KR102120393B1 - Method for preparing positive electrode active material, positive electrode active material for secondary battery prepared by the same and lithium secondary battery comprising the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 양극 활물질 전구체와 리튬 원료 물질을 소성로에 투입하는 단계; 상기 소성로의 소성 온도를 승온시키며 소성하는 승온 단계; 및 상기 승온이 완료되면, 승온된 소성 온도를 유지하며 소성하는 유지 단계;를 포함하며, 상기 승온 단계는, 20부피% 이상의 순수 산소를 포함하고 나머지는 대기(Air)를 포함하는 기체 분위기 하에서 소성을 수행하고, 상기 유지 단계는 대기(Air) 분위기 하에서 소성을 수행하는 양극 활물질의 제조방법을 제공한다.The present invention is a step of introducing a positive electrode active material precursor and a lithium raw material into the kiln; A heating step of raising and firing the firing temperature of the firing furnace; And when the heating is completed, the holding step of maintaining and firing the heated firing temperature; includes, wherein the heating step, the firing under a gas atmosphere containing at least 20% by volume of pure oxygen and the atmosphere (Air) And, the maintenance step provides a method for producing a positive electrode active material to perform firing in an atmosphere (Air).

Description

양극 활물질의 제조방법, 이와 같이 제조된 이차전지용 양극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지{METHOD FOR PREPARING POSITIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL, POSITIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL FOR SECONDARY BATTERY PREPARED BY THE SAME AND LITHIUM SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}Manufacturing method of positive electrode active material, positive electrode active material for secondary battery manufactured as described above, and lithium secondary battery including the same

본 발명은 양극 활물질의 제조방법, 이와 같이 제조된 이차전지용 양극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a positive electrode active material, a positive electrode active material for a secondary battery thus manufactured, and a lithium secondary battery comprising the same.

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 양극 활물질로는 리튬 전이금속 복합 산화물이 이용되고 있으며, 이 중에서도 작용전압이 높고 용량 특성이 우수한 LiCoO2의 리튬코발트 복합금속 산화물이 주로 사용되고 있다. 그러나, LiCoO2는 탈 리튬에 따른 결정 구조의 불안정화로 열적 특성이 매우 열악하고, 또 고가이기 때문에 전기 자동차 등과 같은 분야의 동력원으로 대량 사용하기에는 한계가 있다. Lithium transition metal composite oxide is used as a positive electrode active material of a lithium secondary battery, and among them, lithium cobalt composite metal oxide of LiCoO 2 having a high working voltage and excellent capacity characteristics is mainly used. However, LiCoO 2 has very poor thermal properties due to destabilization of the crystal structure due to de-lithium, and is expensive, and thus has a limitation in mass use as a power source in fields such as electric vehicles.

LiCoO2를 대체하기 위한 재료로서, 리튬망간 복합금속 산화물(LiMnO2 또는 LiMn2O4 등), 리튬 인산철 화합물(LiFePO4 등) 또는 리튬니켈 복합금속 산화물(LiNiO2 등) 등이 개발되었다. 이 중에서도 약 200 mAh/g의 높은 가역 용량을 가져 대용량의 전지 구현이 용이한 리튬니켈 복합금속 산화물에 대한 연구 및 개발이 보다 활발히 연구되고 있다. 그러나, LiNiO2는 LiCoO2와 비교하여 열안정성이 나쁘고, 충전 상태에서 외부로부터의 압력 등에 의해 내부 단락이 생기면 양극 활물질 그 자체가 분해되어 전지의 파열 및 발화를 초래하는 문제가 있다.As a material for replacing LiCoO 2 , lithium manganese composite metal oxides (such as LiMnO 2 or LiMn 2 O 4 ), lithium iron phosphate compounds (such as LiFePO 4 ), or lithium nickel composite metal oxides (such as LiNiO 2 ) have been developed. Among them, research and development on lithium nickel composite metal oxides having a high reversible capacity of about 200 mAh/g and easy to implement a large-capacity battery are being actively researched. However, LiNiO 2 has poor thermal stability compared to LiCoO 2, and when an internal short circuit occurs due to pressure from the outside in a charged state, the positive electrode active material itself decomposes, causing a battery burst and ignition.

이에 따라 LiNiO2의 우수한 가역용량은 유지하면서도 낮은 열안정성을 개선하기 위한 방법으로서, Ni의 일부를 Mn과 Co으로 치환한 니켈코발트망간계 리튬 복합금속 산화물(이하 간단히 'NCM계 리튬 산화물'이라 함)이 개발되었다. 그러나, 종래의 현재까지 개발된 NCM계 리튬 산화물은 용량 특성이 충분하지 않아 적용에 한계가 있었다.Accordingly, as a method for improving the low thermal stability while maintaining the excellent reversible capacity of LiNiO 2 , a nickel cobalt manganese-based lithium composite metal oxide (hereinafter simply referred to as'NCM-based lithium oxide') in which a part of Ni is replaced with Mn and Co ) Was developed. However, the conventionally developed NCM-based lithium oxide has limited capacity due to insufficient capacity characteristics.

이와 같은 문제점을 개선하기 위해, 최근에는 NCM계 리튬 산화물에서 Ni의 함량을 증가시키려는 연구가 이루어지고 있다. 그러나, 이러한 고농도 니켈 함유 리튬 전이금속 산화물은 상대적으로 용량 특성이 우수하다는 장점이 있지만, 장기간 사용시에 사이클 특성이 급격히 저하되고, 낮은 화학적 안정성 등의 문제는 충분히 해결되지 못하고 있다. 양극 활물질 내의 니켈 함량이 높아짐에 따라, 리튬 이온이 활물질의 표면으로 이동하면서 공기 중의 수분 또는 CO2 등과 반응하여 형성된 Li2CO3, LiOH 등의 불순물, 또는 리튬 전이금속 산화물의 제조 원료가 잔존하여 형성된 리튬 함유 불순물들의 잔류량이 높아져, 이로 인한 가스 발생 및 스웰링(swelling) 현상이 발생하여 전지의 수명 특성 및 안정성을 저하시키는 것이다.In order to improve this problem, recently, research has been made to increase the content of Ni in the NCM-based lithium oxide. However, such a high-concentration nickel-containing lithium transition metal oxide has an advantage of being relatively excellent in capacity characteristics, but the cycle characteristics are rapidly reduced during long-term use, and problems such as low chemical stability are not sufficiently solved. As the nickel content in the positive electrode active material increases, impurities such as Li 2 CO 3 and LiOH formed by reacting with moisture or CO 2 in the air as lithium ions move to the surface of the active material, or a raw material for manufacturing lithium transition metal oxide remains. The residual amount of the formed lithium-containing impurities increases, thereby causing gas generation and swelling, thereby deteriorating the life characteristics and stability of the battery.

따라서, 양극 활물질 표면에 잔존하는 리튬 함유 불순물을 감소시켜 우수한 충·방전특성으로 고용량화를 실현하면서도 수명특성 및 화학적, 열적 안정성 문제를 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.Accordingly, there is a high need for a technology capable of solving the problem of chemical characteristics and thermal stability while also providing high capacity with excellent charge/discharge characteristics by reducing lithium-containing impurities remaining on the surface of the positive electrode active material.

미국공개특허 제2012-0301390호US Publication No. 2012-0301390

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 리튬 함유 불순물의 잔류량을 감소시켜 우수한 충·방전 용량 특성으로 고용량화를 실현하면서도 동시에 우수한 수명특성 및 화학적, 열적 안정성을 확보할 수 있고, 제조 비용도 절감할 수 있는 양극 활물질의 제조방법, 이와 같이 제조된 양극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지를 제공하고자 한다.The present invention is to solve the problems as described above, by reducing the residual amount of lithium-containing impurities, while realizing high capacity with excellent charge and discharge capacity characteristics, at the same time, it is possible to secure excellent life characteristics and chemical and thermal stability, and also the manufacturing cost It is intended to provide a method for manufacturing a positive electrode active material that can be reduced, and a lithium secondary battery including the positive electrode active material thus manufactured.

본 발명은 양극 활물질 전구체와 리튬 원료 물질을 소성로에 투입하는 단계; 상기 소성로의 소성 온도를 승온시키며 소성하는 승온 단계; 및 상기 승온이 완료되면, 승온된 소성 온도를 유지하며 소성하는 유지 단계;를 포함하며, 상기 승온 단계는, 20부피% 이상의 순수 산소를 포함하고 나머지는 대기(Air)를 포함하는 기체 분위기 하에서 소성을 수행하고, 상기 유지 단계는 대기(Air) 분위기 하에서 소성을 수행하는 양극 활물질의 제조방법을 제공한다.The present invention is a step of introducing a positive electrode active material precursor and a lithium raw material into the kiln; A heating step of raising and firing the firing temperature of the firing furnace; And when the heating is completed, the holding step of maintaining and firing the heated firing temperature; includes, wherein the heating step, the firing under a gas atmosphere containing at least 20% by volume of pure oxygen and the atmosphere (Air) And, the maintenance step provides a method for producing a positive electrode active material to perform firing in an atmosphere (Air).

또한, 본 발명은 상기와 같이 제조된 양극 활물질이며, 상기 양극 활물질은 표면에 잔류하는 리튬 함유 불순물 중 탄산리튬(Li2CO3)의 함량이 0.4중량% 이하인 이차전지용 양극 활물질을 제공한다.In addition, the present invention is a positive electrode active material prepared as described above, the positive electrode active material provides a positive electrode active material for a secondary battery having a content of lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) of less than 0.4% by weight among lithium-containing impurities remaining on the surface.

또한, 본 발명은 상기 양극 활물질을 포함하는 양극 및 리튬 이차전지를 제공한다.In addition, the present invention provides a positive electrode and a lithium secondary battery comprising the positive electrode active material.

본 발명에 따르면, 양극 활물질 표면의 리튬 함유 불순물의 잔류량을 감소시켜 우수한 충·방전 용량 특성으로 고용량화를 실현하고, 동시에 우수한 수명특성 및 화학적, 열적 안정성을 확보할 수 있으면서도, 제조 비용을 효과적으로 절감할 수 있다.According to the present invention, it is possible to reduce the residual amount of lithium-containing impurities on the surface of the positive electrode active material, thereby realizing high capacity with excellent charge and discharge capacity characteristics, while at the same time ensuring excellent life characteristics and chemical and thermal stability, while effectively reducing manufacturing costs. Can be.

도 1은 실시예 1 내지 4 및 비교예 1과 같이 제조된 양극 활물질 표면의 리튬 함유 불순물 Li2CO3의 잔류량을 측정한 결과 그래프이다.
도 2는 실시예 1 내지 4 및 비교예 1과 같이 제조된 양극 활물질을 이용하여 제조된 전지 셀의 충방전 사이클에 따른 용량 유지율을 도시한 그래프이다.
1 is a graph showing the results of measuring the residual amount of lithium-containing impurity Li 2 CO 3 on the surface of a positive electrode active material prepared as in Examples 1 to 4 and Comparative Example 1.
2 is a graph showing a capacity retention rate according to a charge/discharge cycle of a battery cell manufactured using the positive electrode active material prepared as in Examples 1 to 4 and Comparative Example 1.

이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.이때, 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 입각하여본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail to help understanding of the present invention. In this case, the terms or words used in the present specification and claims should not be interpreted as being limited to ordinary or dictionary meanings. In order to explain one's invention in the best way, it should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that the concept of terms can be properly defined.

본 발명의 양극 활물질의 제조방법은 양극 활물질 전구체와 리튬 원료 물질을 소성로에 투입하는 단계; 상기 소성로의 소성 온도를 승온시키며 소성하는 승온 단계; 및 상기 승온이 완료되면, 승온된 소성 온도를 유지하며 소성하는 유지 단계;를 포함하며, 상기 승온 단계는, 20부피% 이상의 순수 산소를 포함하고 나머지는 대기(Air)를 포함하는 기체 분위기 하에서 소성을 수행하고, 상기 유지 단계는 대기(Air) 분위기 하에서 소성을 수행한다.The method for manufacturing the positive electrode active material of the present invention comprises the steps of introducing a positive electrode active material precursor and a lithium raw material into a kiln; A heating step of raising and firing the firing temperature of the firing furnace; And when the heating is completed, the holding step of maintaining and firing the heated firing temperature; includes, wherein the heating step, the firing under a gas atmosphere containing at least 20% by volume of pure oxygen and the atmosphere (Air) And performing the firing under the air atmosphere.

양극 활물질 제조 시 리튬 이온이 양극 활물질의 표면으로 이동하면서 공기 중의 수분 또는 CO2 등과 반응하여 형성된 리튬 함유 불순물, 또는 리튬 원료 물질가 잔존하여 형성된 리튬 함유 불순물이 양극 활물질의 표면에 잔존하게 되고, 이러한 리튬 함유 불순물로 인해 가스 발생 및 스웰링(swelling) 현상이 발생하여 전지의 수명 특성 및 안정성을 저하시키는 문제가 있어 왔다. 특히, 양극 활물질 내의 니켈 함량이 높아짐에 따라, 내부의 고농도 니켈의 영향으로 양극 활물질 표면의 리튬 함유 불순물의 잔류량이 더욱 증가하여 용량, 수명 특성 및 안정성 확보에 어려움이 많아, 이를 개선하기 위한 방안이 필요하였다.During the production of the positive electrode active material, lithium-ion impurities formed by reacting with moisture or CO 2 in the air while lithium ions move to the surface of the positive electrode active material, or lithium-containing impurities formed by remaining lithium raw materials remain on the surface of the positive electrode active material. Gas generation and swelling phenomena have occurred due to contained impurities, and thus there has been a problem of deteriorating the life characteristics and stability of the battery. In particular, as the nickel content in the positive electrode active material increases, the residual amount of lithium-containing impurities on the surface of the positive electrode active material further increases due to the influence of high concentration nickel inside, and thus there are many difficulties in securing capacity, life characteristics, and stability, and there are ways to improve it. It was necessary.

이에, 본 발명에서는 양극 활물질의 소성 시, 승온 단계에서는 산소 분위기 하에서 소성을 수행하고, 유지 단계에서는 대기(Air) 분위기 하에서 소성을 수행함으로써, 양극 활물질 표면의 리튬 함유 불순물의 잔류량을 감소시키는 방안을 제공한다. 상기 산소 분위기란, 일반 대기(Air) 분위기보다 산소의 농도가 큰 기체 분위기를 의미한다.Accordingly, in the present invention, a method of reducing the residual amount of lithium-containing impurities on the surface of the positive electrode active material by performing firing under an oxygen atmosphere in the temperature raising step and firing in the air atmosphere in the holding step in the firing of the positive electrode active material to provide. The oxygen atmosphere means a gas atmosphere in which the concentration of oxygen is greater than that of a general atmosphere (Air).

종래에는 양극 활물질 소성 시 일반적으로 대기(Air) 분위기 하에서 소성하거나, 리튬 함유 불순물의 감소를 위해 산소 분위기 하에서 소성을 하였는데, 대기(Air) 분위기 하에서 소성할 경우 리튬 함유 불순물의 잔류량이 많아지고, 입도 제어도 어려워 전지 용량이 저하되고, 수명 특성 및 안정성도 떨어지게 되는 문제가 있었으며, 산소 분위기 하에서 소성을 할 경우 제조 비용이 매우 증가하는 단점이 있었다. Conventionally, when firing a positive electrode active material, it was generally fired under an atmosphere of air or fired under an oxygen atmosphere to reduce lithium-containing impurities. When firing under an atmosphere of air, the residual amount of lithium-containing impurities increases and particle size It was also difficult to control, and there was a problem in that the capacity of the battery was lowered, and the life characteristics and stability were also deteriorated. When firing under an oxygen atmosphere, the manufacturing cost was greatly increased.

그러나, 본 발명은 양극 활물질의 소성 과정 중 소성 온도를 승온시키는 승온 단계에서는, 산소 분위기로 하여 소성하고, 이후 소성 온도를 유지하면서 결정을 성장시키는 유지 단계에서는 대기(Air) 분위기 하에서 소성함으로써 리튬 함유 불순물의 잔류량을 감소시키고, 입도 제어를 용이하게 하여 용량 특성, 수명 특성 및 안정성을 확보하면서도 제조 비용을 효과적으로 절감시킬 수 있도록 하였다. However, the present invention contains lithium by firing under an atmosphere of air in the holding step of growing the crystal while maintaining the firing temperature, and then firing in an oxygen atmosphere in the heating step of raising the firing temperature during the firing process of the positive electrode active material. Reducing the residual amount of impurities and facilitating particle size control to ensure capacity characteristics, life characteristics, and stability while effectively reducing manufacturing costs.

양극 활물질의 소성 과정에서, 승온 단계 중에 리튬 원료 물질과 양극 활물질 전구체의 반응이 대부분 이루어져 리튬 전이금속 산화물이 형성되고, 이후 유지 단계에서는 결정이 성장되는 구간이기 때문에, 승온 단계 중에만 산소 분위기 하에서 소성하더라도 전체 소성 공정에서 산소 분위기 하 소성을 진행한 경우와 동등한 수준으로 리튬 함유 불순물의 잔류량을 감소시킬 수 있으며, 제조 비용은 전체 소성 공정에서 산소 분위기 하 소성을 진행한 경우에 대비하여 약 20% 미만 수준으로 현저히 절감할 수 있다. In the firing process of the positive electrode active material, since the reaction of the lithium raw material and the positive electrode active material precursor is mostly made during the heating step, lithium transition metal oxide is formed, and in the subsequent holding step, crystals are grown in the oxygen atmosphere only during the heating step. Even if the entire calcination process is carried out in an oxygen atmosphere, the residual amount of lithium-containing impurities can be reduced to an equivalent level, and the manufacturing cost is less than about 20% compared to the case where calcination was performed in an oxygen atmosphere in the entire calcination process. The level can be significantly reduced.

구체적으로, 본 발명은 우선 양극 활물질 전구체와 리튬 원료 물질을 소성로에 투입한다.Specifically, in the present invention, the positive electrode active material precursor and the lithium raw material are first introduced into the kiln.

상기 양극 활물질 전구체는 니켈(Ni), 망간(Mn) 및 코발트(Co)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 전이금속을 포함할 수 있으며, 이들의 수산화물, 카보네이트, 카보네이트 수산화물 등일 수 있다.The positive electrode active material precursor may include any one or more transition metals selected from the group consisting of nickel (Ni), manganese (Mn), and cobalt (Co), and may be hydroxides, carbonates, carbonate hydroxides, and the like.

예를 들어, 상기 양극 활물질 전구체는 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.For example, the positive electrode active material precursor may be represented by Formula 1 below.

[화학식 1] [Formula 1]

Ni1-b-cMnbCocM'x(OH)2 Ni 1-bc Mn b Co c M 'x (OH) 2

상기 화학식 1에서, 0<b<0.5, 0<c<0.5, 0≤x≤0.2이고, M'은 Al, Zr, Ti, Mo, W, Nb, Ta, Sr, Ca, Ba 및 B로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.In Chemical Formula 1, 0<b<0.5, 0<c<0.5, 0≤x≤0.2, and M'is composed of Al, Zr, Ti, Mo, W, Nb, Ta, Sr, Ca, Ba, and B. It may include any one or more selected from the group.

상기 화학식 1의 양극 활물질 전구체에 있어서, Ni은 1-b-c에 해당하는 함량, 예를 들어, 0.6≤1-b-c<1로 포함될 수 있다. 상기 화학식 1의 양극 활물질 전구체 내 Ni의 함량이 0.6 이상의 조성이 되면 충방전에 기여하기에 충분한 Ni량이 확보되어 고용량화를 도모할 수 있다. 보다 바람직하게는 Ni은 0.6≤1-b-c≤0.9로 포함될 수 있다. 이와 같이 본 발명에서 사용되는 양극 활물질 전구체의 전이금속 전체 몰비율 중 니켈의 몰비율이 0.6 이상의 고농도 니켈(high-nickel)계일 경우 리튬 함유 불순물 잔존의 문제가 더 크기 때문에, 소성 과정 중 리튬 전이금속 산화물이 형성되는 승온 단계에서 산소 분위기 하로 제어하여 리튬 함유 불순물의 잔류량을 감소시키는 것이 더욱 중요하다. In the positive electrode active material precursor of Formula 1, Ni may be included in a content corresponding to 1-b-c, for example, 0.6≤1-b-c<1. When the content of Ni in the positive electrode active material precursor of Formula 1 is 0.6 or more, a sufficient amount of Ni is secured to contribute to charging and discharging, so that high capacity can be achieved. More preferably, Ni may be included as 0.6≤1-b-c≤0.9. As described above, when the molar ratio of nickel in the total molar ratio of the transition metal of the positive electrode active material precursor used in the present invention is a high-concentration nickel (0.6) or higher concentration, the problem of residual lithium-containing impurities is greater, so that the lithium transition metal during the firing process It is more important to reduce the residual amount of lithium-containing impurities by controlling under an oxygen atmosphere at an elevated temperature step in which the oxide is formed.

상기 화학식 1의 양극 활물질 전구체에 있어서, Mn은 활물질의 구조 안정성을 향상시키고, 결과로서 전지의 안정성을 개선시킬 수 있다. Mn 포함에 따른 수명 특성 개선 효과를 고려할 때, 상기 Mn은 b에 해당하는 함량, 즉 0<b<0.5의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 화학식 1의 양극 활물질 전구체 내 b가 0.5를 초과하면 오히려 전지의 출력 특성 및 용량 특성이 저하될 우려가 있다. In the positive electrode active material precursor of Formula 1, Mn may improve the structural stability of the active material, and as a result, the stability of the battery. When considering the effect of improving the life characteristics according to the inclusion of Mn, the Mn may be included in a content corresponding to b, that is, a content of 0<b<0.5. If the b in the positive electrode active material precursor of Formula 1 exceeds 0.5, there is a fear that the output characteristics and capacity characteristics of the battery are lowered.

상기 화학식 1의 양극 활물질 전구체에 있어서, Co는 c에 해당하는 함량, 즉 0<c<0.5으로 포함될 수 있다. 상기 화학식 1의 양극 활물질 전구체 내 Co의 함량이 0.5를 초과할 경우 비용 증가의 우려가 있다. Co 포함에 따른 용량 특성 개선 효과의 현저함을 고려할 때, 상기 Co는 보다 구체적으로 0.10≤c≤0.35의 함량으로 포함될 수 있다.In the positive electrode active material precursor of Formula 1, Co may be included in a content corresponding to c, that is, 0<c<0.5. When the content of Co in the positive electrode active material precursor of Chemical Formula 1 exceeds 0.5, there is a fear of increasing costs. Considering the remarkable effect of improving the capacity characteristics according to the inclusion of Co, the Co may be more specifically included in an amount of 0.10≦c≦0.35.

상기 화학식 1의 양극 활물질 전구체에 있어서, 양극 활물질 내 전이금속 원소의 분포 조절을 통한 전지 특성 개선을 위해, 또 다른 원소, 즉 M'에 의해 일부 치환되거나 도핑될 수도 있다. 상기 M'은 구체적으로 Al, Zr, Ti, Mo, W, Nb, Ta, Sr, Ca, Ba 및 B로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 원소일 수 있다. 상기한 M' 원소들 중에서도 Al의 경우 양극 활물질의 평균 산화수를 유지하여 전지의 수명 특성을 향상시킬 수 있다. 상기 M'의 원소는 양극 활물질의 특성을 저하시키지 않는 범위 내에서 x에 해당하는 양, 즉 0<x≤0.2의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 M'의 원소는 양극 활물질 전구체 내부 및/또는 외부에 위치할 수 있다.In the positive electrode active material precursor of Formula 1, in order to improve the battery characteristics through control of the distribution of the transition metal element in the positive electrode active material, it may be partially substituted or doped by another element, that is, M'. The M'may be any one or more elements specifically selected from the group consisting of Al, Zr, Ti, Mo, W, Nb, Ta, Sr, Ca, Ba and B. Among the M'elements described above, in the case of Al, it is possible to improve the life characteristics of the battery by maintaining the average oxidation number of the positive electrode active material. The element of M'may be included in an amount corresponding to x, i.e., 0<x≤0.2, within a range that does not degrade the properties of the positive electrode active material. The element of M'may be located inside and/or outside the positive electrode active material precursor.

상기 리튬 원료 물질은 리튬 원료 물질은 리튬 함유 탄산염, 리튬 함유 수산화물, 리튬 함유 질산염 및 리튬 함유 염화물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 리튬 함유 탄산염(예를 들어, 탄산리튬 등), 수화물(예를 들어 수산화리튬 I수화물(LiOH·H2O) 등), 수산화물(예를 들어 수산화리튬 등), 질산염(예를 들어, 질산리튬(LiNO3) 등), 염화물(예를 들어, 염화리튬(LiCl) 등) 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있고, 보다 바람직하게는 탄산리튬을 사용할 수 있다.The lithium raw material may be any one or more selected from the group consisting of lithium-containing carbonate, lithium-containing hydroxide, lithium-containing nitrate and lithium-containing chloride. More specifically, the lithium-containing carbonate (for example, lithium carbonate), hydrate (for example, lithium hydroxide I hydrate (LiOH · H 2 O), etc.), hydroxide (for example, lithium hydroxide, etc.), nitrate (for example For example, lithium nitrate (LiNO 3 ) and the like, chlorides (eg, lithium chloride (LiCl), etc.), and the like, one or a mixture of two or more of them may be used, more preferably Lithium carbonate can be used.

상기 양극 활물질 전구체와 리튬 원료 물질은 1:1 내지 1:1.5의 몰비, 보다 바람직하게는 1:1 내지 1:1.3의 몰비, 가장 바람직하게는 1:1 내지 1:1.1의 몰비로 투입할 수 있다.The positive electrode active material precursor and the lithium raw material may be introduced in a molar ratio of 1:1 to 1:1.5, more preferably in a molar ratio of 1:1 to 1:1.3, and most preferably in a molar ratio of 1:1 to 1:1.1. have.

상기 소성로는 회분식이나 연속식을 들 수 있다. 연속식의 소성로로서는, 벨트로, 로터리 킬른, 롤러 허스 킬른 등을 들 수 있으며, 특별히 제한된 것은 아니나, 바람직하게는 롤러 허스 킬른을 사용할 수 있다. The said baking furnace is a batch type or a continuous type. As a continuous kiln, a belt furnace, a rotary kiln, a roller hearth kiln, etc. are mentioned, Although it is not specifically limited, Preferably, a roller hearth kiln can be used.

다음으로, 승온 단계로서, 상기 소성로의 소성 온도를 승온시키며 소성한다. 이때, 승온 단계에서의 분위기는, 20부피% 이상의 순수 산소를 포함하고, 나머지(80부피% 이하)는 대기(Air)를 포함하는 기체 분위기이다.Next, as a step of raising the temperature, the firing temperature of the firing furnace is raised while firing. At this time, the atmosphere at the temperature rising step is a gas atmosphere containing 20% by volume or more of pure oxygen, and the rest (80% by volume or less) containing the atmosphere (Air).

상기 승온 단계는 양극 활물질 전구체와 리튬 원료 물질이 대부분 반응하여 리튬 전이금속 산화물을 형성하는 구간이기 때문에, 산소 분위기 하에서 진행함으로써 생성되는 양극 활물질 표면의 리튬 함유 불순물의 잔류량을 감소시킬 수 있다.Since the temperature raising step is a section in which the positive electrode active material precursor and the lithium raw material react mostly to form a lithium transition metal oxide, the residual amount of lithium-containing impurities on the surface of the positive electrode active material generated by proceeding under an oxygen atmosphere can be reduced.

상기 승온 단계는 보다 바람직하게는, 25 내지 100부피%의 순수 산소를 포함하고 나머지(75부피% 이하)는 대기(Air)를 포함하는 기체 분위기 하일 수 있고, 가장 바람직하게는, 30 내지 80부피%의 순수 산소를 포함하고 나머지(70 내지 20부피%)는 대기(Air)를 포함하는 기체 분위기 하에서 소성을 수행할 수 있다.The heating step may more preferably be under a gas atmosphere containing 25 to 100% by volume of pure oxygen and the rest (75% by volume or less) containing air, most preferably 30 to 80% by volume. The calcination can be performed under a gas atmosphere containing% pure oxygen and the rest (70 to 20% by volume) containing air.

이때, 상기 승온 단계는 목표하는 소성 온도까지 승온시킬 수 있는데, 예를 들어, 800 내지 1,000℃의 소성 온도까지 승온시킬 수 있다.At this time, the temperature raising step may be heated to a target firing temperature, for example, to a temperature of firing of 800 to 1,000°C.

상기 승온 단계는 목표 소성 온도까지 승온시킬 때, 승온 속도를 조절하는 것이 바람직할 수 있는데, 예를 들어, 상대적으로 저온인 600 내지 700℃의 소성 온도까지는 3 내지 6℃/min의 승온 속도로 승온시키고, 상기 600 내지 700℃ 이후의 상대적으로 고온인 상태에서는 0.1 내지 2℃/min의 승온 속도로 승온시킬 수 있다. 상기 소성 온도 600 내지 700℃ 이후의 구간에서는 반응 시 CO2 가스가 대량으로 발생할 수 있기 때문에, 상대적으로 저온인 소성 온도 600 내지 700℃까지의 구간보다 승온 속도를 감소시키고, 발생하는 CO2 가스를 배출하는 것이 보다 바람직할 수 있다.When the temperature is raised to the target firing temperature, it may be desirable to control the temperature increase rate. For example, the temperature is increased at a heating rate of 3 to 6° C./min to a relatively low firing temperature of 600 to 700° C. In the state of relatively high temperature after 600 to 700°C, the temperature may be increased at a rate of 0.1 to 2°C/min. In the section after the firing temperature of 600 to 700°C, CO 2 gas may be generated in large quantities during the reaction, and thus the rate of temperature rise is reduced and the generated CO 2 gas is reduced compared to the section at a relatively low firing temperature of 600 to 700°C. It may be more desirable to discharge.

이와 같이 산소 분위기 하에서 소성하는 승온 단계는 3 내지 7시간, 보다 바람직하게는 4 내지 7시간, 가장 바람직하게는 5 내지 6시간 동안 수행할 수 있다.As such, the heating step of firing under an oxygen atmosphere may be performed for 3 to 7 hours, more preferably 4 to 7 hours, and most preferably 5 to 6 hours.

다음으로, 유지 단계로서, 상기 목표 소성 온도까지 승온이 완료되면 승온된 소성 온도를 유지하면서 소성한다. 이때, 유지 단계에서는 대기(Air) 분위기 하에서 소성한다. Next, as the holding step, when the temperature is raised to the target firing temperature, firing is performed while maintaining the heated firing temperature. At this time, in the maintenance step, firing is performed under an air atmosphere.

상기 유지 단계는 상기 승온 단계에서 양극 활물질 전구체와 리튬 원료 물질의 반응이 대부분 끝나고, 이후에 결정을 성장시키는 구간이기 때문에, 대기(Air) 분위기 하에서 소성을 진행하더라도 전체 소성 공정을 산소 분위기 하에서 진행한 경우에 대비하여 리튬 함유 불순물의 감소 효과를 동등한 수준으로 구현할 수 있으며, 제조되는 양극 활물질의 용량 특성, 수명 특성 및 안정성 면에서도 동등한 수준으로 우수한 성능을 구현할 수 있다. 한편, 이와 같이 유지 단계에서 대기(Air) 분위기 하에서 소성함으로써, 리튬 함유 불순물 감소 및 양극 활물질 성능 면에서 전체 소성 공정을 산소 분위기 하에서 진행한 경우와 동등한 수준으로 우수한 효과를 보이면서도, 제조 비용은 약 20% 미만으로 현저히 절감할 수 있다.In the holding step, since the reaction between the positive electrode active material precursor and the lithium raw material is mostly completed in the temperature raising step, and then the crystal is grown, the entire firing process is performed under an oxygen atmosphere even if firing is performed in an atmosphere of air. In contrast to the case, the reduction effect of lithium-containing impurities can be realized at an equal level, and excellent performance can be realized at an equivalent level in terms of capacity characteristics, life characteristics, and stability of the cathode active material to be manufactured. On the other hand, by firing in the air atmosphere in the maintenance step as described above, in terms of lithium-containing impurity reduction and positive electrode active material performance, while showing an excellent effect at the same level as when the entire firing process was performed under an oxygen atmosphere, the manufacturing cost is about Significant savings of less than 20% are possible.

상기 유지 단계는 예를 들어, 800 내지 1,000℃의 소성 온도, 보다 바람직하게는 800 내지 950℃의 소성 온도, 가장 바람직하게는 830 내지 930℃의 소성 온도를 유지하면서, 7 내지 30시간, 보다 바람직하게는 8 내지 24시간 동안 소성할 수 있다.The holding step is, for example, while maintaining the firing temperature of 800 to 1,000 ℃, more preferably 800 to 950 ℃ firing temperature, most preferably 830 to 930 ℃ firing temperature, 7 to 30 hours, more preferably It can be calcined for 8 to 24 hours.

또한, 본 발명은 이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 이차전지용 양극 활물질을 제공한다. 본 발명의 상기 양극 활물질은 표면에 잔류하는 리튬 함유 불순물 중 탄산리튬(Li2CO3)의 함량이 0.4중량% 이하이다. 본 발명은 리튬 함유 불순물 중 탄산리튬(Li2CO3)의 함량을 0.4중량% 이하로 감소시킴으로써 대기(Air) 분위기 하에서 소성하여 제조한 양극 활물질 대비 용량을 증가시키고, 수명 특성 및 안정성을 향상시킬 수 있다. 또한, 소성 공정 전체에서 산소 분위기로 소성한 경우에 대비하여 제조 비용은 현저히 절감시키면서도 동등한 수준의 용량 특성, 수명 특성 및 안정성 등의 성능을 구현할 수 있다. In addition, the present invention provides a positive electrode active material for a secondary battery manufactured according to an embodiment of the present invention. In the positive electrode active material of the present invention, the content of lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) among the lithium-containing impurities remaining on the surface is 0.4% by weight or less. The present invention reduces the content of lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) in lithium-containing impurities to 0.4% by weight or less, thereby increasing the capacity compared to the positive electrode active material prepared by firing under an atmosphere of air, and improving the life characteristics and stability. Can be. In addition, compared to the case of firing with an oxygen atmosphere in the entire firing process, performances such as capacity characteristics, life characteristics, and stability can be realized at an equivalent level while significantly reducing manufacturing costs.

본 발명의 상기 양극 활물질은 하기 화학식 2로 표시될 수 있다.The positive electrode active material of the present invention may be represented by the following formula (2).

[화학식 2][Formula 2]

Li1+aNi1-b-cMnbCocM'xO2 Li 1 + a Ni 1-bc Mn b Co c M 'x O 2

상기 화학식 2에서, 0<a<0.33, 0<b<0.5, 0<c<0.5, 0≤x≤0.2이고, M'은 Al, Zr, Ti, Mo, W, Nb, Ta, Sr, Ca, Ba 및 B로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. In Formula 2, 0<a<0.33, 0<b<0.5, 0<c<0.5, 0≤x≤0.2, M'is Al, Zr, Ti, Mo, W, Nb, Ta, Sr, Ca , Ba and B may include any one or more selected from the group consisting of.

또한, 상기 화학식 2에서, Ni은 1-b-c에 해당하는 함량, 예를 들어, 0.6≤1-b-c<1로 포함될 수 있고, 보다 바람직하게는 Ni은 0.6≤1-b-c≤0.9로 포함될 수 있다. 이와 같이 본 발명에서 제조되는 양극 활물질은 전이금속 전체 몰비율 중 니켈의 몰비율이 0.6 이상의 고농도 니켈(high-nickel)계일 수 있다. In addition, in Chemical Formula 2, Ni may be included in a content corresponding to 1-bc, for example, 0.6≤1-bc<1, and more preferably, Ni may be included in 0.6≤1-bc≤0.9. . In this way, the positive electrode active material prepared in the present invention may be a high-concentration nickel (high-nickel) system in which the molar ratio of nickel in the total molar ratio of transition metal is 0.6 or more.

상기 화학식 2의 리튬 전이금속 산화물의 양극 활물질에 있어서, Li은 1+a에 해당하는 함량으로 포함될 수 있으며, a는 0<a<0.33일 수 있다. a가 0 미만이면 용량이 저하될 우려가 있고, 0.33을 초과하면 소성 공정에서 입자가 소결되어 버려, 양극 활물질 제조가 어려울 수 있다. Li 함량 제어에 따른 양극 활물질의 용량 특성 개선 효과의 현저함 및 활물질 제조시의 소결성이 발란스를 고려할 때, 상기 a는 보다 바람직하게는 0≤a≤0.15일 수 있다.In the positive electrode active material of the lithium transition metal oxide of Chemical Formula 2, Li may be included in an amount corresponding to 1+a, and a may be 0<a<0.33. If a is less than 0, there is a fear that the capacity is lowered. If it exceeds 0.33, particles may be sintered in the firing process, and thus it may be difficult to prepare a positive electrode active material. When considering the balance of the effect of improving the capacity characteristics of the positive electrode active material according to the control of the Li content and the sinterability during the production of the active material, the a may be more preferably 0≤a≤0.15.

상기 화학식 2의 리튬 전이금속 산화물의 양극 활물질에 있어서, Ni, Mn, Co 및 M'의 바람직한 조성은 앞에서 설명한 양극 활물질 전구체의 조성의 범위와 동일할 수 있다.In the positive electrode active material of the lithium transition metal oxide of Formula 2, the preferred composition of Ni, Mn, Co, and M'may be the same as the range of the composition of the positive electrode active material precursor described above.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기한 양극 활물질을 포함하는 양극을 제공한다. According to another embodiment of the present invention, there is provided a positive electrode comprising the positive electrode active material.

구체적으로, 상기 양극은 양극 집전체, 및 상기 양극 집전체의 적어도 일면에 위치하며, 상기한 양극 활물질을 포함하는 양극 활물질층을 포함한다.Specifically, the positive electrode includes a positive electrode current collector, and a positive electrode active material layer on at least one surface of the positive electrode current collector and including the positive electrode active material.

상기 양극 집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소 또는 알루미늄이나 스테인레스 스틸 표면에 탄소, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. 또, 상기 양극 집전체는 통상적으로 3 내지 500㎛의 두께를 가질 수 있으며, 상기 집전체 표면 상에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있다. 예를 들어 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The positive electrode current collector is not particularly limited as long as it does not cause a chemical change in the battery and has conductivity. For example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, or carbon, nickel, titanium on aluminum or stainless steel surfaces , Surface treatment with silver or the like can be used. In addition, the positive electrode current collector may have a thickness of usually 3 to 500 μm, and may form fine irregularities on the current collector surface to increase the adhesive force of the positive electrode active material. For example, it can be used in various forms such as films, sheets, foils, nets, porous bodies, foams, and nonwoven fabrics.

상기 양극 활물질층은 앞서 설명한 양극 활물질과 함께, 도전재 및 바인더를 포함할 수 있다. The positive electrode active material layer may include a conductive material and a binder together with the positive electrode active material described above.

이때 상기 양극 활물질은 양극 활물질층 총 중량에 대하여 80 내지 99중량%, 보다 구체적으로는 85 내지 98중량%로 포함될 수 있다. 상기한 함량범위로 포함될 때 우수한 용량 특성을 나타낼 수 있다.At this time, the positive electrode active material may be included in 80 to 99% by weight, more specifically 85 to 98% by weight relative to the total weight of the positive electrode active material layer. When included in the above-mentioned content range, it can exhibit excellent capacity characteristics.

이때, 상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성을 갖는 것이면 특별한 제한 없이 사용 가능하다. 구체적인 예로는 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본 블랙, 아세틸렌블랙, 케첸블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙, 탄소섬유 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 또는 폴리페닐렌 유도체 등의 전도성 고분자 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 도전재는 양극 활물질층 총 중량에 대하여 1 내지 30 중량%로 포함될 수 있다.At this time, the conductive material is used to impart conductivity to the electrode, and in the battery configured, it can be used without particular limitation as long as it has electronic conductivity without causing a chemical change. Specific examples include graphite such as natural graphite and artificial graphite; Carbon-based materials such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, summer black, and carbon fiber; Metal powders or metal fibers such as copper, nickel, aluminum, and silver; Conductive whiskey such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Or a conductive polymer, such as a polyphenylene derivative, and the like, or a mixture of two or more of them may be used. The conductive material may be included in 1 to 30% by weight relative to the total weight of the positive electrode active material layer.

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

상기 양극은 상기한 양극 활물질을 이용하는 것을 제외하고는 통상의 양극 제조방법에 따라 제조될 수 있다. 구체적으로, 상기한 양극 활물질 및 선택적으로, 바인더 및 도전재를 용매 중에 용해 또는 분산시켜 제조한 양극 활물질층 형성용 조성물을 양극집전체 상에 도포한 후, 건조 및 압연함으로써 제조될 수 있다. 이때 상기 양극 활물질, 바인더, 도전재의 종류 및 함량은 앞서 설명한 바와 같다.The positive electrode may be manufactured according to a conventional positive electrode manufacturing method except for using the positive electrode active material. Specifically, the positive electrode active material and, optionally, a binder and a conductive material may be prepared by dissolving or dispersing in a solvent to apply a composition for forming a positive electrode active material layer on a positive electrode current collector, followed by drying and rolling. At this time, the types and contents of the positive electrode active material, the binder, and the conductive material are as described above.

상기 용매로는 당해 기술분야에서 일반적으로 사용되는 용매일 수 있으며, 디메틸셀폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO), 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol), N-메틸피롤리돈(NMP), 아세톤(acetone) 또는 물 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 용매의 사용량은 슬러리의 도포 두께, 제조 수율을 고려하여 상기 양극 활물질, 도전재 및 바인더를 용해 또는 분산시키고, 이후 양극제조를 위한 도포시 우수한 두께 균일도를 나타낼 수 있는 점도를 갖도록 하는 정도면 충분하다.The solvent may be a solvent generally used in the art, dimethyl sulfoxide (dimethyl sulfoxide, DMSO), isopropyl alcohol (isopropyl alcohol), N-methylpyrrolidone (NMP), acetone (acetone) or Water and the like, and among these, one kind alone or a mixture of two or more kinds can be used. The amount of the solvent used is sufficient to dissolve or disperse the positive electrode active material, the conductive material, and the binder in consideration of the coating thickness of the slurry and the production yield, and to have a viscosity capable of exhibiting excellent thickness uniformity after coating for positive electrode manufacturing. Do.

또한, 다른 방법으로, 상기 양극은 상기 양극 활물질층 형성용 조성물을 별도의 지지체 상에 캐스팅한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 양극 집전체 상에 라미네이션함으로써 제조될 수도 있다.In addition, in another method, the positive electrode may be produced by casting the composition for forming the positive electrode active material layer on a separate support, and then laminating the film obtained by peeling from the support on the positive electrode current collector.

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

상기 리튬 이차전지는 구체적으로 양극, 상기 양극과 대향하여 위치하는 음극, 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 세퍼레이터 및 전해질을 포함하며, 상기 양극은 앞서 설명한 바와 같다. 또, 상기 리튬 이차전지는 상기 양극, 음극, 세퍼레이터의 전극 조립체를 수납하는 전지용기, 및 상기 전지용기를 밀봉하는 밀봉 부재를 선택적으로 더 포함할 수 있다. The lithium secondary battery specifically includes a positive electrode, a negative electrode facing the positive electrode, a separator and an electrolyte interposed between the positive electrode and the negative electrode, and the positive electrode is as described above. 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 리튬 이차전지에 있어서, 상기 음극은 음극 집전체 및 상기 음극 집전체 상에 위치하는 음극 활물질층을 포함한다.In the lithium secondary battery, the negative electrode includes a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer positioned on the negative electrode current collector.

상기 음극 집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 탄소, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또, 상기 음극 집전체는 통상적으로 3㎛ 내지 500㎛의 두께를 가질 수 있으며, 양극 집전체와 마찬가지로, 상기 집전체 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있다. 예를 들어, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The negative electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing 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, it can be used in various forms such as films, sheets, foils, nets, porous bodies, foams, and nonwoven fabrics.

상기 음극 활물질층은 음극 활물질과 함께 선택적으로 바인더 및 도전재를 포함한다. The negative active material layer optionally includes a binder and a conductive material together with the negative active material.

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

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

상기 음극 활물질층은 일례로서 음극 집전체 상에 음극 활물질, 및 선택적으로 바인더 및 도전재를 용매 중에 용해 또는 분산시켜 제조한 음극 활물질층 형성용 조성물을 도포하고 건조하거나, 또는 상기 음극 활물질층 형성용 조성물을 별도의 지지체 상에 캐스팅한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 음극 집전체 상에 라미네이션함으로써 제조될 수도 있다.The negative electrode active material layer is, for example, a negative electrode active material, and optionally a binder and a conductive material are dissolved or dispersed in a solvent on a negative electrode current collector to apply and dry a composition for forming a negative electrode active material layer, or for drying the negative electrode active material layer. It can also be prepared by casting the composition on a separate support and then laminating the film obtained by peeling from the support on a negative electrode current collector.

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

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, and melted inorganic electrolytes that 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-based 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 (EMC), ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (propylene carbonate, PC) and other carbonate-based solvents; Alcohol-based 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 be further 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.Since the lithium secondary battery comprising the positive electrode active material according to the present invention as described above stably exhibits excellent discharge capacity, output characteristics and capacity retention rate, portable devices such as mobile phones, notebook computers, digital cameras, and hybrid electric vehicles ( It is useful for electric vehicle fields such as hybrid electric vehicle (HEV).

이에 따라, 본 발명의 다른 일 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 medium-to-large devices among power storage systems.

본 발명의 리튬 이차전지의 외형은 특별한 제한이 없으나, 캔을 사용한 원통형, 각형, 파우치 (pouch)형 또는 코인 (coin)형 등이 될 수 있다.The external shape of the lithium secondary battery of the present invention is not particularly limited, but may be a cylindrical shape, a square shape, a pouch shape or a coin shape 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 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art to which the present invention pertains can easily practice. However, the present invention can be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

실시예Example 1 One

양극 활물질 전구체 Ni0 . 6Mn0 . 2Co0 .2(OH)2 180kg 및 리튬 원료 물질 Li2CO3 74.16kg을 헨셀 믹서(700L)에 투입하고, 중심부 300rpm에서 20분간 믹싱(mixing)하였다. 혼합된 분말을 330mmx330mm 크기의 알루미나 도가니에 4.5kg을 넣고, 산소:대기(Air)=20:80 부피%로 혼합된 산소 분위기 하에서 소성 온도를 승온시키며 소성하였다. 이때, 600℃까지 4℃/min로 승온시켰으며, 600℃ 이후부터 860℃까지 2℃/min로 승온시키며 5시간 동안 소성하였다. 860℃에 도달한 이후에 소성 온도를 유지하면서 대기(Air) 분위기 하에서 10시간 동안 소성하여 양극 활물질을 제조하였다.Anode active material precursor Ni 0 . 6 Mn 0 . 2 Co 0 .2 (OH) 2 180kg , and a lithium raw material In the Li 2 CO 3 74.16kg in a Henschel mixer (700L), followed by mixing (mixing) 20 minutes at the center of 300rpm. The mixed powder was put in an alumina crucible having a size of 330 mm x 330 mm, and calcined while heating the calcination temperature under an oxygen atmosphere mixed with oxygen: air = 20:80 vol%. At this time, the temperature was raised to 4°C/min to 600°C, and the temperature was increased from 600°C to 860°C at 2°C/min and calcined for 5 hours. After reaching 860° C., the positive electrode active material was prepared by firing for 10 hours under an atmosphere of air while maintaining the firing temperature.

실시예Example 2 2

승온 단계에서 산소:대기(Air)=40:60 부피%로 혼합된 산소 분위기 하에서 소성을 진행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 양극 활물질을 제조하였다.A positive electrode active material was prepared in the same manner as in Example 1, except that calcination was performed in an oxygen atmosphere mixed with oxygen:atmosphere (Air)=40:60% by volume at the temperature rising step.

실시예Example 3 3

승온 단계에서 산소:대기(Air)=60:40 부피%로 혼합된 산소 분위기 하에서 소성을 진행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 양극 활물질을 제조하였다.A cathode active material was prepared in the same manner as in Example 1, except that calcination was performed in an oxygen atmosphere mixed with oxygen:atmosphere (Air)=60:40% by volume at the temperature rising step.

실시예Example 4 4

승온 단계에서 산소:대기(Air)=80:20 부피%로 혼합된 산소 분위기 하에서 소성을 진행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 양극 활물질을 제조하였다.A cathode active material was prepared in the same manner as in Example 1, except that calcination was performed in an oxygen atmosphere mixed with oxygen:atmosphere (Air)=80:20% by volume at the temperature rising step.

비교예Comparative example 1 One

승온 단계 및 유지 단계에서 모두 대기(Air) 분위기 하에서 소성을 진행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 양극 활물질을 제조하였다.A positive electrode active material was prepared in the same manner as in Example 1, except that firing was performed in an atmosphere of air in both the temperature raising step and the maintenance step.

[[ 실험예Experimental Example 1: 리튬 함유 불순물( 1: lithium-containing impurities ( LiLi 22 COCO 33 )의 잔류량 측정]) Residual amount measurement]

실시예 1 내지 4 및 비교예 1에 의해 제조된 양극 활물질 10g을 물 100mL에 분산시킨 후 0.1M의 HCl로 적정하면서 pH 값의 변화를 측정하여 pH 적정 곡선(pH titration Curve)을 얻었다. 상기 pH 적정 곡선을 이용하여 각 양극 활물질 내의 Li2CO3 잔류량을 계산하였으며, 그 결과를 하기 도 1에 나타내었다. After dispersing 10 g of the positive electrode active material prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 in 100 mL of water, the pH value was measured by measuring the change in pH while titrating with 0.1 M HCl to obtain a pH titration curve. The residual amount of Li 2 CO 3 in each positive electrode active material was calculated using the pH titration curve, and the results are shown in FIG. 1.

도 1을 참조하면, 소성 공정 전체를 대기(Air) 분위기 하에서 진행한 비교예 1의 경우 리튬 함유 불순물 Li2CO3의 함량이 1중량% 이상으로 상당히 높게 나타났으며, 반면에, 소성 공정 중 승온 단계는 산소 분위기 하에서 소성을 진행하고, 유지 단계는 대기(Air) 분위기 하에서 진행한 실시예 1 내지 4의 경우 리튬 함유 불순물 Li2CO3의 함량이 0.4중량% 이하로 현저히 감소하였다. 실시예 1 내지 4의 경우, 유지 단계에서는 대기(Air) 분위기 하에서 소성하기 때문에 소성 공정 전체에서 산소 분위기 하에서 소성하는 경우보다 제조 비용을 현저히 절감할 수 있으면서도, 리튬 함유 불순물 Li2CO3을 0.4중량% 이하로 감소시킬 수 있어 리튬 함유 불순물로 인한 전지 성능 저하를 방지할 수 있다.Referring to FIG. 1, in the case of Comparative Example 1 in which the entire firing process was performed under an atmosphere of air, the content of lithium-containing impurity Li 2 CO 3 was significantly higher than 1% by weight, whereas, during the firing process In the temperature raising step, the calcination was performed under an oxygen atmosphere, and in the case of Examples 1 to 4, the holding step was conducted under an air atmosphere, the content of lithium-containing impurity Li 2 CO 3 was significantly reduced to 0.4% by weight or less. In the case of Examples 1 to 4, since the calcination is performed in an air atmosphere in the holding step, the manufacturing cost can be significantly reduced than in the case of calcination under an oxygen atmosphere in the entire calcination process, while the lithium-containing impurity Li 2 CO 3 is 0.4 wt. It can be reduced to less than% to prevent degradation of battery performance due to lithium-containing impurities.

[[ 실험예Experimental Example 2: 전지 수명 특성 평가] 2: Battery life characteristic evaluation]

상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1에 의해 제조된 각각의 양극 활물질, 카본블랙 도전재 및 PVdF 바인더를 N-메틸피롤리돈 용매 중에서 중량비로 95:2.5:2.5의 비율로 혼합하여 양극 합재(점도: 5000mPa·s)을 제조하고, 이를 알루미늄 집전체의 일면에 도포한 후, 130℃에서 건조 후, 압연하여 양극을 제조하였다.Each of the positive electrode active materials prepared by Examples 1 to 4 and Comparative Example 1, the carbon black conductive material, and the PVdF binder were mixed in a ratio of 95:2.5:2.5 by weight ratio in an N-methylpyrrolidone solvent to prepare a positive electrode mixture ( Viscosity: 5000 mPa·s) was prepared, coated on one surface of an aluminum current collector, dried at 130° C., and rolled to prepare an anode.

또, 음극 활물질로서 천연흑연, 카본블랙 도전재 및 PVdF 바인더를 N-메틸피롤리돈 용매 중에서 중량비로 85:10:5의 비율로 혼합하여 음극활물질층 형성용 조성물을 제조하고, 이를 구리 집전체의 일면에 도포하여 음극을 제조하였다.Further, as a negative electrode active material, natural graphite, carbon black conductive material, and PVdF binder were mixed in a ratio of 85:10:5 by weight in an N-methylpyrrolidone solvent to prepare a composition for forming a negative electrode active material layer, and this was a copper current collector. A negative electrode was prepared by coating on one surface of the electrode.

상기와 같이 제조된 양극과 음극 사이에 다공성 폴리에틸렌의 세퍼레이터를 개재하여 전극 조립체를 제조하고, 상기 전극 조립체를 케이스 내부에 위치시킨 후, 케이스 내부로 전해액을 주입하여 리튬 이차 전지를 제조하였다. 이때 전해액은 에틸렌카보네이트/디메틸카보네이트/에틸메틸카보네이트(EC/DMC/EMC의 혼합 부피비=3/4/3)로 이루어진 유기 용매에 1.0M 농도의 리튬헥사플루오로포스페이트(LiPF6)를 용해시켜 제조하였다. An electrode assembly was manufactured by interposing a separator of porous polyethylene between the positive electrode and the negative electrode prepared as described above, and after placing the electrode assembly inside the case, an electrolyte was injected into the case to prepare a lithium secondary battery. At this time, the electrolytic solution was prepared by dissolving lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) at a concentration of 1.0 M in an organic solvent consisting of ethylene carbonate/dimethyl carbonate/ethyl methyl carbonate (mixed volume ratio of EC/DMC/EMC=3/4/3). Did.

상기와 같이 제조된 리튬 이차 전지를 45℃에서 충전 종지 전압 4.25V, 방전 종지 전압 3.0V, 0.5C/1.0C 조건으로 30사이클 충방전을 실시하면서 용량 유지율(Capacity Retention[%])을 측정하였다. 측정 결과는 도 2에 나타내었다.The capacity of the lithium secondary battery prepared as described above was measured at 45° C. while carrying out 30 cycles of charging and discharging under the conditions of a charge termination voltage of 4.25 V, a discharge termination voltage of 3.0 V, and 0.5 C/1.0 C. . The measurement results are shown in FIG. 2.

도 2를 참조하면, 소성 공정 전체를 대기(Air) 분위기 하에서 진행한 비교예 1에 비하여, 소성 공정 중 승온 단계는 산소 분위기 하에서 소성을 진행하고, 유지 단계는 대기(Air) 분위기 하에서 진행한 실시예 1 내지 4의 경우 50회 충방전 시에 용량 감소율이 현저하게 낮음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 2, compared to Comparative Example 1 in which the entire firing process was performed under an atmosphere of air, the heating step in the firing process proceeded with firing under an oxygen atmosphere, and the maintenance step was performed under an atmosphere of air. In the case of Examples 1 to 4, it can be confirmed that the capacity reduction rate is remarkably low during 50 charge/discharge cycles.

Claims (15)

양극 활물질 전구체와 리튬 원료 물질을 소성로에 투입하는 단계;
상기 소성로의 소성 온도를 승온시키며 소성하는 승온 단계; 및
상기 승온이 완료되면, 승온된 소성 온도를 유지하며 소성하는 유지 단계;를 포함하며,
상기 승온 단계는, 30 내지 80부피%의 순수 산소를 포함하고 나머지 70 내지 20부피%는 대기(Air)를 포함하는 기체 분위기 하에서 소성을 수행하고,
상기 유지 단계는 대기(Air) 분위기 하에서 소성을 수행하는 양극 활물질의 제조방법.
Introducing a positive electrode active material precursor and a lithium raw material into a kiln;
A heating step of raising and firing the firing temperature of the firing furnace; And
When the heating is completed, the holding step of maintaining and firing while maintaining the heated firing temperature; includes,
The heating step includes 30 to 80% by volume of pure oxygen, and the remaining 70 to 20% by volume performs firing under a gas atmosphere containing air,
The holding step is a method of manufacturing a positive electrode active material to perform firing under an atmosphere (Air).
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 승온 단계는 800 내지 1,000℃의 소성 온도까지 승온시키는 양극 활물질의 제조방법.
According to claim 1,
The heating step is a method of manufacturing a positive electrode active material to heat up to a firing temperature of 800 to 1,000 ℃.
제1항에 있어서,
상기 승온 단계는 600 내지 700℃의 소성 온도까지는 3 내지 6℃/min의 승온 속도로 승온시키고, 상기 600 내지 700℃ 이후에는 0.1 내지 2℃/min의 승온 속도로 승온시키는 양극 활물질의 제조방법.
According to claim 1,
The heating step is a method for producing a positive electrode active material that is heated to a heating rate of 3 to 6°C/min up to a firing temperature of 600 to 700°C, and then heated to a heating rate of 0.1 to 2°C/min after the 600 to 700°C.
제1항에 있어서,
상기 승온 단계는 3 내지 7시간인 양극 활물질의 제조방법.
According to claim 1,
The heating step is a method of manufacturing a positive electrode active material is 3 to 7 hours.
제1항에 있어서,
상기 유지 단계는 800 내지 1,000℃의 소성 온도에서, 7 내지 30시간 소성하는 양극 활물질의 제조방법.
According to claim 1,
The holding step is a method for producing a positive electrode active material that is fired at a firing temperature of 800 to 1,000°C for 7 to 30 hours.
제1항에 있어서,
상기 양극 활물질 전구체는 니켈(Ni), 망간(Mn) 및 코발트(Co)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 전이금속을 포함하는 양극 활물질의 제조방법.
According to claim 1,
The positive electrode active material precursor is nickel (Ni), manganese (Mn) and cobalt (Co) method for producing a positive electrode active material containing any one or more transition metals selected from the group consisting of.
제1항에 있어서,
상기 양극 활물질 전구체는 하기 화학식 1로 표시되는 양극 활물질의 제조방법.
[화학식 1]
Ni1-b-cMnbCocM'x(OH)2
(상기 화학식 1에서, 0<b<0.5, 0<c<0.5, 0≤x≤0.2이고, M'은 Al, Zr, Ti, Mo, W, Nb, Ta, Sr, Ca, Ba 및 B로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함한다.)
According to claim 1,
The positive electrode active material precursor is a method of manufacturing a positive electrode active material represented by the following formula (1).
[Formula 1]
Ni 1-bc Mn b Co c M 'x (OH) 2
(In Chemical Formula 1, 0<b<0.5, 0<c<0.5, 0≤x≤0.2, and M'is Al, Zr, Ti, Mo, W, Nb, Ta, Sr, Ca, Ba, and B. It includes any one or more selected from the group consisting of.)
제8항에 있어서,
상기 화학식 1에서, 0.6≤1-b-c<1을 만족하는 양극 활물질의 제조방법.
The method of claim 8,
In Formula 1, a method of manufacturing a positive electrode active material satisfying 0.6≤1-bc<1.
제1항에 있어서,
상기 리튬 원료 물질은 리튬 함유 탄산염, 리튬 함유 수산화물, 리튬 함유 질산염 및 리튬 함유 염화물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상인 양극 활물질의 제조방법.
According to claim 1,
The lithium raw material is a method for producing a positive electrode active material of any one or more selected from the group consisting of lithium-containing carbonate, lithium-containing hydroxide, lithium-containing nitrate and lithium-containing chloride.
제1항, 제3항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따라 제조된 양극 활물질이며,
상기 양극 활물질은 표면에 잔류하는 리튬 함유 불순물 중 탄산리튬(Li2CO3)의 함량이 0.4중량% 이하인 이차전지용 양극 활물질.
A positive electrode active material prepared according to any one of claims 1, 3 to 10,
The positive electrode active material is a positive electrode active material for a secondary battery having a content of lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) of less than 0.4% by weight among the lithium-containing impurities remaining on the surface.
제11항에 있어서,
상기 양극 활물질은 하기 화학식 2로 표시되는 이차전지용 양극 활물질.
[화학식 2]
Li1+aNi1-b-cMnbCocM'xO2
(상기 화학식 2에서, 0<a<0.33, 0<b<0.5, 0<c<0.5, 0≤x≤0.2이고, M'은 Al, Zr, Ti, Mo, W, Nb, Ta, Sr, Ca, Ba 및 B로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함한다.)
The method of claim 11,
The positive electrode active material is a positive electrode active material for a secondary battery represented by the following formula (2).
[Formula 2]
Li 1 + a Ni 1-bc Mn b Co c M 'x O 2
(In the formula 2, 0 <a <0.33, 0 <b <0.5, 0 <c <0.5, 0 ≤ x ≤ 0.2, M'is Al, Zr, Ti, Mo, W, Nb, Ta, Sr, It includes any one or more selected from the group consisting of Ca, Ba and B.)
제12항에 있어서,
상기 화학식 2에서, 0.6≤1-b-c<1을 만족하는 이차전지용 양극 활물질.
The method of claim 12,
In Chemical Formula 2, the positive electrode active material for a secondary battery that satisfies 0.6≤1-bc<1.
제11항에 따른 양극 활물질을 포함하는 이차전지용 양극.
A cathode for a secondary battery comprising the cathode active material according to claim 11.
제14항에 따른 양극을 포함하는 리튬 이차전지.A lithium secondary battery comprising the positive electrode according to claim 14.
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