KR102195729B1 - Nickel-based active material for lithium secondary battery, preparing method thereof, and lithium secondary battery including a positive electrode including the same - Google Patents

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Abstract

고립기공(closed pore)을 포함하는 다공성 내부와 외부를 포함하며, 다공성 내부의 밀도가 외부의 밀도에 비하여 작고 니켈계 활물질의 진밀도가 4.7 g/cc 이하인 리튬이차전지용 니켈계 활물질, 그 제조방법 및 이를 포함한 양극을 함유한 리튬이차전지가 개시된다.Nickel-based active material for lithium secondary batteries, which includes porous inside and outside including closed pores, and whose internal density is smaller than that of outside, and the true density of nickel-based active material is 4.7 g/cc or less, and its manufacturing method And a lithium secondary battery containing the positive electrode including the same is disclosed.

Description

리튬이차전지용 니켈계 활물질, 그 제조방법 및 이를 포함하는 양극을 함유한 리튬이차전지 {Nickel-based active material for lithium secondary battery, preparing method thereof, and lithium secondary battery including a positive electrode including the same}Nickel-based active material for lithium secondary battery, preparing method thereof, and lithium secondary battery including a positive electrode including the same}

리튬이차전지용 니켈계 활물질, 그 제조방법 및 이를 포함하는 양극을 함유한 리튬이차전지에 관한 것이다.It relates to a nickel-based active material for a lithium secondary battery, a method of manufacturing the same, and a lithium secondary battery containing a positive electrode including the same.

휴대용 전자기기, 통신기기 등이 발전함에 따라 고에너지 밀도의 리튬 이차전지에 대한 개발의 필요성이 높다. With the development of portable electronic devices and communication devices, there is a high need to develop lithium secondary batteries with high energy density.

상기 리튬이차전지의 양극 활물질로는 리튬니켈망간코발트 복합 산화물, 리튬 코발트 산화물 등이 사용된다. 그런데 이러한 양극 활물질을 이용하는 경우 충방전이 반복됨에 따라 1차 입자 단위에 발생되는 크랙으로 인하여 리튬이차전지의 장기 수명이 저하되고 저항이 증가하고 용량 특성이 만족스러운 수준에 도달하지 못하여 이에 대한 개선이 요구된다. Lithium nickel manganese cobalt composite oxide, lithium cobalt oxide, and the like are used as the positive active material of the lithium secondary battery. However, in the case of using such a positive electrode active material, the long-term life of the lithium secondary battery decreases due to cracks generated in the unit of primary particles as charging and discharging is repeated, the resistance increases, and the capacity characteristics do not reach a satisfactory level. Required.

한 측면은 충방전시 부피 변화 스트레스를 감소시켜 크랙 발생이 억제된 리튬이차전지용 니켈계 활물질을 제공하는 것이다.One aspect is to provide a nickel-based active material for lithium secondary batteries in which crack generation is suppressed by reducing the stress of volume change during charging and discharging.

다른 측면은 상술한 니켈계 활물질의 제조방법을 제공하는 것이다.Another aspect is to provide a method of manufacturing the above-described nickel-based active material.

또 다른 측면은 상술한 니켈계 활물질을 포함한 양극을 구비하여 수명 특성이 향상된 리튬이차전지를 제공하는 것이다.Another aspect is to provide a lithium secondary battery having improved life characteristics by including a positive electrode including the above-described nickel-based active material.

한 측면에 따라 According to one side

고립기공(closed pore)을 포함하는 다공성 내부와 외부를 포함하며,It includes a porous interior and an exterior including closed pores,

다공성 내부의 밀도가 외부의 밀도에 비하여 작고,The density inside the porosity is smaller than the density outside,

니켈계 활물질의 진밀도가 4.7 g/cc 이하인 리튬이차전지용 니켈계 활물질이 제공된다.A nickel-based active material for a lithium secondary battery having a true density of 4.7 g/cc or less of the nickel-based active material is provided.

다른 측면에 따라 리튬 전구체 및 금속 수산화물의 혼합물을 산화성 가스 분위기하에서 600 내지 800℃에서 1차 열처리하는 단계를 포함하여 상술한 니켈계 활물질을 제조하는 리튬이차전지용 니켈계 활물질의 제조방법이 제공된다.In accordance with another aspect, there is provided a method of manufacturing a nickel-based active material for a lithium secondary battery, including the step of performing a primary heat treatment at 600 to 800° C. in an oxidizing gas atmosphere in a mixture of a lithium precursor and a metal hydroxide.

상기 1차 열처리하는 단계 이전에 리튬 전구체 및 금속 수산화물의 혼합물을 산화성 가스 분위기에서 400 내지 700℃에서 1 내지 3시간 동안 전처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.Prior to the step of performing the first heat treatment, it may further include pre-treating the mixture of the lithium precursor and the metal hydroxide at 400 to 700° C. for 1 to 3 hours in an oxidizing gas atmosphere.

또 다른 측면에 따라 상술한 리튬이차전지용 니켈계 활물질을 포함한 양극을 함유한 리튬이차전지가 제공된다.According to another aspect, a lithium secondary battery containing a positive electrode including the above-described nickel-based active material for a lithium secondary battery is provided.

일구현예에 따른 리튬이차전지용 니켈계 활물질을 이용하면, 충방전시 크랙 발생이 억제되고 외부의 밀도가 높아져 고온에서 전해액과의 부반응이 억제되어 수명이 개선된 리튬이차전지를 제작할 수 있다.When the nickel-based active material for a lithium secondary battery according to an embodiment is used, the occurrence of cracks during charging and discharging is suppressed and the external density is increased, so that side reactions with the electrolyte at high temperatures are suppressed, and thus a lithium secondary battery with improved life can be manufactured.

도 1a은 플레이트 입자의 형상을 나타낸 모식도이다.
도 1b는 일구현예에 따른 니켈계 활물질 이차 입자에서 방사형의 정의를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일구현예에 따른 리튬이차전지의 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3a 내지 도 3e는 각각 실시예 1, 실시예 2, 비교예 1 비교예 2 및 비교예 3에 따라 제조된 니켈계 활물질에 대한 전자주사현미경(SEM) 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 4a 내지 도 4c는 각각 제작예 1 및 비교제작예 1-2에 따라 제조된 코인셀에서 양극의 단면에 대한 전자주사현미경 사진이다.
도 5a는 실시예 1의 이차입자 표면부에서 플레이트 형상을 갖는 니켈계 활물질 일차 입자의 면 방향과 두께 방향의 길이에 대한 SEM 분석 사진이다.
도 5b는 실시예 1의 이차입자 단면부에서 플레이트 형상을 갖는 니켈계 활물질 일차 입자의 면 방향과 두께 방향의 길이에 대한 SEM 분석 사진이다.
1A is a schematic diagram showing the shape of plate particles.
1B is a view for explaining the definition of a radial type in secondary particles of a nickel-based active material according to an exemplary embodiment.
2 schematically shows the structure of a lithium secondary battery according to an embodiment.
3A to 3E show electron scanning microscope (SEM) analysis results of nickel-based active materials prepared according to Example 1, Example 2, Comparative Example 1, Comparative Example 2, and Comparative Example 3, respectively.
4A to 4C are electron scanning micrographs of a cross section of an anode in a coin cell manufactured according to Preparation Example 1 and Comparative Preparation Example 1-2, respectively.
5A is a SEM analysis photograph of the lengths in the plane direction and the thickness direction of the nickel-based active material primary particles having a plate shape on the surface of the secondary particles of Example 1. FIG.
5B is a SEM analysis photograph of the lengths in the plane direction and the thickness direction of the nickel-based active material primary particles having a plate shape in the cross-section of the secondary particles of Example 1. FIG.

첨부된 도면들을 참조하면서 이하에서 예시적인 리튬이차전지용 니켈계 활물질, 그 제조방법과 이를 포함한 양극을 구비한 리튬이차전지에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, an exemplary nickel-based active material for a lithium secondary battery, a method of manufacturing the same, and a lithium secondary battery having a positive electrode including the same will be described in more detail below with reference to the accompanying drawings.

고립기공(closed pore)을 포함하는 다공성 내부와, 외부를 포함하며, 다공성 내부의 밀도가 외부의 밀도에 비하여 작고 니켈계 활물질의 진밀도가 4.7 g/cc 이하인 리튬이차전지용 니켈계 활물질이 제공된다. A nickel-based active material for lithium secondary batteries is provided that includes a porous interior and an exterior including closed pores, and the internal density of the porous material is smaller than that of the exterior, and the true density of the nickel-based active material is 4.7 g/cc or less. .

일구현예에 따른 니켈계 활물질은 고립기공을 갖고 있어 충방전시 부피 팽창으로 인하여 크랙이 발생되는 것을 억제할 수 있게 된다. 고립기공은 닫힌 기공으로서 기공의 벽면이 모두 닫힌 구조로 형성되어 전해액 및 이차입자 표면부와 접촉되지 않은 독립 기공이다. 이러한 닫힌 기공이 존재할 때, 니켈계 활물질과 전해액의 접촉면적이 증가하지 않으면서도 충방전시에 일어나는 부피 변화에 대한 완충작용을 할 수 있다. 니켈계 활물질의 외부에서의 밀도가 내부에 비하여 높아짐으로써 고온에서 전해액과의 부반응을 효과적으로 억제할 수 있다.The nickel-based active material according to an embodiment has isolated pores, so that it is possible to suppress the occurrence of cracks due to volume expansion during charging and discharging. The isolated pores are closed pores and are closed pores that do not come into contact with the electrolytic solution and the secondary particle surface because all the walls of the pores are formed in a closed structure. When such closed pores are present, the contact area between the nickel-based active material and the electrolyte solution does not increase, and it can buffer a volume change occurring during charging and discharging. Since the density of the nickel-based active material from the outside is higher than that of the inside, side reactions with the electrolyte solution at high temperature can be effectively suppressed.

니켈계 활물질의 외부에는 닫힌 기공 및/또는 열린 기공이 존재할 수 있다. 니켈계 활물질은 내부에 고립 기공이 존재하여 전해질 등이 포함되기 어려운 데 반하여 니켈계 활물질의 외부에 열린 기공이 존재하는 경우, 기공 내부에 전해질 등을 함유할 수 있다.Closed pores and/or open pores may exist outside the nickel-based active material. The nickel-based active material has isolated pores therein, so that it is difficult to include an electrolyte, but when open pores are present outside the nickel-based active material, the electrolyte may contain the inside of the pores.

일구현예에 따른 니켈계 활물질의 진밀도는 예를 들어 4.50g/cc 내지 4.7g/cc, 예를 들어 4.52g/cc 내지 4.67 g/cc이다. 니켈계 활물질의 진밀도가 4.7 g/cc 초과하는 범위를 가지면, 입자내에 빈 공간이 작아서 충방전시 부피팽창 스트레스가 증가하고 충방전이 반복되면 이로 인한 부피팽창 스트레스가 누적되어 입자 크랙이 발생하여 수명 특성이 저하되거나, 기공이 있더라도 열린 기공을 함유하고 있어 니켈계 활물질과 전해액이 접촉하는 표면적이 증가하게 되어 이를 채용한 리튬이차전지의 수명 특성이 저하될 수 있다 The true density of the nickel-based active material according to an embodiment is, for example, 4.50 g/cc to 4.7 g/cc, for example, 4.52 g/cc to 4.67 g/cc. When the true density of the nickel-based active material exceeds 4.7 g/cc, the void space in the particles is small, so the volume expansion stress increases during charging and discharging, and when charging and discharging is repeated, the resulting volume expansion stress accumulates and particle cracks occur. Lifespan characteristics may be deteriorated, or even if there are pores, the surface area of contact between the nickel-based active material and the electrolyte may increase because it contains open pores, which may reduce the life characteristics of a lithium secondary battery employing them.

본 명세서에서 용어 "진밀도(net density)"는 전극 활물질의 고유한 밀도로서, 이를 보다 구체적으로 설명하면 입자와 입자 사이의 간극을 제외한 완전히 재료로 채워진 부분만의 밀도를 나타낸다. 진밀도는 고립 기공이 없다면 고체 밀도(이론밀도)와 동일한 값으로 측정된다. 그러나 고립 기공을 함유한 니켈계 활물질의 경우는 내부의 빈 공간이 생기게 되어 밀도가 저하되므로 고립기공을 함유한 고체의 밀도 값이다. 고립기공이 아닌 표면과 연결된 열린 기공(open pore)은 진밀도 값에 반영되지 않는다. 밀도는 무게를 부피로 나눈 값이나 부피를 측정하는 방법에 따라서 다양한 밀도값이 측정되며, 진밀도는 열린 기공(open pore)을 제외한 부피(고체+고립기공)를 측정하여 밀도값을 산출하는 방식이다. 진밀도는 아르키메데스의 원리를 적용한 방법이나 기체 피크노미터(gas pycnometer) 를 이용하여 측정한다.In the present specification, the term "net density" refers to the inherent density of an electrode active material, and more specifically describes the density of only a portion completely filled with the material except for the gap between the particles and the particles. True density is measured as the same value as solid density (theoretical density) if there are no isolated pores. However, in the case of a nickel-based active material containing isolated pores, the density decreases due to the creation of empty spaces in the interior, so this is the density value of the solid containing the isolated pores. Open pores connected to surfaces other than isolated pores are not reflected in the true density value. Density is a value obtained by dividing the weight by volume or various density values are measured according to the method of measuring the volume, and the true density is a method of calculating the density value by measuring the volume (solid + isolated pores) excluding open pores. to be. True density is measured using a method that applies Archimedes' principle or a gas pycnometer.

본 명세서에서 용어 활물질의 "내부" 및 "외부"의 정의를 살펴보기로 한다. 용어 "내부" 및 "외부"는 활물질 중심으로부터 표면까지 모든 방향에서 동일한 비율로 분할할 때, 부피가 동일해지는 영역을 기준으로 각각 안쪽 및 내부쪽을 의미한다. 내부는 각각 활물질 총부피를 기준으로 하여 예를 들어 10 내지 90 부피%, 예를 들어 50 부피%이고, 외부는 그 나머지 영역을 말한다. 용어 "외부"는 니켈계 화합물의 중심으로부터 표면까지의 총부피 중, 최표면으로부터 30 내지 50부피%, 예를 들어 40 부피%의 영역 또는 니켈계 화합물의 중심으로부터 표면까지의 총거리 중, 니켈계 활물질의 최외각에서 2㎛ 이내의 영역을 말한다. 용어 "내부"는 니켈계 화합물의 중심으로부터 표면까지의 총부피 중, 중심으로부터 50 내지 70 부피%, 예를 들어 60 부피%의 영역 또는 니켈계 화합물의 중심으로부터 표면까지의 총거리 중, 니켈계 활물질에서 최외각에서 2㎛ 이내의 영역을 제외한 나머지 영역을 말한다. In the present specification, the definitions of the terms "inside" and "outside" of the active material will be described. The terms "inside" and "outside" mean the inner side and the inner side, respectively, based on an area in which the volume becomes the same when divided by the same ratio in all directions from the center of the active material to the surface. The interior is, for example, 10 to 90% by volume, for example, 50% by volume, based on the total volume of the active material, and the outside refers to the remaining area. The term "outer" refers to the area of 30 to 50% by volume, for example 40% by volume from the outermost surface of the total volume from the center to the surface of the nickel-based compound, or of the total distance from the center to the surface of the nickel-based compound, nickel It refers to the area within 2㎛ from the outermost part of the system. The term "inside" refers to the area of 50 to 70% by volume, for example 60% by volume from the center, of the total volume from the center to the surface of the nickel-based compound, or of the total distance from the center to the surface of the nickel-based compound. Refers to the rest of the active material except the area within 2㎛ from the outermost.

일구현예에 따른 니켈계 활물질의 내부에서 고립기공의 크기(size)는 150nm 내지 1um이고, 예를 들어 200 내지 500nm이고, 내부에서의 기공도는 3 내지 30%이다. 외부의 기공 크기는 150nm 미만, 예를 들어 100nm 이하, 예를 들어 20 내지 90nm이고, 외부에서의 기공도는 예를 들어 0.1 내지 2.5%이다. 본 명세서에서 내부 및 외부에서의 기공도는 내부 및 외부에서의 닫힌 기공도를 말한다. 내부에서의 기공도는 외부에서의 기공도 대비 약 1.2배 이상, 예를 들어 2배 이상이다. 내부에서의 기공 크기 및 기공도는 외부에서의 기공 크기 및 기공도와 비교하여 보다 크며 불규칙적이다. 니켈계 활물질에서의 내부 및 외부에서의 기공도가 상술한 범위를 충족할 때 외부에서의 밀도가 내부에 비하여 높아짐으로써 고온에서 전해액과의 부반응을 효과적으로 억제할 수 있다. 그리고 내부의 기공 크기가 외부의 경우와 비교하여 커서 같은 크기의 이차입자에서 리튬 확산 거리가 짧아지는 장점이 있고, 기공이 전해액에 노출되지 않으면서 충방전시에 일어나는 부피변화를 완화시켜주는 측면에서 유리하다. 용어 "기공 크기"는 기공이 구형 또는 원형인 경우 기공 크기는 기공의 평균직경 또는 기공의 개구 폭을 나타낸다. 기공이 타원형 등인 경우 기공 크기는 장축 길이를 나타낸다.The size of the isolated pores in the nickel-based active material according to an embodiment is 150 nm to 1 μm, for example, 200 to 500 nm, and the porosity in the inside is 3 to 30%. The external pore size is less than 150 nm, such as 100 nm or less, such as 20 to 90 nm, and the external porosity is, for example, 0.1 to 2.5%. In this specification, the porosity inside and outside refers to the closed porosity inside and outside. The porosity inside is about 1.2 times or more, for example, 2 times or more compared to the porosity outside. The pore size and porosity inside are larger and irregular compared to the pore size and porosity outside. When the porosity inside and outside of the nickel-based active material satisfies the above-described range, the density of the outside becomes higher than that of the inside, so that side reactions with the electrolyte solution at a high temperature can be effectively suppressed. In addition, the internal pore size is larger than that of the external case, so that the lithium diffusion distance is shortened in secondary particles of the same size, and in terms of mitigating the volume change that occurs during charging and discharging without the pores being exposed to the electrolyte. It is advantageous. The term “pore size” refers to the average pore diameter or the opening width of the pores when the pores are spherical or circular. If the pores are elliptical, the pore size indicates the length of the major axis.

상기 니켈계 활물질은 플레이트형 입자(plate particle)를 포함하며, 플레이트형 입자의 장축이 방사형 방향으로 배열된다. 이때 리튬이 출입할 수 있는 면 ((001) 면과 수직한 면)이 2차 입자 표면부에 노출된다. 상기 니켈계 활물질은 외부에는 표면쪽에서 내부쪽으로 향하는 노출기공을 가지고 내부는 불규칙 다공성 기공을 가진다. 표면에 드러난 기공은 전해액이 드나들 수 있는 노출된 기공이다. "불규칙 다공성 구조"는 기공 크기 및 형태가 규칙적이지 않고 균일성이 없는 기공을 갖는 구조를 의미한다. 불규칙 다공성 구조를 포함한 내부는 플레이트형 입자를 포함하며, 외부도 플레이트형 입자를 포함한다. 내부에서 플레이트형 입자는 외부와 달리 규칙성 없이 배열되어 있다.The nickel-based active material includes plate particles, and the major axes of the plate particles are arranged in a radial direction. At this time, the surface through which lithium can enter and exit (the surface perpendicular to the (001) surface) is exposed on the surface of the secondary particle. The nickel-based active material has exposed pores directed from the surface toward the inside on the outside and irregular porous pores on the inside. The pores exposed on the surface are exposed pores through which the electrolyte can enter and exit. "Irregular porous structure" means a structure having pores that are not regular and have no uniformity in pore size and shape. The inside including the irregular porous structure includes plate-shaped particles, and the outside also includes plate-shaped particles. Inside, the plate-like particles are arranged without regularity unlike the outside.

도 1a는 일구현예에 따른 플레이트 입자의 형상을 나타낸 모식도이다. 이를 참조하여, 플레이트 입자는 A와 같이 육각형과 같은 다각형 나노판 형상, B와 같이 나노디스크 형태, C와 같이 직육면체 형상을 가질 수 있다.1A is a schematic diagram showing the shape of plate particles according to an embodiment. With reference to this, the plate particles may have a polygonal nanoplate shape such as a hexagon like A, a nanodisk shape like B, and a rectangular parallelepiped shape like C.

도 1a에서 플레이트 입자의 두께 t는 면두께 t는 면방향의 길이 a 및/또는 b에 비하여 작다. 면방향의 길이 a는 b에 비하여 길거나 또는 동일할 수 있다. 플레이트 입자에서 두께 t가 정의된 방향을 두께 방향이라고 정의하고 길이 a, b가 함유된 방향을 면방향(길이방향)이라고 정의한다.In Fig. 1a, the thickness t of the plate particles is smaller than the surface thickness t is the length a and/or b in the plane direction. The length a in the plane direction may be longer than or equal to b. In the plate particle, the direction in which the thickness t is defined is defined as the thickness direction, and the direction containing the lengths a and b is defined as the surface direction (length direction).

본 명세서에서 "방사형"은 도 1b에 나타난 바와 같이 플레이트의 두께 (t) 방향((001) 방향)이 이차 입자에서 중심으로 향하는 방향 (R)과 수직 및 수직±0.5°의 각을 이루도록 정렬되는 것을 의미한다.In the present specification, "radial" is aligned so that the thickness (t) direction ((001) direction) of the plate forms an angle perpendicular and perpendicular to the direction (R) toward the center of the secondary particle as shown in FIG. 1B. Means that.

상기 외부와 내부를 이루는 플레이트형 입자의 평균 두께는 100 내지 200nm이고, 예를 들어 120 내지 180nm, 구체적으로 130 내지 150nm이고, 평균 길이는 150 내지 500nm이고, 예를 들어 200 내지 380nm, 구체적으로 290 내지 360nm이다. 평균 길이는 플레이트 입자의 면 방향에서 평균 장축길이와 평균 단축길이의 평균 길이를 의미한다.The average thickness of the plate-shaped particles forming the outside and the inside is 100 to 200 nm, for example, 120 to 180 nm, specifically 130 to 150 nm, and the average length is 150 to 500 nm, for example 200 to 380 nm, specifically 290 To 360 nm. The average length refers to the average length of the average major axis length and the average minor axis length in the plane direction of the plate particles.

평균 두께와 평균 길이의 비는 1:2 내지 1:10, 예를 들어 1:2.0 내지 1:5, 구체적으로 1:2.3 내지 1:2.9이다. 이와 같이 플레이트형 입자의 평균 길이 및 평균 두께가 상기 비이고, 플레이트형 입자의 크기가 작으면서 외부에서 일차입자들이 방사형으로 배열되어 있을 때, 표면쪽에 상대적으로 많은 입계 사이의 리튬 확산 통로와 외부에 리튬 전달이 가능한 결정면이 많이 노출되어 리튬 확산도가 향상되어 높은 초기효율 및 용량의 확보가 가능하다. 또한 플레이트형 입자들이 방사형으로 배열되어 있을 때 그 사이에 표면으로부터 노출된 기공역시 중심방향을 향하게 되어 표면으로부터의 리튬 확산을 촉진시킨다. 방사형으로 배열된 일차입자들에 의해 리튬 탈 삽입시 균일한 수축, 팽창이 가능하고, 리튬 탈리시 입자가 팽창하는 방향인 001 방향쪽에 기공이 존재하여 완충작용을 해 주고, 플레이트형 일차입자의 크기가 작기 때문에 수축 팽창시 크랙이 일어날 확률이 낮아지며, 내부의 기공이 추가로 부피변화를 완화시켜주어 충방전시 일차 입자간에 발생되는 크랙이 감소되어 수명 특성이 향상되고 저항증가가 줄어든다. 즉, 방사형 플레이트형 입자를 포함하여 리튬 확산을 도와주고, 리튬 충방전시의 부피 변화에 따른 스트레스를 억제시켜 크랙 발생을 억제할 뿐만 아니라 제조시 표면저항층을 줄여주며 리튬 확산 방향을 표면에 많이 노출시켜 리튬 확산에 필요한 활성 표면적을 크게 만들 수 있게 된다.The ratio of the average thickness to the average length is 1:2 to 1:10, for example 1:2.0 to 1:5, specifically 1:2.3 to 1:2.9. As such, when the average length and average thickness of the plate-shaped particles are the ratio, and when the size of the plate-shaped particles is small and the primary particles are arranged radially from the outside, the lithium diffusion path between the relatively large number of grain boundaries on the surface side and the outside Since a large number of crystal planes capable of transferring lithium are exposed, the diffusion of lithium is improved, so that high initial efficiency and capacity can be secured. In addition, when the plate-shaped particles are arranged in a radial manner, the pores exposed from the surface between them are also directed toward the center, thereby promoting lithium diffusion from the surface. By the radially arranged primary particles, uniform contraction and expansion are possible when lithium is removed, and pores exist in the direction 001, which is the direction in which the particles expand when lithium is removed, providing a buffering function, and the size of the plate-shaped primary particles. Because is small, the probability of cracking during contraction and expansion decreases, and internal pores further mitigate volume change, thereby reducing cracks generated between primary particles during charging and discharging, improving lifespan characteristics and reducing resistance increase. In other words, it includes radial plate-shaped particles to help lithium diffusion, suppresses the occurrence of cracks by suppressing the stress caused by volume changes during lithium charging and discharging, and reduces the surface resistance layer during manufacture, and increases the lithium diffusion direction on the surface. By exposure, the active surface area required for lithium diffusion can be made large.

상기 니켈계 활물질은 하기 화학식 1로 표시되는 활물질이다.The nickel-based active material is an active material represented by Formula 1 below.

[화학식 1][Formula 1]

Lia(Ni1-x-y-zCoxMnyMz)O2 Li a (Ni 1-xyz Co x Mn y M z ) O 2

상기 화학식 1 중, M은 보론(B), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 철(Fe), 구리(Cu), 지르코늄(Zr) 및 알루미늄(Al)으로 이루어진 그룹에서 선택되는 원소이고, 0.95≤a≤1.3, x≤(1-x-y-z), y≤(1-x-y-z), z≤(1-x-y-z), 0<x<0.5, 0<y<0.5, 0≤z<0.5이다. 이와 같이 화학식 1의 니켈계 활물질에서는 니켈의 함량이 코발트의 함량에 비하여 크고 니켈의 함량이 망간의 함량에 비하여 크다. 화학식 1에서 0.95≤a≤1.3, 0<x≤0.3이고, 0<y<0.5, 0≤z≤0.05, 0.5≤(1-x-y-z)≤0.95이다. 상기 화학식 1에서 a는 예를 들어 1 내지 1.1이고, x는 0.1 내지 0.3이고, y는 0.05 내지 0.3이다. 일구현예에 의하면, 상기 화학식 1에서 z은 0이다. 다른 일구현예에 의하면, 상기 화학식 1에서 0<z≤0.05인 경우 M은 알루미늄일 수 있다.In Formula 1, M is boron (B), magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), iron (Fe ), copper (Cu), zirconium (Zr), and aluminum (Al), and 0.95≤a≤1.3, x≤(1-xyz), y≤(1-xyz), z≤( 1-xyz), 0<x<0.5, 0<y<0.5, 0≤z<0.5. As described above, in the nickel-based active material of Formula 1, the content of nickel is larger than that of cobalt and the content of nickel is larger than that of manganese. In Formula 1, 0.95≤a≤1.3, 0<x≤0.3, and 0<y<0.5, 0≤z≤0.05, 0.5≤(1-x-y-z)≤0.95. In Formula 1, a is, for example, 1 to 1.1, x is 0.1 to 0.3, and y is 0.05 to 0.3. According to an embodiment, in Chemical Formula 1, z is 0. According to another embodiment, when 0<z≤0.05 in Formula 1, M may be aluminum.

상기 니켈계 활물질에서 니켈의 함량은 전이금속 총1몰을 기준으로 하여 니켈의 함량이 다른 각각의 전이금속에 비하여 크다. 이와 같이 니켈의 함량이 큰 니켈계 활물질을 이용하면 이를 포함한 양극을 채용한 리튬이차전지를 이용할 시 리튬 확산도가 높으며, 전도도가 좋고, 동일전압에서 더 높은 용량을 얻을 수 있으나, 위에서 서술한 수명시 크랙이 발생하여 수명특성이 저하되는 문제가 있다. The content of nickel in the nickel-based active material is larger than that of each of the other transition metals, based on a total of 1 mol of the transition metal. When using a nickel-based active material with a large amount of nickel as described above, lithium diffusivity is high, conductivity is good, and a higher capacity can be obtained at the same voltage when using a lithium secondary battery employing a positive electrode including the same. There is a problem that a crack occurs and life characteristics are deteriorated.

상기 니켈계 활물질은 LiNi0 . 6Co0 . 2Mn0 . 2O2, LiNi0 . 5Co0 . 2Mn0 . 3O2, LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2, LiNi0 . 8Co0 . 1Mn0 . 1O2, 또는 LiNi0 . 85Co0 . 1Al0 . 05O2이다.The nickel-based active material is LiNi 0 . 6 Co 0 . 2 Mn 0 . 2 O 2 , LiNi 0 . 5 Co 0 . 2 Mn 0 . 3 O 2 , LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , LiNi 0 . 8 Co 0 . 1 Mn 0 . 1 O 2 , or LiNi 0 . 85 Co 0 . 1 Al 0 . 05 O 2

상기 니켈계 활물질의 전체적인 기공도는 1 내지 8%, 예를 들어 1.5 내지 7.3%이다. 니켈계 활물질에서 외부의 기공도(porosity)는 내부의 기공도에 비하여 작다. 외부의 닫힌 기공도(closed porosity)는 0.1 내지 2.5%, 예를 들어 0.1 내지 2%이고, 내부의 닫힌 기공도는 3 내지 30%이다. 용어 "닫힌 기공도"는 총 기공의 부피 대비 닫힌 기공(전해액이 침투할 수 없는 기공)의 분율을 의미한다. The overall porosity of the nickel-based active material is 1 to 8%, for example, 1.5 to 7.3%. In the nickel-based active material, the external porosity is smaller than the internal porosity. The outer closed porosity is 0.1 to 2.5%, for example 0.1 to 2%, and the inner closed porosity is 3 to 30%. The term "closed porosity" means the fraction of closed pores (pores through which an electrolyte cannot penetrate) relative to the volume of total pores.

이하, 일구현예에 따른 니켈계 활물질의 제조방법을 살펴보기로 한다.Hereinafter, a method of manufacturing a nickel-based active material according to an embodiment will be described.

리튬 전구체 및 금속 수산화물을 일정 몰비로 혼합하고 이를 600 내지 800℃에서 1차 열처리하는 단계를 포함하여 니켈계 활물질을 제조할 수 있다.A nickel-based active material may be prepared by mixing a lithium precursor and a metal hydroxide at a predetermined molar ratio and performing a first heat treatment at 600 to 800°C.

1차 열처리를 실시하기 이전에 산화성 가스 분위기하에서 400 내지 700℃에서 1 내지 3시간 동안 전처리 과정을 거치는 것이 목적하는 진밀도와 치밀도 특성을 갖는 니켈계 활물질을 얻을 수 있다. 전처리 과정은 예를 들어 650℃에서 2시간 동안 실시할 수 있다. It is possible to obtain a nickel-based active material having the desired true density and density characteristics by performing a pretreatment process at 400 to 700°C for 1 to 3 hours in an oxidizing gas atmosphere before performing the first heat treatment. The pretreatment process can be carried out, for example, at 650° C. for 2 hours.

상기 금속 수산화물은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물일 수 있다.The metal hydroxide may be a compound represented by Formula 2 below.

[화학식 2][Formula 2]

(Ni1 -x-y- zCoxMnyMz)OH2 (Ni 1 -xy- z Co x Mn y M z ) OH 2

상기 화학식 2 중, M은 보론(B), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 철(Fe), 구리(Cu), 지르코늄 (Zr) 및 알루미늄(Al)으로 이루어진 그룹에서 선택되는 원소이고, x≤(1-x-y-z), y≤(1-x-y-z), z≤(1-x-y-z), 0 <x<1, 0≤y<1, 0≤z<1이다. 화학식 2에서, 0<x≤0.3이고, 0≤y≤0.5, 0≤z≤0.05, 0.5≤(1-x-y-z) ≤0.95이다. 상기 화학식 2의 금속 수산화물은 예를 들어 Ni0 . 6Co0 . 2Mn0 . 2OH2, Ni0 . 5Co0 . 2Mn0 . 3OH2, Ni1 / 3Co1 / 3Mn1 / 3OH2, Ni0 . 8Co0 . 1Mn0 . 1OH2 등이 있다.In Formula 2, M is boron (B), magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), iron (Fe ), copper (Cu), zirconium (Zr), and aluminum (Al), and x≤(1-xyz), y≤(1-xyz), z≤(1-xyz), 0 <x<1, 0≤y<1, and 0≤z<1. In Formula 2, 0<x≤0.3, 0≤y≤0.5, 0≤z≤0.05, 0.5≤(1-xyz) ≤0.95. The metal hydroxide of Formula 2 is, for example, Ni 0 . 6 Co 0 . 2 Mn 0 . 2 O H2 , Ni 0 . 5 Co 0 . 2 Mn 0 . 3 OH 2, Ni 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 OH 2, Ni 0. 8 Co 0 . 1 Mn 0 . 1 OH 2 and so on.

상기 리튬 전구체는 예를 들어 수산화리튬, 플루오르화리튬, 탄산리튬, 또는 그 혼합물을 사용한다. 리튬전구체와 금속 수산화물의 혼합비는 상기 화학식 2의 금속 수산화물을 제조할 수 있도록 화학양론적으로 조절된다.The lithium precursor is, for example, lithium hydroxide, lithium fluoride, lithium carbonate, or a mixture thereof. The mixing ratio of the lithium precursor and the metal hydroxide is controlled stoichiometrically so that the metal hydroxide of Formula 2 can be prepared.

상기 혼합은 건식 혼합일 수 있고, 믹서 등을 이용하여 실시할 수 있다.The mixing may be dry mixing, and may be performed using a mixer or the like.

상기 1차 열처리는 산화성 가스 분위기하에서 실시된다. 상기 산화성 가스 분위기는 산소 또는 공기와 같은 산화성 가스를 이용하며, 예를 들어 상기 산화성 가스는 산소 또는 공기 10 내지 20 부피%와 불활성가스 80-90부피%로 이루어진다. The first heat treatment is carried out in an oxidizing gas atmosphere. The oxidizing gas atmosphere uses an oxidizing gas such as oxygen or air. For example, the oxidizing gas is composed of 10 to 20% by volume of oxygen or air and 80-90% by volume of an inert gas.

1차 열처리는 리튬 전구체 및 금속 수산화물의 반응이 진행되면서 치밀화 온도 이하의 범위에서 실시하는 것이 적절하다. 여기에서 치밀화 온도는 결정화가 충분히 이루어져 활물질이 충전용량을 구현할 수 있는 온도를 의미한다. 1차 열처리는 예를 들어 600 내지 800℃, 구체적으로 700 내지 800℃에서 실시된다. It is appropriate to perform the first heat treatment in a range below the densification temperature while the reaction between the lithium precursor and the metal hydroxide proceeds. Here, the densification temperature refers to a temperature at which crystallization is sufficiently achieved so that the active material can realize a charging capacity. The primary heat treatment is performed at, for example, 600 to 800°C, specifically 700 to 800°C.

열처리 시간은 저온 열처리 온도 등에 따라 가변적이지만 예를 들어 3 내지 10시간 동안 실시한다.The heat treatment time varies depending on the low temperature heat treatment temperature, but is performed for 3 to 10 hours, for example.

상술한 조건에서 열처리를 실시하면 외부가 방사형 배열 구조를 갖고 내부가 불규칙 다공성 구조를 갖는 니켈계 활물질 입자를 제조할 수 있다. 이러한 니켈계 활물질 입자의 평균 두께는 100 내지 250nm이다. 이러한 평균 두께를 가짐으로써 충방전시의 부피 변화에 따른 스트레스를 억제할 수 있다. When the heat treatment is performed under the above-described conditions, nickel-based active material particles having a radially arranged outer structure and an irregular porous structure may be manufactured. The average thickness of the nickel-based active material particles is 100 to 250 nm. By having such an average thickness, it is possible to suppress stress due to volume change during charging and discharging.

니켈계 활물질 입자는 산화성 가스 분위기에서 2차 열처리(고온 열처리)하는 과정을 거친다. 니켈계 활물질 입자 제조시 2차 열처리 과정에서 반응기 내부 산소 분위기를 최대한 유지하여 저항층의 생성을 최대한 억제하고 입자 치밀화를 수행한다. The nickel-based active material particles undergo a secondary heat treatment (high temperature heat treatment) in an oxidizing gas atmosphere. When producing nickel-based active material particles, the oxygen atmosphere inside the reactor is maintained as much as possible during the secondary heat treatment, thereby suppressing the formation of the resistive layer as much as possible and performing particle densification.

2차 열처리는 1차 열처리에 비하여 높은 온도에서 실시하며, 예를 들어 700 내지 900℃에서 실시된다. 고온 열처리 시간은 고온 열처리 온도 등에 따라 가변적이지만 예를 들어 3 내지 10시간 동안 실시한다. 이러한 니켈계 활물질 이차 입자의 평균 입경은 2 내지 18㎛, 예를 들어 3 내지 15㎛이다. The secondary heat treatment is performed at a higher temperature than the first heat treatment, for example, at 700 to 900°C. The high-temperature heat treatment time varies depending on the high-temperature heat treatment temperature and the like, but is performed for 3 to 10 hours, for example. The nickel-based active material secondary particles have an average particle diameter of 2 to 18 μm, for example 3 to 15 μm.

상기 니켈계 활물질 입자의 고온 열처리 과정에서 티타늄, 지르코늄, 마그네슘, 바륨, 보론, 알루미늄 중에서 선택된 하나 이상을 함유한 화합물을 더 부가할 수 있다. In the high-temperature heat treatment process of the nickel-based active material particles, a compound containing at least one selected from titanium, zirconium, magnesium, barium, boron, and aluminum may be further added.

티타늄, 지르코늄, 마그네슘, 바륨, 보론 및 알루미늄 중에서 선택된 하나 이상을 함유한 화합물로는 예를 들어 산화티타늄, 산화지르코늄, 산화마그네슘, 탄산바륨, 붕산, 산화알루미늄 등을 들 수 있다.Examples of the compound containing at least one selected from titanium, zirconium, magnesium, barium, boron, and aluminum include titanium oxide, zirconium oxide, magnesium oxide, barium carbonate, boric acid, and aluminum oxide.

티타늄, 지르코늄, 마그네슘, 바륨, 보론 및 알루미늄 중에서 선택된 하나 이상을 함유한 화합물의 함량은 니켈계 활물질 이차 입자 100 중량부를 기준으로 하여, 0.0001 내지 10 중량부, 구체적으로 0.0001 내지 1 중량부, 보다 더 구체적으로 0.0005 내지 0.01 중량부이다. The content of the compound containing at least one selected from titanium, zirconium, magnesium, barium, boron, and aluminum is 0.0001 to 10 parts by weight, specifically 0.0001 to 1 part by weight, based on 100 parts by weight of the nickel-based active material secondary particles. Specifically, it is 0.0005 to 0.01 parts by weight.

티타늄, 지르코늄, 마그네슘, 바륨, 보론 및 알루미늄 중에서 선택된 하나 이상의 산화물의 존재 및 분포는 전자탐침 미량분석법(Electron Probe Micro-Analysis: EPMA)를 통하여 확인 가능하다.The presence and distribution of one or more oxides selected from titanium, zirconium, magnesium, barium, boron, and aluminum can be confirmed through Electron Probe Micro-Analysis (EPMA).

활물질이 방전될 때, 방전 말기에는 리튬의 확산 속도가 저하되고 니켈계 활물질 이차 입자의 크기가 크면 니켈계 활물질 이차 입자 내부로 리튬이 침투하는 데 저항으로 인하여 충전용량 대비 방전용량이 작아 충방전 효율이 저하될 수 있다. 그러나 일구현예에 따른 니켈계 활물질 이차 입자는 내부가 다공성 구조를 가져서 내부까지의 확산거리가 줄어드는 효과가 있고 외부는 표면쪽으로 방사형 방향으로 배열되어 표면으로 리튬이 삽입되기가 용이해진다. 그리고 니켈계 활물질 일차 입자의 크기가 작아 결정립 사이의 리튬 전달 경로를 확보하기가 쉬워진다. 그리고 일차입자의 크기가 작고 일차입자 사이의 기공이 충방전시에 일어나는 부피변화를 완화시켜 주어 충방전시 부피 변화시에 받는 스트레스가 최소화된다. When the active material is discharged, the diffusion rate of lithium decreases at the end of the discharge, and if the size of the nickel-based active material secondary particles is large, the discharge capacity is small compared to the charging capacity due to resistance to penetration of lithium into the nickel-based active material secondary particles. This can be degraded. However, the nickel-based active material secondary particles according to an embodiment have a porous structure inside, so that the diffusion distance to the inside is reduced, and the outside is arranged in a radial direction toward the surface, so that lithium can be easily inserted into the surface. In addition, the size of the primary particles of the nickel-based active material is small, making it easier to secure a lithium transfer path between crystal grains. In addition, the size of the primary particles is small, and the pores between the primary particles alleviate the volume change occurring during charging and discharging, thereby minimizing the stress received during the volume change during charging and discharging.

일구현예에 따른 니켈계 양극 활물질은 단면으로 절단한 경우 내부 및 외부의 부피비 및 면적비에 대하여 살펴 보면, 내부를 중심으로부터 약 60% 이내 영역으로 정의한다면 내부는 니켈계 활물질의 총부피를 기준으로 하여 20 내지 35부피%. 예를 들어 약 22%의 부피를 차지할 수 있다. When the nickel-based positive electrode active material according to an embodiment is cut in cross section, the internal and external volume ratios and area ratios are examined. If the interior is defined as an area within about 60% from the center, the interior is based on the total volume of the nickel-based active material. By 20 to 35% by volume. For example, it can occupy about 22% of the volume.

일구현예에 따른 니켈계 활물질 일차 입자의 c면은 방사형 방향으로 배열되어 있다. The c-plane of the primary particles of the nickel-based active material according to an embodiment is arranged in a radial direction.

일구현예에 따라 다공성이고 플레이트 입자 형태를 갖는 금속 하이드록사이드의 제조방법을 살펴보면 다음과 같다. According to an embodiment, a method of manufacturing a metal hydroxide having a porous and plate particle shape is as follows.

금속 하이드록사이드를 제조하는 방법은 특별하게 제한되지는 않지만 예를 들어 공침법, 고상법 등을 이용할 수 있다. 이하에서는 금속 하이드록사이드의 예로서 화학식 2의 화합물을 들어 공침법에 따라 제조하는 방법을 설명하기로 한다.The method of preparing the metal hydroxide is not particularly limited, but, for example, a coprecipitation method or a solid phase method may be used. Hereinafter, a method of preparing a compound of Formula 2 as an example of a metal hydroxide according to a coprecipitation method will be described.

니켈계 활물질 원료 물질인 니켈 전구체, 코발트 전구체, 망간 전구체 및 금속(M) 전구체를 용매와 혼합하여 전구체 혼합물을 얻는다.A nickel precursor, a cobalt precursor, a manganese precursor, and a metal (M) precursor, which are nickel-based active material raw materials, are mixed with a solvent to obtain a precursor mixture.

상기 니켈 전구체, 코발트 전구체, 망간 전구체 및 금속 전구체의 함량은 상기 화학식 2의 화합물을 얻을 수 있도록 화학양론적으로 제어된다.The amounts of the nickel precursor, cobalt precursor, manganese precursor, and metal precursor are stoichiometrically controlled to obtain the compound of Formula 2.

상기 용매로는 물, 에탄올, 프로판올, 부탄올 등을 사용한다. 그리고 상기 용매의 함량은 니켈 전구체, 코발트 전구체, 망간 전구체 및 금속 전구체의 총중량 100 중량부를 기준으로 하여 100 내지 2000 중량부이다. Water, ethanol, propanol, butanol, etc. are used as the solvent. And the content of the solvent is 100 to 2000 parts by weight based on 100 parts by weight of the total weight of the nickel precursor, cobalt precursor, manganese precursor, and metal precursor.

상기 전구체 혼합물에 침전제 및 pH 조절제를 부가하여 혼합물의 pH를 제어하여 공침 반응을 실시하는 단계를 거쳐 침전물을 얻는다. 혼합물의 pH는 예를 들어 11 내지 13으로 조절한다. 이렇게 얻어진 침전물을 여과 및 열처리한다. 열처리는 20 내지 160℃에서 실시하여 생성물을 건조한다. A precipitate is obtained through the step of performing a coprecipitation reaction by controlling the pH of the mixture by adding a precipitating agent and a pH adjusting agent to the precursor mixture. The pH of the mixture is adjusted to, for example, 11 to 13. The precipitate thus obtained is filtered and heat treated. Heat treatment is carried out at 20 to 160°C to dry the product.

침전제는 공침반응에서 침전물의 형성 반응 속도를 조절해주는 역할을 하며, 암모늄 하이드록사이드 (NH4OH), 시트르산(citric acid) 등이 있다. 침전제의 함량은 통상적인 수준으로 사용된다.Precipitants play a role in controlling the reaction rate of formation of precipitates in the co-precipitation reaction, and include ammonium hydroxide (NH 4 OH) and citric acid. The content of the precipitant is used at the usual level.

pH 조절제는 반응 혼합물의 6 내지 12로 조절하는 역할을 하며, 예로는 암모늄 하이드록사이드, 수산화나트륨(NaOH), 탄산나트륨(Na2CO3), 옥살산나트륨(Na2C2O4) 등을 사용한다.The pH adjuster plays a role of adjusting 6 to 12 of the reaction mixture, and examples include ammonium hydroxide, sodium hydroxide (NaOH), sodium carbonate (Na 2 CO 3 ), sodium oxalate (Na 2 C 2 O 4 ), etc. do.

니켈 전구체는 예를 들어 황산니켈, 염화니켈, 또는 질산니켈이고, 코발트 전구체는 예를 들어, 황산코발트, 염화코발트 또는 질산 코발트이고, 망간 전구체는 예를 들어 황산망간, 질산망간, 염화망간 등을 들 수 있다. 그리고 금속(M) 전구체는 예를 들어 금속 카보네이트, 금속 설페이트, 금속 나이트레이트, 금속 클로라이드 등을 들 수 있다. The nickel precursor is, for example, nickel sulfate, nickel chloride, or nickel nitrate, the cobalt precursor is, for example, cobalt sulfate, cobalt chloride or cobalt nitrate, and the manganese precursor is, for example, manganese sulfate, manganese nitrate, manganese chloride, etc. Can be lifted. And the metal (M) precursor may be, for example, metal carbonate, metal sulfate, metal nitrate, metal chloride, and the like.

이하, 일구현예에 따른 니켈계 활물질을 포함한 양극, 음극, 리튬염 함유 비수전해질, 및 세퍼레이터를 갖는 리튬이차전지의 제조방법을 기술하기로 한다.Hereinafter, a method of manufacturing a lithium secondary battery having a positive electrode, a negative electrode, a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt, and a separator including a nickel-based active material according to an exemplary embodiment will be described.

양극 및 음극은 집전체상에 양극 활물질층 형성용 조성물 및 음극 활물질층 형성용 조성물을 각각 도포 및 건조하여 제작된다. The positive electrode and the negative electrode are prepared by coating and drying a composition for forming a positive active material layer and a composition for forming a negative active material layer on a current collector, respectively.

상기 양극 활물질 형성용 조성물은 양극 활물질, 도전제, 바인더 및 용매를 혼합하여 제조되는데, 상기 양극 활물질로서 일구현예에 따른 양극 활물질을 이용한다.The composition for forming a positive electrode active material is prepared by mixing a positive electrode active material, a conductive agent, a binder, and a solvent, and the positive electrode active material according to the embodiment is used as the positive electrode active material.

상기 바인더는, 활물질과 도전제 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 양극 활물질의 총중량 100중량부를 기준으로 1 내지 50 중량부로 첨가된다. 이러한 바인더의 비제한적인 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 부타디엔 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다. 그 함량은 양극 활물질의 총중량 100 중량부를 기준으로 하여 2 내지 5 중량부를 사용한다. 바인더의 함량이 상기 범위일 때 집전체에 대한 활물질층의 결착력이 양호하다.The binder is a component that aids in bonding of an active material and a conductive agent, and bonding to a current collector, and is added in an amount of 1 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the total weight of the positive electrode active material. Non-limiting examples of such binders include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, recycled cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoro Ethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butadiene rubber, fluorine rubber, and various copolymers. The content is 2 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the total weight of the positive electrode active material. When the content of the binder is within the above range, the binding strength of the active material layer to the current collector is good.

상기 도전제로는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본계 물질; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본; 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다. The conductive agent is not particularly limited as long as it does not cause chemical change in the battery and has conductivity, and examples thereof include graphite such as natural graphite or artificial graphite; Carbon-based materials such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and thermal black; Conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; Carbon fluoride; Metal powders such as aluminum and nickel powder; Conductive whiskey such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives may be used.

상기 도전제의 함량은 양극 활물질의 총중량 100 중량부를 기준으로 하여 2 내지 5 중량부를 사용한다. 도전제의 함량이 상기 범위일 때 최종적으로 얻어진 전극의 전도도 특성이 우수하다.The content of the conductive agent is 2 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the total weight of the positive electrode active material. When the content of the conductive agent is within the above range, the finally obtained electrode has excellent conductivity properties.

상기 용매의 비제한적 예로서, N-메틸피롤리돈 등을 사용한다.As a non-limiting example of the solvent, N-methylpyrrolidone or the like is used.

상기 용매의 함량은 양극 활물질 100 중량부를 기준으로 하여 100 내지 3000 중량부를 사용한다. 용매의 함량이 상기 범위일 때 활물질층을 형성하기 위한 작업이 용이하다.The content of the solvent is 100 to 3000 parts by weight based on 100 parts by weight of the positive electrode active material. When the content of the solvent is in the above range, the operation for forming the active material layer is easy.

상기 양극 집전체는 3 내지 500 ㎛의 두께로서, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 열처리 탄소, 또는 알루미늄이나 스테리인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.The positive electrode current collector has a thickness of 3 to 500 μm, and is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical changes to the battery. For example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, heat-treated carbon, Alternatively, a surface-treated aluminum or stainless steel surface with carbon, nickel, titanium, silver, or the like may be used. The current collector may increase the adhesion of the positive electrode active material by forming fine irregularities on its surface, and various forms such as films, sheets, foils, nets, porous bodies, foams, and nonwoven fabrics are possible.

이와 별도로 음극 활물질, 바인더, 도전제, 용매를 혼합하여 음극 활물질층 형성용 조성물을 준비한다.Separately, a negative active material, a binder, a conductive agent, and a solvent are mixed to prepare a composition for forming a negative active material layer.

상기 음극 활물질은 리튬 이온을 흡장 및 방출할 수 있는 물질이 사용된다. 상기 음극 활물질의 비제한적인 예로서, 흑연, 탄소와 같은 탄소계 재료, 리튬 금속, 그 합금, 실리콘 옥사이드계 물질 등을 사용할 수 있다. 본 발명의 일구현예에 따르면 실리콘 옥사이드를 사용한다. The negative active material is a material capable of storing and releasing lithium ions. As a non-limiting example of the negative active material, a carbon-based material such as graphite and carbon, lithium metal, an alloy thereof, and a silicon oxide-based material may be used. According to an embodiment of the present invention, silicon oxide is used.

상기 바인더는 음극 활물질의 총중량 100중량부를 기준으로 1 내지 50 중량부로 첨가된다. 이러한 바인더의 비제한적인 예는 양극과 동일한 종류를 사용할 수 있다.The binder is added in an amount of 1 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the total weight of the negative active material. As a non-limiting example of such a binder, the same type as the positive electrode may be used.

도전제는 음극 활물질의 총중량 100 중량부를 기준으로 하여 1 내지 5 중량부를 사용한다. 도전제의 함량이 상기 범위일 때 최종적으로 얻어진 전극의 전도도 특성이 우수하다.The conductive agent is used in an amount of 1 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the negative active material. When the content of the conductive agent is within the above range, the finally obtained electrode has excellent conductivity properties.

상기 용매의 함량은 음극 활물질의 총중량 100 중량부를 기준으로 하여 100 내지 3000 중량부를 사용한다. 용매의 함량이 상기 범위일 때 음극 활물질층을 형성하기 위한 작업이 용이하다.The content of the solvent is 100 to 3000 parts by weight based on 100 parts by weight of the negative active material. When the content of the solvent is within the above range, the operation for forming the negative active material layer is easy.

상기 도전제 및 용매는 양극 제조시와 동일한 종류의 물질을 사용할 수 있다.The conductive agent and the solvent may be made of the same type of material as in manufacturing the positive electrode.

상기 음극 집전체로는, 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 열처리 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The negative electrode current collector is generally made to have a thickness of 3 to 500 μm. Such a negative electrode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing a chemical change in the battery, for example, copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, heat-treated carbon, copper or stainless steel. For the surface treatment with carbon, nickel, titanium, silver, etc., aluminum-cadmium alloys, etc. may be used. In addition, like the positive electrode current collector, it is possible to enhance the bonding strength of the negative electrode active material by forming fine irregularities on the surface thereof, and may be used in various forms such as films, sheets, foils, nets, porous bodies, foams, and nonwoven fabrics.

상기 과정에 따라 제작된 양극과 음극 사이에 세퍼레이터를 개재한다.A separator is interposed between the positive electrode and the negative electrode manufactured according to the above process.

상기 세퍼레이터는 기공 직경이 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛인 것을 사용한다. 구체적인 예로서, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등의 올레핀계 폴리머; 또는 유리섬유로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 세퍼레이터를 겸할 수도 있다.The separator has a pore diameter of 0.01 to 10 µm and a thickness of 5 to 300 µm. As specific examples, olefin-based polymers such as polypropylene and polyethylene; Alternatively, a sheet made of fiberglass or a nonwoven fabric is used. When a solid electrolyte such as a polymer is used as the electrolyte, the solid electrolyte may also serve as a separator.

리튬염 함유 비수계 전해질은, 비수 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 비수 전해질로는 비수 전해액, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다. The lithium salt-containing nonaqueous electrolyte is composed of a nonaqueous electrolyte and a lithium salt. As the nonaqueous electrolyte, a nonaqueous electrolyte, an organic solid electrolyte, an inorganic solid electrolyte, or the like is used.

상기 비수 전해액으로는, 비제한적인 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 감마-부티로 락톤, 1,2-디메톡시에탄, 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소란, N,N-포름아미드, N,N-디메틸포름아미드, 디옥소란, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소란 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.Examples of the non-aqueous electrolyte include, but are not limited to, N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, gamma-butyrolactone, 1,2- Dimethoxyethane, 2-methyl tetrahydrofuran, dimethylsulfoxide, 1,3-dioxolane, N,N-formamide, N,N-dimethylformamide, dioxolane, acetonitrile, nitromethane, methyl formate , Methyl acetate, phosphoric acid tryester, trimethoxy methane, dioxolane derivative, sulfolane, methyl sulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate derivative, tetrahydrofuran derivative, ether, pyro An aprotic organic solvent such as methyl pionate and ethyl propionate may be used.

상기 유기 고체 전해질로는, 비제한적인 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리불화비닐리덴 등이 사용될 수 있다.Examples of the organic solid electrolyte include, but are not limited to, polyethylene derivatives, polyethylene oxide derivatives, polypropylene oxide derivatives, phosphoric acid ester polymers, polyester sulfides, polyvinyl alcohol, polyvinylidene fluoride, and the like.

상기 무기 고체 전해질로는, 비제한적인 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.Examples of the inorganic solid electrolyte include, but are not limited to, Li 3 N, LiI, Li 5 NI 2 , Li 3 N-LiI-LiOH, LiSiO 4 , Li 2 SiS 3 , Li 4 SiO 4 , Li 4 SiO 4 Nitrides, halides, and sulfates of Li such as -LiI-LiOH and Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 may be used.

상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 비제한적인 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2) 2NLi, (FSO2) 2NLi, 리튬클로로보레이트, 저급 지방족 카르복실산 리튬, 테트라페닐 붕산 리튬 이미드 등이 사용될 수 있다.The lithium salt is a material that is soluble in the non-aqueous electrolyte, and is not limited to, for example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4 , LiBF 4 , LiB 10 Cl 10 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2, LiAsF 6, LiSbF 6, LiAlCl 4, CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2) 2 NLi, (FSO 2 ) 2 NLi, lithium chloroborate, lower aliphatic lithium carboxylate, tetraphenyl borate lithium imide, and the like can be used.

도 2는 일구현예에 따른 리튬이차전지의 대표적인 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다. 2 is a schematic cross-sectional view showing a typical structure of a lithium secondary battery according to an embodiment.

도 2를 참조하여, 리튬이차전지(20)는 양극(23), 음극(22) 및 세퍼레이터(24)를 포함한다. 상술한 양극(23), 음극(22) 및 세퍼레이터(24)가 와인딩되거나 접혀서 전지 케이스(25)에 수용된다. 이어서, 상기 전지 케이스(25)에 유기전해액이 주입되고 캡(cap) 어셈블리(26)로 밀봉되어 리튬이차전지(20)가 완성된다. 상기 전지 케이스(25)는 원통형, 각형, 박막형 등일 수 있다. 예를 들어, 상기 리튬이차전지(20)는 대형 박막형 전지일 수 있다. 상기 리튬이차전지는 리튬 이온 전지일 수 있다. 상기 양극 및 음극 사이에 세퍼레이터가 배치되어 전지구조체가 형성될 수 있다. 상기 전지구조체가 바이셀 구조로 적층된 다음, 유기 전해액에 함침되고, 얻어진 결과물이 파우치에 수용되어 밀봉되면 리튬 이온 폴리머 전지가 완성된다. 또한, 상기 전지구조체는 복수개 적층되어 전지 팩을 형성하고, 이러한 전지팩이 고용 량 및 고출력이 요구되는 모든 기기에 사용될 수 있다. 예를 들어, 노트북, 스마트 폰, 전기차량 등에 사용될 수 있다.Referring to FIG. 2, the lithium secondary battery 20 includes a positive electrode 23, a negative electrode 22, and a separator 24. The positive electrode 23, the negative electrode 22, and the separator 24 described above are wound or folded to be accommodated in the battery case 25. Subsequently, an organic electrolyte is injected into the battery case 25 and sealed with a cap assembly 26 to complete the lithium secondary battery 20. The battery case 25 may be cylindrical, rectangular, thin-film, or the like. For example, the lithium secondary battery 20 may be a large thin film type battery. The lithium secondary battery may be a lithium ion battery. A separator may be disposed between the positive electrode and the negative electrode to form a battery structure. After the battery structure is stacked in a bi-cell structure, it is impregnated with an organic electrolyte, and the resulting product is accommodated in a pouch and sealed to complete a lithium ion polymer battery. In addition, a plurality of the battery structures are stacked to form a battery pack, and such a battery pack can be used in all devices requiring high capacity and high output. For example, it can be used for laptop computers, smart phones, electric vehicles, and the like.

또한, 상기 리튬 이차 전지는 고온에서 저장 안정성, 수명특성 및 고율 특성이 우수하므로 전기차량(electric vehicle, EV)에 사용될 수 있다. 예를 들어, 플러그인하이브리드차량(plug-in hybrid electric vehicle, PHEV) 등의 하이브리드 차량에 사용될 수 있다.In addition, since the lithium secondary battery has excellent storage stability, life characteristics, and high rate characteristics at high temperatures, it can be used in an electric vehicle (EV). For example, it may be used in hybrid vehicles such as plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs).

이하의 실시예 및 비교예를 통하여 더욱 상세하게 설명된다. 단, 실시예는 예시하기 위한 것으로서 이들만으로 한정되는 것이 아니다.It will be described in more detail through the following Examples and Comparative Examples. However, the examples are for illustrative purposes and are not limited thereto.

제조예Manufacturing example 1: 복합 금속 1: composite metal 하이드록사이드의Hydroxide 제조 Produce

후술하는 공침법에 따라 실시하여 방사형이며, 다공성이고 플레이트 입자인 복합 금속 하이드록사이드(Ni0.6Co0.2Mn0.2(OH)2)를 얻었다. It was carried out according to the co-precipitation method described later to obtain a composite metal hydroxide (Ni 0.6 Co 0.2 Mn 0.2 (OH) 2 ) which is a radial, porous plate particle.

반응기에 암모니아수를 부가하고 여기에 니켈계 활물질의 원료물질을 제조하고자 하는 최종 생성물의 조성을 얻을 수 있도록 화학양론적으로 제어하면서 첨가한 수산화나트튬을 이용하여 반응기의 혼합물의 pH를 조절하였다. 다음으로 교반하면서 원하는 크기가 될 때까지 반응 후에 원료용액의 투입을 중지하고 건조하는 과정을 거쳐 목적물을 얻었다. 이 제조과정을 구체적으로 기술하면 다음과 같다.Ammonia water was added to the reactor, and the pH of the mixture of the reactor was adjusted using the added sodium hydroxide while controlling stoichiometrically so as to obtain a composition of the final product to be prepared as a raw material of the nickel-based active material. Next, stirring until the desired size was reached, the addition of the raw material solution was stopped, followed by drying to obtain the target product. This manufacturing process is described in detail as follows.

니켈계 활물질 원료 물질로서 황산니켈(NiSO4·6H2O), 황산코발트 (CoSO4·7H2O) 및 황산망간(MnSO4·H2O)을 6:2:2 몰비가 되도록 용매인 증류수에 녹여 혼합 용액을 준비하였다. 착화합물 형성을 위해 암모니아수(NH4OH) 희석액과, 침전제로서 수산화나트륨(NaOH)을 준비하였다. 이후 금속 원료 혼합용액, 암모니아수, 수산화나트륨을 각각 반응기 내부에 투입하였다. 반응기 내부의 pH를 유지하기 위해 수산화나트륨이 투입되었다. 다음으로 교반을 하면서 약 20시간 동안 반응을 실시한 후에 원료용액의 투입을 중지하였다.As a raw material for a nickel-based active material, distilled water as a solvent to make a 6:2:2 molar ratio of nickel sulfate (NiSO 4 ·6H 2 O), cobalt sulfate (CoSO 4 ·7H 2 O) and manganese sulfate (MnSO 4 ·H 2 O) Dissolved in to prepare a mixed solution. To form a complex compound, a dilute solution of aqueous ammonia (NH 4 OH) and sodium hydroxide (NaOH) as a precipitant were prepared. Thereafter, a mixed solution of metal raw materials, aqueous ammonia, and sodium hydroxide were added into the reactor, respectively. Sodium hydroxide was added to maintain the pH inside the reactor. Next, the reaction was carried out for about 20 hours while stirring, and the addition of the raw material solution was stopped.

반응기 내의 슬러리 용액을 여과 및 고순도의 증류수로 세척 후 열풍 오븐에서 24 시간 건조하여 복합 금속 하이드록사이드(Ni0.6Co0.2Mn0.2(OH)2)분말을 얻었다.The slurry solution in the reactor was filtered and washed with high-purity distilled water, and then dried in a hot air oven for 24 hours to obtain a composite metal hydroxide (Ni 0.6 Co 0.2 Mn 0.2 (OH) 2 ) powder.

제조예Manufacturing example 2: 복합 금속 2: composite metal 하이드록사이드의Hydroxide 제조 Produce

복합 금속 하이드록사이드(Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2)을 얻을 수 있도록 황산니켈, 황산코발트 및 황산망간의 함량을 변화시키고 25시간 반응시키는 것을 제외하고는, 제조예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 복합 금속 하이드록사이드(Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2)를 얻었다.In the same method as in Preparation Example 1, except that the contents of nickel sulfate, cobalt sulfate and manganese sulfate were changed and reacted for 25 hours to obtain a composite metal hydroxide (Ni 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 (OH) 2 ). Then, a composite metal hydroxide (Ni 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 (OH) 2 ) was obtained.

제조예Manufacturing example 3: 복합 금속 3: composite metal 하이드록사이드의Hydroxide 제조 Produce

다공성인 복합 금속 하이드록사이드(LiNi0.8Co0.1Mn0.1(OH)2)을 얻을 수 있도록 황산니켈, 황산코발트 및 황산망간의 함량을 변화시키고, 25시간 반응시키는 것을 제외하고는, 제조예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 방사형이며, 다공성인 복합 금속 하이드록사이드(Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)2)를 얻었다. Except for changing the content of nickel sulfate, cobalt sulfate and manganese sulfate to obtain a porous composite metal hydroxide (LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 (OH) 2 ) and reacting for 25 hours, Preparation Example 1 and By carrying out according to the same method, a radial and porous composite metal hydroxide (Ni 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 (OH) 2 ) was obtained.

제조예Manufacturing example 4: 복합 금속 4: composite metal 하이드록사이드의Hydroxide 제조 Produce

니켈계 활물질 원료 물질로서 85:10:5 몰비의 황산니켈(NiSO4·6H2O), 황산코발트 (CoSO4·7H2O) 및 질산알루미늄(Al(NO3)3·9H2O)의 혼합물을 사용하고, 18시간 반응시키는 것을 제외하고는, 제조예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 방사형이며, 다공성인 복합 금속 하이드록사이드(Ni0.85Co0.1Al0.05(OH)2)를 얻었다.As a nickel-based active material raw material, 85:10:5 molar ratio of nickel sulfate (NiSO 4 6H 2 O), cobalt sulfate (CoSO 4 7H 2 O) and aluminum nitrate (Al(NO 3 ) 3 9H 2 O) A mixture was used, and the reaction was carried out in the same manner as in Preparation Example 1, except that the reaction was performed for 18 hours to obtain a radial, porous composite metal hydroxide (Ni 0.85 Co 0.1 Al 0.05 (OH) 2 ).

제조예Manufacturing example 5: 복합 금속 5: composite metal 하이드록사이드의Hydroxide 제조 Produce

다공성인 복합 금속 하이드록사이드(Ni1/3Co1/3Mn1/33(OH)2)을 얻을 수 있도록 황산니켈, 황산코발트 및 황산망간의 함량을 변화시키고, 28시간 반응시키는 것을 제외하고는, 제조예 1과 동일하게 실시하여 방사형이며, 다공성인 플레이트 입자 형상을 갖는 복합 금속 하이드록사이드(Ni1/3Co1/3Mn1/33(OH)2)를 얻었다. Except for changing the contents of nickel sulfate, cobalt sulfate and manganese sulfate to obtain a porous composite metal hydroxide (Ni 1/3 Co 1/3 Mn 1/33 (OH) 2 ) and reacting for 28 hours Was carried out in the same manner as in Preparation Example 1 to obtain a composite metal hydroxide (Ni 1/3 Co 1/3 Mn 1/33 (OH) 2 ) having a radial and porous plate particle shape.

실시예Example 1: 니켈계 활물질 이차 입자의 제조 1: Preparation of nickel-based active material secondary particles

제조예 1에 따라 얻은 방사형이며, 다공성인 복합 금속 하이드록사이드(Ni0.6Co0.2Mn0.2(OH)2) 및 수산화리튬(LiOH)을 건식으로 1:1 몰비로 혼합하고 이를 650℃에서 약 2시간 동안 전처리를 실시하였다. 이어서, 공기 분위기에서 약 780℃에서 8시간 동안 1차 열처리를 실시하여 니켈계 활물질(LiNi0 . 6Co0 . 2Mn0 . 2O2) 입자를 얻었다. The radial and porous composite metal hydroxide (Ni 0.6 Co 0.2 Mn 0.2 (OH) 2 ) obtained according to Preparation Example 1 and lithium hydroxide (LiOH) were mixed dry in a 1:1 molar ratio, and this was mixed at 650°C for about 2 Pretreatment was carried out for hours. Then, by performing a primary heat treatment at about 780 ℃ for 8 hours in an air atmosphere, the nickel-based active material (. LiNi 0 6 Co 0. 2 Mn 0. 2 O 2) to obtain a particle.

이어서, 상기 결과물을 산소 분위기에서 약 830℃에서 6시간 동안 2차 열처리를 실시하여 니켈계 활물질(LiNi0 . 6Co0 . 2Mn0 . 2O2) 이차 입자를 얻었다. 이렇게 얻은 니켈계 활물질 입자에서 내부에는 고립기공이 존재하였다.Then, the resultant subjected to secondary heat treatment for 6 hours at about 830 ℃ in an oxygen atmosphere, a nickel-based active material (LiNi 0. 6 Co 0. 2 Mn 0. 2 O 2) to obtain a secondary particle. In the nickel-based active material particles thus obtained, there were isolated pores inside.

실시예Example 2 2

1차 열처리 조건을 750℃, 10시간으로 실시한 후, 2차 열처리 조건을 850℃ 6시간으로 변화된 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 니켈계 활물질 입자를 얻었다.Nickel-based active material particles were obtained in the same manner as in Example 1, except that the first heat treatment conditions were performed at 750°C for 10 hours, and the second heat treatment conditions were changed to 850°C for 6 hours.

비교예Comparative example 1 One

내부에 기공이 없고, 방향성이 없이 배열되어 있는 복합 금속 하이드록사이드(Ni0.6Co0.2Mn0.2(OH)2) 및 수산화리튬(LiO·H2O)을 건식으로 1:1 몰비로 혼합하고 이를 공기 분위기에서 약 870℃에서 15시간 동안 열처리를 실시하였다. 1차 열처리된 생성물을 산소 분위기에서 약 500℃에서 6시간 동안 2차 열처리를 실시하여 니켈계 활물질(LiNi0 . 6Co0 . 2Mn0 . 2O2) 이차 입자를 얻었다.The complex metal hydroxide (Ni0.6Co0.2Mn0.2(OH)2) and lithium hydroxide (LiO·H 2 O), which have no pores inside and are arranged without orientation, are dryly mixed in a 1:1 molar ratio. This was heat-treated at about 870° C. for 15 hours in an air atmosphere. A primary heat-treated product at about 500 ℃ in an oxygen atmosphere for 6 hours to conduct a secondary heat treatment to nickel-based active material (LiNi 0. 6 Co 0. 2 Mn 0. 2 O 2) to obtain a secondary particle.

비교예Comparative example 2 2

내부에 기공이 없고, 방향성이 없이 배열되어 있는 복합 금속 하이드록사이드(Ni0.6Co0.2Mn0.2(OH)2) 및 수산화리튬(LiO·H2O)을 건식으로 1:1 몰비로 혼합하고 이를 공기 분위기에서 약 890℃에서 15시간 동안 열처리를 실시하여 니켈계 활물질(LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2) 이차 입자를 얻었다.The complex metal hydroxide (Ni0.6Co0.2Mn0.2(OH)2) and lithium hydroxide (LiO·H 2 O), which have no pores inside and are arranged without orientation, are dryly mixed in a 1:1 molar ratio. This was heat-treated at about 890°C for 15 hours in an air atmosphere to obtain a nickel-based active material (LiNi 0.6 Co 0.2 Mn 0.2 O 2 ) secondary particles.

비교예Comparative example 3 3

방향성이 있고 중앙부가 치밀하며 외부는 다공성인 복합 금속 하이드록사이드(Ni0.6Co0.2Mn0.2(OH)2) 및 수산화리튬(LiO·H2O)을 건식으로 1:1 몰비로 혼합하고 이를 공기 분위기에서 약 800℃에서 6시간 동안 열처리를 실시하여 니켈계 활물질(LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2) 입자를 얻었다. 이렇게 얻은 니켈계 활물질 입자에서 내부에는 고립기공이 존재하였다. 이렇게 얻은 니켈계 활물질 입자에서 외부에는 고립되지 않은 기공이 존재하였다.A complex metal hydroxide (Ni 0.6 Co 0.2 Mn 0.2 (OH) 2 ) and lithium hydroxide (LiO·H 2 O) with a directionality, a dense central part and a porous exterior are mixed dry in a 1:1 molar ratio and air A nickel-based active material (LiNi 0.6 Co 0.2 Mn 0.2 O 2 ) particles were obtained by performing heat treatment at about 800°C for 6 hours in an atmosphere. In the nickel-based active material particles thus obtained, there were isolated pores inside. In the nickel-based active material particles thus obtained, non-isolated pores existed outside.

제작예Production example 1 One

양극 활물질로서 실시예 1에 따라 얻은 니켈계 활물질(LiNi0 . 6Co0 . 2Mn0 . 2O2) 이차 입자를 이용하여 리튬이차전지를 다음과 같이 제조하였다.Nickel-based active material obtained according to Example 1 as a positive electrode active material (LiNi 0. 6 Co 0. 2 Mn 0. 2 O 2) was prepared as follows: a lithium secondary battery using the secondary particle.

실시예 1에 따라 얻은 니켈계 활물질(LiNi0 . 6Co0 . 2Mn0 . 2O2) 이차 입자 96g, 폴리비닐리덴플루오라이드 2g 및 용매인 N-메틸피롤리돈 47g, 도전제인 카본블랙 2g의 혼합물을 믹서기를 이용하여 기포를 제거하여 균일하게 분산된 양극 활물질층 형성용 슬러리를 제조 하였다.Exemplary nickel-based active material obtained according to Example 1 (LiNi 0. 6 Co 0 . 2 Mn 0. 2 O 2) A mixture of 96 g of secondary particles, 2 g of polyvinylidene fluoride, and 47 g of N-methylpyrrolidone as a solvent and 2 g of carbon black as a conductive agent was removed by using a mixer to prepare a uniformly dispersed slurry for forming a positive electrode active material layer. .

상기 과정에 따라 제조된 슬러리를 닥터 블래이드를 사용하여 알루미늄 박상에 코팅하여 얇은 극판 형태로 만든 후, 이를 135℃에서 3시간 이상 건조시킨 후, 압연과 진공 건조 과정을 거쳐 양극을 제작하였다.The slurry prepared according to the above process was coated on an aluminum foil using a doctor blade to form a thin electrode plate, dried at 135° C. for 3 hours or more, and then subjected to rolling and vacuum drying processes to produce a positive electrode.

상기 양극과 상대극으로서 리튬 금속 대극을 사용하여 2032 타입의 코인하프셀(coin cell)을 제조하였다. 상기 양극과 리튬 금속 대극 사이에는 다공질 폴리에틸렌(PE) 필름으로 이루어진 세퍼레이터(두께: 약 16㎛)를 개재하고, 전해액을 주입하여 2032 type 코인셀을 제작하였다. 이 때, 상기 전해액은 에틸렌카보네이트(EC)와 에틸메틸카보네이트(EMC)를 3:5의 부피비로 혼합한 용매에 용해된 1.1M LiPF6가 포함된 용액을 사용하였다.A 2032 type coin cell was manufactured using a lithium metal counter electrode as the positive electrode and a counter electrode. A separator (thickness: about 16 μm) made of a porous polyethylene (PE) film was interposed between the positive electrode and the lithium metal counter electrode, and an electrolyte was injected to prepare a 2032 type coin cell. At this time, the electrolyte was a solution containing 1.1M LiPF 6 dissolved in a solvent in which ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) were mixed in a volume ratio of 3:5.

제작예Production example 2 2

실시예 1에 따라 제조된 니켈계 활물질 대신 실시예 2에 따라 제조된 니켈계 활물질을 사용한 것을 제외하고는, 제작예1과 동일한 방법에 따라 리튬이차전지를 제작하였다.A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Preparation Example 1, except that the nickel-based active material prepared according to Example 2 was used instead of the nickel-based active material prepared according to Example 1.

비교제작예Comparative Production Example 1-3 1-3

실시예 1에 따라 제조된 니켈계 활물질 대신 비교제조예 1 내지 3에 따라 제조된 니켈계 활물질을 각각 사용한 것을 제외하고는, 제작예1과 동일한 방법에 따라 리튬이차전지를 제작하였다.A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Preparation Example 1, except that nickel-based active materials prepared according to Comparative Preparation Examples 1 to 3 were respectively used instead of the nickel-based active material prepared according to Example 1.

평가예Evaluation example 1: One: 전자주사현미경Electron scanning microscope 분석 analysis

실시예 1-2 및 비교예 1-3에 따라 제조된 니켈계 활물질 입자에 대한 전자주사현미경 분석을 실시하였다. 전자주사현미경은 Magellan 400L(FEI company)을 이용하였다. 샘플 단면은 JEOL사의 CP2를 이용하여 6kV, 150uA, 4hr동안 밀링하여 전처리를 실시하였다. 그리고 전자주사현미경 분석은 350V, 3.1pA SE 조건에서 실시하였다.Electron scanning microscopy analysis was performed on the nickel-based active material particles prepared according to Example 1-2 and Comparative Example 1-3. Magellan 400L (FEI company) was used as an electron scanning microscope. The sample cross section was pretreated by milling for 6kV, 150uA, 4hr using JEOL's CP2. And the electron scanning microscope analysis was carried out under 350V, 3.1pA SE conditions.

전자주사현미경 분석 결과를 도 3a 내지 도 3e에 나타내었다. 도 3a 내지 도 3e는 각각 실시예 1, 실시예 2, 비교예 1 비교예 2 및 비교예 3에 따라 제조된 니켈계 활물질에 대한 것이다.The electron scanning microscope analysis results are shown in FIGS. 3A to 3E. 3A to 3E show nickel-based active materials prepared according to Example 1, Example 2, Comparative Example 1, Comparative Example 2, and Comparative Example 3, respectively.

이를 참조하여, 실시예 1 및 2에 따라 제조된 니켈계 활물질은 내부에 비하여 외부가 치밀한 구조를 갖는다는 것을 알 수 있었다.Referring to this, it was found that the nickel-based active material prepared according to Examples 1 and 2 had a denser structure on the outside compared to the inside.

이에 비하여 비교예 1 및 2에 따라 제조된 니켈계 활물질은 내부 및 외부가 거의 동일한 밀도를 나타냈고 실시예 1 및 2의 경우와 비교하여 내부에 기공이 거의 없는 구조인 것을 알 수 있었다. 또한 비교예 3에 따라 제조된 니켈게 활물질은 내부는 치밀하지만 외부는 다공성 구조를 갖는다 것을 알 수 있었다.In contrast, the nickel-based active material prepared according to Comparative Examples 1 and 2 showed almost the same density inside and outside, and it was found that the nickel-based active material had almost no pores inside compared to the cases of Examples 1 and 2. In addition, it was found that the nickel crab active material prepared according to Comparative Example 3 had a dense inside but a porous structure outside.

평가예Evaluation example 2: 활물질의 내부 및 외부에서의 기공도 및 기공 크기 측정 2: Measurement of porosity and pore size inside and outside the active material

실시예 1-2 및 비교예 1 및 3에 따라 제조된 니켈계 활물질 입자에서 내부 및 외부에서의 기공도 및 기공 크기를 측정하였다. 여기에서 기공도, 기공크기는 활물질 단면을 촬영한 전자주사현미경의 이미지를 이용하여 평가하였다. 전자주사현미경은 Magellan 400L(FEI company)을 이용하였다. 샘플 단면은 JEOL사의 CP2를 이용하여 6kV, 150uA, 4hr동안 밀링하여 전처리를 실시하였다. 그리고 전자주사현미경 분석은 350V, 3.1pA SE 조건에서 실시하였다. In the nickel-based active material particles prepared according to Examples 1-2 and Comparative Examples 1 and 3, the porosity and pore size inside and outside were measured. Here, porosity and pore size were evaluated using an electron scanning microscope image taken of a cross section of the active material. Magellan 400L (FEI company) was used as an electron scanning microscope. The sample cross section was pretreated by milling for 6kV, 150uA, 4hr using JEOL's CP2. And the electron scanning microscope analysis was carried out under 350V, 3.1pA SE conditions.

상기 분석 결과를 하기 표 1에 나타내었다.The analysis results are shown in Table 1 below.

구분division 내부 기공도Internal porosity 외부
기공도
Out
Porosity
내부의 기공 크기(nm)Internal pore size (nm) 외부의 기공 크기(nm)External pore size (nm)
실시예 1Example 1 30 30 22 500500 3030 비교예 1Comparative Example 1 22 2 2 3030 3030 비교예 3Comparative Example 3 22 2020 3030 3030

상기 표 1로부터 실시예 1에 따라 제조된 니켈계 활물질은 비교예 3의 니켈계 활물질과 비교하여 내부에 불규칙적인 고립기공이 분포하며, 외부는 내부보다 기공이 적고 치밀하게 형성되어있다는 것을 알 수 있었다. 반면 비교예 3의 니켈계 활물질은 내부에는 기공도가 낮으며 기공이 주로 입자의 외부에 분포하는 것을 알 수 있었다.From Table 1 above, it can be seen that the nickel-based active material prepared according to Example 1 has irregular isolated pores distributed inside, and that the outside has fewer pores than the inside and is formed more densely than the nickel-based active material of Comparative Example 3. there was. On the other hand, it was found that the nickel-based active material of Comparative Example 3 had low porosity inside and the pores were mainly distributed outside the particles.

또한 실시예 1에 따라 얻은 니켈계 활물질 이차 입자에 대한 전자주사현미경 분석을 실시하였다. 샘플 단면은 JEOL사의 CP2를 이용하여 6kV, 150uA, 4hr동안 밀링하여 전처리를 실시하였다. 그리고 전자주사현미경 분석은 350V, 3.1pA SE 조건에서 실시하였다. Further, an electron scanning microscope analysis was performed on the secondary particles of the nickel-based active material obtained according to Example 1. The sample cross section was pretreated by milling for 6kV, 150uA, 4hr using JEOL's CP2. And the electron scanning microscope analysis was carried out under 350V, 3.1pA SE conditions.

니켈계 활물질 이차 입자의 표면에 대한 SEM 분석 사진을 도 5a에 나타내었고, 단면에 대한 SEM 분석 사진을 도 5b에 나타내었다.An SEM analysis picture of the surface of the nickel-based active material secondary particle is shown in FIG. 5A, and an SEM analysis picture of the cross section is shown in FIG. 5B.

도 5a 및 도 5b를 참조하여, 니켈계 활물질 일차 입자는 대부분 플레이트 형상이 방사형으로 배열되어 있고 일부는 동그라미 영역에 나타난 바와 같이 비방사형으로 배열되어 있는 플레이트 입자가 관찰되었다. 이 때 비방사형 플레이트 입자의 함량은 방사형 플레이트 입자와 비방사형 플레이트 입자의 총중량 100 중량부를 기준으로 하여 약 3 중량%이었다. 용어 "비방사형 플레이트 입자"는 방사형으로 배열되지 않은 플레이트 입자를 지칭한다. Referring to FIGS. 5A and 5B, most of the primary particles of the nickel-based active material are radially arranged in a plate shape, and plate particles partially arranged in a non-radiative manner as shown in a circled area were observed. At this time, the content of the non-radiative plate particles was about 3% by weight based on 100 parts by weight of the total weight of the radial plate particles and the non-radiative plate particles. The term “non-radiative plate particles” refers to plate particles that are not arranged radially.

도 5a 및 도 5b의 전자주사현미경에 나타난 플레이트 입자의 상태를 참조하여 평균길이, 평균두께, 평균비율(평균길이/평균두께)을 계산하여 하기 표 1에 나타내었다. The average length, average thickness, and average ratio (average length/average thickness) were calculated with reference to the state of the plate particles shown in the scanning electron microscope of FIGS. 5A and 5B, and are shown in Table 1 below.

구분division 표면 surface 구 분division 단면 section 평균길이 (nm)Average length (nm) 290290 평균길이 (nm)Average length (nm) 360360 평균두께 (nm)Average thickness (nm) 130130 평균두께 (nm)Average thickness (nm) 150150 평균비율Average ratio 2.32.3 평균비율Average ratio 2.92.9

평가예Evaluation example 3: 활물질의 3: of the active material 진밀도True density

실시예 1-2 및 비교예 1-4에 따라 제조된 니켈계 활물질에서 진밀도를 기체 피크노미터(pycnometer)를 이용하여 평가하였다.In the nickel-based active material prepared according to Example 1-2 and Comparative Example 1-4, the true density was evaluated using a gas pycnometer.

니켈계 활물질의 전체적인 진밀도 평가 결과를 하기 표 3에 나타내었다.Table 3 shows the overall true density evaluation results of the nickel-based active material.

구분division 진밀도(g/cc)True density (g/cc) 실시예 1Example 1 4.51654.5165 실시예 2Example 2 4.66574.6657 비교예 1Comparative Example 1 4.76134.7613 비교예 2Comparative Example 2 4.77064.7706 비교예 3Comparative Example 3 4.75014.7501

표 3을 참조하여, 실시예 1 및 2의 니켈계 활물질은 내부에 고립 기공이 존재하며, 기공이 전체적으로 없는 비교예 1 및 2의 니켈계 활물질과 비교하여 진밀도가 4.7g/cc 이하로 낮아지는 것을 확인할 수 있었다. 비교예 3의 니켈계 활물질은 기공이 있지만 외부에 열린 기공을 갖는 경우이며, 이 경우에서 외부에 존재하는 경우, 열린 기공은 진밀도에 거의 영향을 주지 않음을 알 수 있었다. Referring to Table 3, the nickel-based active material of Examples 1 and 2 has isolated pores therein, and the true density is lower to 4.7 g/cc or less compared to the nickel-based active material of Comparative Examples 1 and 2 without pores as a whole. I was able to confirm the loss. It was found that the nickel-based active material of Comparative Example 3 had pores, but had pores open to the outside, and in this case, when present outside, the open pores hardly affect the true density.

평가예Evaluation example 4: 수명 특성 4: life characteristics

제작예 1 및 비교제작예 1-4에 따라 제조된 코인셀에 있어서, 먼저 0.1C에서 1회 충방전을 실시하여 화성 (formation)을 진행하고 이후 0.2C 충방전 1회로 초기 충방전 특성을 확인하고 45℃, 1C에서 50회 충방전을 반복하면서 사이클 특성을 살펴보았다. 충전시에는 CC (constant current) 모드로 시작하여 이후 CV (constant voltage)로 바꾸어서 4.3V, 0.05C 에서 컷오프되도록 셋팅을 하였으며 방전시에는 CC (constant current) 모드에서 3.0V에서 컷오프로 셋팅하였다.In the coin cell manufactured according to Production Example 1 and Comparative Production Example 1-4, first charge/discharge at 0.1C to proceed with formation and then check initial charge/discharge characteristics with 0.2C charge/discharge once. And the cycle characteristics were examined by repeating charging and discharging 50 times at 45°C and 1C. When charging, it started in CC (constant current) mode and then changed to CV (constant voltage) to cut off at 4.3V and 0.05C, and when discharging, it was set to cutoff at 3.0V in CC (constant current) mode.

수명 특성은 하기 표 4 및 도 4a 내지 도 4c에 나타내었다. 도 4a 내지 도 4c는 각각 제작예 1, 비교제작예 1-2에 따라 제조된 코인셀에서 양극의 단면에 대한 전자주사현미경 사진이다.Life characteristics are shown in Table 4 and FIGS. 4A to 4C. 4A to 4C are electron scanning micrographs of a cross section of an anode in a coin cell manufactured according to Preparation Example 1 and Comparative Preparation Example 1-2, respectively.

구분division 수명(@50회)(%)Life (@50 times)(%) 제작예 1Production example 1 98.798.7 제작예 2Production Example 2 98.498.4 비교제작예 1Comparative Production Example 1 90.190.1 비교제작예 2Comparative Production Example 2 92.492.4 비교제작예 3Comparative Production Example 3 95.195.1

표 4를 참조하여, 제작예 1-2에 따라 제조된 코인셀은 비교제작예 1-3의 경우와 비교하여 수명 특성이 개선된다는 것을 알 수 있었다. 이로부터 니켈계 활물질 내부에만 고립기공을 갖는 실시예 1-2의 니켈계 활물질을 함유한 양극을 채용한 경우는 그렇지 않은 경우에 비하여 크랙 발생이 억제되어 고온 수명 특성이 개선되는 것을 알 수 있었다.Referring to Table 4, it was found that the lifespan characteristics of the coin cell manufactured according to Preparation Example 1-2 were improved compared to the case of Comparative Preparation Example 1-3. From this, it was found that when the positive electrode containing the nickel-based active material of Example 1-2 having isolated pores only inside the nickel-based active material was employed, the occurrence of cracks was suppressed and the high-temperature life characteristics were improved compared to the case where it was not.

도 4a 내지 도 4c를 참조하여, 제작예 1의 코인셀에서 양극은 비교제작예 1-2의 경우와 비교하여 수명 특성 평가후 크랙이 억제된다는 것을 확인할 수 있었다.With reference to FIGS. 4A to 4C, it was confirmed that in the coin cell of Production Example 1, cracks were suppressed after evaluation of the life characteristics of the anode compared to the case of Comparative Production Example 1-2.

이상에서는 도면 및 실시예를 참조하여 일구현예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 구현예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다. In the above, one embodiment has been described with reference to the drawings and embodiments, but this is only illustrative, and those of ordinary skill in the art can understand that various modifications and other equivalent embodiments are possible therefrom. will be. Therefore, the scope of protection of the present invention should be determined by the appended claims.

20.. 리튬 이차 전지 22.. 음극
23.. 양극 24.. 세퍼레이터
25.. 전지 케이스 26.. 캡 어셈블리
20.. Lithium secondary battery 22.. Anode
23.. anode 24.. separator
25.. battery case 26.. cap assembly

Claims (15)

고립기공(closed pore)을 포함하는 다공성 내부와 외부를 포함하며,
다공성 내부의 밀도가 외부의 밀도에 비하여 작고,
니켈계 활물질의 진밀도가 4.7 g/cc 이하이고, 내부에서 고립기공의 크기(size)는 150nm 내지 1um인 리튬이차전지용 니켈계 활물질.
It includes a porous interior and an exterior including closed pores,
The density inside the porosity is smaller than the density outside,
Nickel-based active material for a lithium secondary battery having a true density of 4.7 g/cc or less of a nickel-based active material, and a size of isolated pores in the interior of 150 nm to 1 um.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 내부에서의 기공도는 3 내지 30%이고 내부에서의 기공도가 외부에서의 기공도 대비 1.2배 이상 큰 리튬이차전지용 니켈계 활물질.
The method of claim 1,
The porosity in the interior is 3 to 30%, and the porosity in the interior is 1.2 times greater than the porosity in the outside.
제1항에 있어서,
상기 외부는 방사형 배열 구조를 갖는 리튬이차전지용 니켈계 활물질.
The method of claim 1,
The outside is a nickel-based active material for a lithium secondary battery having a radial arrangement structure.
제1항에 있어서,
상기 외부의 기공 크기는 150nm 미만인 리튬이차전지용 니켈계 활물질.
The method of claim 1,
A nickel-based active material for a lithium secondary battery having an external pore size of less than 150 nm.
제1항에 있어서,
상기 니켈계 활물질은 플레이트형 입자(plate particle)를 포함하며,
상기 플레이트형 입자의 장축이 방사형 방향으로 배열된 리튬이차전지용 니켈계 활물질.
The method of claim 1,
The nickel-based active material includes plate particles,
Nickel-based active material for lithium secondary batteries in which the long axes of the plate-shaped particles are arranged in a radial direction.
제1항에 있어서,
상기 니켈계 활물질은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물인 리튬이차전지용 니켈계 활물질:
[화학식 1]
Lia(Ni1-x-y-zCoxMnyMz)O2
상기 화학식 1 중, M은 보론(B), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 철(Fe), 구리(Cu), 지르코늄 (Zr) 및 알루미늄(Al)으로 이루어진 그룹에서 선택되는 원소이고,
0.95≤a≤1.3이고, x≤(1-x-y-z), y≤(1-x-y-z), z≤(1-x-y-z), 0<x<0.5, 0<y<0.5, 0≤z<0.5이다.
The method of claim 1,
The nickel-based active material is a nickel-based active material for a lithium secondary battery, which is a compound represented by the following Formula 1:
[Formula 1]
Li a (Ni 1-xyz Co x Mn y M z ) O 2
In Formula 1, M is boron (B), magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), iron (Fe ), copper (Cu), zirconium (Zr), and an element selected from the group consisting of aluminum (Al),
0.95≤a≤1.3, x≤(1-xyz), y≤(1-xyz), z≤(1-xyz), 0<x<0.5, 0<y<0.5, 0≤z<0.5.
제7항에 있어서,
상기 화학식 1에서 1.0≤a≤1.3, 0<x≤1/3이고, 0<y<0.5, 0≤z≤0.05, 1/3≤(1-x-y-z)≤0.95인 리튬이차전지용 니켈계 활물질.
The method of claim 7,
In Formula 1, 1.0≤a≤1.3, 0<x≤1/3, 0<y<0.5, 0≤z≤0.05, 1/3≤(1-xyz)≤0.95 nickel-based active material for a lithium secondary battery.
제7항에 있어서,
상기 니켈계 활물질은 LiNi0 . 6Co0 . 2Mn0 . 2O2, LiNi0 . 5Co0 . 2Mn0 . 3O2, LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2, LiNi0 . 8Co0 . 1Mn0 . 1O2, 또는 LiNi0 . 85Co0 . 1Al0 . 05O2인 리튬이차전지용 니켈계 활물질.
The method of claim 7,
The nickel-based active material is LiNi 0 . 6 Co 0 . 2 Mn 0 . 2 O 2 , LiNi 0 . 5 Co 0 . 2 Mn 0 . 3 O 2 , LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , LiNi 0 . 8 Co 0 . 1 Mn 0 . 1 O 2 , or LiNi 0 . 85 Co 0 . 1 Al 0 . 05 Nickel-based active material for lithium secondary batteries that are O 2 .
리튬 전구체 및 금속 수산화물의 혼합물을 산화성 가스 분위기하에서 600 내지 800℃에서 1차 열처리하는 단계를 포함하여 제1항, 제3항 내지 제9항 중 어느 한 항의 니켈계 활물질을 제조하는 리튬이차전지용 니켈계 활물질의 제조방법. Nickel for lithium secondary batteries to prepare the nickel-based active material of any one of claims 1, 3 to 9, including the step of first heat treating a mixture of a lithium precursor and a metal hydroxide at 600 to 800°C in an oxidizing gas atmosphere Method of manufacturing an active material. 제10항에 있어서,
상기 1차 열처리하는 단계 이후에 산화성 가스 분위기하에서 700 내지 900℃에서 2차 열처리하는 단계를 더 포함하며,
상기 2차 열처리는 1차 열처리에 비하여 높은 온도에서 실시하는 리튬이차전지용 니켈계 활물질의 제조방법.
The method of claim 10,
After the step of the first heat treatment, further comprising the step of performing a second heat treatment at 700 to 900 °C in an oxidizing gas atmosphere,
The secondary heat treatment is a method for producing a nickel-based active material for a lithium secondary battery performed at a higher temperature than the first heat treatment.
제10항에 있어서,
상기 1차 열처리하는 단계 이전에 리튬 전구체 및 금속 수산화물의 혼합물을 산화성 가스 분위기에서 400 내지 700℃에서 1 내지 3시간 동안 전처리하는 단계를 더 포함하는 리튬이차전지용 니켈계 활물질의 제조방법.
The method of claim 10,
Before the step of performing the primary heat treatment, a method of preparing a nickel-based active material for a lithium secondary battery further comprising pre-treating a mixture of a lithium precursor and a metal hydroxide at 400 to 700° C. for 1 to 3 hours in an oxidizing gas atmosphere.
제1항, 제3항 내지 제9항 중 어느 한 항의 니켈계 활물질을 포함하는 양극, 음극 및 이들 사이에 개재된 전해질을 함유하는 리튬이차전지.A lithium secondary battery containing a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte interposed therebetween comprising the nickel-based active material of any one of claims 1, 3 to 9. 제1항에 있어서, 니켈계 활물질의 진밀도가 4.5 내지 4.7 g/cc 인 리튬이차전지용 니켈계 활물질.The nickel-based active material for a lithium secondary battery according to claim 1, wherein the nickel-based active material has a true density of 4.5 to 4.7 g/cc. 제6항에 있어서,
상기 플레이트 입자의 평균 두께와 평균 길이의 비는 1:2 내지 1:10인 리튬이차전지용 니켈계 활물질.
The method of claim 6,
A nickel-based active material for a lithium secondary battery in which the ratio of the average thickness and the average length of the plate particles is 1:2 to 1:10.
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