y2
In Chemical Formulas 1 and 2,
Me is W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, Al, In, Ta, Y, La, Sr, Ga, Sc, Gd, Sm, Ca, Ce, Nb, Mg, B and Mo At least one doping element selected from the group consisting of,
A is PO 4 3-, NO 4 - and one or more anions selected from the group consisting of, -, CO 3 2-, and BO 3
0.8≤a1<1, 0<b1<0.2, 0<c1 ≤0.1, 0.8<a1+b1+c1<1, 0≤x1≤0.1, 0.0001<y1≤0.1,
0.1≤a2<0.8, 0.1<b2<0.9, 0<c2≤0.1, and 0.2<a2+b2+c2<1, 0≤x2≤0.1, 0.0001<y2≤0.1.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 양극활물질의 결정립은 C축에 수직한 방향으로 결정 배향성을 가지는 것을 더 포함하는, 양극 활물질.
The method according to claim 1,
The grain of the positive electrode active material further comprises having a crystal orientation in a direction perpendicular to the C axis, the positive electrode active material.
청구항 1에 있어서,
상기 양극활물질은 리튬 부산물을 1 중량% 미만으로 포함하는, 양극활물질.
The method according to claim 1,
The positive electrode active material, the positive electrode active material containing less than 1% by weight of lithium by-products.
청구항 1에 있어서,
상기 양극활물질 상에 B, Al, Hf, Nb, Ta, Mo, Si, Zn 및 Zr에서 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는 코팅층을 추가로 포함하는, 양극활물질.
The method according to claim 1,
A positive electrode active material further comprises a coating layer comprising at least one selected from the group consisting of B, Al, Hf, Nb, Ta, Mo, Si, Zn and Zr on the positive electrode active material.
청구항 1에 있어서,
상기 양극활물질의 평균 입경(D50)은 4 ㎛ 내지 20 ㎛인, 양극활물질.
The method according to claim 1,
The positive electrode active material has an average particle diameter (D 50 ) of 4 μm to 20 μm.
니켈, 코발트, 망간 및 도핑 원소 Me(여기서 Me는 W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, Al, In, Ta, Y, La, Sr, Ga, Sc, Gd, Sm, Ca, Ce, Nb, Mg, B 및 Mo로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상을 포함함)를 포함하는 제 1 금속 함유 용액, 및 상기 제 1 금속 함유 용액과는 상이한 농도로 니켈, 코발트, 망간 및 도핑 원소 Me를 포함하는 제 2 금속 함유 용액을 준비하는 단계;
상기 제 1 금속 함유 용액 및 상기 제 2 금속 함유 용액의 혼합비율을 100부피%:0부피%에서 0부피%:100부피%까지 점진적으로 변화되도록 상기 제 1 금속 함유 용액과 상기 제 2 금속 함유 용액을 혼합하는 동시에, 암모늄 양이온 착물 형성제, 및 음이온 함유 염기성 화합물(이때, 상기 음이온은 PO4 3-, NO4 -, CO3 2- 및 BO3 -로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 음이온임)을 첨가하여 상기 니켈 및 망간이 각각 독립적으로 입자의 중심에서부터 표면까지 점진적으로 변화하는 농도구배를 나타내는 양극활물질 전구체를 제조하는 단계;
상기 양극활물질 전구체 및 리튬-함유 원료물질을 혼합하고, 소성하여 양극활물질을 합성하는 단계; 및,
상기 양극 활물질을 산소 분위기 하에서 600℃ 내지 800℃로 열처리를 수행하는 단계;를 포함하는, 양극활물질의 제조 방법.
Nickel, cobalt, manganese and doping elements Me (where Me is W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, Al, In, Ta, Y, La, Sr, Ga, Sc, Gd, Sm, Ca , Containing at least one selected from the group consisting of Ce, Nb, Mg, B, and Mo), and nickel, cobalt, manganese, and doping at different concentrations from the first metal-containing solution. Preparing a second metal-containing solution containing the element Me;
The first metal-containing solution and the second metal-containing solution such that the mixing ratio of the first metal-containing solution and the second metal-containing solution is gradually changed from 100% by volume: 0% by volume to 0% by volume: 100% by volume. At the same time, the ammonium cation complexing agent, and an anion-containing basic compound to the mixture (wherein the anion is PO 4 3-, NO 4 -, CO 3 2- , and BO 3 - at least one anion being selected from the group consisting of a) By adding the nickel and manganese each independently preparing a positive electrode active material precursor exhibiting a concentration gradient gradually changing from the center of the particle to the surface;
Mixing the positive electrode active material precursor and a lithium-containing raw material and firing to synthesize a positive electrode active material; And,
A step of performing a heat treatment of the positive electrode active material at 600°C to 800°C under an oxygen atmosphere.
청구항 7에 있어서,
상기 양극활물질 전구체 및 리튬-함유 원료 물질을 소성하는 것은, 1단계 또는 2단계 소성에 의해 수행되는 것인, 양극활물질의 제조 방법.
The method according to claim 7,
The firing of the positive electrode active material precursor and the lithium-containing raw material is carried out by one-step or two-step firing, a method for producing a positive electrode active material.
청구항 8에 있어서,
상기 1단계 소성은 700℃ 내지 800℃에서 수행되는 것인, 양극활물질의 제조 방법.
The method according to claim 8,
The one-step firing is to be carried out at 700 ℃ to 800 ℃, a method for producing a positive electrode active material.
청구항 8에 있어서,
상기 2단계 소성은 2℃/min 내지 5℃/min의 승온속도로 25℃에서 400℃까지 승온하고 유지하는 제 1 소성; 및 7℃/min 내지 10℃/min의 승온속도로 400℃에서 800℃까지 승온하고 유지하는 제 2 소성을 포함하는 것인, 양극활물질의 제조 방법.
The method according to claim 8,
The second-stage firing is a first firing to maintain the temperature from 25 ℃ to 400 ℃ at a heating rate of 2 ℃ / min to 5 ℃ / min; And a second firing to increase and maintain the temperature from 400°C to 800°C at a heating rate of 7°C/min to 10°C/min.
청구항 7에 있어서,
상기 합성한 양극활물질을 15℃ 이하의 온도에서 수세하는 단계를 더 포함하는 양극 활물질의 제조 방법.
The method according to claim 7,
A method of manufacturing a positive electrode active material further comprising the step of washing the synthesized positive electrode active material at a temperature of 15° C. or less.
청구항 7에 있어서,
상기 양극활물질 상에 B, Al, Hf, Nb, Ta, Mo, Si, Zn 및 Zr에서 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는 코팅층을 형성하는 단계를 더 포함하는, 양극활물질의 제조 방법.
The method according to claim 7,
Further comprising the step of forming a coating layer comprising at least one selected from the group consisting of B, Al, Hf, Nb, Ta, Mo, Si, Zn and Zr on the positive electrode active material, the method of manufacturing a positive electrode active material.
청구항 1에 따른 양극활물질을 포함하는, 리튬 이차전지용 양극.
The positive electrode for a lithium secondary battery comprising the positive electrode active material according to claim 1.
청구항 13에 따른 양극을 포함하는, 리튬 이차전지.A lithium secondary battery comprising the positive electrode according to claim 13.
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