KR102227305B1 - Positive electrode active material for lithium secondary battery, method for preparing the same, and lithium secondary battery comprising the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리튬 니켈코발트망간계 복합금속 산화물의 입자를 포함하고, 상기 입자는 입자의 중심에서부터 입자 전체 부피의 1 내지 70 부피%에 해당하는 영역의 코어, 및 상기 코어의 외표면 상에 위치하는 쉘의 코어-쉘 구조를 가지며, 상기 코어는 Zr, W, Ti, Nb, Mo 및 Ta로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 제 1 도핑원소를 포함하고, 상기 제 1 도핑원소는 입자의 중심에서부터 코어와 쉘의 계면으로 갈수록 점진적으로 감소하는 농도구배로 존재하며, 상기 쉘은 Al, B, Ga, In 및 Mg로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 제 2 도핑원소를 포함하고, 상기 제 2 도핑원소는 코어와 쉘의 계면에서부터 입자 표면으로 갈수록 점진적으로 증가하는 농도구배로 존재하는, 이차전지용 양극활물질에 관한 것으로, 본 발명에 따른 이차전지용 양극 활물질은 입자 내부 영역과 입자 외부 영역에 서로 다른 도핑원소를 포함하고, 상기 도핑원소가 각각 입자 내부 영역과 입자 외부 영역에서 농도구배를 가지며 분포하므로, 높은 출력 및 구조안정성을 가지면서도 전해액과의 부반응 및 도핑원소의 용출이 최소화되어 있어서, 이차전지에 적용시 고용량, 고수명 및 열안정성을 나타내고, 고전압시 성능 열화가 최소화될 수 있으므로, 이차전지의 제조에 유용하게 사용될 수 있다.The present invention includes particles of a lithium nickel cobalt manganese-based composite metal oxide, the particles having a core in an area corresponding to 1 to 70% by volume of the total volume of the particles from the center of the particle, and located on the outer surface of the core. It has a core-shell structure of a shell, and the core includes at least one first doping element selected from the group consisting of Zr, W, Ti, Nb, Mo, and Ta, and the first doping element is from the center of the particle. It exists in a concentration gradient that gradually decreases toward the interface between the core and the shell, and the shell contains at least one second doping element selected from the group consisting of Al, B, Ga, In, and Mg, and the second doping The element relates to a positive electrode active material for a secondary battery, which exists in a concentration gradient gradually increasing from the interface between the core and the shell toward the surface of the particle, and the positive electrode active material for a secondary battery according to the present invention is doped differently in the inner region of the particle and the outer region of the particle Including an element, and the doping element is distributed with a concentration gradient in the inner region of the particle and the outer region of the particle, respectively, so that side reactions with the electrolyte and elution of the doped element are minimized while having high output and structural stability, When applied, it exhibits high capacity, high lifespan, and thermal stability, and performance degradation can be minimized at high voltage, so it can be usefully used in manufacturing a secondary battery.

Description

이차전지용 양극 활물질, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 리튬 이차전지{POSITIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL FOR LITHIUM SECONDARY BATTERY, METHOD FOR PREPARING THE SAME, AND LITHIUM SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME} A cathode active material for secondary batteries, a method for manufacturing the same, and a lithium secondary battery including the same TECHNICAL FIELD [POSITIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL FOR LITHIUM SECONDARY BATTERY, METHOD FOR PREPARING THE SAME, AND LITHIUM SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}

본 발명은 리튬 이차전지용 양극 활물질, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a positive electrode active material for a lithium secondary battery, a method of manufacturing the same, and a lithium secondary battery including the same.

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

리튬 이차전지의 양극 활물질로는 리튬 전이금속 복합 산화물이 이용되고 있으며, 이중에서도 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. A lithium transition metal composite oxide is used as a positive electrode active material of a lithium secondary battery, and among them, a 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 delithiation, and is expensive, so it is limited in mass use as a power source in fields such as electric vehicles.

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

이에 따라 LiNiO2의 우수한 가역용량은 유지하면서도 낮은 열안정성을 개선하기 위한 방법으로서, 니켈(Ni)의 일부를 코발트(Co)나 망간(Mn)으로 치환하는 방법이 제안되었다. 그러나 니켈의 일부를 코발트로 치환한 LiNi1 - xCoxO2 (x=0.1~0.3)의 경우 우수한 충·방전특성과 수명특성을 보이나, 열적 안정성이 낮은 문제가 있다. 또, Ni의 일부를 열적 안정성이 뛰어난 Mn으로 치환한 니켈망간계 리튬 복합금속 산화물 및 Mn과 Co으로 치환한 니켈코발트망간계 리튬 복합금속 산화물(이하 간단히 'NCM계 리튬 산화물'이라 함)의 경우 출력 특성이 낮고, 또 금속 원소들의 용출 및 그에 따른 전지 특성 저하의 우려가 있다. Accordingly , as a method for improving low thermal stability while maintaining excellent reversible capacity of LiNiO 2 , a method of substituting part of nickel (Ni) with cobalt (Co) or manganese (Mn) has been proposed. However, in the case of LiNi 1 - x Co x O 2 (x=0.1~0.3) in which a part of nickel is substituted with cobalt, excellent charge/discharge characteristics and lifespan characteristics are shown, but thermal stability is low. In addition, in the case of a nickel manganese-based lithium composite metal oxide in which a part of Ni is replaced with Mn with excellent thermal stability, and a nickel cobalt manganese-based lithium composite metal oxide (hereinafter simply referred to as'NCM-based lithium oxide') substituted with Mn and Co. The output characteristics are low, and there is a concern of elution of metal elements and a decrease in battery characteristics accordingly.

이러한 문제를 해결하기 위해 금속 조성의 농도 구배를 갖는 리튬 전이금속 산화물이 제안되었다. 이 방법은 코어 물질을 합성한 후에 외부에 다른 조성을 갖는 물질을 코팅하여 이중층으로 제조한 후, 리튬염과 혼합하여 열처리함으로써 수행된다. 이 방법은 합성시 코어와 외부 층의 금속 조성을 다르게 합성할 수 있으나, 생성된 양극 활물질에서 금속 조성의 연속적인 농도구배 형성이 충분하지 않아 출력 특성 개선 효과가 만족스럽지 못하고, 또 재현성이 낮은 문제가 있다.In order to solve this problem, a lithium transition metal oxide having a concentration gradient of a metal composition has been proposed. This method is carried out by synthesizing a core material and then coating a material having a different composition on the outside to form a double layer, followed by heat treatment by mixing with a lithium salt. This method can synthesize the metal composition of the core and the outer layer differently during synthesis, but the formation of a continuous concentration gradient of the metal composition in the generated positive electrode active material is not sufficient, so the effect of improving the output characteristics is not satisfactory, and the reproducibility is low. have.

또 다른 방법으로 소형 자동차용, 전력 저장용 전지에서의 고에너지 밀도화를 위해 NMC계 리튬 산화물에서 Ni의 함량을 증가시키려는 연구가 이루어지고 있다. 일반적으로 양극 활물질에 있어서 용량과, 수명 또는 안정성은, 용량을 증가시키면 전지의 수명 및 안정성이 급격히 감소하는 트레이드 오프(trade off)의 관계가 있다. 이에 따라 제한된 조성 및 전압 범위 내에서만 사용하는 방법, NCM 산화물의 일부 조성을 이종 원소로 치환하여 제한적으로 구조를 안정화하는 방법 및 코팅을 통해 표면 부반응을 감소시키는 방법 등이 제안되었다. 그러나 이들 방법 모두 활물질의 전기화학적, 열적 안정성을 근본적으로 개선하기에는 한계가 있으며, 또 고전압화시에는 성능의 열화가 가속화되기 때문에 전지의 고에너지 밀도화 역시 어려움이 있었다.As another method, studies are being made to increase the content of Ni in NMC-based lithium oxide in order to increase energy density in batteries for small vehicles and power storage. In general, in a positive electrode active material, capacity, life, or stability are related to a trade off in which the life and stability of the battery rapidly decrease when the capacity is increased. Accordingly, a method of using only within a limited composition and voltage range, a method of restricting structure stabilization by substituting some composition of NCM oxide with a heterogeneous element, and a method of reducing side reactions on the surface through coating have been proposed. However, both of these methods have limitations in fundamentally improving the electrochemical and thermal stability of an active material, and since the deterioration of performance is accelerated at the time of high voltage, it is also difficult to increase the energy density of the battery.

KR 2005-0083869 AKR 2005-0083869 A

본 발명의 해결하고자 하는 과제는 리튬 이차전지에 적용시 고용량, 고수명 및 열안정성을 나타내고, 고전압시 성능 열화가 최소화되면서도, 도핑 원소의 용출이 억제되어 지속적으로 도핑 원소의 효과를 나타낼 수 있는 이차전지용 양극 활물질을 제공하는 것이다.The problem to be solved of the present invention is that when applied to a lithium secondary battery, it exhibits high capacity, high lifespan, and thermal stability, and while performance degradation is minimized at high voltage, the elution of doping elements is suppressed, and thus the effect of the doping element is continuously exhibited. It is to provide a positive electrode active material for a battery.

본 발명의 다른 해결하고자 하는 과제는 상기 양극 활물질의 제조방법을 제공하는 것이다. Another object to be solved by the present invention is to provide a method of manufacturing the positive electrode active material.

본 발명의 또 다른 해결하고자 하는 과제는 상기 이차전지용 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차전지를 제공하는 것이다.Another object to be solved by the present invention is to provide a lithium secondary battery including the positive electrode active material for a secondary battery.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 In order to solve the above problem, the present invention

리튬 니켈코발트망간계 복합금속 산화물의 입자를 포함하고,Including particles of lithium nickel cobalt manganese-based composite metal oxide,

상기 입자는 입자의 중심에서부터 입자 전체 부피의 1 내지 70 부피%에 해당하는 영역의 코어, 및 상기 코어의 외표면 상에 위치하는 쉘의 코어-쉘 구조를 가지며,The particles have a core in an area corresponding to 1 to 70% by volume of the total volume of the particles from the center of the particle, and a core-shell structure of a shell located on the outer surface of the core,

상기 코어는 Zr, W, Ti, Nb, Mo 및 Ta로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 제 1 도핑원소를 포함하고, 상기 제 1 도핑원소는 입자의 중심에서부터 코어와 쉘의 계면으로 갈수록 점진적으로 감소하는 농도구배로 존재하며,The core includes at least one first doping element selected from the group consisting of Zr, W, Ti, Nb, Mo, and Ta, and the first doping element gradually increases from the center of the particle toward the interface between the core and the shell. Exists in a decreasing concentration gradient,

상기 쉘은 Al, B, Ga, In 및 Mg로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 제 2 도핑원소를 포함하고, 상기 제 2 도핑원소는 코어와 쉘의 계면에서부터 입자 표면으로 갈수록 점진적으로 증가하는 농도구배로 존재하는, 이차전지용 양극활물질을 제공한다. The shell contains at least one second doping element selected from the group consisting of Al, B, Ga, In, and Mg, and the second doping element has a concentration gradually increasing from the interface between the core and the shell toward the particle surface. It provides a positive electrode active material for a secondary battery that exists in a gradient.

또한, 본 발명은 상기 다른 과제를 해결하기 위하여,In addition, the present invention in order to solve the above other problems,

(1) 니켈, 코발트, 망간 및 제 1 도핑원소를 포함하는 제 1 금속염 용액, 및 니켈, 코발트 및 망간 및 제 2 도핑원소를 포함하는 제 2 금속염 용액을 준비하는 단계; (1) preparing a first metal salt solution containing nickel, cobalt, manganese and a first doping element, and a second metal salt solution containing nickel, cobalt and manganese and a second doping element;

(2) 상기 제 1 금속염 용액과 상기 제 2 금속염 용액의 혼합비율이 100 부피%:0 부피%에서 0 부피%:100 부피%까지 점진적으로 변화되도록 상기 제 1 금속염 용액에 상기 제 2 금속염 용액을 첨가하는 동시에, 킬레이팅제 및 염기성 수용액을 첨가하여 양극활물질 전구체를 제조하는 단계; 및(2) The second metal salt solution was added to the first metal salt solution so that the mixing ratio of the first metal salt solution and the second metal salt solution gradually changed from 100% by volume: 0% by volume to 0% by volume: 100% by volume. At the same time as the addition, adding a chelating agent and a basic aqueous solution to prepare a positive electrode active material precursor; And

(3) 상기 양극활물질 전구체와 리튬염을 혼합한 후 열처리하는 단계(3) heat treatment after mixing the cathode active material precursor and lithium salt

를 포함하는 이차전지용 양극활물질의 제조방법을 제공한다. It provides a method of manufacturing a cathode active material for a secondary battery comprising a.

또한, 본 발명은 상기 또 다른 과제를 해결하기 위하여,In addition, the present invention in order to solve the another problem,

상기 이차전지용 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다. It provides a lithium secondary battery including the positive electrode active material for the secondary battery.

본 발명에 따른 이차전지용 양극 활물질은 입자 내부 영역과 입자 외부 영역에 서로 다른 도핑원소를 포함하고, 상기 도핑원소가 각각 입자 내부 영역과 입자 외부 영역에서 농도구배를 가지며 분포하므로, 높은 출력 및 구조안정성을 가지면서도 전해액과의 부반응 및 도핑원소의 용출이 최소화되어 있어서, 이차전지에 적용시 고용량, 고수명 및 열안정성을 나타내고, 고전압시 성능 열화가 최소화될 수 있으므로, 이차전지의 제조에 유용하게 사용될 수 있다. The positive electrode active material for a secondary battery according to the present invention contains different doping elements in the inner and outer regions of the particles, and the doping elements are distributed with concentration gradients in the inner and outer regions of the particles, respectively, so high output and structural stability It has high capacity, high lifespan, and thermal stability when applied to a secondary battery, as side reactions with the electrolyte and elution of doping elements are minimized, and performance degradation at high voltage can be minimized. I can.

도 1 및 도 2는 각각 실시예 1 및 2, 및 비교예 1 내지 3에서 각각 제조된 양극활물질에 포함된 도핑 원소의 농도 구배 구조를 확인한 결과를 나타낸 그래프이다. 1 and 2 are graphs showing the results of confirming the concentration gradient structure of a doping element included in the positive electrode active materials prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3, respectively.

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

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in the specification and claims should not be construed as being limited to their usual or dictionary meanings, and the inventor may appropriately define the concept of terms in order to describe his own invention in the best way. It should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that there is.

본 발명에 따른 이차전지용 양극 활물질은 리튬 니켈코발트망간계 복합금속 산화물의 입자를 포함하고, 상기 입자는 입자의 중심에서부터 입자 전체 부피의 1 내지 70 부피%에 해당하는 영역의 코어, 및 상기 코어의 외표면 상에 위치하는 쉘의 코어-쉘 구조를 가지는 것이다. 이때, 상기 코어는 Zr, W, Ti, Nb, Mo 및 Ta로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 제 1 도핑원소를 포함하고, 상기 제 1 도핑원소는 입자의 중심에서부터 코어와 쉘의 계면으로 갈수록 점진적으로 감소하는 농도구배로 존재하며, 상기 쉘은 Al, B, Ga, In 및 Mg로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 제 2 도핑원소를 포함하고, 상기 제 2 도핑원소는 코어와 쉘의 계면에서부터 입자 표면으로 갈수록 점진적으로 증가하는 농도구배로 존재한다. The positive electrode active material for a secondary battery according to the present invention includes particles of lithium nickel cobalt manganese-based composite metal oxide, the particles having a core in a region corresponding to 1 to 70% by volume of the total volume of the particles from the center of the particle, and It has a core-shell structure of a shell located on the outer surface. At this time, the core includes at least one first doping element selected from the group consisting of Zr, W, Ti, Nb, Mo, and Ta, and the first doping element goes from the center of the particle toward the interface between the core and the shell. It exists in a gradually decreasing concentration gradient, and the shell contains at least one second doping element selected from the group consisting of Al, B, Ga, In, and Mg, and the second doping element is an interface between the core and the shell. It exists as a concentration gradient gradually increasing from the to the surface of the particle.

본 발명의 이차전지용 양극 활물질이 포함하는 리튬 복합금속 산화물의 입자는 입자 중심 부에 위치하는 코어, 및 상기 코어의 외표면 상에 쉘이 위치하는 코어-쉘 구조를 가지는 것으로, 상기 코어와 쉘은 포함하고 있는 도핑원소의 종류에 따라 구분될 수 있다. The particles of the lithium composite metal oxide contained in the positive electrode active material for a secondary battery of the present invention have a core located at the center of the particle, and a core-shell structure in which a shell is located on the outer surface of the core, the core and the shell It can be classified according to the type of doping element it contains.

상기 코어는 입자의 중심에서부터 입자 전체 부피의 1 내지 70 부피%에 해당하는 영역, 구체적으로 1 내지 60 부피%에 해당하는 영역일 수 있고, Zr, W, Ti, Nb, Mo 및 Ta로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상의 제 1 도핑원소를 포함한다. The core may be a region corresponding to 1 to 70% by volume of the total volume of the particle from the center of the particle, specifically, a region corresponding to 1 to 60% by volume, and a group consisting of Zr, W, Ti, Nb, Mo, and Ta It contains at least one first doping element selected from.

본 발명의 이차전지용 양극 활물질의 입자 중심 부에 위치하는 코어에는 제 1 도핑 원소가 포함되어 있어, 양극 활물질의 출력 및 구조안정성을 높일 수 있다. Since the first doping element is included in the core positioned at the particle center of the positive electrode active material for a secondary battery of the present invention, the output and structural stability of the positive electrode active material can be improved.

또한, 본 발명의 이차전지용 양극 활물질의 입자 외곽에 위치하는 쉘에는 Al, B, Ga, In 및 Mg로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 제 2 도핑원소가 포함되어 있어, 상기 제 2 도핑원소가 전해액과 양극 활물질간의 부반응을 억제할 수 있다. 상기 제 2 도핑원소는 상기 코어와 쉘의 계면에서부터 상기 입자의 외표면으로 갈수록 감소하지만, 본 발명의 다른 일례에 있어서, 상기 코어와 쉘의 계면에서부터 상기 입자의 외표면으로 갈수록 증가하는 농도구배로 존재할 수 있다.In addition, the shell located outside the particles of the positive electrode active material for a secondary battery of the present invention contains at least one second doping element selected from the group consisting of Al, B, Ga, In, and Mg, so that the second doping element is A side reaction between the electrolyte and the positive electrode active material can be suppressed. The second doping element decreases from the interface between the core and the shell toward the outer surface of the particle, but in another example of the present invention, the concentration gradient increases from the interface between the core and the shell toward the outer surface of the particle. Can exist.

상기 제 1 도핑원소를 양극 활물질의 입자 중심부에 위치시켜 충방전시 또는 고온 저장시 전해액과의 반응을 통하여 도핑원소가 용출되는 것을 억제할 수 있고, 상기 제 2 도핑원소를 상기 제 1 도핑원소에 비해 상대적으로 용출이 적은 종류로 구성함으로써, 양극 활물질 입자 전체적으로 도핑원소의 용출을 억제함으로써, 본 발명의 이차전지용 양극 활물질은 도핑원소의 포함에 따른 효과를 지속적으로 발휘할 수 있다. By placing the first doping element in the center of the particles of the positive electrode active material, it is possible to suppress elution of the doping element through a reaction with the electrolyte during charge/discharge or high temperature storage, and the second doping element is added to the first doping element. Compared with the composition of a relatively low elution type, by suppressing the elution of the doping element as a whole of the positive electrode active material particles, the positive electrode active material for a secondary battery of the present invention can continuously exhibit the effect of the inclusion of the doping element.

상기 제 1 도핑원소는 상기 입자의 중심에서부터 코어와 쉘의 계면으로 갈수록 감소하는 농도구배로 존재할 수 있고, 상기 제 2 도핑원소는 상기 코어와 쉘의 계면에서부터 상기 입자의 외표면으로 갈수록 감소하는 농도구배로 존재할 수 있다. 또한, 상기 제 1 도핑원소 또는 제 2 도핑원소가 2종 이상의 원소를 포함할 경우, 상기 2 종 이상의 원소는 각각 독립적으로 하나의 농도구배 기울기 값을 가질 수 있다. The first doping element may exist in a concentration gradient that decreases from the center of the particle toward the interface between the core and the shell, and the second doping element decreases from the interface between the core and the shell toward the outer surface of the particle. It can exist as a gradient. In addition, when the first doping element or the second doping element includes two or more types of elements, each of the two or more types of elements may independently have one concentration gradient gradient value.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 양극 활물질에 있어서, 상기 제 1 도핑원소는 구체적으로 코어 내 포함되는 제 1 도핑원소의 총 원자량을 기준으로, 상기 코어의 입자 중심에서부터 표면 방향으로 코어 총 부피에 대하여 10 부피% 이내의 영역(이하 'Rc10 영역'이라 한다)과, 상기 양극활물질 입자의 코어와 쉘의 계면에서부터 중심 방향으로 코어 총 부피에 대하여 10 부피% 이내의 영역(이하 'Ri10 영역'이라 한다)에서의 제 1 도핑원소의 농도 차이는 10 내지 70 원자%일 수 있다. 또한, 상기 양극 활물질 입자 코어에서의 제 1 도핑원소의 평균 농도비는 0.4 내지 0.7일 수 있다.On the other hand, in the positive electrode active material according to an embodiment of the present invention, the first doping element is specifically based on the total atomic weight of the first doping element included in the core, the total volume of the core in the surface direction from the particle center of the core. An area within 10% by volume (hereinafter referred to as'Rc 10 area') and an area within 10% by volume with respect to the total volume of the core from the interface between the core and the shell of the positive electrode active material particle to the center (hereinafter referred to as'R i10 area'). The difference in concentration of the first doping element in the region') may be 10 to 70 atomic%. In addition, the average concentration ratio of the first doping element in the positive electrode active material particle core may be 0.4 to 0.7.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 양극 활물질에 있어서, 상기 제 2 도핑원소는 구체적으로 쉘 내 포함되는 제 2 도핑원소의 총 원자량을 기준으로, 상기 양극 활물질 입자의 코어와 쉘의 계면에서부터 상기 양극 활물질 입자의 표면 방향으로 쉘의 총 부피에 대하여 10 부피% 이내의 영역(이하 'Rsi10 영역'이라 한다)과, 상기 양극활물질 입자의 표면에서부터 중심 방향으로 쉘의 총 부피에 대하여 10 부피% 이내의 영역(이하 'Rs10 영역'이라 한다)에서의 제 2 도핑원소의 농도 차이는 10 내지 70 원자%일 수 있다. 또한, 상기 양극 활물질 입자 쉘에서의 제 2 도핑원소의 평균 농도비는 0.4 내지 0.7일 수 있다.In addition, in the positive electrode active material according to an embodiment of the present invention, the second doping element is specifically based on the total atomic weight of the second doping element contained in the shell, from the interface between the core and the shell of the positive electrode active material particle. An area within 10% by volume with respect to the total volume of the shell in the surface direction of the cathode active material particles (hereinafter referred to as'R si10 area') and 10% by volume with respect to the total volume of the shell in the center direction from the surface of the cathode active material particles The difference in concentration of the second doping element in the region within the range (hereinafter referred to as “R s10 region”) may be 10 to 70 atomic%. In addition, the average concentration ratio of the second doping element in the cathode active material particle shell may be 0.4 to 0.7.

본 발명의 일례에 있어서, 상기 리튬 복합금속 산화물의 입자의 코어는 평균적으로 하기 화학식 1로 표시되는 조성을 가질 수 있다. In one example of the present invention, the core of the particles of the lithium composite metal oxide may have a composition represented by the following formula (1) on average.

[화학식 1][Formula 1]

LiaNixMnyCozM1wM2w'O2 Li a Ni x Mn y Co z M1 w M2 w'O 2

상기 화학식 1에서, M1은 Zr, W, Ti, Nb, Mo 및 Ta로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상을 포함하고, M2는 Al, B, Ga, In 및 Mg로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상을 포함하며, 0.9<a≤1.1, 0.4≤x≤0.95, 0<y≤0.5, 0<z≤0.5, 0<w≤0.1, 0≤w'≤0.01, 0≤δ≤0.02, 0<x+y+z≤1이다.In Formula 1, M1 includes at least one selected from the group consisting of Zr, W, Ti, Nb, Mo, and Ta, and M2 is one selected from the group consisting of Al, B, Ga, In, and Mg. Including above, 0.9<a≤1.1, 0.4≤x≤0.95, 0<y≤0.5, 0<z≤0.5, 0<w≤0.1, 0≤w'≤0.01, 0≤δ≤0.02, 0< x+y+z≤1.

또한, 본 발명의 일례에 있어서, 상기 리튬 복합금속 산화물의 입자의 쉘은 평균적으로 하기 화학식 2로 표시되는 조성을 가질 수 있다. In addition, in an example of the present invention, the shell of the particles of the lithium composite metal oxide may have a composition represented by the following formula (2) on average.

[화학식 2][Formula 2]

LibNisMntCouM1vM2v'O2 B Mn s Ni t Co u Li M1 v M2 v 'O 2 + δ

상기 화학식 2에서, M1은 Zr, W, Ti, Nb, Mo 및 Ta로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상을 포함하고, M2는 Al, B, Ga, In 및 Mg로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상을 포함하며, 0.9<b≤1.1, 0.4≤s≤0.95, 0<t≤0.5, 0<u≤0.5, 0≤v≤0.01, 0<v'≤0.1, 0≤δ≤0.02, 0<t+u+v≤1이다. In Formula 2, M1 includes at least one selected from the group consisting of Zr, W, Ti, Nb, Mo, and Ta, and M2 is one selected from the group consisting of Al, B, Ga, In, and Mg. Including above, 0.9<b≤1.1, 0.4≤s≤0.95, 0<t≤0.5, 0<u≤0.5, 0≤v≤0.01, 0<v'≤0.1, 0≤δ≤0.02, 0< t+u+v≤1.

본 발명에 있어서 '연속적으로 농도 구배를 나타낸다' 또는 '농도구배 기울기 값을 가진다'란, 금속 등의 농도가 입자 전체에 걸쳐 점진적으로 변화하는 농도 분포로 존재한다는 것을 의미한다. 구체적으로, 상기 농도 분포는 입자 내에서 표면을 향하는 0.1 ㎛ 당 금속 농도의 변화가, 양극 활물질내 포함되는 해당 금속의 총 원자량을 기준으로, 각각 0.1 내지 30 원자%, 보다 구체적으로는 0.1 내지 20 원자%, 보다 더 구체적으로는 1 내지 10 원자%의 차이가 있는 것일 수 있다.In the present invention, "continuously expressing a concentration gradient" or "having a concentration gradient value" means that the concentration of a metal or the like is present in a concentration distribution that gradually changes throughout the entire particle. Specifically, the concentration distribution is 0.1 to 30 atomic%, more specifically 0.1 to 20 atomic%, respectively, based on the total atomic weight of the metal contained in the positive electrode active material, the change in the metal concentration per 0.1 μm toward the surface within the particle. There may be a difference of atomic%, more specifically 1 to 10 atomic%.

한편, 본 발명에 있어서, 양극 활물질 입자 내에서의 금속의 농도구배 구조 및 농도는 전자선 마이크로 애널라이저(Electron Probe Micro Analyzer, EPMA), 유도결합 플라스마-원자 방출 분광법(Inductively Coupled Plasma - Atomic Emission Spectrometer, ICP-AES), 또는 비행 시간형 2차 이온 질량분석기(Time of Flight Secondary Ion Mass Spectrometry, ToF-SIMS) 등의 방법을 이용하여 확인할 수 있으며, 구체적으로는 EPMA를 이용하여 양극 활물질의 중심에서부터 표면으로 이동하면서 각 금속의 원소비(atomic ratio)를 측정할 수 있다.On the other hand, in the present invention, the concentration gradient structure and concentration of the metal in the positive electrode active material particle is an electron probe micro analyzer (EPMA), inductively coupled plasma-atomic emission spectroscopy (Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometer, ICP). -AES), or Time of Flight Secondary Ion Mass Spectrometry (ToF-SIMS), etc., and specifically EPMA from the center of the positive electrode active material to the surface. As it moves, it is possible to measure the atomic ratio of each metal.

상기 양극 활물질은 비표면적 및 양극 합제밀도를 고려하여 3 내지 50 ㎛의 평균입경(D50)을 가질 수 있으며, 그 특이적인 구조로 인한 율특성 및 초기용량 특성 개선효과를 고려할 때 5 내지 30 ㎛의 평균입경(D50)을 갖는 것일 수 있다. 본 발명에 있어서, 상기 양극 활물질의 평균 입경(D50)은 입경 분포의 50% 기준에서의 입경으로 정의할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 양극 활물질 입자의 평균 입경(D50)은 예를 들어, 레이저 회절법(laser diffraction method)을 이용하여 측정할 수 있다. 예를 들어, 상기 양극 활물질의 평균 입경(D50)의 측정 방법은, 양극 활물질의 입자를 분산매 중에 분산시킨 후, 시판되는 레이저 회절 입도 측정 장치(예를 들어 Microtrac MT 3000)에 도입하여 약 28 kHz의 초음파를 출력 60 W로 조사한 후, 측정 장치에 있어서의 입경 분포의 50% 기준에서의 평균 입경(D50)을 산출할 수 있다.The positive electrode active material may have an average particle diameter (D50) of 3 to 50 μm in consideration of the specific surface area and the density of the positive electrode mixture, and in consideration of the effect of improving the rate characteristics and initial capacity characteristics due to the specific structure, 5 to 30 μm It may have an average particle diameter (D50). In the present invention, the average particle diameter (D50) of the positive electrode active material may be defined as a particle diameter based on 50% of the particle diameter distribution. The average particle diameter (D50) of the positive electrode active material particles according to an embodiment of the present invention may be measured using, for example, a laser diffraction method. For example, the method of measuring the average particle diameter (D50) of the positive electrode active material is, after dispersing the particles of the positive electrode active material in a dispersion medium, introducing it into a commercially available laser diffraction particle size measuring device (for example, Microtrac MT 3000) to about 28 kHz. After irradiating the ultrasonic wave at an output of 60 W, the average particle diameter (D50) based on 50% of the particle diameter distribution in the measuring device can be calculated.

본 발명은 또한 상기 이차전지용 양극 활물질의 제조방법을 제공한다. The present invention also provides a method of manufacturing the positive electrode active material for a secondary battery.

본 발명의 이차전지용 양극 활물질의 제조방법은 (1) 니켈, 코발트, 망간 및 제 1 도핑원소를 포함하는 제 1 금속염 용액, 및 니켈, 코발트 및 망간 및 제 2 도핑원소를 포함하는 제 2 금속염 용액을 준비하는 단계; (2) 상기 제 1 금속염 용액과 상기 제 2 금속염 용액의 혼합비율이 100 부피%:0 부피%에서 0 부피%:100 부피%까지 점진적으로 변화되도록 상기 제 1 금속염 용액에 상기 제 2 금속염 용액을 첨가하는 동시에, 킬레이팅제 및 염기성 수용액을 첨가하여 상기 니켈, 코발트 및 망간이 각각 독립적으로 입자의 중심에서부터 표면까지 연속적으로 변화하는 농도구배를 나타내는 양극활물질 전구체를 제조하는 단계; 및 (3) 상기 양극활물질 전구체와 리튬염을 혼합한 후 열처리하는 단계를 포함한다. The manufacturing method of the positive electrode active material for a secondary battery of the present invention includes (1) a first metal salt solution containing nickel, cobalt, manganese, and a first doping element, and a second metal salt solution containing nickel, cobalt, manganese and a second doping element. Preparing to; (2) The second metal salt solution was added to the first metal salt solution so that the mixing ratio of the first metal salt solution and the second metal salt solution gradually changed from 100% by volume: 0% by volume to 0% by volume: 100% by volume. At the same time as the addition, adding a chelating agent and a basic aqueous solution to prepare a positive electrode active material precursor showing a concentration gradient in which the nickel, cobalt, and manganese each independently change continuously from the center of the particle to the surface; And (3) heat-treating after mixing the cathode active material precursor and the lithium salt.

단계 (1)에서는 니켈, 코발트, 망간 및 제 1 도핑원소를 포함하는 제 1 금속염 용액, 및 니켈, 코발트 및 망간 및 제 2 도핑원소를 포함하는 제 2 금속염 용액을 준비한다. In step (1), a first metal salt solution containing nickel, cobalt, manganese and a first doping element, and a second metal salt solution containing nickel, cobalt and manganese and a second doping element are prepared.

제 1 금속염 용액은 니켈, 코발트, 망간 외에 제 1 도핑원소를 포함하며, 상기 도핑원소는 Zr, W, Ti, Nb, Mo 및 Ta로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상일 수 있다. The first metal salt solution includes a first doping element in addition to nickel, cobalt, manganese, and the doping element may be at least one selected from the group consisting of Zr, W, Ti, Nb, Mo, and Ta.

한편, 제 2 금속염 용액은 니켈, 코발트, 망간 외에 제 2 도핑원소를 포함하며, 상기 제 2 도핑원소는 Al, B, Ga, In 및 Mg로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상일 수 있다. Meanwhile, the second metal salt solution includes a second doping element in addition to nickel, cobalt, and manganese, and the second doping element may be at least one selected from the group consisting of Al, B, Ga, In, and Mg.

상기 제 1 금속염 용액, 및 제 2 금속염 용액의 제조 방법은 서로 중복될 수 있다. 구체적으로, 상기 제 1 금속염 용액 및 제 2 금속염 용액은 각각 니켈염, 코발트염, 및 망간염과 함께 각각 제 1 도핑원소의 염 또는 제 2 도핑원소의 염을 용매, 구체적으로는 물에 첨가하여 제조할 수 있다. The method of preparing the first metal salt solution and the second metal salt solution may overlap with each other. Specifically, in the first metal salt solution and the second metal salt solution, a salt of a first doping element or a salt of a second doping element, respectively, together with a nickel salt, a cobalt salt, and a manganese salt, are added to a solvent, specifically water. Can be manufactured.

상기 금속염은 각각의 금속의 황산염, 질산염, 아세트산염, 할라이드, 수산화물 또는 옥시수산화물 등일 수 있고, 물에 용해될 수 있는 염이라면 특별히 한정되지 않는다. 예컨대, 코발트염의 경우, Co(OH)2, CoOOH, Co(OCOCH3)2ㆍ4H2O, Co(NO3)2ㆍ6H2O 또는 Co(SO4)2ㆍ7H2O 등을 들 수 있고, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.The metal salt may be a sulfate, nitrate, acetate, halide, hydroxide, or oxyhydroxide of each metal, and is not particularly limited as long as it is a salt that can be dissolved in water. For example, in the case of cobalt salt, Co(OH) 2 , CoOOH, Co(OCOCH 3 ) 2 ㆍ4H 2 O, Co(NO 3 ) 2 ㆍ6H 2 O or Co(SO 4 ) 2 ㆍ7H 2 O, etc. And any one or a mixture of two or more of them may be used.

단계 (2)에서는 상기 제 1 금속염 용액과 상기 제 2 금속염 용액의 혼합비율이 100 부피%:0 부피%에서 0 부피%:100 부피%까지 점진적으로 변화되도록 상기 제 1 금속염 용액에 상기 제 2 금속염 용액을 첨가하는 동시에 킬레이팅제 및 염기성 수용액을 첨가하여 상기 제 1 도핑원소 및 제 2 도핑원소가 각각 독립적으로 농도구배를 나타내는 양극 활물질 전구체를 제조하게 된다. In step (2), the second metal salt is added to the first metal salt solution so that the mixing ratio of the first metal salt solution and the second metal salt solution is gradually changed from 100% by volume: 0% by volume to 0% by volume: 100% by volume. At the same time as the solution is added, a chelating agent and a basic aqueous solution are added to prepare a positive electrode active material precursor in which the first doping element and the second doping element each independently exhibit a concentration gradient.

상기 양극 활물질 전구체 제조 단계 초기에는 상기 제 1 금속염 용액만이 존재하는 상태에서 반응(입자 핵 생성 및 입자 성장)이 이루어지므로, 처음 만들어지는 전구체 입자는 제 1 금속염 용액의 조성을 가지게 되며, 이후 상기 제 1 금속염 용액에 점진적으로 상기 제 2 금속염 용액이 혼합되므로, 상기 전구체 입자의 조성도 전구체 입자의 중심에서 외곽 방향으로 점차적으로 제 2 금속염 용액의 조성으로 바뀌게 된다. Since the reaction (particle nucleation and particle growth) is performed in the presence of only the first metal salt solution at the initial stage of the preparation of the positive electrode active material precursor, the first precursor particles have a composition of the first metal salt solution, and then the first metal salt solution. Since the second metal salt solution is gradually mixed with the first metal salt solution, the composition of the precursor particles gradually changes from the center of the precursor particles to the composition of the second metal salt solution in an outer direction.

따라서, 상기 제 1 금속염 용액, 및 제 2 금속염 용액의 조성을 조정하고, 그 혼합 속도 및 비율을 조절함으로써 전구체 입자의 중심에서 표면 방향으로의 목적하는 위치가 원하는 조성을 가지도록 조절할 수 있다. Accordingly, by adjusting the composition of the first metal salt solution and the second metal salt solution, and adjusting the mixing speed and ratio thereof, the desired position from the center of the precursor particle to the surface direction can be adjusted to have a desired composition.

구체적으로, 상기 양극 활물질 전구체 제조 단계 초기에는 상기 제 1 금속염 용액만이 존재하는 상태에서 반응이 이루어지므로, 상기 전구체 입자의 중심, 즉 코어에는 상기 제 1 금속염 용액이 포함하는 니켈, 코발트, 망간 및 제 1 도핑원소를 포함하는 전구체 입자가 만들어지며, 이후 상기 제 2 금속염 용액이 점진적으로 혼합되며, 이후에는 제 1 금속염 용액이 존재하지 않는 상태에서 반응이 이루어지므로 상기 전구체 입자의 외표면 쪽, 즉 쉘에는 제 1 도핑원소가 포함되지 않고, 니켈, 코발트, 망간 및 제 2 도핑원소를 포함하는 전구체 입자가 만들어지게 된다. 이에 따라, 입자 전체 부피의 1 내지 70 부피%에 해당하는 영역의 코어, 구체적으로 1 내지 60 부피%에 해당하는 영역의 코어에 상기 제 1 도핑원소를 포함하고, 상기 코어의 외표면 상에 위치하는 쉘에 상기 제 2 도핑원소를 포함하는 양극 활물질 전구체를 제조할 수 있다.Specifically, since the reaction is performed in a state in which only the first metal salt solution is present at the initial stage of the preparation of the positive electrode active material precursor, nickel, cobalt, manganese and nickel, cobalt, manganese and Precursor particles containing the first doping element are made, and then the second metal salt solution is gradually mixed, and thereafter, the reaction is carried out in a state in which the first metal salt solution does not exist, so that the outer surface side of the precursor particles, that is, The shell does not contain the first doping element, and precursor particles containing nickel, cobalt, manganese, and the second doping element are made. Accordingly, the first doping element is included in the core of the region corresponding to 1 to 70% by volume of the total volume of the particles, specifically, 1 to 60% by volume, and is located on the outer surface of the core. A cathode active material precursor including the second doping element in the shell may be prepared.

이때, 상기 코어에는 제 2 도핑 원소가 소량 포함되어 있을 수 있고, 쉘에는 제 1 도핑원소가 소량 포함될 수 있다. In this case, a small amount of the second doping element may be included in the core, and a small amount of the first doping element may be included in the shell.

상기 코어에 포함되어 있는 제 2 도핑 원소는 상기 코어에 포함되어 있는 제 1 도핑원소 100 원자%에 대하여 0 내지 10 원자%의 양일 수 있고, 구체적으로 0 내지 5원자%의 양일 수 있다. 또한, 상기 쉘에 포함되어 있는 제 1 도핑 원소는 상기 쉘에 포함되어 있는 제 2 도핑원소 100 원자%에 대하여 0 내지 10 원자%의 양일 수 있고, 구체적으로 0 내지 5 원자%의 양일 수 있다.The second doping element included in the core may be in an amount of 0 to 10 atom%, and specifically, in an amount of 0 to 5 atom%, based on 100 atom% of the first doping element included in the core. In addition, the first doping element included in the shell may be in an amount of 0 to 10 atom%, and specifically, in an amount of 0 to 5 atom%, based on 100 atom% of the second doping element included in the shell.

또한, 본 발명의 일례에 있어서, 상기 제 1 금속염 용액은 제 1 도핑원소를 포함하고, 제 2 금속염 용액은 제 1 도핑원소는 포함하지 않고 제 2 도핑원소를 포함하므로, 제 1 금속염 용액에 제 2 금속염 용액이 혼합될수록 상기 제 1 도핑원소의 함량이 낮아져 상기 제 1 도핑원소는 활물질 입자의 중심에서부터 코어와 쉘의 계면 방향으로 감소하는 농도구배로 존재하게 되며, 제 2 도핑원소는 활물질 입자의 중심에서부터 코어와 쉘의 계면 방향으로 점차 증가하며 쉘에서 높은 농도를 가지게 된다. In addition, in an example of the present invention, the first metal salt solution contains a first doping element, and the second metal salt solution does not contain the first doping element and contains the second doping element. 2 As the metal salt solution is mixed, the content of the first doping element decreases, so that the first doping element exists in a concentration gradient decreasing from the center of the active material particle toward the interface between the core and the shell. It gradually increases in the direction of the interface between the core and the shell from the center and has a high concentration in the shell.

따라서, 본 발명의 다른 일례에 있어서, 상기 제 1 금속염 용액은 Zr, W, Ti, Nb, Mo 및 Ta로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상의 도핑원소를 포함하고, 상기 제 2 금속염 용액은 Al, B, Ga, In 및 Mg로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상의 도핑원소를 포함하므로, 코어와 쉘에 존재하는 도핑원소의 종류가 제 1 도핑원소와 제 2 도핑원소로 차이가 있고, 상기 제 1 도핑원소 및 제 2 도핑원소는 각각 입자의 표면 방향으로 감소하는 농도구배를 가지는 양극 활물질 전구체 입자를 제조할 수 있다.Therefore, in another example of the present invention, the first metal salt solution includes at least one doping element selected from the group consisting of Zr, W, Ti, Nb, Mo, and Ta, and the second metal salt solution is Al, Since it contains at least one doping element selected from the group consisting of B, Ga, In, and Mg, the types of doping elements present in the core and the shell are different from the first doping element and the second doping element, and the first The doping element and the second doping element may prepare positive electrode active material precursor particles each having a concentration gradient decreasing in the surface direction of the particles.

또한, 본 발명의 또 다른 일례에 있어서, 상기 단계 (2)에서 제조된 상기 양극 활물질 전구체에서. 상기 제 1 도핑원소는 입자의 중심에서부터 코어와 쉘의 계면으로 갈수록 점진적으로 감소하는 농도구배로 존재할 수 있고, 상기 제 2 도핑원소는 코어와 쉘의 계면에서부터 입자 표면으로 갈수록 점진적으로 증가하는 농도구배로 존재할 수 있다. Further, in another example of the present invention, in the positive electrode active material precursor prepared in step (2). The first doping element may exist in a concentration gradient gradually decreasing from the center of the particle to the interface between the core and the shell, and the second doping element is a concentration gradient gradually increasing from the interface between the core and the shell toward the particle surface. Can exist as

이에 따라, 제조된 상기 양극 활물질 전구체의 코어는 평균적으로 하기 화학식 3으로 표시되는 조성을 가질 수 있다. Accordingly, the core of the prepared positive active material precursor may have a composition represented by the following Formula 3 on average.

[화학식 3][Formula 3]

NixMnyCozM1wM2w'O2 Ni x Mn y Co z M1 w M2 w'O 2

상기 화학식 3에서, M1은 Zr, W, Ti, Nb, Mo 및 Ta로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상을 포함하고, M2는 Al, B, Ga, In 및 Mg로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상을 포함하며, 0.4≤x≤0.95, 0<y≤0.5, 0<z≤0.5, 0<w≤0.1, 0≤w'≤0.01, 0≤δ≤0.02, 0<x+y+z≤1이다.In Formula 3, M1 includes at least one selected from the group consisting of Zr, W, Ti, Nb, Mo, and Ta, and M2 is one selected from the group consisting of Al, B, Ga, In, and Mg. Including above, 0.4≤x≤0.95, 0<y≤0.5, 0<z≤0.5, 0<w≤0.1, 0≤w'≤0.01, 0≤δ≤0.02, 0<x+y+z≤ It is 1.

또한, 상기 양극 활물질 전구체의 쉘은 평균적으로 하기 화학식 4로 표시되는 조성을 가질 수 있다. In addition, the shell of the positive electrode active material precursor may have a composition represented by the following formula (4) on average.

[화학식 4][Formula 4]

NisMntCouM1vM2v'O2 Ni s Mn t Co u M1 v M2 v 'O 2 + δ

상기 화학식 4에서, M1은 Zr, W, Ti, Nb, Mo 및 Ta로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상을 포함하고, M2는 Al, B, Ga, In 및 Mg로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상을 포함하며, 0.4≤s≤0.95, 0<t≤0.5, 0<u≤0.5, 0≤v≤0.01, 0<v'≤0.1, 0≤δ≤0.02, 0<t+u+v≤1이다.In Formula 4, M1 includes one or more selected from the group consisting of Zr, W, Ti, Nb, Mo, and Ta, and M2 is one selected from the group consisting of Al, B, Ga, In, and Mg. Including above, 0.4≤s≤0.95, 0<t≤0.5, 0<u≤0.5, 0≤v≤0.01, 0<v'≤0.1, 0≤δ≤0.02, 0<t+u+v≤ It is 1.

상기 제 1 금속염 용액에 대한 제 2 금속염 용액의 첨가는 연속적으로 수행되며, 이와 같이 연속적으로 제 2 금속염 용액을 공급하여 반응시킴으로써, 하나의 공침 반응 공정으로 입자의 중심에서부터 표면으로 갈수록 금속의 농도가 연속적인 농도 구배를 갖는 침전물을 얻을 수 있으며, 이때 생성되는 활물질 전구체 내에서의 금속의 농도구배와 그 기울기는 제 1 금속염 용액, 및 제 2 금속염 용액의 조성과 혼합 공급 비율에 의해 용이하게 조절될 수 있다.The addition of the second metal salt solution to the first metal salt solution is continuously performed, and by continuously supplying and reacting the second metal salt solution, the concentration of the metal increases from the center of the particle to the surface in one coprecipitation reaction process. A precipitate having a continuous concentration gradient can be obtained, and the concentration gradient and the slope of the metal in the active material precursor generated at this time can be easily adjusted by the composition and mixing supply ratio of the first metal salt solution and the second metal salt solution. I can.

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

상기 제 1 금속염 용액에 대한 제 2 금속염 용액의 공급량 및 반응시간을 조절함으로써 양극 활물질 입자의 크기 및 쉘의 두께를 제어할 수 있다. 구체적으로는 앞서 설명한 바와 같은 양극 활물질 입자 크기를 갖도록 제 2 금속염 용액의 공급량 및 반응시간을 적절히 조절하는 것이 바람직할 수 있다. The size of the positive electrode active material particles and the thickness of the shell may be controlled by adjusting the supply amount and reaction time of the second metal salt solution to the first metal salt solution. Specifically, it may be desirable to appropriately adjust the supply amount and reaction time of the second metal salt solution so as to have the positive electrode active material particle size as described above.

상기 제 1 금속염 용액에 첨가되는 제 2 금속염 용액의 속도는 10 내지 20 g/분일 수 있고, 또한 반응온도는 50 내지 80℃일 수 있다. The rate of the second metal salt solution added to the first metal salt solution may be 10 to 20 g/min, and the reaction temperature may be 50 to 80°C.

또한, 상기 양극 활물질 전구체의 제조시, 상기 제 1 금속염 용액에 첨가되는 제 2 금속염 용액의 속도와 염기성 수용액의 속도는 동일할 수 있고, 상기 킬레이팅제의 첨가 속도는 상기 제 2 금속염 용액의 속도에 비해 5 내지 7배 느릴 수 있다. 예를 들어 코어 형성용 구간에서의 킬레이팅제의 첨가 속도는 1 내지 5 g/분이며, 염기성 수용액의 첨가 속도는 10 내지 20 g/분일 수 있다.In addition, when preparing the positive electrode active material precursor, the rate of the second metal salt solution added to the first metal salt solution and the rate of the basic aqueous solution may be the same, and the rate of addition of the chelating agent is the rate of the second metal salt solution Can be 5 to 7 times slower than. For example, the addition rate of the chelating agent in the section for forming the core may be 1 to 5 g/min, and the addition rate of the basic aqueous solution may be 10 to 20 g/min.

한편, 상기 단계 2에 있어서, 상기 킬레이팅제로는 암모니아 수용액, 황산 암모늄 수용액, 이들의 혼합물 등이 사용될 수 있다. Meanwhile, in Step 2, an aqueous ammonia solution, an aqueous ammonium sulfate solution, or a mixture thereof may be used as the chelating agent.

상기 킬레이팅제는 상기 코어 및 쉘 형성용 금속염의 혼합 용액 1몰에 대하여 0.5 내지 1의 몰비가 되도록 하는 양으로 첨가될 수 있다. 일반적으로 킬레이팅제는 금속과 1:1 몰비 이상으로 반응하여 착제를 형성하지만, 형성된 착체 중 염기성 수용액과 반응하지 않은 미반응 착체가 중간 생성물로 변하여 킬레이팅제로 회수되어 재사용될 수 있기 때문에 본 발명에서는 통상에 비해 킬레이팅 사용량을 낮출 수 있다. 그 결과, 양극 활물질의 결정성을 높이고, 안정화할 수 있다. The chelating agent may be added in an amount such that the molar ratio of 0.5 to 1 per 1 mole of the mixed solution of the core and the shell-forming metal salt is obtained. In general, the chelating agent reacts with the metal in a molar ratio of 1:1 or more to form a complex, but the unreacted complex that has not reacted with the basic aqueous solution among the formed complexes is converted into an intermediate product and can be recovered and reused. In compared to usual, the chelating amount can be lowered. As a result, the crystallinity of the positive electrode active material can be improved and stabilized.

상기 염기성 수용액은 수산화나트륨, 수산화칼륨 등과 같은 염기를 물 중에 용해시켜 제조한 것일 수 있다. The basic aqueous solution may be prepared by dissolving a base such as sodium hydroxide or potassium hydroxide in water.

상기 염기성 수용액의 농도는 2 M 내지 10 M일 수 있다. 상기 염기성 수용액의 농도가 2 M 미만인 경우 입자 형성 시간이 길어지고 탭 밀도가 저하되며 공침 반응물의 수득율이 낮아질 우려가 있다. 한편, 염기성 수용액의 농도가 10 M을 초과하는 경우 급격한 반응에 의해서 입자가 급격히 성장하기 때문에 균일한 입자의 형성하기 어렵고, 탭 밀도 역시 저하될 우려가 있다. The concentration of the basic aqueous solution may be 2 M to 10 M. When the concentration of the basic aqueous solution is less than 2 M, there is a concern that the particle formation time increases, the tap density decreases, and the yield of the coprecipitation reactant decreases. On the other hand, when the concentration of the basic aqueous solution exceeds 10 M, it is difficult to form uniform particles because the particles grow rapidly due to a rapid reaction, and there is a fear that the tap density is also lowered.

상기 양극 활물질 전구체의 제조를 위한 반응은 pH 10 내지 12의 범위 내에서 수행될 수 있다. pH가 상기한 범위를 벗어날 경우, 제조되는 양극 활물질 전구체의 크기를 변화시키거나 입자 쪼개짐을 유발할 우려가 있다. 또한, 양극 활물질 전구체 표면에 금속이온이 용출되어 부반응에 의해 각종 산화물을 형성할 우려가 있다. 상기와 같은 pH 조절은 염기성 수용액의 첨가를 통해 제어될 수 있다.The reaction for preparing the positive electrode active material precursor may be performed within a pH range of 10 to 12. When the pH is out of the above range, there is a concern that the size of the positive active material precursor to be prepared may be changed or particles may be split. In addition, there is a concern that metal ions are eluted on the surface of the positive electrode active material precursor to form various oxides through side reactions. The pH adjustment as described above can be controlled through the addition of a basic aqueous solution.

상기 양극 활물질 전구체의 제조를 위한 반응은 질소 등의 비활성 분위기하에서, 30 내지 80℃의 온도 범위에서 수행될 수 있다. 상기 반응시 반응 속도를 증가시키기 위하여 교반 공정이 선택적으로 수행될 수 있으며, 이때 교반 속도는 100 내지 2000 rpm일 수 있다.The reaction for preparing the positive electrode active material precursor may be performed in a temperature range of 30 to 80° C. in an inert atmosphere such as nitrogen. In order to increase the reaction speed during the reaction, a stirring process may be selectively performed, and in this case, the stirring speed may be 100 to 2000 rpm.

상기 단계 (2)에서의 반응의 결과로 앞서 설명한 바와 같은 구조를 갖는 양극 활물질 전구체가 침전된다. 침전된 양극 활물질 전구체에 대해서는 통상의 방법에 따라 분리 후, 건조 공정이 선택적으로 수행될 수 있으며, 이때 상기 건조 공정은 110 내지 400℃에서 15 내지 30시간 수행될 수 있다.As a result of the reaction in step (2), a cathode active material precursor having the structure as described above is precipitated. After separating the precipitated positive electrode active material precursor according to a conventional method, a drying process may be selectively performed, and the drying process may be performed at 110 to 400°C for 15 to 30 hours.

단계 (3)에서는 상기 양극 활물질 전구체와 리튬염을 혼합한 후 열처리하게 된다. In step (3), the cathode active material precursor and the lithium salt are mixed and then subjected to heat treatment.

상기 리튬염으로는 리튬 함유 황산염, 질산염, 아세트산염, 탄산염, 옥살산염, 시트르산염, 할라이드, 수산화물 또는 옥시수산화물 등이 사용될 수 있으며, 물에 용해될 수 있는 한 특별히 한정되지 않는다. 구체적으로 상기 리튬염은 Li2CO3, LiNO3, LiNO2, LiOH, LiOHㆍH2O, LiH, LiF, LiCl, LiBr, LiI, CH3COOLi, Li2O, Li2SO4, CH3COOLi, 또는 Li3C6H5O7 등일 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.As the lithium salt, lithium-containing sulfates, nitrates, acetates, carbonates, oxalates, citrates, halides, hydroxides or oxyhydroxides may be used, and as long as they can be dissolved in water, they are not particularly limited. Specifically, the lithium salt is Li 2 CO 3 , LiNO 3 , LiNO 2 , LiOH, LiOH·H 2 O, LiH, LiF, LiCl, LiBr, LiI, CH 3 COOLi, Li 2 O, Li 2 SO 4 , CH 3 COOLi, or Li 3 C 6 H 5 O 7 or the like, any one or a mixture of two or more of them may be used.

상기 양극 활물질 전구체와 리튬염 혼합시, 소결제가 선택적으로 더 첨가될 수 있다. 상기 소결제로는 구체적으로 NH4F, NH4NO3, 또는 (NH4)2SO4과 같은 암모늄 이온을 함유한 화합물; B2O3 또는 Bi2O3과 같은 금속산화물; 또는 NiCl2 또는 CaCl2과 같은 금속할로겐화물 등을 들 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 소결제는 양극 활물질 전구체 1 몰에 대하여 0.01 내지 0.2 몰의 함량으로 사용될 수 있다. 상기 소결제의 함량이 0.01 몰 미만으로 지나치게 낮으면 양극 활물질 전구체의 소결 특성 향상 효과가 미미할 수 있고, 또 소결제의 함량이 0.2 몰을 초과하여 지나치게 높으면, 과량의 소결제로 인해 양극 활물질로서의 성능 저하 및 충방전 진행시 전지의 초기 용량이 저하될 우려가 있다.When mixing the cathode active material precursor and the lithium salt, a sintering agent may be optionally further added. Specifically, the sintering agent is a compound containing ammonium ions such as NH 4 F, NH 4 NO 3 , or (NH 4 ) 2 SO 4; Metal oxides such as B 2 O 3 or Bi 2 O 3; Or a metal halide such as NiCl 2 or CaCl 2, and any one or a mixture of two or more of them may be used. The sintering agent may be used in an amount of 0.01 to 0.2 moles per 1 mole of the positive electrode active material precursor. If the content of the sintering agent is too low, such as less than 0.01 moles, the effect of improving the sintering characteristics of the positive electrode active material precursor may be insignificant, and if the content of the sintering agent exceeds 0.2 moles and being too high, the performance as a positive electrode active material is degraded And there is a concern that the initial capacity of the battery may decrease during charging and discharging.

상기 양극 활물질 전구체와 리튬염 혼합시, 수분제거제가 선택적으로 더 첨가될 수도 있다. 구체적으로 상기 수분제거제로는 구연산, 주석산, 글리콜산 또는 말레인산 등을 들 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 수분제거제는 양극 활물질 전구체 1 몰에 대하여 0.01 내지 0.2 몰의 함량으로 사용될 수 있다.When mixing the cathode active material precursor and the lithium salt, a moisture remover may be optionally further added. Specifically, the moisture removing agent may include citric acid, tartaric acid, glycolic acid or maleic acid, and any one or a mixture of two or more of them may be used. The moisture remover may be used in an amount of 0.01 to 0.2 moles per 1 mole of the positive electrode active material precursor.

상기 열처리 공정은 800℃ 내지 1100℃에서 수행될 수 있다. 상기 열처리 시 온도가 800℃ 미만이면 미반응 원료물질의 잔류로 인해 단위무게당 방전 용량의 저하, 사이클 특성의 저하 및 작동 전압의 저하 우려가 있고, 1100℃를 초과하면 부반응물의 생성으로 인해 단위무게당 방전용량의 저하, 사이클 특성의 저하 및 작동 전압의 저하 우려가 있다.The heat treatment process may be performed at 800°C to 1100°C. If the temperature during the heat treatment is less than 800°C, there is a risk of a decrease in discharge capacity per unit weight, a decrease in cycle characteristics, and a decrease in operating voltage due to the remaining unreacted raw materials. There is a risk of a decrease in discharge capacity per weight, a decrease in cycle characteristics, and a decrease in operating voltage.

상기 열처리 공정은 공기나 산소 등의 산화성 분위기나, 질소 혹은 수소가 포함된 환원성 분위기에서 5 내지 30시간 수행될 수 있다. 이와 같은 조건에서의 열처리 공정을 통해 입자간의 확산 반응이 충분히 이루어질 수 있고, 또한 내부 금속 농도가 일정한 부분에서도 금속의 확산이 일어나, 결과적으로 중심에서 표면까지 연속적인 금속의 농도 분포를 갖는 금속 산화물이 제조될 수 있다. The heat treatment process may be performed for 5 to 30 hours in an oxidizing atmosphere such as air or oxygen, or a reducing atmosphere including nitrogen or hydrogen. Through the heat treatment process under such conditions, the diffusion reaction between particles can be sufficiently achieved, and diffusion of metal occurs even in a portion where the internal metal concentration is constant, resulting in a metal oxide having a continuous metal concentration distribution from the center to the surface. Can be manufactured.

한편, 상기 열처리 공정 전에 250℃ 내지 650℃에서 5 내지 20시간 유지시키는 예비 소성이 선택적으로 수행될 수도 있다. 또 상기 열처리 공정 후 600℃ 내지 750℃에서 10 내지 20시간 동안의 어닐링 공정이 선택적으로 수행될 수도 있다.Meanwhile, preliminary firing in which the heat treatment process is maintained at 250° C. to 650° C. for 5 to 20 hours may be selectively performed. Further, an annealing process for 10 to 20 hours at 600° C. to 750° C. may be selectively performed after the heat treatment process.

상기와 같은 제조방법에 의해 제조된 양극 활물질은, 활물질 입자 전체에 걸쳐 전이금속의 분포가 제어됨으로써, 전지 적용시 고용량, 고수명 및 열안정성을 나타내는 동시에 고전압시 성능 열화를 최소화 할 수 있다.The positive electrode active material prepared by the above-described manufacturing method can exhibit high capacity, high lifespan, and thermal stability when applied to a battery by controlling the distribution of the transition metal throughout the active material particles, and at the same time minimize performance degradation at high voltage.

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

구체적으로, 상기 양극은 양극집전체, 및 상기 양극집전체 위에 형성되며, 상기한 양극 활물질을 포함하는 양극 활물질층을 포함한다.Specifically, the positive electrode includes a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer formed on the positive electrode current collector and including the positive electrode active material.

상기 양극 집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소 또는 알루미늄이나 스테인레스 스틸 표면에 탄소, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. 또, 상기 양극 집전체는 통상적으로 3 내지 500㎛의 두께를 가질 수 있으며, 상기 집전체 표면 상에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있다. 예를 들어 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical changes to the battery, for example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, or carbon, nickel, titanium on the surface of aluminum or stainless steel. , Silver, or the like may be used. In addition, the positive electrode current collector may generally have a thickness of 3 to 500 μm, and fine unevenness may be formed 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 양극 활물질층은 앞서 설명한 양극 활물질과 함께, 도전재 및 바인더를 포함할 수 있다. The positive electrode active material layer may include a conductive material and a binder in addition to the positive electrode active material described above.

이때, 상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성을 갖는 것이면 특별한 제한 없이 사용 가능하다. 구체적인 예로는 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본 블랙, 아세틸렌블랙, 케첸블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙, 탄소섬유 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 또는 폴리페닐렌 유도체 등의 전도성 고분자 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질층 총 중량에 대하여 1 내지 30 중량%로 포함될 수 있다.At this time, the conductive material is used to impart conductivity to the electrode, and in the battery to be configured, it may be used without particular limitation as long as it does not cause chemical changes and has electronic conductivity. 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 whiskey such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Alternatively, a conductive polymer such as a polyphenylene derivative may be used, and one of them alone or a mixture of two or more may be used. The conductive material may typically be included in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the positive electrode active material layer.

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

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

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

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

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

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

상기 리튬 이차전지에 있어서, 상기 음극은 음극집전체 및 상기 음극집전체 상에 위치하는 음극활물질층을 포함한다.In the lithium secondary battery, the negative electrode includes a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer disposed 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 to the battery, for example, copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, copper or stainless steel. Surface treatment with carbon, nickel, titanium, silver, or the like, aluminum-cadmium alloy, and the like may be used. In addition, the negative electrode current collector may generally have a thickness of 3 to 500 μm, and, like the positive electrode current collector, microscopic irregularities may be formed on the surface of the current collector to enhance the bonding strength of the negative electrode active material. For example, it may be used in various forms such as films, sheets, foils, nets, porous bodies, foams, and nonwoven fabrics.

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

상기 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; SiOx(0 < x < 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.A compound capable of reversible intercalation and deintercalation of lithium may be used as the negative electrode active material. Specific examples include carbonaceous materials such as artificial graphite, natural graphite, graphitized carbon fiber, and 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 undoping lithium such as SiO x (0 <x <2), SnO 2, vanadium oxide, and lithium vanadium oxide; Or a composite including the metal compound and a carbonaceous material, such as a Si-C composite or an Sn-C composite, and any one or a mixture of two or more of them may be used. In addition, a metal lithium thin film may be used as the negative electrode active material. Further, as the carbon material, both low crystalline carbon and high crystalline carbon may be used. As low crystalline carbon, soft carbon and hard carbon are typical, and high crystalline carbon is amorphous, plate, scale, spherical or fibrous natural graphite or artificial graphite, Kish graphite (Kish). graphite), pyrolytic carbon, mesophase pitch based carbon fiber, meso-carbon microbeads, mesophase pitches, and petroleum or coal tar pitch High-temperature calcined carbon such as derived cokes) is typical.

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

상기 음극활물질층은 일례로서 음극집전체 상에 음극활물질, 및 선택적으로 바인더 및 도전재를 용매중에 분산시켜 제조한 음극 형성용 조성물을 도포하고 건조하거나, 또는 상기 음극 형성용 조성물을 별도의 지지체 상에 캐스팅한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 음극집전체 상에 라미네이션함으로써 제조될 수도 있다.The negative electrode active material layer is, for example, coated with a negative electrode forming composition prepared by dispersing a negative electrode active material, and optionally a binder and a conductive material in a solvent on a negative electrode current collector, and then drying, or the negative electrode forming composition on a separate support. It can also be produced by casting a film on the negative electrode current collector and then laminating the film obtained by peeling it from the support.

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

또한, 본 발명에서 사용되는 전해질로는 리튬 이차전지 제조시 사용 가능한 유기계 액체 전해질, 무기계 액체 전해질, 고체 고분자 전해질, 겔형 고분자 전해질, 고체 무기 전해질, 용융형 무기 전해질 등을 들 수 있으며, 이들로 한정되는 것은 아니다. In addition, electrolytes used in the present invention include organic liquid electrolytes, inorganic liquid electrolytes, solid polymer electrolytes, gel polymer electrolytes, solid inorganic electrolytes, molten inorganic electrolytes, etc. that can be used in the manufacture of lithium secondary batteries, and are limited to these. It does not become.

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

상기 유기 용매로는 전지의 전기 화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 할 수 있는 것이라면 특별한 제한없이 사용될 수 있다. 구체적으로 상기 유기 용매로는, 메틸 아세테이트(methyl acetate), 에틸 아세테이트(ethyl acetate), γ-부티로락톤(γ-butyrolactone), ε-카프로락톤(ε-caprolactone) 등의 에스테르계 용매; 디부틸 에테르(dibutyl ether) 또는 테트라히드로퓨란(tetrahydrofuran) 등의 에테르계 용매; 시클로헥사논(cyclohexanone) 등의 케톤계 용매; 벤젠(benzene), 플루오로벤젠(fluorobenzene) 등의 방향족 탄화수소계 용매; 디메틸카보네이트(dimethylcarbonate, DMC), 디에틸카보네이트(diethylcarbonate, DEC), 메틸에틸카보네이트(methylethylcarbonate, MEC), 에틸메틸카보네이트(ethylmethylcarbonate, EMC), 에틸렌카보네이트(ethylene carbonate, EC), 프로필렌카보네이트(propylene carbonate, PC) 등의 카보네이트계 용매; 에틸알코올, 이소프로필 알코올 등의 알코올계 용매; R-CN(R은 C2 내지 C20의 직쇄상, 분지상 또는 환 구조의 탄화수소기이며, 이중결합 방향 환 또는 에테르 결합을 포함할 수 있다) 등의 니트릴류; 디메틸포름아미드 등의 아미드류; 1,3-디옥솔란 등의 디옥솔란류; 또는 설포란(sulfolane)류 등이 사용될 수 있다. 이중에서도 카보네이트계 용매가 바람직하고, 전지의 충방전 성능을 높일 수 있는 높은 이온전도도 및 고유전율을 갖는 환형 카보네이트(예를 들면, 에틸렌카보네이트 또는 프로필렌카보네이트 등)와, 저점도의 선형 카보네이트계 화합물(예를 들면, 에틸메틸카보네이트, 디메틸카보네이트 또는 디에틸카보네이트 등)의 혼합물이 보다 바람직하다. 이 경우 환형 카보네이트와 사슬형 카보네이트는 약 1:1 내지 약 1:9의 부피비로 혼합하여 사용하는 것이 전해액의 성능이 우수하게 나타날 수 있다. The organic solvent may be used without particular limitation as long as it can serve as a medium through which ions involved in the electrochemical reaction of a battery can move. Specifically, examples of the organic solvent include ester solvents such as methyl acetate, ethyl acetate, γ-butyrolactone, and ε-caprolactone; Ether solvents such as dibutyl ether or tetrahydrofuran; Ketone solvents such as cyclohexanone; Aromatic hydrocarbon-based solvents such as benzene and fluorobenzene; Dimethylcarbonate (DMC), diethylcarbonate (DEC), methylethylcarbonate (MEC), ethylmethylcarbonate (EMC), ethylene carbonate (EC), propylene carbonate, Carbonate-based solvents such as PC); Alcohol solvents such as ethyl alcohol and isopropyl alcohol; Nitriles such as R-CN (R is a C2 to C20 linear, branched or cyclic hydrocarbon group, and may contain a double bonded aromatic ring or an ether bond); Amides such as dimethylformamide; Dioxolanes such as 1,3-dioxolane; Alternatively, sulfolanes or the like may be used. Among them, carbonate-based solvents are preferable, and cyclic carbonates having high ionic conductivity and high dielectric constant (e.g., ethylene carbonate or propylene carbonate, etc.), which can increase the charging/discharging 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, when the cyclic carbonate and the chain carbonate are mixed in a volume ratio of about 1:1 to about 1:9, the electrolyte may exhibit excellent performance.

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

상기 전해질에는 상기 전해질 구성 성분들 외에도 전지의 수명특성 향상, 전지 용량 감소 억제, 전지의 방전 용량 향상 등을 목적으로 예를 들어, 디플루오로 에틸렌카보네이트 등과 같은 할로알킬렌카보네이트계 화합물, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사인산 트리아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올 또는 삼염화 알루미늄 등의 첨가제가 1종 이상 더 포함될 수도 있다. 이때 상기 첨가제는 전해질 총 중량에 대하여 0.1 내지 5 중량%로 포함될 수 있다.In addition to the electrolyte constituents, the electrolyte includes, for example, haloalkylene carbonate-based compounds such as difluoroethylene carbonate, pyridine, and trivalent for the purpose of improving battery life characteristics, suppressing reduction in battery capacity, and improving battery discharge capacity. Ethyl phosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylene diamine, n-glyme, hexaphosphate triamide, nitrobenzene derivative, sulfur, quinone imine dye, N-substituted oxazolidinone, N,N-substituted imida One or more additives such as zolidine, ethylene glycol dialkyl ether, ammonium salt, pyrrole, 2-methoxy ethanol, or aluminum trichloride may be further included. At this time, the additive may be included in an amount of 0.1 to 5% by weight based on the total weight of the electrolyte.

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

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

상기 전지모듈 또는 전지팩은 파워 툴(Power Tool); 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차, 및 플러그인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV)를 포함하는 전기차; 또는 전력 저장용 시스템 중 어느 하나 이상의 중대형 디바이스 전원으로 이용될 수 있다.The battery module or battery pack may include a power tool; Electric vehicles including electric vehicles (EV), hybrid electric vehicles, and plug-in hybrid electric vehicles (PHEV); Alternatively, it may be used as a power source for any one or more medium and large-sized devices among systems for power storage.

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

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

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art can easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein.

실시예Example 1 One

0.1 mol/m3의 황산지르코늄 수용액과 황산니켈:황산망간:황산코발트를 60:20:20 몰비로 혼합한 2.4 M 농도의 제 1 금속염 용액과 0.002M 보론산과 황산니켈:황산망간:황산코발트를 60:20:20 몰비로 혼합한 2.4 M 농도의 제 2 금속염 용액을 준비하였다. 0.1 mol/m 3 of zirconium sulfate aqueous solution and nickel sulfate: manganese sulfate: cobalt sulfate mixed at a molar ratio of 60:20: 2.4 M concentration of the first metal salt solution and 0.002 M boronic acid and nickel sulfate: manganese sulfate: cobalt sulfate A second metal salt solution having a concentration of 2.4 M mixed at a molar ratio of 60:20:20 was prepared.

연속교반탱크반응기(CSTR)에 증류수 4 l를 넣은 뒤 질소가스를 반응기에 1 l/min의 속도로 버블링하여 용존산소를 제거하고, 반응기 온도를 50℃로 유지시키면서 1000 rpm으로 교반하였다.After 4 l of distilled water was added to the continuous stirring tank reactor (CSTR), nitrogen gas was bubbled into the reactor at a rate of 1 l/min to remove dissolved oxygen, and stirred at 1000 rpm while maintaining the reactor temperature at 50°C.

상기 연속교반탱크반응기(CSTR)에 제 1 금속염 용액을 15 g/분으로 투입하였다. 3.6 M 농도의 암모니아 용액을 3 g/분으로 반응기에 연속적으로 투입하면서 pH를 조절하였다. 2 M 수산화나트륨 용액을 15 g/분의 속도로 공급하면서 pH를 11로 유지시켰다. The first metal salt solution was added to the continuous stirring tank reactor (CSTR) at 15 g/min. The pH was adjusted while continuously adding a 3.6 M ammonia solution to the reactor at 3 g/min. The pH was maintained at 11 while a 2 M sodium hydroxide solution was fed at a rate of 15 g/min.

60분 후, 상기 제 1 금속염 용액에 상기 제 2 금속염 용액을 15 g/분으로 투입하면서 반응을 지속하였다. 금속염 용액의 반응기 내의 평균 체류 시간은 2 시간 정도가 되도록 하였으며, 반응이 정상상태에 도달한 후에 상기 반응물에 대해 정상 상태 지속시간을 주어 좀 더 밀도가 높은 공침 화합물을 얻도록 하였다.After 60 minutes, the reaction was continued while adding the second metal salt solution at 15 g/min to the first metal salt solution. The average residence time of the metal salt solution in the reactor was about 2 hours, and after the reaction reached a steady state, a steady state duration was given to the reactant to obtain a more dense coprecipitated compound.

제조된 공침 화합물을 여과하고, 물로 세척한 다음, 110 의 온풍 건조기에서 15 시간 동안 건조시켜, 활물질 전구체를 얻었다.The prepared coprecipitation compound was filtered, washed with water, and then dried in a warm air dryer of 110 for 15 hours to obtain an active material precursor.

LiOH를 Li/Metal=1.05의 몰비로 혼합하고 900에서 6 시간 동안 소성하여 양극 활물질을 제조하였다.LiOH was mixed at a molar ratio of Li/Metal=1.05 and fired at 900 for 6 hours to prepare a positive electrode active material.

실시예Example 2 2

상기 실시예 1에서 상기 제 1 금속염 용액에 투입되는 제 2 금속염 용액의 양을 20 g/분으로 달리한 것을 제외하고는, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 양극 활물질을 제조하였다. A positive electrode active material was prepared in the same manner as in Example 1, except that the amount of the second metal salt solution added to the first metal salt solution in Example 1 was changed to 20 g/min.

비교예Comparative example 1 One

연속교반탱크반응기(CSTR)에 증류수 4 ℓ를 넣은 뒤 질소가스를 반응기에 1 ℓ/min의 속도로 버블링하여 용존산소를 제거하고, 반응기 온도를 50℃로 유지시키면서 1000 rpm으로 교반하였다.After 4 ℓ of distilled water was added to the continuous stirring tank reactor (CSTR), nitrogen gas was bubbled into the reactor at a rate of 1 ℓ/min to remove dissolved oxygen, and stirred at 1000 rpm while maintaining the reactor temperature at 50°C.

상기 반응기에 0.1 mol/m3의 황산지르코늄 수용액과 황산니켈:황산망간:황산코발트를 60:20:20 몰비로 혼합한 2.4 M 농도의 금속염 용액을 15 g/분으로 투입하였다. 3.6 M 농도의 암모니아 용액을 3 g/분으로 반응기에 연속적으로 투입하면서 pH를 조절하였다. 2 M 수산화나트륨 용액을 15 g/분의 속도로 공급하면서 pH를 11로 유지시켰다. A metal salt solution having a concentration of 2.4 M in which 0.1 mol/m 3 of zirconium sulfate aqueous solution and nickel sulfate: manganese sulfate: cobalt sulfate were mixed at a molar ratio of 60:20:20 was added at 15 g/min. The pH was adjusted while continuously adding a 3.6 M ammonia solution to the reactor at 3 g/min. The pH was maintained at 11 while a 2 M sodium hydroxide solution was fed at a rate of 15 g/min.

상기 혼합금속 수용액의 유량을 조절하여 반응기 내의 평균 체류시간이 6시간이 되도록 하였으며, 반응이 정상상태에 도달 한 후에 상기 혼합금속 수용액에 대해 정상상태 지속시간을 주어 밀도가 높은 제1 복합금속수산화물 침전물을 얻었다.The flow rate of the mixed metal aqueous solution was adjusted so that the average residence time in the reactor was 6 hours, and after the reaction reached a steady state, the mixed metal aqueous solution was given a steady state duration to give a high-density first complex metal hydroxide precipitate. Got it.

정상상태에 도달한 제1 복합금속수산화물 침전물에 황산니켈:황산망간:황산코발트를 60:20:20 몰비로 혼합한 1 M 농도의 금속염 용액을 5 g/분으로 연속적으로 투입하면서 0.4 M의 암모니아 용액 및 0.2 M의 수산화나트륨 용액을 공급하여 pH가 11이 되도록 유지시키면서 공침반응을 진행하여 코어-쉘 구조의 복합금속수산화물 침전물을 수득하였다.0.4 M of ammonia while continuously adding a 1 M concentration metal salt solution mixed with nickel sulfate: manganese sulfate: cobalt sulfate at a molar ratio of 60:20:20 to the first composite metal hydroxide precipitate that reached a steady state at 5 g/min. A solution and a 0.2 M sodium hydroxide solution were supplied to maintain a pH of 11 and a coprecipitation reaction was performed to obtain a core-shell structured composite metal hydroxide precipitate.

상기 수득한 코어-셀 구조의 복합금속수산화물 침전물을 세척하고 110℃ 온퐁건조기에서 12시간 동안 건조하여 코어-쉘 구조의 복합금속산화물 전구체를 수득하였다.The obtained core-shell structured composite metal hydroxide precipitate was washed and dried in an on-pong dryer at 110° C. for 12 hours to obtain a core-shell structured composite metal oxide precursor.

비교예Comparative example 2 2

연속교반탱크반응기(CSTR)에 증류수 4 ℓ를 넣은 뒤 질소가스를 반응기에 1 ℓ/min의 속도로 버블링하여 용존산소를 제거하고, 반응기 온도를 50℃로 유지시키면서 1000 rpm으로 교반하였다.After 4 ℓ of distilled water was added to the continuous stirring tank reactor (CSTR), nitrogen gas was bubbled into the reactor at a rate of 1 ℓ/min to remove dissolved oxygen, and stirred at 1000 rpm while maintaining the reactor temperature at 50°C.

상기 반응기에 0.1 mol/m3의 황산지르코늄 수용액과 황산니켈:황산망간:황산코발트를 60:20:20 몰비로 혼합한 2.4 M 농도의 금속염 용액을 15 g/분으로 투입하였다. 3.6 M 농도의 암모니아 용액을 3 g/분으로 반응기에 연속적으로 투입하면서 pH를 조절하였다. 2 M 수산화나트륨 용액을 15 g/분의 속도로 공급하면서 pH를 11로 유지시켰다. A metal salt solution having a concentration of 2.4 M in which 0.1 mol/m 3 of zirconium sulfate aqueous solution and nickel sulfate: manganese sulfate: cobalt sulfate were mixed at a molar ratio of 60:20:20 was added at 15 g/min. The pH was adjusted while continuously adding a 3.6 M ammonia solution to the reactor at 3 g/min. The pH was maintained at 11 while a 2 M sodium hydroxide solution was fed at a rate of 15 g/min.

상기 혼합금속 수용액의 유량을 조절하여 반응기 내의 평균 체류시간이 6시간이 되도록 하였으며, 반응이 정상상태에 도달 한 후에 상기 혼합금속 수용액에 대해 정상상태 지속시간을 주어 밀도가 높은 제1 복합금속수산화물 침전물을 얻었다.The flow rate of the mixed metal aqueous solution was adjusted so that the average residence time in the reactor was 6 hours, and after the reaction reached a steady state, the mixed metal aqueous solution was given a steady state duration to give a high-density first complex metal hydroxide precipitate. Got it.

정상상태에 도달한 제1 복합금속수산화물 침전물에 0.1 mol/m3의 황산지르코늄 수용액과 황산니켈:황산망간:황산코발트를 60:20:20 몰비로 혼합한 2.4 M 농도의 금속염 용액을 5 g/분으로 연속적으로 투입하면서 0.4 M의 암모니아 용액 및 0.2 M의 수산화나트륨 용액을 공급하여 pH가 11이 되도록 유지시키면서 공침반응을 진행하여 코어-쉘 구조의 복합금속수산화물 침전물을 수득하였다. In the first composite metal hydroxide precipitate that reached a steady state, a 2.4 M concentration metal salt solution of 0.1 mol/m 3 of zirconium sulfate aqueous solution and nickel sulfate: manganese sulfate: cobalt sulfate mixed in a 60:20:20 molar ratio was added to 5 g/m. While continuously added in minutes, 0.4 M ammonia solution and 0.2 M sodium hydroxide solution were supplied, and the coprecipitation reaction was carried out while maintaining the pH at 11 to obtain a core-shell structured composite metal hydroxide precipitate.

상기 수득한 코어-셀 구조의 복합금속수산화물 침전물을 세척하고 110℃ 온퐁건조기에서 12시간 동안 건조하여 코어-쉘 구조의 복합금속산화물 전구체를 수득하였다.The obtained core-shell structured composite metal hydroxide precipitate was washed and dried in an on-pong dryer at 110° C. for 12 hours to obtain a core-shell structured composite metal oxide precursor.

비교예Comparative example 3 3

연속교반탱크반응기(CSTR)에 증류수 4 l를 넣은 뒤 질소가스를 반응기에 1 l/min의 속도로 버블링하여 용존산소를 제거하고, 반응기 온도를 50℃로 유지시키면서 1000 rpm으로 교반하였다.After 4 l of distilled water was added to the continuous stirring tank reactor (CSTR), nitrogen gas was bubbled into the reactor at a rate of 1 l/min to remove dissolved oxygen, and stirred at 1000 rpm while maintaining the reactor temperature at 50°C.

상기 연속교반탱크반응기(CSTR)에 0.1 mol/m3의 황산지르코늄 수용액과 황산니켈:황산망간:황산코발트를 60:20:20 몰비로 혼합한 2.4 M 농도의 금속염 용액을 15 g/분으로 투입하였다. 3.6 M 농도의 암모니아 용액을 3 g/분으로 반응기에 연속적으로 투입하면서 pH를 조절하였다. 2 M 수산화나트륨 용액을 15 g/분의 속도로 공급하면서 pH를 11로 유지시켰다. 이어서, 반응기의 임펠러 속도를 1000 rpm으로 조절하여 얻어지는 공침 반응을 수행하였다. 이때 유량을 조절하여 용액의 반응기 내의 평균 체류 시간은 6 시간 정도가 되도록 하였으며, 반응이 정상상태에 도달한 후에 상기 반응물에 대해 정상 상태 지속시간을 주어 좀 더 밀도가 높은 제1 복합금속수산화물 침전물을 얻었다.Into the continuous stirring tank reactor (CSTR), 0.1 mol/m 3 of zirconium sulfate aqueous solution and nickel sulfate: manganese sulfate: cobalt sulfate were mixed in a 60:20:20 molar ratio of 2.4 M metal salt solution at 15 g/min. I did. The pH was adjusted while continuously adding a 3.6 M ammonia solution to the reactor at 3 g/min. The pH was maintained at 11 while a 2 M sodium hydroxide solution was fed at a rate of 15 g/min. Then, a co-precipitation reaction obtained by adjusting the impeller speed of the reactor to 1000 rpm was performed. At this time, the flow rate was adjusted so that the average residence time of the solution in the reactor was about 6 hours, and after the reaction reached a steady state, a steady state duration was given to the reactant to form a denser first composite metal hydroxide precipitate. Got it.

정상상태에 도달한 제1 복합금속수산화물 침전물에 0.002M 보론산과 황산니켈:황산망간:황산코발트를 60:20:20 몰비로 혼합한 2.4 M 농도의 금속염 용액을 5 g/분으로 연속적으로 투입하면서 0.4 M의 암모니아 용액 및 0.2 M의 수산화나트륨 용액을 공급하여 pH가 11이 되도록 유지시키면서 공침반응을 진행하여 코어-쉘 구조의 복합금속수산화물 침전물을 수득하였다. A 2.4 M concentration metal salt solution of 0.002 M boronic acid and nickel sulfate: manganese sulfate: cobalt sulfate in a 60:20:20 molar ratio was continuously added to the first composite metal hydroxide precipitate that reached the steady state at 5 g/min. By supplying 0.4 M ammonia solution and 0.2 M sodium hydroxide solution, while maintaining the pH to 11, the co-precipitation reaction proceeded to obtain a composite metal hydroxide precipitate having a core-shell structure.

LiOH를 Li/Metal=1.05의 몰비로 혼합하고 900에서 6 시간 동안 소성하여 양극 활물질을 제조하였다.LiOH was mixed at a molar ratio of Li/Metal=1.05 and fired at 900 for 6 hours to prepare a positive electrode active material.

실험예Experimental example 1 : 활물질 입자에서의 농도 1: concentration in active material particles 구배gradient 구조의 확인 Confirmation of structure

상기 실시예 1 및 2, 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 활물질 입자에서 중심으로부터 표면에 이르기까지 각각 금속의 농도 구배 구조를 확인하기 위하여, EPMA(전자선 마이크로 애널라이저: Electron Probe Micro Analyzer)를 이용하여 중심으로부터 표면으로 이동하면서 각 전구체 입자에서의 원소비(atomic ratio)를 측정하였으며 그 결과를 도 1 및 2에 나타내었다. In order to confirm the concentration gradient structure of each metal from the center to the surface in the active material particles prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3, EPMA (electron probe micro analyzer) was used. While moving from the center to the surface, the atomic ratio of each precursor particle was measured, and the results are shown in FIGS. 1 and 2.

도 1을 참조하면, 실시예 1 및 2에서 각각 제조된 양극 활물질 입자는 입자의 중심으로부터 표면으로 향할수록 도핑원소인 Zr의 함량이 서서히 감소하여 표면에 가까워지면 도핑원소가 포함되어 있지 않고, B는 입자 중심에는 포함되어 있지 않고, 입자 중심으로부터 대략 50% 지점에서부터 그 함량이 증가함을 확인할 수 있다. 한편, 비교예 1에서 제조된 양극 활물질 입자는 입자 중심부에 Zr이 존재하고 쉘에는 Zr 포함되어 있지 않으며, 비교예 2에서 제조된 양극 활물질 입자는 입자 중심부에는 Zr이 존재하지 않고 쉘에 Zr 포함되어 있음을 확인할 수 있다. 또한, 비교예 3에서 제조된 양극 활물질 입자는 입자 중심부에 Zr이 존재하고 쉘에는 Zr 포함되어 있지 않으며 B가 포함되어 있음을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 1, the positive electrode active material particles prepared in Examples 1 and 2 respectively gradually decrease the content of Zr, which is a doping element, toward the surface from the center of the particle, so that the doping element is not included as it approaches the surface, and B Is not included in the center of the particle, and its content increases from approximately 50% from the center of the particle. Meanwhile, the positive electrode active material particles prepared in Comparative Example 1 had Zr in the center of the particles and no Zr contained in the shell, and the positive active material particles prepared in Comparative Example 2 did not have Zr in the center of the particles and contained Zr in the shell. It can be confirmed that there is. In addition, it can be seen that in the positive electrode active material particles prepared in Comparative Example 3, Zr is present in the center of the particle, and Zr is not included in the shell, but B is included.

실험예Experimental example 2 : 2 : 충방전Charge and discharge 특성 평가 Property evaluation

상기 실시예 1 및 2, 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 양극활물질을 이용하여 코인셀(Li금속 음극 사용)을 제조하고, 상온(25℃)에서 0.1 C/0.1 C의 조건으로 충방전을 실시한 후 초기 충방전 특성을 평가하였다. Using the positive electrode active material prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3, a coin cell (Li metal negative electrode was used) was prepared, and charging and discharging was performed at room temperature (25° C.) at 0.1 C/0.1 C. After carrying out the initial charge and discharge characteristics were evaluated.

그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. The results are shown in Table 1 below.

0.1 C 충전
(mAh/g)
0.1 C charge
(mAh/g)
0.1 C 방전
(mAh/g)
0.1 C discharge
(mAh/g)
효율
(%)
efficiency
(%)
1.0 C 방전
(mAh/g)
1.0 C discharge
(mAh/g)
2.0 C 방전
(mAh/g)
2.0 C discharge
(mAh/g)
실시예 1Example 1 199.8199.8 189.7189.7 94.994.9 173.9173.9 165.1165.1 실시예 2Example 2 199.7199.7 188.5188.5 94.494.4 173.6173.6 164.9164.9 비교예 1Comparative Example 1 199.5199.5 187.8187.8 94.194.1 172.6172.6 164.5164.5 비교예 2Comparative Example 2 199.1199.1 183.0183.0 91.991.9 170.1170.1 162.5162.5 비교예 3Comparative Example 3 199.2199.2 182.8182.8 91.891.8 169.8169.8 162.4162.4

상기 표 1을 참조하면, 실시예 1 및 2에서 제조된 양극활물질을 이용하여 제조된 리튬 이차전지는 비교예 1 내지 3에서 제조된 양극활물질을 이용하여 제조된 리튬 이차전지에 비해 우수한 충방전 특성을 가짐을 확인할 수 있다. Referring to Table 1, the lithium secondary battery manufactured using the positive electrode active material prepared in Examples 1 and 2 has excellent charge/discharge characteristics compared to the lithium secondary battery manufactured using the positive electrode active material prepared in Comparative Examples 1 to 3. It can be confirmed that it has.

실험예Experimental example 3 : 사이클 특성 평가 실험 3: Cycle characteristic evaluation experiment

상기 실시예 1 및 2, 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 양극활물질을 이용하여 코인셀(Li금속 음극 사용)을 제조하고 사이클 수에 따른 상대 효율을 알아보기 위해 다음과 같이 전기화학 평가 실험을 수행하였다.To prepare a coin cell (using Li metal negative electrode) using the positive electrode active material prepared in Examples 1 and 2, and Comparative Examples 1 to 3, and to find out the relative efficiency according to the number of cycles, an electrochemical evaluation experiment was conducted as follows. Performed.

구체적으로, 상기 리튬 이차전지를 25 ℃에서 1C의 정전류(CC) 4.3V가 될 때까지 충전하고, 이후 4.3V의 정전압(CV)으로 충전하여 충전전류가 0.05mAh가 될 때까지 1회째의 충전을 행하였다. 이후 20분간 방치한 다음 2C의 정전류로 3.0V가 될 때까지 방전한 다음, 이를 1 내지 50 회의 사이클로 반복 실시하였다. 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.Specifically, the lithium secondary battery is charged at 25 °C to a constant current (CC) of 4.3V at 1C, and then charged at a constant voltage (CV) of 4.3V to charge the first time until the charging current reaches 0.05mAh. Was done. After leaving it for 20 minutes, it was discharged at a constant current of 2C until it reached 3.0V, and this was repeated in 1 to 50 cycles. The results are shown in Table 2 below.

50 사이클 후의 용량유지율 (%)Capacity retention rate after 50 cycles (%) 실시예 1Example 1 99.699.6 실시예 2Example 2 99.099.0 비교예 1Comparative Example 1 92.592.5 비교예 2Comparative Example 2 91.891.8 비교예 3Comparative Example 3 90.790.7

상기 표 2를 참조하면, 실시예 1 및 2에서 제조된 양극활물질을 이용하여 제조된 리튬 이차전지는 비교예 1 내지 3에서 제조된 양극활물질을 이용하여 제조된 리튬 이차전지에 비해 50 사이클 후의 용량 유지율이 우수함을 확인할 수 있다.Referring to Table 2, the lithium secondary battery manufactured using the positive electrode active material prepared in Examples 1 and 2 has the capacity after 50 cycles compared to the lithium secondary battery manufactured using the positive electrode active material prepared in Comparative Examples 1 to 3. It can be confirmed that the retention rate is excellent.

Claims (16)

리튬 니켈코발트망간계 복합금속 산화물의 입자를 포함하고,
상기 입자는 입자의 중심에서부터 입자 전체 부피의 1 내지 70 부피%에 해당하는 영역의 코어, 및 상기 코어의 외표면 상에 위치하는 쉘의 코어-쉘 구조를 가지며,
상기 코어는 Zr, W, Ti, Nb, Mo 및 Ta로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 제 1 도핑원소를 포함하고, 상기 제 1 도핑원소는 입자의 중심에서부터 코어와 쉘의 계면으로 갈수록 점진적으로 감소하는 농도구배로 존재하며,
상기 쉘은 Al, B, Ga, In 및 Mg로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 제 2 도핑원소를 포함하고, 상기 제 2 도핑원소는 코어와 쉘의 계면에서부터 입자 표면으로 갈수록 점진적으로 증가하는 농도구배로 존재하는, 이차전지용 양극활물질.
Including particles of lithium nickel cobalt manganese-based composite metal oxide,
The particles have a core in a region corresponding to 1 to 70% by volume of the total volume of the particles from the center of the particle, and a core-shell structure of a shell located on the outer surface of the core
The core includes at least one first doping element selected from the group consisting of Zr, W, Ti, Nb, Mo, and Ta, and the first doping element gradually increases from the center of the particle toward the interface between the core and the shell. Exists in a decreasing concentration gradient,
The shell contains at least one second doping element selected from the group consisting of Al, B, Ga, In, and Mg, and the second doping element has a concentration gradually increasing from the interface between the core and the shell toward the particle surface. A positive electrode active material for secondary batteries that exists in a gradient.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 도핑원소 또는 제 2 도핑원소가 2종 이상의 원소를 포함할 경우, 상기 2 종 이상의 원소는 각각 독립적으로 하나의 농도구배 기울기 값을 갖는 이차전지용 양극 활물질.
The method of claim 1,
When the first doping element or the second doping element includes two or more types of elements, the two or more types of elements each independently have one concentration gradient gradient value.
제 1 항에 있어서,
상기 양극활물질 입자의 중심에서부터 표면 방향으로 코어 총 부피에 대하여 10 부피% 이내의 영역인 Rc10 영역과,
상기 양극활물질 입자의 코어와 쉘의 계면에서부터 중심 방향으로 코어 총 부피에 대하여 10 부피% 이내의 영역인 Ri10 영역에서의 제 1 도핑원소의 농도 차이가 10 내지 70 원자%인, 이차전지용 양극활물질.
The method of claim 1,
An Rc 10 region within 10% by volume of the total core volume from the center of the positive electrode active material particle to the surface direction, and
A positive electrode active material for a secondary battery in which the difference in concentration of the first doping element in the R i10 region, which is within 10% by volume of the total core volume from the interface between the core and the shell of the positive electrode active material particle, is 10 to 70 atomic% .
제 1 항에 있어서,
상기 양극활물질 입자의 코어와 쉘의 계면에서부터 상기 양극활물질 입자의 표면 방향으로 쉘의 총 부피에 대하여 10 부피% 이내의 영역인 RSi10 영역과,
상기 양극활물질 입자의 표면에서부터 중심 방향으로 쉘의 총 부피에 대하여 10 부피% 이내의 영역인 RS10 영역에서의 제 2 도핑원소의 농도 차이가 10 내지 70 원자%인, 이차전지용 양극활물질.
The method of claim 1,
An R Si10 region within 10% by volume of the total volume of the shell from the interface between the core and the shell of the positive electrode active material particle toward the surface of the positive electrode active material particle;
The positive electrode active material for a secondary battery, wherein the difference in concentration of the second doping element in the R S10 region, which is within 10% by volume of the total volume of the shell from the surface of the positive electrode active material particle, is 10 to 70 atomic%.
제 1 항에 있어서,
상기 리튬 복합금속 산화물의 입자의 코어가 평균적으로 하기 화학식 1로 표시되는 조성을 가지는 이차전지용 양극 활물질.
[화학식 1]
LiaNixMnyCozM1wM2w'O2
(상기 화학식 1에서, M1은 Zr, W, Ti, Nb, Mo 및 Ta로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상을 포함하고, M2는 Al, B, Ga, In 및 Mg로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상을 포함하며, 0.9<a≤1.1, 0.4≤x≤0.95, 0<y≤0.5, 0<z≤0.5, 0<w≤0.1, 0≤w'≤0.01, 0≤δ≤0.02, 0<x+y+z≤1이다)
The method of claim 1,
A positive electrode active material for a secondary battery in which the core of the particles of the lithium composite metal oxide has a composition represented by the following formula (1) on average.
[Formula 1]
Li a Ni x Mn y Co z M1 w M2 w'O 2
(In Formula 1, M1 includes at least one selected from the group consisting of Zr, W, Ti, Nb, Mo, and Ta, and M2 is 1 selected from the group consisting of Al, B, Ga, In, and Mg. Contains more than species, 0.9<a≤1.1, 0.4≤x≤0.95, 0<y≤0.5, 0<z≤0.5, 0<w≤0.1, 0≤w'≤0.01, 0≤δ≤0.02, 0 <x+y+z≤1)
제 1 항에 있어서,
상기 리튬 복합금속 산화물의 입자의 쉘이 평균적으로 하기 화학식 2로 표시되는 조성을 가지는 이차전지용 양극 활물질.
[화학식 2]
LibNisMntCouM1vM2v'O2
(상기 화학식 2에서, M1은 Zr, W, Ti, Nb, Mo 및 Ta로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상을 포함하고, M2는 Al, B, Ga, In 및 Mg로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상을 포함하며, 0.9<b≤1.1, 0.4≤s≤0.95, 0<t≤0.5, 0<u≤0.5, 0≤v≤0.01, 0<v'≤0.1, 0≤δ≤0.02, 0<t+u+v≤1이다)
The method of claim 1,
A cathode active material for a secondary battery having a composition represented by the following formula (2) on average in the shell of the lithium composite metal oxide particles.
[Formula 2]
B Mn s Ni t Co u Li M1 v M2 v 'O 2 + δ
(In Formula 2, M1 includes at least one selected from the group consisting of Zr, W, Ti, Nb, Mo, and Ta, and M2 is 1 selected from the group consisting of Al, B, Ga, In, and Mg. Contains more than species, 0.9<b≤1.1, 0.4≤s≤0.95, 0<t≤0.5, 0<u≤0.5, 0≤v≤0.01, 0<v'≤0.1, 0≤δ≤0.02, 0 <t+u+v≤1)
(1) 니켈, 코발트, 망간 및 제 1 도핑원소를 포함하는 제 1 금속염 용액, 및 니켈, 코발트 및 망간 및 제 2 도핑원소를 포함하는 제 2 금속염 용액을 준비하는 단계;
(2) 상기 제 1 금속염 용액과 상기 제 2 금속염 용액의 혼합비율이 100 부피%:0 부피%에서 0 부피%:100 부피%까지 점진적으로 변화되도록 상기 제 1 금속염 용액에 상기 제 2 금속염 용액을 첨가하는 동시에, 킬레이팅제 및 염기성 수용액을 첨가하여 양극활물질 전구체를 제조하는 단계; 및
(3) 상기 양극활물질 전구체와 리튬염을 혼합한 후 열처리하는 단계
를 포함하며,
상기 제 1 도핑원소가 Zr, W, Ti, Nb, Mo 및 Ta로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상이고,
상기 제 2 도핑원소가 Al, B, Ga, In 및 Mg로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상인, 이차전지용 양극활물질의 제조방법.
(1) preparing a first metal salt solution containing nickel, cobalt, manganese and a first doping element, and a second metal salt solution containing nickel, cobalt and manganese and a second doping element;
(2) The second metal salt solution was added to the first metal salt solution so that the mixing ratio of the first metal salt solution and the second metal salt solution gradually changed from 100% by volume: 0% by volume to 0% by volume: 100% by volume. At the same time as the addition, adding a chelating agent and a basic aqueous solution to prepare a positive electrode active material precursor; And
(3) heat treatment after mixing the cathode active material precursor and lithium salt
Including,
The first doping element is at least one selected from the group consisting of Zr, W, Ti, Nb, Mo, and Ta,
The second doping element is at least one selected from the group consisting of Al, B, Ga, In and Mg, a method of manufacturing a cathode active material for a secondary battery.
삭제delete 삭제delete 제 7 항에 있어서,
상기 양극 활물질 전구체가 전구체의 중심에서부터 전체 부피의 1 내지 70 부피%에 해당하는 영역의 코어, 및 상기 코어의 외표면 상에 위치하는 쉘의 코어-쉘 구조를 가지는, 이차전지용 양극 활물질의 제조방법.
The method of claim 7,
The cathode active material precursor has a core in a region corresponding to 1 to 70% by volume of the total volume from the center of the precursor, and a core-shell structure of a shell located on the outer surface of the core, a method for producing a cathode active material for a secondary battery .
제 10 항에 있어서,
상기 양극 활물질 전구체에서,
상기 제 1 도핑원소는 입자의 중심에서부터 코어와 쉘의 계면으로 갈수록 점진적으로 감소하는 농도구배로 존재하고,
상기 제 2 도핑원소는 코어와 쉘의 계면에서부터 입자 표면으로 갈수록 점진적으로 증가하는 농도구배로 존재하는, 이차전지용 양극 활물질의 제조방법.
The method of claim 10,
In the positive electrode active material precursor,
The first doping element exists in a concentration gradient gradually decreasing from the center of the particle toward the interface between the core and the shell,
The second doping element is present in a concentration gradient gradually increasing from the interface between the core and the shell toward the particle surface.
제 10 항에 있어서,
상기 양극 활물질 전구체의 코어가 평균적으로 하기 화학식 3으로 표시되는 조성을 가지는 이차전지용 양극 활물질의 제조방법.
[화학식 3]
NixMnyCozM1wM2w'O2
(상기 화학식 3에서, M1은 Zr, W, Ti, Nb, Mo 및 Ta로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상을 포함하고, M2는 Al, B, Ga, In 및 Mg로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상을 포함하며, 0.4≤x≤0.95, 0<y≤0.5, 0<z≤0.5, 0<w≤0.1, 0≤w'≤0.01, 0≤δ≤0.02, 0<x+y+z≤1이다)
The method of claim 10,
A method of manufacturing a positive electrode active material for a secondary battery in which the core of the positive electrode active material precursor has a composition represented by the following formula (3) on average.
[Formula 3]
Ni x Mn y Co z M1 w M2 w'O 2
(In Formula 3, M1 includes at least one selected from the group consisting of Zr, W, Ti, Nb, Mo, and Ta, and M2 is 1 selected from the group consisting of Al, B, Ga, In, and Mg. Contains more than species, 0.4≤x≤0.95, 0<y≤0.5, 0<z≤0.5, 0<w≤0.1, 0≤w'≤0.01, 0≤δ≤0.02, 0<x+y+z ≤1)
제 10 항에 있어서,
상기 양극 활물질 전구체의 쉘이 평균적으로 하기 화학식 4로 표시되는 조성을 가지는 이차전지용 양극 활물질의 제조방법.
[화학식 4]
NisMntCouM1vM2v'O2
(상기 화학식 4에서, M1은 Zr, W, Ti, Nb, Mo 및 Ta로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상을 포함하고, M2는 Al, B, Ga, In 및 Mg로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상을 포함하며, 0.4≤s≤0.95, 0<t≤0.5, 0<u≤0.5, 0≤v≤0.01, 0<v'≤0.1, 0≤δ≤0.02, 0<t+u+v≤1이다)
The method of claim 10,
A method of manufacturing a cathode active material for a secondary battery in which the shell of the cathode active material precursor has a composition represented by the following formula (4) on average.
[Formula 4]
Ni s Mn t Co u M1 v M2 v 'O 2 + δ
(In Formula 4, M1 includes at least one selected from the group consisting of Zr, W, Ti, Nb, Mo, and Ta, and M2 is 1 selected from the group consisting of Al, B, Ga, In, and Mg. Contains more than species, 0.4≤s≤0.95, 0<t≤0.5, 0<u≤0.5, 0≤v≤0.01, 0<v'≤0.1, 0≤δ≤0.02, 0<t+u+v ≤1)
제 7 항에 있어서,
상기 양극활물질 전구체의 제조시, 상기 제 1 금속염 용액에 첨가되는 제 2 금속염 용액의 첨가 속도와 염기성 수용액의 첨가 속도는 동일하고, 상기 킬레이팅제의 첨가 속도는 상기 제 2 금속염 용액의 첨가 속도에 비해 5 내지 7배 느린 것인 이차전지용 양극활물질의 제조방법.
The method of claim 7,
When preparing the positive electrode active material precursor, the addition rate of the second metal salt solution added to the first metal salt solution and the addition rate of the basic aqueous solution are the same, and the addition rate of the chelating agent is the addition rate of the second metal salt solution. The method of manufacturing a cathode active material for a secondary battery that is 5 to 7 times slower than that.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 양극활물질을 포함하는 리튬 이차전지용 양극.
A positive electrode for a lithium secondary battery comprising the positive electrode active material according to any one of claims 1 to 6.
제 15 항에 따른 양극을 포함하는 리튬 이차전지.A lithium secondary battery comprising the positive electrode according to claim 15.
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