KR102128011B1 - Positive electrode active material for secondary battery, method for producing the same, positive electrode and secondary battery comprising the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하기 화학식 3으로 표시되는 리튬 복합 금속 산화물; 및 상기 리튬 복합 금속 산화물 표면에 부착된 코발트-리튬 복합체 입자를 포함하는 표면처리층을 포함하는 이차 전지용 양극 활물질, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 양극 및 이차 전지에 관한 것이다.
[화학식 3]
Lix'[NiaCobMnc]O2
(상기 화학식 3에서, 0.6≤a<1, 0<b≤0.3, 0<c≤0.3, a+b+c=1, 0.95≤x'≤1.05임.)
The present invention is a lithium composite metal oxide represented by the following formula (3); And it relates to a positive electrode active material for a secondary battery comprising a surface treatment layer comprising a cobalt-lithium composite particles attached to the lithium composite metal oxide surface, a method for manufacturing the same, and a positive electrode and a secondary battery including the same.
[Formula 3]
Li x' [Ni a Co b Mn c ]O 2
(In Formula 3, 0.6≤a<1, 0<b≤0.3, 0<c≤0.3, a+b+c=1, 0.95≤x'≤1.05.)

Description

이차전지용 양극 활물질, 그 제조 방법, 이를 포함하는 이차전지용 양극 및 이차전지{POSITIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL FOR SECONDARY BATTERY, METHOD FOR PRODUCING THE SAME, POSITIVE ELECTRODE AND SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}Anode active material for a secondary battery, a manufacturing method thereof, and a cathode and a secondary battery for a secondary battery including the same TECHNICAL FIELD

본 발명은 이차전지용 양극 활물질, 그 제조 방법, 이를 포함하는 이차전지용 양극 및 이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고전압 하에서도 우수한 용량 특성 및 안정성을 구현할 수 있는 양극 활물질, 그 제조 방법 및 이를 포함하는 이차전지용 양극 및 이차전지에 관한 것이다. The present invention relates to a positive electrode active material for a secondary battery, a method for manufacturing the same, a positive electrode for a secondary battery and a secondary battery including the same, and more specifically, a positive electrode active material capable of realizing excellent capacity characteristics and stability even under high voltage, and a method for manufacturing the same It relates to a positive electrode for a secondary battery and a secondary battery.

최근 모바일 기기와 전동 공구의 대중화 및 친환경적인 전기 자동차에 대한 요구가 늘어남에 따라 이를 구동하는 에너지원이 갖춰야 할 조건이 점차 높아지고 있다. 특히 고에너지 밀도, 고전압 하에서의 안정적인 구동 및 장수명 특성을 갖는 양극 활물질의 개발이 요구되고 있다. Recently, as the popularity of mobile devices and power tools and the demand for eco-friendly electric vehicles have increased, the conditions for the energy source to drive them have gradually increased. In particular, development of a positive electrode active material having high energy density, stable driving under high voltage, and long life characteristics is required.

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 the positive electrode active material of the 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 개발되었으나, 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, 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 is decomposed to cause the battery to burst and ignite.

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 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, 양극 활물질 내의 니켈 함량이 증가할 수록 용량은 증가하지만, 충전 심도에 따라 Ni2 +에서 Ni3 +/4+로의 산화에 따른 급격한 산소 탈리가 진행되며, 탈리된 산소는 전해액과 반응하여 물질의 고유 특성을 변화시켜 격자 구조의 불안정성을 발생시키고, 더 나아가 구조 붕괴를 일으킨다는 문제점이 있다. In order to improve such a problem, research has recently been made to increase the content of Ni in NCM-based lithium oxide. However, as the nickel content in the positive electrode active material increases, the capacity increases, but rapid oxygen desorption proceeds due to oxidation from Ni 2 + to Ni 3 +/4+ depending on the filling depth, and the desorbed oxygen reacts with the electrolytic solution. There is a problem that the intrinsic properties of the lattice structure are changed and the structure collapses.

따라서, 고 전압 하에서도 우수한 용량 특성 및 안정성을 구현할 수 있는 양극 활물질의 개발이 요구되고 있다. Accordingly, there is a need to develop a positive electrode active material capable of realizing excellent capacity characteristics and stability even under high voltage.

한국공개특허 제10-2015-0070853호(공개일: 2015.06.25)Korean Patent Publication No. 10-2015-0070853 (Publication date: 2015.06.25)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 고 전압 하에서도 우수한 용량 특성 및 안정성을 구현할 수 있는 니켈 양극 활물질, 그 제조 방법, 이를 포함하는 이차 전지용 양극 및 이차 전지를 제공하고자 한다. The present invention is to solve the above problems, and to provide a nickel positive electrode active material capable of realizing excellent capacity characteristics and stability even under high voltage, a manufacturing method thereof, and a positive electrode and a secondary battery for a secondary battery including the same.

일 측면에서, 본 발명은, 하기 화학식 1로 표시되는 리튬 복합 금속 산화물을 준비하는 단계; 및 상기 리튬 복합 금속 산화물과 코발트 함유 원료 물질을 혼합한 후 300℃ 초과 400℃ 미만으로 열처리하는 단계를 포함하는 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법을 제공한다.In one aspect, the present invention, preparing a lithium composite metal oxide represented by the following formula (1); And mixing the lithium composite metal oxide and the cobalt-containing raw material and then heat-treating the mixture over 300°C and below 400°C.

[화학식 1][Formula 1]

Lix[NiaCobMnc]O2 Li x [Ni a Co b Mn c ]O 2

(상기 화학식 1에서, 0.6≤a<1, 0<b≤0.3, 0<c≤0.3, a+b+c=1, 1.07≤x≤1.09임.)(In Formula 1, 0.6≤a<1, 0<b≤0.3, 0<c≤0.3, a+b+c=1, 1.07≤x≤1.09.)

이때, 상기 화학식 1로 표시되는 리튬 복합 금속 산화물을 준비하는 단계는, 니켈, 코발트, 망간을 포함하는 전이금속 전구체와 리튬 함유 원료 물질을 리튬 : 전이금속의 원자비가 1.07:1 내지 1.09:1이 되도록 혼합하고 600℃ 내지 900℃에서 소성하는 방법으로 수행될 수 있다. At this time, the step of preparing the lithium composite metal oxide represented by the formula (1), the transition metal precursor and the lithium-containing raw material containing nickel, cobalt, and manganese lithium: the atomic ratio of the transition metal is 1.07:1 to 1.09:1 It can be carried out by mixing and firing at 600°C to 900°C if possible.

또한, 상기 전이금속 전구체는 하기 화학식 2로 표시되는 것일 수 있다.In addition, the transition metal precursor may be represented by the following formula (2).

[화학식 2][Formula 2]

NidCoeMnf(OH)2 Ni d Co e Mn f (OH) 2

상기 화학식 2에서 0.6<d<1, 0<e<0.3, 0<f<0.3, d+e+f=1임.In Chemical Formula 2 0.6<d<1, 0<e<0.3, 0<f<0.3, d+e+f=1.

또한, 상기 소성은 산소 분위기 하에서 수행될 수 있다.Further, the firing may be performed under an oxygen atmosphere.

구체적으로는, 상기 소성은 700℃ 내지 800℃에서 수행되는 1차 소성 단계 및 800 내지 900에서 수행되는 2차 소성 단계를 포함할 수 있다. Specifically, the firing may include a primary firing step performed at 700°C to 800°C and a secondary firing step performed at 800 to 900°C.

또한, 상기 열처리 단계에서, 상기 코발트 함유 원료 물질은 리튬 복합 금속 산화물 100중량부에 대하여 0.8 내지 1.2중량부로 혼합되는 것일 수 있으며, 상기 열처리하는 단계는 대기 분위기 하에서 5시간 내지 10시간 수행되는 것이 바람직하다.In addition, in the heat treatment step, the cobalt-containing raw material may be mixed in an amount of 0.8 to 1.2 parts by weight based on 100 parts by weight of the lithium composite metal oxide, and the heat treatment step is preferably performed for 5 to 10 hours in an atmospheric atmosphere. Do.

다른 측면에서 본 발명은 하기 화학식 3으로 표시되는 리튬 복합 금속 산화물; 및 상기 리튬 복합 금속 산화물 표면에 부착된 코발트-리튬 복합체 입자를 포함하는 표면처리층을 포함하는 이차 전지용 양극 활물질을 제공한다.In another aspect, the present invention is a lithium composite metal oxide represented by the following formula (3); And a surface treatment layer comprising cobalt-lithium composite particles attached to the lithium composite metal oxide surface.

[화학식 3][Formula 3]

Lix'[NiaCobMnc]O2 Li x' [Ni a Co b Mn c ]O 2

(상기 화학식 3에서, 0.6≤a<1, 0<b≤0.3, 0<c≤0.3, a+b+c=1, 0.95≤x'≤1.05임.)(In Formula 3, 0.6≤a<1, 0<b≤0.3, 0<c≤0.3, a+b+c=1, 0.95≤x'≤1.05.)

또한, 상기 표면처리층 내 코발트 함량이 8000ppm 내지 12000ppm일 수 있다. In addition, the cobalt content in the surface treatment layer may be 8000ppm to 12000ppm.

또 다른 측면에서, 본 발명은 상기 본 발명에 따른 이차전지용 양극 활물질을 포함하는 이차전지용 양극과, 상기 이차 전지용 양극을 포함하는 이차 전지를 제공한다. In another aspect, the present invention provides a secondary battery positive electrode comprising a positive electrode active material for a secondary battery according to the present invention, and a secondary battery comprising the positive electrode for a secondary battery.

본 발명에 따른 이차 전지용 양극 활물질은 리튬 함유량이 높고, 표면에 출력 특성 및 안정성이 우수한 코발트를 함유하는 코발트-리튬 복합체 입자를 포함하는 표면처리층이 형성되어 있어, 종래의 고농도 니켈 양극 활물질과 달리 구조적으로 안정할 뿐 아니라, 고전압 하에서도 우수한 출력 특성을 나타낸다.The positive electrode active material for a secondary battery according to the present invention has a high lithium content, and a surface treatment layer including cobalt-lithium composite particles containing cobalt having excellent output characteristics and stability is formed on the surface, unlike the conventional high concentration nickel positive electrode active material Not only is it structurally stable, it shows excellent output characteristics even under high voltage.

또한, 본 발명의 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법에 따르면, 수세 공정을 수행하지 않고 높은 리튬 함량을 갖는 이차 전지용 양극 활물질을 제조할 수 있어 생산성이 우수하다. In addition, according to the method of manufacturing a positive electrode active material for a secondary battery of the present invention, a positive electrode active material for a secondary battery having a high lithium content can be produced without performing a water washing process, and thus productivity is excellent.

도 1은 실시예에 따라 제조된 양극 활물질을 촬영한 SEM 사진이다.
도 2는 비교예 4에 따라 제조된 양극 활물질을 촬영한 SEM 사진이다.
도 3은 실시예 및 비교예 1에 따라 제조된 전지의 충방전 특성을 보여주는 그래프이다.
도 4는 실시예, 비교예 2 및 3에 따라 제조된 전지의 충방전 특성을 보여주는 그래프이다.
도 5는 실시예 및 비교예 4에 따라 제조된 전지의 충방전 특성을 보여주는 그래프이다.
도 6은 실시예 및 비교예 1에 따라 제조된 전지의 사이클 수에 따른 방전 용량을 보여주는 그래프이다.
도 7은 실시예 및 비교예 2, 3에 따라 제조된 전지의 사이클 수에 따른 방전 용량을 보여주는 그래프이다.
1 is a SEM photograph of a positive electrode active material prepared according to an embodiment.
2 is a SEM photograph of a positive electrode active material prepared according to Comparative Example 4.
3 is a graph showing the charge and discharge characteristics of the battery prepared according to Example and Comparative Example 1.
4 is a graph showing the charge and discharge characteristics of the batteries prepared according to Examples and Comparative Examples 2 and 3.
5 is a graph showing the charge and discharge characteristics of the battery prepared according to Example and Comparative Example 4.
6 is a graph showing the discharge capacity according to the number of cycles of the battery prepared according to Example and Comparative Example 1.
7 is a graph showing the discharge capacity according to the number of cycles of the batteries prepared according to Examples and Comparative Examples 2 and 3.

이하. 본 발명을 보다 자세히 설명한다. Below. The present invention will be described in more detail.

본 발명자들은 고전압 하에서 안정적이고, 용량특성이 우수한 양극 활물질을 제조하기 위해 연구를 거듭한 결과, 니켈 원자비율이 0.6 이상이고, 리튬의 원자 비율이 1.07 이상으로 높은 리튬 복합 금속 산화물과 코발트 함유 원료 물질을 혼합한 후 특정 온도에서 열처리함으로써, 상기와 같은 목적을 달성할 수 있음을 알아내고 본 발명을 완성하였다. The present inventors have repeatedly studied to produce a positive electrode active material that is stable under high voltage and has excellent capacity characteristics. As a result, a lithium composite metal oxide and a cobalt-containing raw material having a nickel atomic ratio of 0.6 or higher and an atomic ratio of lithium of 1.07 or higher After mixing the heat treatment at a specific temperature, it was found that the above object can be achieved and the present invention has been completed.

먼저, 본 발명에 따른 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법에 대해 설명한다.First, a method of manufacturing a positive electrode active material for a secondary battery according to the present invention will be described.

이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법Method for manufacturing positive electrode active material for secondary battery

본 발명에 따른 양극 활물질 제조 방법은 (1) 화학식 1로 표시되는 리튬 복합 금속 산화물을 준비하는 단계, 및 (2) 상기 리튬 복합 금속 산화물과 코발트 함유 원료 물질을 혼합한 후 300℃ 초과 내지 400℃ 미만 온도로 열처리하는 단계를 포함한다. 이하, 본 발명의 각 단계에 대해 보다 구체적으로 설명한다.The method for preparing a positive electrode active material according to the present invention comprises: (1) preparing a lithium composite metal oxide represented by Chemical Formula 1, and (2) mixing the lithium composite metal oxide and a cobalt-containing raw material, and then exceeding 300° C. to 400° C. And heat-treating to a lower temperature. Hereinafter, each step of the present invention will be described in more detail.

(1) 리튬 복합 금속 산화물을 준비하는 단계(1) Step of preparing a lithium composite metal oxide

먼저, 리튬 복합 금속 산화물을 준비한다. First, a lithium composite metal oxide is prepared.

본 발명에서 사용되는 리튬 복합 금속 산화물은 전이금속으로 니켈, 코발트, 망간을 포함하는 NMC계 리튬 복합 금속 산화물이며, 전이금속 내 니켈의 원자 분율이 0.6 이상이고, 리튬의 원자 분율이 1.07 내지 1.09인 리튬 복합 금속 산화물이다. The lithium composite metal oxide used in the present invention is an NMC-based lithium composite metal oxide containing nickel, cobalt, and manganese as the transition metal, wherein the atomic fraction of nickel in the transition metal is 0.6 or more and the atomic fraction of lithium is 1.07 to 1.09. It is a lithium composite metal oxide.

구체적으로는, 상기 리튬 복합 금속 산화물은 하기 화학식 1로 표시되는 리튬 복합 금속 산화물일 수 있다. Specifically, the lithium composite metal oxide may be a lithium composite metal oxide represented by Formula 1 below.

[화학식 1][Formula 1]

Lix[NiaCobMnc]O2 Li x [Ni a Co b Mn c ]O 2

상기 화학식 1에서, 0.6≤a<1, 0<b≤0.3, 0<c≤0.3, a+b+c=1, 1.07≤x≤1.09이다.In Formula 1, 0.6≤a<1, 0<b≤0.3, 0<c≤0.3, a+b+c=1, and 1.07≤x≤1.09.

상기 a, b, c는 각각 리튬을 제외한 금속 원소들(즉, 전이금속 원소들) 중 Ni, Co 및 Mn의 원자분율을 나타내는 것으로, 0.6≤a<1, 0<b≤0.3, 0<c≤0.3, a+b+c=1이다. The a, b, and c represent atomic fractions of Ni, Co, and Mn among metal elements (ie, transition metal elements) excluding lithium, respectively. 0.6≤a<1, 0<b≤0.3, 0<c ≤0.3, a+b+c=1.

구체적으로는, 상기 a는 전이금속 원소들 중 니켈의 원자 분율을 나타내는 것으로, 상기 a는 0.6 이상 1 미만, 바람직하게는 0.65 이상 1 미만, 더 바람직하게는 0.65 내지 0.95일 수 있다. Specifically, a represents the atomic fraction of nickel among the transition metal elements, and a may be 0.6 or more and less than 1, preferably 0.65 or more and less than 1, and more preferably 0.65 to 0.95.

상기 b는 전이금속 원소들 중 코발트의 원자 분율을 나타내는 것으로, 상기 b는 0 초과 0.3이하, 바람직하게는 0.001 내지 0.25, 더 바람직하게는 0.01 내지 0.25일 수 있다. The b represents an atomic fraction of cobalt among transition metal elements, and the b may be greater than 0 and less than 0.3, preferably 0.001 to 0.25, and more preferably 0.01 to 0.25.

상기 c는 전이금속 원소들 중 망간의 원자 분율을 나타내는 것으로, 상기 c는 0 초과 0.3이하, 바람직하게는 0.001 내지 0.25, 더 바람직하게는 0.01 내지 0.25일 수 있다. The c represents an atomic fraction of manganese among transition metal elements, and the c may be greater than 0 and less than 0.3, preferably 0.001 to 0.25, and more preferably 0.01 to 0.25.

한편, 상기 x는 리튬 복합 금속 산화물 내 리튬의 원자 분율을 나타내는 것으로, 상기 x는 1.07 내지 1.09이다. Meanwhile, x represents an atomic fraction of lithium in the lithium composite metal oxide, and x is 1.07 to 1.09.

상기 [화학식 1]의 리튬 복합 금속 산화물은, 이로써 한정되는 것은 아니나, 예를 들면, 니켈, 코발트, 망간을 포함하는 전이금속 전구체와 리튬 함유 원료 물질을 리튬 : 전이금속의 원자비가 1.07:1 내지 1.09:1이 되도록 혼합하고, 700℃ 내지 900℃에서 소성하는 방법으로 제조된 것일 수 있다. The lithium composite metal oxide of the above [Formula 1] is, but is not limited to, for example, a transition metal precursor containing nickel, cobalt, manganese and a lithium-containing raw material lithium: the atomic ratio of the transition metal is 1.07:1 to It may be prepared by mixing to be 1.09:1, and firing at 700°C to 900°C.

이때, 상기 전이금속 전구체는, 예를 들면, 니켈-코발트-망간 수산화물일 수 있으며, 구체적으로는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물일 수 있다. In this case, the transition metal precursor may be, for example, nickel-cobalt-manganese hydroxide, or specifically, a compound represented by the following Chemical Formula 2.

[화학식 2][Formula 2]

NidCoeMnf(OH)2 Ni d Co e Mn f (OH) 2

상기 화학식 2에서 0.6≤d<1, 0<e≤0.3, 0<f≤0.3, d+e+f=1이다. 구체적으로는 상기 화학식 2에서 상기 d는 0.65 이상 1 미만, 바람직하게는 0.65 내지 0.95일 수 있으며, 상기 e는 0.001 내지 0.25, 바람직하게는 0.01 내지 0.25일 수 있고, 상기 f는 0.001 내지 0.25, 바람직하게는 0.01 내지 0.25일 수 있다. In Chemical Formula 2 0.6≤d<1, 0<e≤0.3, 0<f≤0.3, d+e+f=1. Specifically, in Chemical Formula 2, d may be 0.65 or more and less than 1, preferably 0.65 to 0.95, e may be 0.001 to 0.25, preferably 0.01 to 0.25, and f is 0.001 to 0.25, preferably It may be 0.01 to 0.25.

상기 전이금속 전구체는 시판되는 제품을 구입하여 사용하거나, 당해 기술 분야에 잘 알려진 니켈-코발트-망간 전이금속 전구체의 제조 방법에 따라 제조될 수 있다. The transition metal precursor may be purchased according to a commercially available product, or may be prepared according to a method of manufacturing a nickel-cobalt-manganese transition metal precursor well known in the art.

예를 들면, 상기 니켈-코발트-망간 전이금속 전구체는 니켈 함유 원료 물질, 코발트 함유 원료 물질 및 망간 함유 원료 물질을 포함하는 금속 용액에 암모늄 양이온 함유 착물 형성제와 염기성 화합물을 첨가하여 공침 반응시켜 제조되는 것일 수 있다. For example, the nickel-cobalt-manganese transition metal precursor is prepared by coprecipitation reaction by adding an ammonium cation-containing complexing agent and a basic compound to a metal solution containing a nickel-containing raw material, a cobalt-containing raw material, and a manganese-containing raw material. It can be.

상기 니켈 함유 원료 물질은 예를 들면, 니켈 함유 아세트산염, 질산염, 황산염, 할라이드, 황화물, 수산화물, 산화물 또는 옥시수산화물 등일 수 있으며, 구체적으로는, Ni(OH)2, NiO, NiOOH, NiCO3?2Ni(OH)2·4H2O, NiC2O2·2H2O, Ni(NO3)2·6H2O, NiSO4, NiSO4·6H2O, 지방산 니켈염, 니켈 할로겐화물 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The nickel-containing raw material may be, for example, nickel-containing acetate, nitrate, sulfate, halide, sulfide, hydroxide, oxide or oxyhydroxide, and specifically, 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 salt, nickel halide or their It may be a combination, but is not limited thereto.

상기 코발트 함유 원료 물질은 코발트 함유 아세트산염, 질산염, 황산염, 할라이드, 황화물, 수산화물, 산화물 또는 옥시수산화물 등일 수 있으며, 구체적으로는 Co(OH)2, CoOOH, Co(OCOCH3)2ㆍ4H2O, Co(NO3)2ㆍ6H2O, Co(SO4)2ㆍ7H2O 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The cobalt-containing raw material may be cobalt-containing acetate, nitrate, sulfate, halide, sulfide, hydroxide, oxide or oxyhydroxide, and specifically Co(OH) 2 , CoOOH, Co(OCOCH 3 ) 2 ㆍ4H 2 O , Co(NO 3 ) 2 ㆍ6H 2 O, Co(SO 4 ) 2 ㆍ7H 2 O, or a combination thereof, but is not limited thereto.

상기 망간 함유 원료 물질은, 예를 들면, 망간 함유 아세트산염, 질산염, 황산염, 할라이드, 황화물, 수산화물, 산화물, 옥시수산화물 또는 이들의 조합일 수 있으며, 구체적으로는 Mn2O3, MnO2, Mn3O4 등과 같은 망간산화물; MnCO3, Mn(NO3)2, MnSO4, 아세트산 망간, 디카르복실산 망간염, 시트르산 망간, 지방산 망간염과 같은 망간염; 옥시 수산화망간, 염화 망간 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The manganese-containing raw material may be, for example, manganese-containing acetate, nitrate, sulfate, halide, sulfide, hydroxide, oxide, oxyhydroxide or a combination thereof, specifically Mn 2 O 3 , MnO 2 , Mn Manganese oxide such as 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; Manganese oxyoxide, manganese chloride, or a combination thereof, but is not limited thereto.

상기 금속 용액은 니켈 함유 원료 물질, 코발트 함유 원료 물질 및 망간 함유 원료 물질을 용매, 구체적으로는 물, 또는 물과 균일하게 혼합될 수 있는 유기 용매(예를 들면, 알코올 등)의 혼합 용매에 첨가하여 제조되거나, 또는 니켈 함유 원료 물질의 수용액, 코발트 함유 원료 물질의 수용액, 망간 함유 원료 물질의 수용액을 혼합하여 제조된 것일 수 있다. The metal solution is a nickel-containing raw material, a cobalt-containing raw material and a manganese-containing raw material are added to a solvent, specifically water, or a mixed solvent of an organic solvent (for example, alcohol) that can be uniformly mixed with water. Or an aqueous solution of a nickel-containing raw material, an aqueous solution of a cobalt-containing raw material, or an aqueous solution of a manganese-containing raw material.

상기 암모늄 양이온 함유 착물 형성제는, 예를 들면 NH4OH, (NH4)2SO4, NH4NO3, NH4Cl, CH3COONH4, NH4CO3 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 상기 암모늄 양이온 함유 착물 형성제는 수용액의 형태로 사용될 수도 있으며, 이때 용매로는 물, 또는 물과 균일하게 혼합 가능한 유기용매(구체적으로, 알코올 등)와 물의 혼합물이 사용될 수 있다. The ammonium cation-containing complex forming agent may be, for example, NH 4 OH, (NH 4 ) 2 SO 4 , NH 4 NO 3 , NH 4 Cl, CH 3 COONH 4 , NH 4 CO 3 or a combination thereof, It is not limited to this. On the other hand, the ammonium cation-containing complex forming agent may be used in the form of an aqueous solution, and at this time, as a solvent, a mixture of water or an organic solvent (specifically, alcohol, etc.) uniformly mixed with water and water may be used.

상기 염기성 화합물은 NaOH, KOH 또는 Ca(OH)2 등과 같은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 수산화물, 이들의 수화물 또는 이들의 조합일 수 있다. 상기 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. The basic compound may be a hydroxide of an alkali metal or alkaline earth metal such as NaOH, KOH, or Ca(OH) 2 , hydrates thereof, or a combination thereof. The 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.

상기 염기성 화합물은 반응 용액의 pH를 조절하기 위해 첨가되는 것으로, 금속 용액의 pH가 11 내지 13이 되는 양으로 첨가될 수 있다. The basic compound is added to adjust the pH of the reaction solution, and the pH of the metal solution may be added in an amount of 11 to 13.

한편, 상기 공침 반응은 질소 또는 아르곤 등의 비활성 분위기하에서, 40 내지 70의 온도에서 수행될 수 있다.Meanwhile, the co-precipitation reaction may be performed at a temperature of 40 to 70 under an inert atmosphere such as nitrogen or argon.

상기와 같은 공정에 의해 니켈-코발트-망간 수산화물의 입자가 생성되고, 반응용액 내에 침전된다. 침전된 니켈-코발트-망간 수산화물 입자를 통상의 방법에 따라 분리시키고, 건조시켜 전이금속 전구체를 얻을 수 있다.By the above process, particles of nickel-cobalt-manganese hydroxide are produced and precipitated in the reaction solution. The precipitated nickel-cobalt-manganese hydroxide particles are separated according to a conventional method and dried to obtain a transition metal precursor.

상기 방법으로 제조된 전이금속 전구체와 리튬 함유 원료 물질을 혼합하고, 600℃ 내지 900℃, 바람직하게는 700℃ 내지 900℃에서 소성하여 리튬 복합 금속 산화물을 얻을 수 있다. 이때, 상기 전이금속 전구체와 리튬 함유 원료 물질은 리튬 : 전이금속의 원자비가 1.07:1 내지 1.09:1이 되도록 혼합된다. 여기서 전이금속의 원자비는 니켈, 코발트 및 망간의 원자 개수를 합한 총 전이금속의 원자 개수를 의미한다. A lithium composite metal oxide can be obtained by mixing the transition metal precursor prepared by the above method with a lithium-containing raw material, and firing at 600°C to 900°C, preferably at 700°C to 900°C. At this time, the transition metal precursor and the lithium-containing raw material are mixed so that the atomic ratio of lithium:transition metal is 1.07:1 to 1.09:1. Here, the atomic ratio of the transition metal refers to the total number of atoms of the transition metal summing the atomic number of nickel, cobalt, and manganese.

상기 리튬 함유 원료 물질은 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 있다. The lithium-containing raw materials include lithium-containing carbonates (for example, lithium carbonate), hydrates (for example, lithium hydroxide I-hydrate (LiOHH 2 O), etc.), hydroxides (for example, lithium hydroxide), nitrates ( For example, lithium nitrate (LiNO 3 ), etc., chloride (eg, lithium chloride (LiCl), etc.), and the like, one of these, or a mixture of two or more thereof may be used.

한편, 상기 소성은 산소 분위기 하에서 수행되는 것이 바람직하다 . Meanwhile, it is preferable that the firing is performed under an oxygen atmosphere .

또한, 상기 소성은 온도가 상이한 2단계 이상의 소성 공정으로 이루어질 수 있으며, 예를 들면, 700℃ 내지 800℃에서 수행되는 1차 소성 단계 및 800℃ 내지 900℃에서 수행되는 2차 소성 단계를 포함하여 이루어질 수 있다. 이와 같이 2단계 소성 공정을 수행할 경우, 1단계 소성의 경우에 비해 리튬 함유 원료 물질과 전이금속 전구체의 반응성이 증가하게 된다. 상기 소성을 통해 전이금속 전구체와 리튬이 반응하여 상기 화학식 1로 표시되는 리튬 복합 금속 산화물이 얻을 수 있다. In addition, the firing may consist of two or more firing processes with different temperatures, for example, including a primary firing step performed at 700°C to 800°C and a secondary firing step performed at 800°C to 900°C. It can be done. When the two-step firing process is performed as described above, the reactivity of the lithium-containing raw material and the transition metal precursor is increased compared to the one-step firing. Through the firing, the transition metal precursor reacts with lithium to obtain a lithium composite metal oxide represented by Chemical Formula 1.

(2) 열처리하는 단계 (2) Heat treatment

상기와 같은 방법으로 화학식 1의 리튬 복합금속 산화물이 준비되면, 준비된 리튬 복합 금속 산화물과 코발트 함유 원료 물질을 혼합하여 열처리한다. When the lithium composite metal oxide of Chemical Formula 1 is prepared in the same manner as described above, the prepared lithium composite metal oxide and the cobalt-containing raw material are mixed and heat-treated.

상기 열처리 단계는 리튬 복합 금속 산화물의 표면처리층을 형성하기 위한 것으로, 열처리에 의해 리튬 복합 금속 산화물에 존재하는 리튬 부산물과 코발트 함유 원료 물질의 코발트가 반응하여 리튬 복합 금속 산화물 표면에 리튬-코발트 복합체 입자를 포함하는 표면처리층이 형성되게 된다. The heat treatment step is to form a surface treatment layer of a lithium composite metal oxide, and lithium by-products present in the lithium composite metal oxide and cobalt of a cobalt-containing raw material react by heat treatment to form a lithium-cobalt composite on the surface of the lithium composite metal oxide. A surface treatment layer containing particles is formed.

상기 코발트 함유 원료 물질로는, 코발트 함유 아세트산염, 질산염, 황산염, 할라이드, 황화물, 수산화물, 산화물 또는 옥시수산화물 등일 수 있으며, 구체적으로는 Co(OH)2, CoOOH, Co(OCOCH3)2ㆍ4H2O, Co(NO3)2ㆍ6H2O, Co(SO4)2ㆍ7H2O 또는 이들의 조합 등이 사용될 수 있다. 이 중에서도 Co(OH)2가 특히 바람직하다. The cobalt-containing raw material may be cobalt-containing acetate, nitrate, sulfate, halide, sulfide, hydroxide, oxide or oxyhydroxide, and specifically Co(OH) 2 , CoOOH, Co(OCOCH 3 ) 2 ㆍ4H 2 O, Co(NO 3 ) 2 ㆍ6H 2 O, Co(SO 4 ) 2 ㆍ7H 2 O, or a combination thereof may be used. Of these, Co(OH) 2 is particularly preferred.

상기 코발트 함유 원료 물질은 리튬 복합 금속 산화물 100중량부에 대하여 0.8 내지 1.2 중량부, 바람직하게는 0.8 내지 1중량부로 혼합될 수 있다. 코발트 함유 원료 물질의 함량이 상기 범위를 만족하는 경우, 우수한 리튬 부산물 생성 억제 효과 및 전기적 특성을 얻을 수 있다. The cobalt-containing raw material may be mixed in an amount of 0.8 to 1.2 parts by weight, preferably 0.8 to 1 part by weight based on 100 parts by weight of the lithium composite metal oxide. When the content of the cobalt-containing raw material satisfies the above range, it is possible to obtain excellent lithium by-product production suppression effect and electrical properties.

한편, 상기 열처리는 300℃ 초과 400℃ 미만의 온도범위, 바람직하게는 320℃ 내지 380℃의 온도범위에서 수행된다. 열처리 온도가 상기 범위를 벗어날 경우, 양극 활물질의 용량 특성이 저하되거나, 코발트-리튬 복합체 입자를 포함하는 표면처리층을 형성할 수 없게 된다. Meanwhile, the heat treatment is performed in a temperature range of more than 300°C and less than 400°C, preferably in a temperature range of 320°C to 380°C. When the heat treatment temperature is out of the above range, the capacity characteristics of the positive electrode active material are lowered, or it is impossible to form a surface treatment layer containing cobalt-lithium composite particles.

종래에는 리튬 복합 금속 산화물 표면에 표면처리층 형성 시에 500℃ 이상의 고온 처리를 하는 것이 일반적이었으나, 본 발명의 경우 리튬 함량이 높은 리튬 복합 금속 산화물을 사용하기 때문에, 비교적 낮은 열처리 온도에서도 리튬과 코발트의 반응이 원활하게 이루어질 수 있다. 한편, 본 발명의 표면 처리에 사용되는 코발트 함유 원료 물질의 경우, 고온에서 쉽게 분해, 산화되어 산화물로 전환되기 때문에 열처리 온도가 너무 높을 경우 리튬-코발트 복합체 입자가 형성되지 않고, 코발트 산화물 형태로 존재하게 되어 양극 활물질의 용량 감소가 발생할 수 있다. Conventionally, when forming a surface treatment layer on the surface of a lithium composite metal oxide, it was common to perform a high temperature treatment of 500°C or higher, but in the case of the present invention, lithium and cobalt are used even at a relatively low heat treatment temperature because lithium composite metal oxide having a high lithium content is used. The reaction can be made smoothly. On the other hand, in the case of the raw material containing cobalt used in the surface treatment of the present invention, since it is easily decomposed and oxidized at high temperature and converted to oxide, lithium-cobalt composite particles are not formed when the heat treatment temperature is too high, and exist in the form of cobalt oxide Thus, a decrease in the capacity of the positive electrode active material may occur.

한편, 상기 열처리는 바람직하게는 5시간 내지 10시간 동안 수행될 수 있으며, 대기 분위기에서 수행될 수 있다. 상기 열처리는 비교적 낮은 온도 범위에서 수행되기 때문에, 대기 분위기하에서 수행하여도 코발트 산화가 제어될 수 있다. Meanwhile, the heat treatment may be preferably performed for 5 to 10 hours, and may be performed in an atmospheric atmosphere. Since the heat treatment is performed in a relatively low temperature range, cobalt oxidation can be controlled even when performed in an atmospheric atmosphere.

한편, 본 발명에 따른 양극 활물질의 제조 방법은 수세 공정을 수행하지 않는다. 일반적으로 니켈 원자분율이 0.6 이상으로 높은 리튬 복합 금속 산화물의 경우, 제조 공정에서 리튬 복합 금속 산화물 표면에 LiOH, Li2CO3와 같은 리튬 부산물이 다량으로 잔류하게 되는데, 이와 같은 리튬 부산물은 전지 작동 시에 전해액 등과 반응하여 가스 발생 및 스웰링 등을 야기시킨다는 문제점이 있다. 따라서, 종래에서는 고농도 니켈을 함유하는 리튬 복합 금속 산화물을 양극 활물질로 사용하기 위해서 리튬 복합 금속 산화물 표면의 리튬 부산물을 제거하기 위한 수세 공정이 필수적으로 요구되었다. 그러나, 본 발명의 경우, 리튬 복합 금속 산화물에 잔류하는 리튬 부산물이 열처리 과정에서 리튬-코발트 복합체를 형성을 위한 원료 물질로 사용되어 제거되기 때문에 별도의 수세 공정을 수행하지 않아도 무방하다. 이와 같이 본 발명은 수세 공정을 수행하지 않기 때문에 종래에 비해 생상 공정을 단축할 수 있으며, 이로 인해 생산성이 향상되는 효과를 얻을 수 있다. On the other hand, the manufacturing method of the positive electrode active material according to the present invention does not perform a water washing process. In general, in the case of a lithium composite metal oxide having a high nickel atomic fraction of 0.6 or more, a large amount of lithium by-products such as LiOH and Li 2 CO 3 remain on the surface of the lithium composite metal oxide in the manufacturing process. There is a problem in that it reacts with an electrolyte and causes gas generation and swelling. Therefore, in the related art, in order to use a lithium composite metal oxide containing high concentration nickel as a positive electrode active material, a water washing process for removing lithium by-products on the surface of the lithium composite metal oxide is essential. However, in the case of the present invention, since the lithium by-product remaining in the lithium composite metal oxide is used as a raw material for forming a lithium-cobalt composite in the heat treatment process, it is not necessary to perform a separate washing process. As described above, since the present invention does not perform a water washing process, it is possible to shorten the production process compared to the prior art, thereby obtaining an effect of improving productivity.

이차 전지용 양극 활물질Anode active material for secondary batteries

다음으로, 본 발명에 따른 이차 전지용 양극 활물질에 대해 설명한다. Next, the positive electrode active material for a secondary battery according to the present invention will be described.

상기와 같은 방법에 따라 제조된 본 발명의 이차 전지용 양극 활물질은 하기 화학식 3으로 표시되는 리튬 복합 금속 산화물 및 상기 리튬 복합 금속 산화물 표면에 부착된 코발트-리튬 복합체 입자를 포함하는 표면처리층을 포함한다.The positive electrode active material for a secondary battery of the present invention manufactured according to the above method includes a surface treatment layer comprising a lithium composite metal oxide represented by the following Chemical Formula 3 and cobalt-lithium composite particles attached to the surface of the lithium composite metal oxide .

[화학식 3][Formula 3]

Lix'[NiaCobMnc]O2 Li x' [Ni a Co b Mn c ]O 2

상기 화학식 3에서, 0.6≤a<1, 0<b≤0.3, 0<c≤0.3, a+b+c=1, 0.95≤x'≤1.05이며, 바람직하게는, 0.65≤a<1이다. 리튬 복합 금속 산화물의 조성이 상기 범위를 만족할 때, 4.3V 이상의 고전압 하에서도 높은 용량 특성 및 수명 특성을 얻을 수 있다. In Chemical Formula 3, 0.6≤a<1, 0<b≤0.3, 0<c≤0.3, a+b+c=1, 0.95≤x'≤1.05, and preferably 0.65≤a<1. When the composition of the lithium composite metal oxide satisfies the above range, high capacity characteristics and life characteristics can be obtained even under a high voltage of 4.3 V or higher.

상기 a, b, c는 각각 리튬을 제외한 금속 원소들(즉, 전이금속 원소들) 중 Ni, Co 및 Mn의 원자분율을 나타내는 것으로, 0.6≤a<1, 0<b≤0.3, 0<c≤0.3, a+b+c=1이다. The a, b, and c represent atomic fractions of Ni, Co, and Mn among metal elements (ie, transition metal elements) excluding lithium, respectively. 0.6≤a<1, 0<b≤0.3, 0<c ≤0.3, a+b+c=1.

구체적으로는, 상기 a는 전이금속 원소들 중 니켈의 원자 분율을 나타내는 것으로, 상기 a는 0.6 이상 1 미만, 바람직하게는 0.65 이상 1 미만, 더 바람직하게는 0.65 내지 0.95일 수 있다. Specifically, a represents the atomic fraction of nickel among the transition metal elements, and a may be 0.6 or more and less than 1, preferably 0.65 or more and less than 1, and more preferably 0.65 to 0.95.

상기 b는 전이금속 원소들 중 코발트의 원자 분율을 나타내는 것으로, 상기 b는 0 초과 0.3 이하, 바람직하게는 0.001 내지 0.25, 더 바람직하게는 0.01 내지 0.25일 수 있다. The b represents the atomic fraction of cobalt among the transition metal elements, and the b may be greater than 0 and less than 0.3, preferably 0.001 to 0.25, and more preferably 0.01 to 0.25.

상기 c는 전이금속 원소들 중 망간의 원자 분율을 나타내는 것으로, 상기 c는 0 초과 0.3 이하, 바람직하게는 0.001 내지 0.25, 더 바람직하게는 0.01 내지 0.25일 수 있다. The c represents an atomic fraction of manganese among transition metal elements, and the c may be greater than 0 and 0.3 or less, preferably 0.001 to 0.25, and more preferably 0.01 to 0.25.

한편, 상기 x'는 리튬 복합 금속 산화물 내 리튬의 원자 분율을 나타내는 것으로, 상기 x'는 0.95 내지 1.05이다. 화학식 1로 표시되는 리튬 복합 금속 산화물의 리튬이 코발트 함유 원료와 반응하기 때문에 최종적으로 생성된 양극 활물질에 포함된 리튬 복합 금속 산화물에서는 리튬 함량이 화학식 3과 같이 감소하게 된다. On the other hand, x'represents the atomic fraction of lithium in the lithium composite metal oxide, and x'is 0.95 to 1.05. Since lithium of the lithium composite metal oxide represented by Chemical Formula 1 reacts with the cobalt-containing raw material, the lithium content of the lithium composite metal oxide contained in the finally produced positive electrode active material decreases as in Chemical Formula 3.

상기 표면 처리층은 리튬 복합 금속 산화물의 구조적 안정성을 향상시키기 위한 것으로, 코발트-리튬 복합체 입자를 포함한다. 상기 코발트-리튬 복합체 입자는 리튬 복합 금속 산화물의 표면에 부착되어 리튬 복합 금속 산화물에서 산소가 탈리되는 것을 방지함으로써 구조적 안정성을 향상시키는 역할을 수행한다. 또한, 코발트-리튬 복합체에 포함된 리튬에 의해 양극 활물질 표면에 리튬 농도가 증가하게 되어 우수한 전기적 특성을 구현할 수 있다. The surface treatment layer is for improving the structural stability of the lithium composite metal oxide, and includes cobalt-lithium composite particles. The cobalt-lithium composite particles are attached to the surface of the lithium composite metal oxide, thereby preventing oxygen from being desorbed from the lithium composite metal oxide, thereby improving structural stability. In addition, lithium concentration on the surface of the positive electrode active material is increased by lithium contained in the cobalt-lithium composite, thereby realizing excellent electrical properties.

한편, 상기 표면처리층 내의 코발트 함량은 8000ppm 내지 12000ppm, 바람직하게는 8500ppm 내지 10000ppm일 수 있다. 표면처리층 내의 코발트 함량이 상기 범위를 만족할 경우, 리튬 복합 금속 산화물 표면에 존재하는 리튬 부산물의 함량이 효과적으로 감소되어 별도의 수세 없이도 4.3V 이상에서 우수한 전기적 성능을 갖는 영극 활물질을 제조할 수 있다. Meanwhile, the cobalt content in the surface treatment layer may be 8000 ppm to 12000 ppm, preferably 8500 ppm to 10000 ppm. When the content of the cobalt in the surface treatment layer satisfies the above range, the content of lithium by-products present on the surface of the lithium composite metal oxide is effectively reduced, so that a positive electrode active material having excellent electrical performance at 4.3 V or more can be produced without additional washing.

종래의 NMC계 리튬 복합 금속 산화물의 경우, 전이금속 대비 리튬의 비율이 1.05 이하인 것이 일반적이었으나, 이와 같은 리튬 복합 금속 산화물들의 경우, 4.3V 이상의 고전압 하에서 용량 특성 및 안정성이 떨어진다는 문제점이 있었다. 그러나, 본 발명의 양극 활물질은 종래에 비해 높은 리튬 함유량을 가져 고전압, 예를 들면, 4.3V 이상의 전압 하에서도 높은 용량 특성을 구현할 수 있으며, 상기한 바와 같이 리튬 복합 금속 산화물의 표면에 리튬-코발트 복합체 입자가 부착되어 있어 구조적으로도 안정하다.In the case of the conventional NMC-based lithium composite metal oxide, it was common that the ratio of lithium to transition metal was 1.05 or less, but in the case of such lithium composite metal oxides, there was a problem that capacity characteristics and stability were poor under high voltage of 4.3 V or more. However, the positive electrode active material of the present invention has a higher lithium content than the prior art, and thus can achieve high capacity characteristics even under a high voltage, for example, a voltage of 4.3 V or higher, and lithium-cobalt on the surface of the lithium composite metal oxide as described above. It is structurally stable because the composite particles are attached.

양극 및 이차 전지Anode and secondary battery

본 발명에 따른 이차 전지용 양극 활물질은 이차 전지용 양극 제조에 유용하게 사용될 수 있다. The positive electrode active material for a secondary battery according to the present invention can be usefully used for preparing a positive electrode for a secondary battery.

구체적으로는, 본 발명에 따른 이차 전지용 양극은 양극집전체 및 상기 양극집전체 위에 형성되는 양극활물질층을 포함하며, 이때, 상기 양극활물질층은 본 발명에 따른 양극활물질을 포함한다.Specifically, the positive electrode for a secondary battery according to the present invention includes a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer formed on the positive electrode current collector, wherein the positive electrode active material layer includes the positive electrode active material according to the present invention.

상기 양극은 본 발명에 따른 양극활물질을 사용하는 것을 제외하고는 통상의 양극 제조방법에 따라 제조될 수 있다. 예를 들면, 상기 양극은 양극활물질층을 구성하는 성분들, 즉, 양극활물질과, 도전재 및/또는 바인더 등을 용매에 용해 또는 분산시켜 양극 합재를 제조하고, 상기 양극 합재를 양극집전체의 적어도 일면에 도포한 후, 건조, 압연시키는 방법으로 제조하거나, 또는 상기 양극 합재를 별도의 지지체 상에 캐스팅한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 양극집전체 상에 라미네이션함으로써 제조될 수 있다.The positive electrode may be manufactured according to a conventional positive electrode manufacturing method, except that the positive electrode active material according to the present invention is used. For example, the positive electrode is prepared by dissolving or dispersing the components constituting the positive electrode active material layer, that is, the positive electrode active material, a conductive material, and/or a binder, in a solvent to prepare a positive electrode mixture, and the positive electrode mixture of the positive electrode current collector. After coating on at least one surface, it can be prepared by drying or rolling, or by casting the positive electrode mixture on a separate support and then laminating the film obtained by peeling from the support on the positive electrode current collector.

이때, 상기 양극집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소 또는 알루미늄이나 스테인레스 스틸 표면에 탄소, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. 또, 상기 양극 집전체는 통상적으로 3㎛ 내지 500㎛의 두께를 가질 수 있으며, 상기 집전체 표면 상에 미세한 요철을 형성하여 양극활물질의 접착력을 높일 수도 있다. 예를 들어 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.In this case, the positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical changes in the battery. For example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, or carbon or nickel on aluminum or stainless steel surfaces , Titanium, silver or the like may be used. In addition, the positive electrode current collector may typically have a thickness of 3 μm to 500 μm, and may form fine irregularities on the surface of the current collector to increase the adhesion 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 집전체의 적어도 일면에 본 발명에 따른 양극활물질을 포함하며, 필요에 따라 도전재 및 바인더 중 적어도 1종을 선택적으로 더 포함하는 양극활물질층이 위치한다.A positive electrode active material layer comprising a positive electrode active material according to the present invention on at least one surface of the current collector, and optionally further comprising at least one of a conductive material and a binder, if necessary.

상기 양극 활물질은, 상기 본 발명에 따른 양극 활물질, 즉, 상기 화학식 1로 표시되는 리튬 복합 금속 산화물 및 상기 상기 리튬 복합 금속 산화물 표면에 부착된 코발트-리튬 복합체 입자를 포함하는 표면처리층을 포함한다. 본 발명에 따른 양극활물질의 구체적인 내용은 상술한 바와 동일하므로, 구체적인 설명은 생략한다. The positive electrode active material includes a positive electrode active material according to the present invention, that is, a surface treatment layer comprising a lithium composite metal oxide represented by Formula 1 and cobalt-lithium composite particles attached to the surface of the lithium composite metal oxide. . Since the details of the positive electrode active material according to the present invention are the same as described above, detailed descriptions thereof will be omitted.

상기 양극활물질은 양극활물질층 총 중량에 대하여 80 내지 99중량%, 보다 구체적으로는 85 내지 98중량%의 함량으로 포함될 수 있다. 상기한 함량범위로 포함될 때 우수한 용량 특성을 나타낼 수 있다.The positive electrode active material may be included in an amount of 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-described content range, it can exhibit excellent capacity characteristics.

상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성을 갖는 것이면 특별한 제한없이 사용가능하다. 구체적인 예로는 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본 블랙, 아세틸렌블랙, 케첸블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서멀 블랙, 탄소섬유 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 휘스커; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 또는 폴리페닐렌 유도체 등의 전도성 고분자 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 도전재는 양극활물질층 총 중량에 대하여 1중량% 내지 30중량%로 포함될 수 있다.The conductive material is used to impart conductivity to the electrode, and in a battery configured, it can be used without particular limitation as long as it has electronic conductivity without causing chemical changes. 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, thermal black, and carbon fiber; Metal powders or metal fibers such as copper, nickel, aluminum, and silver; Conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Or conductive polymers, such as polyphenylene derivatives, etc. are mentioned, and 1 type of these or mixtures of 2 or more types can be used. The conductive material may be included in 1 to 30% by weight based on the total weight of the positive electrode active material layer.

또, 상기 바인더는 양극활물질 입자들 간의 부착 및 양극활물질과 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 양극활물질층 총 중량에 대하여 1중량% 내지 30중량%로 포함될 수 있다.In addition, 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.

한편, 양극 합재 제조에 사용되는 용매는 당해 기술분야에서 일반적으로 사용되는 용매일 수 있으며, 예를 들면, 디메틸셀폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO), 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol), N-메틸피롤리돈(NMP), 아세톤(acetone) 또는 물 등을 단독 또는 이들을 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 용매의 사용량은 슬러리의 도포 두께, 제조 수율, 점도 등을 고려하여 적절하게 조절될 수 있다.On the other hand, the solvent used for preparing the positive electrode mixture may be a solvent commonly used in the art, for example, dimethyl sulfoxide (DMSO), isopropyl alcohol, N-methylpyrrolid Money (NMP), acetone or water can be used alone or in combination. The amount of the solvent may be appropriately adjusted in consideration of the coating thickness of the slurry, production yield, viscosity, and the like.

다음으로, 본 발명에 따른 이차 전지에 대해 설명한다. Next, the secondary battery according to the present invention will be described.

본 발명에 따른 이차 전지는 양극, 상기 양극과 대향하여 위치하는 음극, 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 세퍼레이터 및 전해질을 포함하며, 이때, 상기 양극은 상술한 본 발명에 따른 양극이다. The secondary battery according to the present invention includes a positive electrode, a negative electrode positioned opposite to the positive electrode, a separator and an electrolyte interposed between the positive electrode and the negative electrode, wherein the positive electrode is the positive electrode according to the present invention described above.

한편, 상기 이차전지는 상기 양극, 음극, 세퍼레이터의 전극 조립체를 수납하는 전지용기, 및 상기 전지용기를 밀봉하는 밀봉 부재를 선택적으로 더 포함할 수 있다. On the other hand, the secondary battery may further include a battery container for storing the electrode assembly of the positive electrode, the negative electrode, the separator, and a sealing member for sealing the battery container.

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

상기 음극은 당해 기술 분야에 일반적으로 알려져 있는 통상의 음극 제조방법에 따라 제조될 수 있다. 예를 들면, 상기 음극은 음극활물질층을 구성하는 성분들, 즉, 음극활물질과, 도전재 및/또는 바인더 등을 용매에 용해 또는 분산시켜 음극 합재를 제조하고, 상기 음극 합재를 음극집전체의 적어도 일면에 도포한 후, 건조, 압연시키는 방법으로 제조하거나, 또는 상기 음극 합재를 별도의 지지체 상에 캐스팅한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 음극집전체 상에 라미네이션함으로써 제조될 수 있다.The negative electrode may be prepared according to a conventional negative electrode manufacturing method generally known in the art. For example, the negative electrode is prepared by dissolving or dispersing the components constituting the negative electrode active material layer, that is, the negative electrode active material, a conductive material, and/or a binder, in a solvent to prepare a negative electrode mixture, and the negative electrode mixture of the negative electrode current collector. After coating on at least one surface, it can be produced by drying or rolling, or by casting the negative electrode mixture on a separate support, and then laminating the film obtained by peeling from the support on the negative electrode current collector.

상기 음극집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 탄소, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또, 상기 음극 집전체는 통상적으로 3㎛ 내지 500㎛의 두께를 가질 수 있으며, 양극 집전체와 마찬가지로, 상기 집전체 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있다. 예를 들어, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The negative electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical changes in the battery. For example, copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, copper or stainless steel surfaces 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, fine irregularities may be formed on the surface of the current collector to enhance the bonding force of the negative electrode active material. For example, it can be used in various forms such as films, sheets, foils, nets, porous bodies, foams, and nonwoven fabrics.

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

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

한편, 상기 이차전지에 있어서, 세퍼레이터는 음극과 양극을 분리하고 리튬 이온의 이동 통로를 제공하는 것으로, 통상 이차전지에서 세퍼레이터로 사용되는 것이라면 특별한 제한없이 사용가능하며, 특히 전해질의 이온 이동에 대하여 저저항이면서 전해액 함습 능력이 우수한 것이 바람직하다. 구체적으로는 다공성 고분자 필름, 예를 들어 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체 및 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름 또는 이들의 2층 이상의 적층 구조체가 사용될 수 있다. 또 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포가 사용될 수도 있다. 또, 내열성 또는 기계적 강도 확보를 위해 세라믹 성분 또는 고분자 물질이 포함된 코팅된 세퍼레이터가 사용될 수도 있으며, 선택적으로 단층 또는 다층 구조로 사용될 수 있다.On the other hand, in the secondary battery, the separator separates the negative electrode from the positive electrode and provides a passage for lithium ions. If the battery is normally used as a separator in a secondary battery, it can be used without particular limitation. It is preferable that it is excellent in resistance and electrolyte-moisturizing ability. Specifically, porous polymer films such as ethylene homopolymer, propylene homopolymer, ethylene/butene copolymer, ethylene/hexene copolymer and ethylene/methacrylate copolymer, etc. A laminate structure of two or more layers of may be used. In addition, a conventional porous nonwoven 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 be used in a single-layer or multi-layer structure.

한편, 상기 전해질로는 이차전지 제조시 사용 가능한 유기계 액체 전해질, 무기계 액체 전해질, 고체 고분자 전해질, 겔형 고분자 전해질, 고체 무기 전해질, 용융형 무기 전해질 등을 사용될 수 있으나, 이들로 한정되는 것은 아니다. Meanwhile, as the electrolyte, an organic liquid electrolyte, an inorganic liquid electrolyte, a solid polymer electrolyte, a gel polymer electrolyte, a solid inorganic electrolyte, a molten inorganic electrolyte, and the like that can be used in manufacturing a secondary battery may be used, but are not limited thereto.

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

상기 유기 용매로는 전지의 전기 화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 할 수 있는 것이라면 특별한 제한없이 사용될 수 있다. 구체적으로 상기 유기 용매로는, 메틸 아세테이트(methyl acetate), 에틸 아세테이트(ethyl acetate), γ-부티로락톤(γ-butyrolactone), ε-카프로락톤(ε-caprolactone) 등의 에스테르계 용매; 디부틸 에테르(dibutyl ether) 또는 테트라히드로퓨란(tetrahydrofuran) 등의 에테르계 용매; 시클로헥사논(cyclohexanone) 등의 케톤계 용매; 벤젠(benzene), 플루오로벤젠(fluorobenzene) 등의 방향족 탄화수소계 용매; 디메틸카보네이트(dimethylcarbonate, DMC), 디에틸카보네이트(diethylcarbonate, DEC), 메틸에틸카보네이트(methylethylcarbonate, MEC), 에틸메틸카보네이트(ethylmethylcarbonate, EMC), 에틸렌카보네이트(ethylene carbonate, EC), 프로필렌카보네이트(propylene carbonate, PC) 등의 카보네이트계 용매; 에틸알코올, 이소프로필 알코올 등의 알코올계 용매; Ra-CN(Ra는 탄소수 2 내지 20의 직쇄상, 분지상 또는 환 구조의 탄화수소기이며, 이중결합 방향 환 또는 에테르 결합을 포함할 수 있다) 등의 니트릴류; 디메틸포름아미드 등의 아미드류; 1,3-디옥솔란 등의 디옥솔란류; 또는 설포란(sulfolane)류 등이 사용될 수 있다. 이중에서도 카보네이트계 용매가 바람직하고, 전지의 충방전 성능을 높일 수 있는 높은 이온전도도 및 고유전율을 갖는 환형 카보네이트(예를 들면, 에틸렌카보네이트 또는 프로필렌카보네이트 등)와, 저점도의 선형 카보네이트계 화합물(예를 들면, 에틸메틸카보네이트, 디메틸카보네이트 또는 디에틸카보네이트 등)의 혼합물이 보다 바람직하다. 이 경우 환형 카보네이트와 사슬형 카보네이트는 약 1 : 1 내지 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-based solvents such as ethyl alcohol and isopropyl alcohol; Nitriles such as Ra-CN (Ra 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 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 0.1M 내지 2.0M 범위 내에서 사용하는 것이 좋다. 리튬염의 농도가 상기 범위에 포함되면, 전해질이 적절한 전도도 및 점도를 가지므로 우수한 전해질 성능을 나타낼 수 있고, 리튬 이온이 효과적으로 이동할 수 있다.The lithium salt may be used without particular limitation as long as it is a compound capable of providing lithium ions used in 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 0.1M to 2.0M. When the concentration of the lithium salt is included in the above range, since the electrolyte has an appropriate conductivity and viscosity, it can exhibit excellent electrolyte performance, and lithium ions can 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, 디플루오로에틸렌 카보네이트 등과 같은 할로알킬렌 카보네이트계 화합물; 또는 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사인산 트리아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌글리콜 디알킬에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시에탄올 또는 삼염화 알루미늄 등의 첨가제가 1종 이상 더 포함될 수도 있다. 이때 상기 첨가제는 전해질 총 중량에 대하여 0.1중량% 내지 5중량%로 포함될 수 있다. In addition to the electrolyte components, the electrolyte may include haloalkylene carbonate-based compounds such as difluoroethylene carbonate or the like for the purpose of improving the life characteristics of the battery, suppressing the reduction in battery capacity, and improving the discharge capacity of the battery; Or pyridine, triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylene diamine, n-glyme, hexaphosphate triamide, nitrobenzene derivative, sulfur, quinone imine dye, N-substituted oxazolidinone, N,N -One or more additives such as substituted imidazolidine, ethylene glycol dialkyl ether, ammonium salt, pyrrole, 2-methoxyethanol or aluminum trichloride may be 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 양극활물질을 포함하는 이차전지는 고 전압하에서도 우수한 용량 특성 및 안정성을 가져, 휴대전화, 노트북 컴퓨터, 디지털 카메라 등의 휴대용 기기, 및 하이브리드 전기자동차(hybrid electric vehicle, HEV) 등의 전기 자동차 분야 등에 유용하게 적용될 수 있다. As described above, the secondary battery including the positive electrode active material according to the present invention has excellent capacity characteristics and stability even under high voltage, portable devices such as mobile phones, notebook computers, digital cameras, and hybrid electric vehicles (HEVs). ) Can be usefully applied to the electric vehicle field.

또한, 본 발명에 따른 이차전지는 전지모듈의 단위셀로 사용될 수 있으며, 상기 전지모듈은 전지팩에 적용될 수 있다. 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.In addition, the secondary battery according to the present invention can be used as a unit cell of a battery module, and the battery module can be applied to a battery pack. 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 source for any one or more medium-to-large devices in a power storage system.

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.

실시예 Example

Ni0.65Co0.2Mn0.15(OH)2와 Li2CO3를 Li : 총 전이금속의 원자 비율이 1.07 : 1 이 되도록 알루미나 도가니에 넣은 후, 산소 분위기에서 750℃로 5시간 동안 유지하고, 850℃로 10시간 동안 소성하여 리튬 복합금속 산화물을 제조하였다. 제조된 리튬 복합 금속 산화물을 유발을 이용하여 분쇄한 다음, 리튬 복합금속 산화물 100중량부에 Co(OH)2를 1중량부를 첨가하여 혼합한다. 혼합된 분말을 대기 분위기에서 350℃로 7시간 동안 열처리하였다. 그런 다음, 상기 열처리된 분말을 유발 분쇄한 후 325mesh 를 이용하여 분급하여 최종 양극 활물질을 제조하였다.Ni 0.65 Co 0.2 Mn 0.15 (OH) 2 and Li 2 CO 3 were placed in an alumina crucible such that the atomic ratio of Li:total transition metal was 1.07:1, and maintained at 750°C in an oxygen atmosphere for 5 hours, 850°C It was fired for 10 hours to prepare a lithium composite metal oxide. The prepared lithium composite metal oxide is pulverized using a mortar, and then 1 part by weight of Co(OH) 2 is added to 100 parts by weight of the lithium composite metal oxide and mixed. The mixed powder was heat-treated at 350°C for 7 hours in an atmosphere. Then, the resultant heat-treated powder was pulverized and then classified using 325 mesh to prepare a final positive electrode active material.

상기와 같이 제조된 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. 그런 다음, 상기 양극을 이용하여 코인 하프 셀 전지를 제조하였다. A positive electrode mixture (viscosity: 5000 mPa·s) was prepared by mixing the positive electrode active material, carbon black conductive material, and PVdF binder prepared as described above in a ratio of 95:2.5:2.5 in a weight ratio in N-methylpyrrolidone solvent. After coating on one side of the aluminum current collector, dried at 130° C., and rolled to prepare an anode. Then, a coin half cell battery was manufactured using the positive electrode.

비교예 1Comparative Example 1

Ni0 . 65Co0 . 2Mn0 .15(OH)2와 Li2CO3를 Li : 총 전이금속의 원자 비율이 1.05 : 1이 되도록 혼합한 점을 제외하고는, 실시예와 동일한 방법으로 양극 활물질, 양극 및 코인 하프셀 전지를 제조하였다.Ni 0 . 65 Co 0 . 2 Mn 0 .15 (OH) 2 and Li 2 CO 3 to Li: total of the transition metal atom ratio of 1.05: 1, the positive electrode in the same manner as in Example, except for a mixing point so that the active material, the positive electrode, and the coin-half Cell cells were prepared.

비교예 2Comparative Example 2

열처리 온도가 300℃인 점을 제외하고는, 실시예와 동일한 방법으로 양극 활물질, 양극 및 코인 하프셀 전지를 제조하였다.A positive electrode active material, a positive electrode, and a coin half-cell battery were manufactured in the same manner as in Example, except that the heat treatment temperature was 300°C.

비교예 3Comparative Example 3

열처리 온도가 400℃인 점을 제외하고는, 실시예와 동일한 방법으로 양극 활물질, 양극 및 코인 하프셀 전지를 제조하였다.A positive electrode active material, a positive electrode, and a coin half-cell battery were manufactured in the same manner as in Example, except that the heat treatment temperature was 400°C.

비교예 4Comparative Example 4

Co(OH)2 대신 H3BO3를 사용한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 양극 활물질, 양극 및 코인 하프셀 전지를 제조하였다. A positive electrode active material, a positive electrode, and a coin half-cell battery were prepared in the same manner as in Example 1, except that H 3 BO 3 was used instead of Co(OH) 2 .

실험예 1 Experimental Example 1

실시예 및 비교예 4에 의해 제조된 양극 활물질을 SEM 사진으로 촬영하였다. 도 1에는 실시예의 양극 활물질의 사진이, 도 2에는 비교예 4의 양극 활물질의 사진이 도시되어 있다.The positive electrode active material prepared by Example and Comparative Example 4 was photographed by SEM. 1 shows a photo of the positive electrode active material of the embodiment, and FIG. 2 shows a photo of the positive electrode active material of Comparative Example 4.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제조 방법에 따라 제조된 실시예의 양극 활물질의 경우, 리튬 복합 금속 산화물의 표면에 입자 형태의 복합체들이 부착되어 있음을 확인할 수 있다. As shown in Figure 1, in the case of the positive electrode active material of the embodiment prepared according to the manufacturing method of the present invention, it can be confirmed that the composites in the form of particles are attached to the surface of the lithium composite metal oxide.

이에 비해, 도 2에 도시된 바와 같이, 보론 코팅된 비교예 4의 양극 활물질의 표면에는 입자 형태의 복합체가 존재하지 않는다. On the other hand, as shown in Figure 2, the surface of the positive electrode active material of the boron-coated Comparative Example 4 does not have a composite in the form of particles.

실험예 2 - 충방전 특성 평가Experimental Example 2-Evaluation of charge/discharge characteristics

실시예 및 비교예 1 ~ 4에 의해 제조된 코인 하프셀 전지를 25℃에서 3.0V에서 4.3V까지 0.1C/0.1C 조건으로 충방전하여 충방전 특성을 측정하였다. 측정 결과는 도 3 내지 도 5에 도시하였다. The coin half-cell batteries prepared in Examples and Comparative Examples 1 to 4 were charged and discharged at 25C to 3.0V to 4.3V under 0.1C/0.1C conditions to measure charge/discharge characteristics. Measurement results are shown in FIGS. 3 to 5.

도 3은 실시예 및 비교예 1에 따라 제조된 전지의 충방전 특성을 비교한 그래프이며, 도 4는 실시예, 비교예 2 및 3에 따라 제조된 전지의 충방전 특성을 비교한 그래프이고, 도 5는 실시예 및 비교예 4에 따라 제조된 전지의 충방전 특성을 비교한 그래프이다.Figure 3 is a graph comparing the charge and discharge characteristics of the battery prepared according to Example and Comparative Example 1, Figure 4 is a graph comparing the charge and discharge characteristics of the battery prepared according to Examples, Comparative Examples 2 and 3, 5 is a graph comparing the charge and discharge characteristics of the battery prepared according to Example and Comparative Example 4.

도 3 내지 도 5를 통해, 본 발명의 방법에 따라 제조된 양극 활물질을 사용한 전지의 경우, 비교예 1 ~ 4에 의해 제조된 전지들에 비해 고전압 하에서 더 높은 출력 특성을 가짐을 확인할 수 있다.3 to 5, in the case of a battery using a positive electrode active material prepared according to the method of the present invention, it can be seen that it has a higher output characteristic under high voltage than the batteries produced by Comparative Examples 1 to 4.

실험예 3 - 사이클 특성 평가Experimental Example 3-Evaluation of cycle characteristics

실시예 및 비교예 1 ~ 3에 의해 제조된 코인 하프셀 전지를 25℃에서 충전 종지 전압 4.3V, 방전 종지 전압 3V, 0.5C/1.0C 조건으로 50사이클 충방전을 실시하면서 방전 용량(mAh/g)을 측정하였다 측정 결과는 도 6 및 7에 도시하였다. Discharge capacity (mAh/) of the coin half-cell battery prepared in Examples and Comparative Examples 1 to 3 at 25° C. while performing 50 cycles of charging and discharging under the conditions of a charge termination voltage of 4.3 V, a discharge termination voltage of 3 V, and 0.5 C/1.0 C. g) was measured The measurement results are shown in FIGS. 6 and 7.

도 6은 실시예 및 비교예 1에 따라 제조된 전지의 사이클 수에 따른 방전 용량을 비교한 그래프이며, 도 7은 실시예 및 비교예 2, 3에 따라 제조된 전지의 사이클 수에 따른 방전 용량을 비교한 그래프이다.6 is a graph comparing the discharge capacity according to the number of cycles of the battery manufactured according to Examples and Comparative Examples 1, and FIG. 7 is a discharge capacity according to the number of cycles of the batteries manufactured according to Examples and Comparative Examples 2 and 3 It is a graph comparing.

도 6 및 도 7을 통해, 본 발명의 방법에 따라 제조된 실시예의 전지의 경우, 전 사이클에서 비교예 1 ~ 3의 전지에 비해 높은 방전 용량을 나타냄을 확인할 수 있다. 6 and 7, it can be seen that in the case of the battery of the embodiment prepared according to the method of the present invention, it exhibits a higher discharge capacity than the batteries of Comparative Examples 1 to 3 in all cycles.

Claims (12)

하기 화학식 1로 표시되는 리튬 복합 금속 산화물을 준비하는 단계; 및
[화학식 1]
Lix[NiaCobMnc]O2
(상기 화학식 1에서, 0.6≤a<1, 0<b≤0.3, 0<c≤0.3, a+b+c=1, 1.07≤x≤1.09임.)
상기 리튬 복합 금속 산화물과 코발트 함유 원료 물질을 혼합한 후 300℃ 초과 400℃ 미만의 온도로 열처리하는 단계를 포함하는 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
Preparing a lithium composite metal oxide represented by the following Chemical Formula 1; And
[Formula 1]
Li x [Ni a Co b Mn c ]O 2
(In Formula 1, 0.6≤a<1, 0<b≤0.3, 0<c≤0.3, a+b+c=1, 1.07≤x≤1.09.)
A method of manufacturing a positive electrode active material for a secondary battery, comprising mixing the lithium composite metal oxide and the cobalt-containing raw material and heat-treating the mixture at a temperature of 300°C or higher and less than 400°C.
제1항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 리튬 복합 금속 산화물을 준비하는 단계는, 니켈, 코발트, 망간을 포함하는 전이금속 전구체와 리튬 함유 원료 물질을 리튬 : 전이금속의 원자비가 1.07:1 내지 1.09:1이 되도록 혼합하고 600℃ 내지 900℃에서 소성하는 방법으로 수행되는 것인 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
According to claim 1,
The step of preparing the lithium composite metal oxide represented by Chemical Formula 1 includes mixing a transition metal precursor containing nickel, cobalt, and manganese and a lithium-containing raw material such that the atomic ratio of lithium:transition metal is 1.07:1 to 1.09:1. And it is carried out by a method of firing at 600 ℃ to 900 ℃ method for producing a positive electrode active material for a secondary battery.
제2항에 있어서,
상기 전이금속 전구체는 하기 화학식 2로 표시되는 것인 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
[화학식 2]
NidCoeMnf(OH)2
상기 화학식 2에서 0.6≤d<1, 0<e≤0.3, 0<f≤0.3, d+e+f=1임.
According to claim 2,
The transition metal precursor is a method for producing a positive electrode active material for a secondary battery represented by the following formula (2).
[Formula 2]
Ni d Co e Mn f (OH) 2
In Chemical Formula 2 0.6≤d<1, 0<e≤0.3, 0<f≤0.3, d+e+f=1.
제2항에 있어서,
상기 소성은 산소 분위기 하에서 수행되는 것인 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
According to claim 2,
The firing is a method for producing a positive electrode active material for a secondary battery that is performed under an oxygen atmosphere.
제2항에 있어서,
상기 소성은 700℃ 내지 800℃에서 수행되는 1차 소성 단계 및 800℃ 내지 900℃에서 수행되는 2차 소성 단계를 포함하는 것인 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
According to claim 2,
The firing method comprising a primary firing step performed at 700°C to 800°C and a secondary firing step performed at 800°C to 900°C.
제1항에 있어서,
상기 열처리 단계에서, 상기 코발트 함유 원료 물질은 리튬 복합 금속 산화물 100중량부에 대하여 0.8 내지 1.2중량부로 혼합되는 것인 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
According to claim 1,
In the heat treatment step, the cobalt-containing raw material is a method of manufacturing a positive electrode active material for a secondary battery that is mixed with 0.8 to 1.2 parts by weight based on 100 parts by weight of lithium composite metal oxide.
제1항에 있어서,
상기 열처리하는 단계는 대기 분위기 하에서 5시간 내지 10시간동안 수행되는 것인 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
According to claim 1,
The heat-treating step is a method for producing a positive electrode active material for a secondary battery, which is performed for 5 to 10 hours under an atmospheric atmosphere.
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