KR102282278B1 - Method for preparing positive electrode active material precursor for lithium secondary battery - Google Patents

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Abstract

본 발명은 적어도 2개 이상의 여과 장치가 배치(batch)식 반응기 외부에 설치된 제조 장치를 이용하여 리튬 이차전지용 양극 활물질 전구체를 제조하는 방법에 있어서, 상기 배치식 반응기에 전이금속 양이온을 포함하는 전이금속 함유 용액, 암모늄 이온 함유 용액 및 염기성 수용액을 포함하는 반응 용액을 연속적으로 투입하는 단계; 상기 배치식 반응기가 만액이 되면 상기 반응기 내의 슬러리를 상기 반응기 외부에 설치된 제1 여과 장치로 투입하는 단계; 상기 제1 여과 장치에 투입된 슬러리는, 필터부를 통과한 반응 모액 및 필터부를 통과하지 못한 농축 슬러리로 분리되며, 이 중 상기 반응 모액은 백 워싱 탱크(back washing tank)로 투입하고, 상기 농축 슬러리는 백 워싱 탱크에 보관된 상기 반응 모액을 이용하여 상기 배치식 반응기로 재투입하는 단계; 및, 상기 배치식 반응기로 재투입한 농축 슬러리는 입자 성장을 거쳐 양극 활물질 전구체를 형성하는 단계;를 포함하는, 양극 활물질 전구체의 제조 방법을 제공한다. The present invention relates to a method for producing a cathode active material precursor for a lithium secondary battery using a production device in which at least two or more filtration devices are installed outside the batch-type reactor, wherein the transition metal containing a transition metal cation in the batch-type reactor continuously introducing a reaction solution including the solution containing solution, the solution containing ammonium ions, and the basic aqueous solution; When the batch-type reactor is full, adding the slurry in the reactor to a first filtration device installed outside the reactor; The slurry introduced into the first filtration device is separated into a reaction mother liquid that has passed through the filter unit and a concentrated slurry that has not passed through the filter unit, of which the reaction mother liquid is introduced into a back washing tank, and the concentrated slurry is reintroducing the reaction mother liquid stored in a back washing tank into the batch reactor; And, the concentrated slurry reintroduced into the batch-type reactor to form a cathode active material precursor through particle growth; provides a method for producing a cathode active material precursor comprising a.

Figure R1020180107189
Figure R1020180107189

Description

리튬 이차전지용 양극 활물질 전구체의 제조 방법{METHOD FOR PREPARING POSITIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL PRECURSOR FOR LITHIUM SECONDARY BATTERY}Manufacturing method of a cathode active material precursor for a lithium secondary battery {METHOD FOR PREPARING POSITIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL PRECURSOR FOR LITHIUM SECONDARY BATTERY}

본 발명은 이차전지용 양극 활물질 전구체의 제조방법, 및 이를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing a cathode active material precursor for a secondary battery, 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, a lithium secondary battery having a high energy density and voltage, a long cycle life, and a low self-discharge rate has been commercialized and widely used.

리튬 이차전지의 양극 활물질로는 리튬 전이금속 산화물이 이용되고 있으며, 이 중에서도 작용전압이 높고 용량 특성이 우수한 LiCoO2의 리튬 코발트 산화물이 주로 사용되었다. 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 oxide is used as a cathode active material for a lithium secondary battery, and among them, lithium cobalt oxide of LiCoO 2 having a high operating voltage and excellent capacity characteristics was mainly used. However, LiCoO 2 has very poor thermal properties due to destabilization of the crystal structure due to lithium removal and is expensive, so there is a limit to mass use as a power source in fields such as electric vehicles.

LiCoO2를 대체하기 위한 재료로서, 리튬 망간 산화물(LiMnO2 또는 LiMn2O4 등), 리튬 인산철 화합물(LiFePO4 등) 또는 리튬 니켈 산화물(LiNiO2 등) 등이 개발되었다. 이 중에서도 약 200 mAh/g의 높은 가역 용량을 가져 대용량의 전지 구현이 용이한 리튬 니켈 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 oxide (LiMnO 2 or LiMn 2 O 4, etc.), lithium iron phosphate compound (LiFePO 4 etc.), or lithium nickel oxide (LiNiO 2 etc.), etc. have been developed. Among them, research and development of lithium nickel oxide, which has a high reversible capacity of about 200 mAh/g, and is easy to implement in a large-capacity battery, is being studied more actively. However, LiNiO 2 has poor thermal stability compared to LiCoO 2 , and when an internal short circuit occurs in a charged state due to external pressure or the like, the positive active material itself is decomposed to cause rupture and ignition of the battery.

이에 따라 LiNiO2의 우수한 가역 용량은 유지하면서도 낮은 열안정성을 개선하기 위한 방법으로서, 니켈의 일부를 코발트로 치환한 LiNi1 - αCoαO2(α=0.1~0.3) 또는, 니켈의 일부를 Mn과 Co으로 치환한 니켈코발트망간계 리튬 복합금속 산화물(이하 간단히 'NCM계 리튬 산화물'이라 함)이 개발되었다. 또한, 출력 특성이 우수하면서도 금속 원소들의 용출 등에 따른 안정성 문제를 해결하기 위해 금속 조성의 농도 구배를 갖는 리튬 전이금속 산화물도 제안되었다. Accordingly, as a method for improving the low thermal stability while maintaining the excellent reversible capacity of LiNiO 2 , LiNi 1 - α Co α O 2 (α=0.1~0.3) in which a part of nickel is substituted with cobalt, or a part of nickel A nickel-cobalt-manganese-based lithium composite metal oxide substituted with Mn and Co (hereinafter simply referred to as 'NCM-based lithium oxide') has been developed. In addition, a lithium transition metal oxide having a concentration gradient of a metal composition has also been proposed in order to solve the stability problem due to the elution of metal elements while having excellent output characteristics.

이러한 양극 활물질을 제조하는 방법으로는 대표적으로 연속 반응기(CSTR)를 사용하여 양극 활물질 전구체를 제조하는 방식과 배치(batch)식 반응기를 사용하여 양극 활물질 전구체를 제조하는 방식을 들 수 있다. 연속 반응기(CSTR)는 원료를 투입하여 공침하면서 동시에 입자로 형성된 전구체를 배출하는 방식이며, 배치(batch)식은 일정 시간 반응기 부피에 맞게 원료를 투입하여 반응시키고, 반응 종료 후 전구체를 배출하는 방식이다.As a method of manufacturing such a cathode active material, a method of preparing a cathode active material precursor using a continuous reactor (CSTR) and a method of preparing a cathode active material precursor using a batch type reactor are typically used. A continuous reactor (CSTR) is a method in which raw materials are input and co-precipitated while simultaneously discharging a precursor formed into particles. .

일반적으로 연속 반응기(CSTR) 방식은 금속 조성비의 조절이 용이한 장점이 있으나, 원료 투입과 생성물 배출이 동시에 연속적으로 이루어지므로 반응기 내에서 생성되는 양극 활물질 전구체들의 반응기 내에서의 체류 시간 및 반응 시간에 편차가 존재할 수 있으며, 그에 따라 생성되는 입자의 크기 및 성분 등에도 불균일이 생기는 문제점이 있다. In general, the continuous reactor (CSTR) method has the advantage of easy control of the metal composition ratio, but since raw material input and product discharge are performed continuously at the same time, the residence time and reaction time of the cathode active material precursors generated in the reactor are reduced. There may be deviations, and accordingly, there is a problem in that the size and composition of the generated particles are also non-uniform.

이에, 입자 크기 제어가 용이하며, 입도가 균일한 양극 활물질 전구체를 제조할 수 있는 배치(batch)식 방식을 채택하는 경향이 있으나, 배치(batch)식 반응기를 사용하여도 균일한 입도 분포를 갖는 양극 활물질 전구체를 제조하는데 어려움이 있으며, 연속 반응기(CSTR) 방식에 비하여 생산성이 현저히 저하되는 문제가 있었다.Therefore, it is easy to control the particle size and tends to adopt a batch method capable of producing a cathode active material precursor having a uniform particle size, but has a uniform particle size distribution even using a batch type reactor. It is difficult to prepare a cathode active material precursor, and there is a problem in that productivity is significantly lowered compared to the continuous reactor (CSTR) method.

일본 공개특허 제2017-130395호Japanese Patent Laid-Open No. 2017-130395

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 제 1 기술적 과제는 배치(batch)식 반응기를 사용하여 리튬 이차전지용 양극 활물질 전구체를 제조하는 방법에 있어서, 입자 크기 제어가 용이하고, 입도가 균일하며, 상기 양극 활물질 전구체의 생산성을 단시간 내에 현저히 증가시킬 수 있는 양극 활물질 전구체의 제조 방법을 제공하는 것이다.In order to solve the above problems, the first technical problem of the present invention is a method for producing a cathode active material precursor for a lithium secondary battery using a batch reactor, the particle size control is easy, the particle size is uniform, , to provide a method for producing a positive electrode active material precursor that can significantly increase the productivity of the positive electrode active material precursor within a short time.

본 발명의 제2 기술적 과제는 균일한 입도를 가지는 양극 활물질의 제조 방법을 제공하는 것이다.A second technical object of the present invention is to provide a method of manufacturing a positive active material having a uniform particle size.

또한, 본 발명의 제3 기술적 과제는 상기에서 제조된 양극 활물질을 포함하는 양극 및 리튬 이차전지를 제공하는 것이다.In addition, a third technical object of the present invention is to provide a positive electrode and a lithium secondary battery including the positive electrode active material prepared above.

본 발명은 제1 여과 장치 및 제2 여과 장치를 포함하여 적어도 2개 이상의 여과 장치가 배치(batch)식 반응기 외부에 설치된 제조 장치를 이용하여 리튬 이차전지용 양극 활물질 전구체를 제조하는 방법에 있어서, 상기 배치식 반응기에 전이금속 양이온을 포함하는 전이금속 함유 용액, 암모늄 이온 함유 용액 및 염기성 수용액을 포함하는 반응 용액을 연속적으로 투입하는 단계; 상기 배치식 반응기가 만액이 되면 상기 반응기 내의 슬러리를 상기 반응기 외부에 설치된 제1 여과 장치로 투입하는 단계; 상기 제1 여과 장치에 투입된 슬러리를 여과한 후, 농축된 농축 슬러리를 상기 배치식 반응기로 재투입하는 단계; 및, 상기 배치식 반응기로 재투입한 농축 슬러리는 입자 성장을 거쳐 양극 활물질 전구체를 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 농축 슬러리에 의해 상기 제1 여과 장치의 막힘(clogging) 현상이 발생하면, 상기 제1 여과 장치에 연결된 밸브를 잠그고, 제2 여과장치에 연결된 밸브를 열어, 상기 반응기 내의 슬러리를 상기 제2 여과장치로 투입하여 여과하는 것인, 양극 활물질 전구체의 제조 방법을 제공한다. The present invention provides a method for manufacturing a cathode active material precursor for a lithium secondary battery using a manufacturing device in which at least two or more filtration devices, including a first filtration device and a second filtration device, are installed outside a batch-type reactor, continuously introducing a reaction solution including a transition metal-containing solution containing a transition metal cation, an ammonium ion-containing solution, and a basic aqueous solution into a batch reactor; When the batch-type reactor is full, adding the slurry in the reactor to a first filtration device installed outside the reactor; After filtering the slurry fed into the first filtration device, re-introducing the concentrated concentrated slurry into the batch reactor; and, forming a cathode active material precursor through particle growth of the concentrated slurry re-introduced into the batch reactor; and, when clogging of the first filtration device occurs by the concentrated slurry, the Locking the valve connected to the first filtration device, and opening the valve connected to the second filtration device, the slurry in the reactor is introduced into the second filtration device and filtered, to provide a method for producing a cathode active material precursor.

또한, 본 발명은 상기 리튬 이차전지용 양극 활물질 전구체의 제조 방법에 의해 제조된 양극 활물질 전구체를 리튬 함유 원료 물질과 혼합한 후 소성하는 단계를 포함하는, 리튬 이차전지용 양극 활물질의 제조 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for producing a cathode active material for a lithium secondary battery, comprising the step of mixing the cathode active material precursor prepared by the method for preparing a cathode active material precursor for a lithium secondary battery with a lithium-containing raw material and then calcining.

또한, 본 발명은 상기 양극 활물질의 제조 방법에 의해 제조된 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차전지용 양극 및 리튬 이차전지를 제공한다. In addition, the present invention provides a positive electrode for a lithium secondary battery and a lithium secondary battery comprising the positive electrode active material manufactured by the method for producing the positive electrode active material.

본 발명에 따르면, 기존의 배치(batch)식 방식으로 제조할 때보다 입자 크기 제어가 더욱 용이하고, 입도가 균일한 리튬 이차전지용 양극 활물질 전구체를 제조할 수 있으며, 기존에 배치(batch)식 방식의 단점이었던 생산성이 낮은 문제를 해결하여 양극 활물질의 생산성을 현저히 증가시킬 수 있다.According to the present invention, it is possible to produce a positive electrode active material precursor for a lithium secondary battery having a uniform particle size and easier particle size control than when manufacturing in a conventional batch method, and the conventional batch method It is possible to significantly increase the productivity of the positive electrode active material by solving the problem of low productivity, which was a disadvantage of the

또한, 배치식 반응기 외부에 적어도 2개 이상의 여과 장치를 설치함에 따라 양극 활물질 전구체를 생성하고 여과 및 농축하는 과정에서 여과 장치의 막힘 현상이 발생하더라도, 유연한 대처가 가능하다. In addition, by installing at least two or more filtration devices outside the batch-type reactor, even if clogging of the filtration devices occurs in the process of generating, filtering, and concentrating the cathode active material precursor, a flexible response is possible.

도 1은 실시예 1에 따른 양극 활물질 전구체의 제조 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 실시예 2에 따른 양극 활물질 전구체의 제조 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
1 is a view schematically showing an apparatus for manufacturing a cathode active material precursor according to Example 1. Referring to FIG.
2 is a view schematically showing an apparatus for manufacturing a cathode active material precursor according to Example 2. Referring to FIG.

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

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

양극 활물질 전구체의 제조 방법Method for producing a cathode active material precursor

제1 여과 장치 및 제2 여과 장치를 포함하여 적어도 2개 이상의 여과 장치가 배치(batch)식 반응기 외부에 설치된 제조 장치를 이용하여 리튬 이차전지용 양극 활물질 전구체를 제조하는 방법에 있어서, 상기 배치식 반응기에 전이금속 양이온을 포함하는 전이금속 함유 용액, 암모늄 이온 함유 용액 및 염기성 수용액을 포함하는 반응 용액을 연속적으로 투입하는 단계; 상기 배치식 반응기가 만액이 되면 상기 반응기 내의 슬러리를 상기 반응기 외부에 설치된 제1 여과 장치로 투입하는 단계; 상기 제1 여과 장치에 투입된 슬러리를 여과한 후, 농축된 농축 슬러리를 상기 배치식 반응기로 재투입하는 단계; 및, 상기 배치식 반응기로 재투입한 농축 슬러리는 입자 성장을 거쳐 양극 활물질 전구체를 형성하는 단계;를 포함하여 제조되며, 상기 농축 슬러리에 의해 상기 제1 여과 장치의 막힘(clogging) 현상이 발생하면, 상기 제1 여과 장치에 연결된 밸브를 잠그고, 제2 여과장치에 연결된 밸브를 열어, 상기 반응기 내의 슬러리를 상기 제2 여과장치로 투입하여 여과하는 것이다.In the method of manufacturing a cathode active material precursor for a lithium secondary battery by using a manufacturing device installed outside the batch-type reactor, wherein at least two or more filtration devices, including a first filtration device and a second filtration device, are installed, the batch-type reactor continuously adding a reaction solution including a transition metal-containing solution containing a transition metal cation, an ammonium ion-containing solution, and a basic aqueous solution; When the batch-type reactor is full, adding the slurry in the reactor to a first filtration device installed outside the reactor; After filtering the slurry fed into the first filtration device, re-introducing the concentrated concentrated slurry into the batch reactor; And, the concentrated slurry re-introduced into the batch reactor to form a cathode active material precursor through particle growth; is prepared, including, and the clogging of the first filtration device by the concentrated slurry occurs , by closing the valve connected to the first filtration device and opening the valve connected to the second filtration device, the slurry in the reactor is introduced into the second filtration device and filtered.

이하, 각 단계별로 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, each step will be described in more detail.

먼저, 제1 여과 장치 및 제2 여과 장치를 포함하여 적어도 2개 이상의 여과 장치가 외부에 설치된 배치식 반응기에 전이금속 양이온을 포함하는 전이금속 함유 용액, 암모늄 이온 함유 용액 및 염기성 수용액을 포함하는 반응 용액을 연속적으로 투입한다. First, a reaction comprising a transition metal-containing solution containing a transition metal cation, an ammonium ion-containing solution, and a basic aqueous solution in a batch reactor in which at least two or more filtering devices, including the first and second filtering devices, are installed outside The solution is added continuously.

본 발명은 배치식 반응기를 사용하여 양극 활물질 전구체를 제조함에 따라 연속 반응기(CSTR)에 비하여 반응기 내의 반응물의 농도, 온도 및 체류 시간 등의 반응 조건이 동일하기 때문에 상대적으로 편차 없는 균일한 생성물을 제조할 수 있다. According to the present invention, as the cathode active material precursor is prepared using a batch reactor, the reaction conditions such as the concentration, temperature, and residence time of the reactants in the reactor are the same as compared to the continuous reactor (CSTR), so a relatively uniform product without deviation is produced can do.

또한, 본원발명에 따른 양극 활물질 전구체를 제조하기 위한 장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 배치식 반응기 외부에 적어도 2개 이상의 여과 장치를 포함함에 따라, 양극 활물질 전구체 제조 시, 슬러리에 의해 제1 여과 장치의 막힘(clogging) 현상이 발생할 경우, 상기 슬러리를 제1 여과 장치로 투입하는 것을 중단하고, 상기 슬러리를 다른 여과 장치(제2 여과 장치)로 투입하여 여과를 진행하는 것일 수 있으며, 제2 여과 장치를 이용하여 여과를 진행하는 동안, 막힘 현상이 발생한 제1 여과 장치를 백 워싱 및 산 세척을 통해 막힘(clogging)을 해소할 수 있어, 여과 유량의 감소를 방지하여 단시간 내에 더 많은 양극 활물질 전구체 입자를 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 필터의 막힘 현상과 같은 공정상의 문제에 빠르게 대응할 수 있다.In addition, as the apparatus for preparing the cathode active material precursor according to the present invention includes at least two or more filtration devices outside the batch-type reactor, as shown in FIG. 1 , when the cathode active material precursor is prepared, the When the clogging phenomenon of the first filtration device occurs, the input of the slurry into the first filtration device may be stopped, and the slurry may be introduced into another filtration device (second filtration device) to proceed with filtration, , during filtration using the second filtration device, the clogging of the first filtration device in which the clogging occurred can be resolved through backwashing and acid washing, thereby preventing a decrease in the filtration flow rate and producing more in a short time. It is possible not only to manufacture many positive electrode active material precursor particles, but also to quickly respond to process problems such as filter clogging.

상기 전이금속 함유 용액은 니켈, 코발트 및 망간으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상의 전이금속의 양이온을 포함할 수 있다. The transition metal-containing solution may contain a cation of at least one transition metal selected from the group consisting of nickel, cobalt and manganese.

상기 전이금속 함유 용액은 상기 전이금속들의 아세트산염, 질산염, 황산염, 할라이드, 황화물, 수산화물, 산화물 또는 옥시수산화물 등을 포함할 수 있으며, 물에 용해될 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않는다. The transition metal-containing solution may include acetate, nitrate, sulfate, halide, sulfide, hydroxide, oxide or oxyhydroxide of the transition metals, and is not particularly limited as long as it is soluble in water.

예를 들어, 상기 코발트(Co)는 Co(OH)2, CoOOH, Co(OCOCH3)2ㆍ4H2O, Co(NO3)2ㆍ6H2O 또는 Co(SO4)2ㆍ7H2O 등으로 포함될 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. For example, the cobalt (Co) is Co(OH) 2 , CoOOH, Co(OCOCH 3 ) 2 ·4H 2 O, Co(NO 3 ) 2 ·6H 2 O or Co(SO 4 ) 2 ·7H 2 O and the like, and any one or a mixture of two or more thereof may be used.

또, 상기 니켈(Ni)은 Ni(OH)2, NiO, NiOOH, NiCO3·2Ni(OH)2·4H2O, NiC2O2·2H2O, Ni(NO3)2·6H2O, NiSO4, NiSO4·6H2O, 지방산 니켈염 또는 니켈 할로겐화물 등으로 포함될 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. In addition, the nickel (Ni) is Ni(OH) 2 , NiO, NiOOH, NiCO 3 ·2Ni(OH) 2 ·4H 2 O, NiC 2 O 2 ·2H 2 O, Ni(NO 3 ) 2 ·6H 2 O , NiSO 4 , NiSO 4 ·6H 2 O, and may be included as a fatty acid nickel salt or nickel halide, and any one or a mixture of two or more thereof may be used.

또, 상기 망간(Mn)은 Mn2O3, MnO2, 및 Mn3O4 등의 망간산화물; MnCO3, Mn(NO3)2, MnSO4, 아세트산 망간, 디카르복실산 망간염, 시트르산 망간 및 지방산 망간염과 같은 망간염; 옥시 수산화물, 그리고 염화 망간 등으로 포함될 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.In addition, the manganese (Mn) is manganese oxide such as Mn 2 O 3 , MnO 2 , and Mn 3 O 4 ; manganese salts such as MnCO 3 , Mn(NO 3 ) 2 , MnSO 4 , manganese acetate, dicarboxylic acid manganese salts, manganese citrate and fatty acid manganese salts; Oxy hydroxide, and manganese chloride may be included, and any one or a mixture of two or more thereof may be used.

또, 최종 제조되는 전구체가 니켈(Ni), 망간(Mn) 및 코발트(Co) 이외에 다른 금속 원소(M)를 더 포함하는 경우(예를 들어, M은 W, Mo, Cr, Al, Zr, Ti, Mg, Ta 및 Nb로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 원소), 상기 전이금속 함유 용액의 제조시 상기 금속 원소(M) 함유 원료물질이 선택적으로 더 첨가될 수도 있다.In addition, when the finally prepared precursor further includes another metal element (M) in addition to nickel (Ni), manganese (Mn) and cobalt (Co) (for example, M is W, Mo, Cr, Al, Zr, Any one or two or more elements selected from the group consisting of Ti, Mg, Ta and Nb) and the transition metal-containing solution may be optionally further added to the metal element (M)-containing raw material.

상기 금속 원소(M) 함유 원료물질로는 금속 원소(M)를 포함하는 아세트산염, 질산염, 황산염, 할라이드, 황화물, 수산화물, 산화물 또는 옥시수산화물 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 일례로 M이 W인 경우, 산화텅스텐 등이 사용될 수 있다.Examples of the metal element (M)-containing raw material include acetate, nitrate, sulfate, halide, sulfide, hydroxide, oxide or oxyhydroxide containing the metal element (M). A mixture of the above may be used. For example, when M is W, tungsten oxide or the like may be used.

상기 염기성 수용액은 NaOH, KOH, Ca(OH)2로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상을 포함할 수 있으며, 용매로는 물, 또는 물과 균일하게 혼합 가능한 유기용매(구체적으로, 알코올 등)와 물의 혼합물이 사용될 수 있다. 이때, 상기 염기성 수용액의 농도는 2M 내지 10M, 바람직하게는 2.5M 내지 3.5M일 수 있다. 상기 염기성 수용액의 농도가 2M 내지 10M인 경우, 균일한 크기의 전구체 입자를 형성할 수 있으며, 전구체 입자의 형성 시간이 빠르고, 수득율 또한 우수할 수 있다. The basic aqueous solution may include at least one selected from the group consisting of NaOH, KOH, Ca(OH) 2 , and the solvent is water or an organic solvent that can be uniformly mixed with water (specifically, alcohol, etc.) and Mixtures of water may be used. At this time, the concentration of the basic aqueous solution may be 2M to 10M, preferably 2.5M to 3.5M. When the concentration of the basic aqueous solution is 2M to 10M, precursor particles having a uniform size may be formed, the formation time of the precursor particles may be fast, and the yield may also be excellent.

상기 암모늄 이온 함유 용액은 NH4OH, (NH4)2SO4, NH4NO3, NH4Cl, CH3COONH4, 및 NH4CO3로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 용매로는 물, 또는 물과 균일하게 혼합 가능한 유기용매(구체적으로, 알코올 등)와 물의 혼합물이 사용될 수 있다.The ammonium ion-containing solution may include at least one selected from the group consisting of NH 4 OH, (NH 4 ) 2 SO 4 , NH 4 NO 3 , NH 4 Cl, CH 3 COONH 4 , and NH 4 CO 3 . there is. As the solvent, water or a mixture of water and an organic solvent uniformly miscible with water (specifically, alcohol, etc.) and water may be used.

상기 양극 활물질 전구체 입자를 형성하는 것은, 상기 염기성 수용액 및 암모늄 이온 함유 용액의 투입량을 조절하여 pH 9 내지 pH 13에서 공침반응시켜 입자 핵을 형성하고, 핵을 생성한 후, 상기 염기성 수용액 및 암모늄 이온 함유 용액의 투입량을 조절하여 pH 7 내지 pH 12에서 공침반응시켜 입자를 성장시키는 단계를 포함하여 수행되는 것일 수 있다. Forming the positive electrode active material precursor particles, by adjusting the amount of the basic aqueous solution and the ammonium ion-containing solution to co-precipitate at pH 9 to pH 13 to form particle nuclei, after generating the nuclei, the basic aqueous solution and ammonium ion It may be carried out including the step of growing the particles by adjusting the amount of the solution containing the co-precipitation reaction at pH 7 to pH 12.

즉, 반응 초반에 먼저 염기성 수용액 및 암모늄 이온 함유 용액을 투입하여 pH 9 내지 pH 13의 범위가 되도록 하고, 이후에 반응기 내에 전이금속 함유 용액을 투입하면서 입자 핵을 생성할 수 있다. 이때, 전이금속 함유 용액의 투입에 의해 입자 핵이 생성됨에 따라 pH 값이 변화하므로 전이금속 함유 용액의 투입과 함께 염기성 수용액 및 암모늄 이온 함유 용액을 연속적으로 투입하여 pH 9 내지 pH 13을 유지하도록 제어할 수 있다. 상기 pH 값의 범위를 만족하면 입자 핵의 생성이 우선적으로 발생하고, 입자의 성장은 거의 일어나지 않을 수 있다.That is, at the beginning of the reaction, a basic aqueous solution and an ammonium ion-containing solution are first added to have a pH in the range of 9 to pH 13, and thereafter, particle nuclei can be generated while introducing a transition metal-containing solution into the reactor. At this time, since the pH value changes as the particle nuclei are generated by the input of the transition metal-containing solution, the basic aqueous solution and the ammonium ion-containing solution are continuously added together with the introduction of the transition metal-containing solution to maintain pH 9 to pH 13 can do. When the above pH value range is satisfied, the generation of particle nuclei occurs preferentially, and the growth of the particle may hardly occur.

입자 핵 생성을 종료하고 나면 염기성 수용액 및 암모늄 이온 함유 용액을 투입량을 조절하여 pH 7 내지 pH 12의 범위가 되도록 하고, 전이금속 함유 용액을 투입하면서 생성된 입자 핵을 성장시킬 수 있다. 이때, 마찬가지로 전이금속 함유 용액의 투입에 의해 입자가 성장함에 따라 pH 값이 변화하므로 전이금속 함유 용액의 투입과 함께 알칼리 수용액 및 암모늄 이온 함유 용액을 연속적으로 투입하여 pH 7 내지 pH 12을 유지하도록 제어할 수 있다. 상기 pH 값의 범위를 만족하면 새로운 입자 핵이 거의 생성되지 않고, 입자의 성장이 우선적으로 일어나게 될 수 있다.After completing the particle nucleation, the amount of the basic aqueous solution and the ammonium ion-containing solution may be adjusted to be in the range of pH 7 to pH 12, and the generated particle nuclei may be grown while the transition metal-containing solution is added. At this time, similarly, since the pH value changes as the particles grow by the addition of the transition metal-containing solution, the aqueous alkali solution and the ammonium ion-containing solution are continuously added together with the transition metal-containing solution to maintain pH 7 to pH 12. can do. When the range of the pH value is satisfied, new particle nuclei are hardly generated, and particle growth may occur preferentially.

한편, 상기 전이금속 함유 용액으로서 니켈, 코발트 및 망간으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상의 전이금속의 양이온을 포함하는 제1 전이금속 함유 용액 및 니켈, 코발트 및 망간으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상의 전이금속의 양이온을 포함하되 상기 제1 전이금속 함유 용액과는 상이한 농도를 가지는 제2 전이금속 함유 용액을 사용하여 입자 내에서 전이금속 조성이 농도구배를 갖는 전구체를 제조할 수도 있다.Meanwhile, as the transition metal-containing solution, a first transition metal-containing solution containing at least one transition metal cation selected from the group consisting of nickel, cobalt and manganese and at least one or more selected from the group consisting of nickel, cobalt and manganese A precursor having a concentration gradient in the transition metal composition in the particles may be prepared by using a solution containing a cation of a transition metal but having a concentration different from that of the solution containing the first transition metal.

상기 제1 전이금속 함유 용액 및 제2 전이금속 함유 용액의 혼합 비율을 점진적으로 변화시키면서 상기 제1 전이금속 함유 용액과 제2 전이금속 함유 용액을 혼합하여 입자의 중심에서부터 표면까지 점진적으로 전이금속의 농도 구배를 갖는 양극 활물질 전구체 입자를 형성하는 것일 수 있다. While gradually changing the mixing ratio of the first transition metal-containing solution and the second transition metal-containing solution, the first transition metal-containing solution and the second transition metal-containing solution are mixed to gradually remove the transition metal from the center of the particle to the surface. It may be to form positive electrode active material precursor particles having a concentration gradient.

구체적으로, 입자 내에서 전이금속 조성이 농도구배를 갖는 전구체를 제조하는 것은, 도 2에 도시된 양극 활물질 전구체 제조 장치를 이용하여 제조하는 것일 수 있으며, 예를 들면, 상기 제 1 전이금속 함유 용액, 제 2 전이금속 함유 용액, 암모늄 이온 함유 용액, 및 염기성 수용액은 각각 개별적으로 반응기에 투입될 수도 있고, 반응기 투입 전에 일부 용액 또는 모든 용액들을 사전 혼합한 후 반응기로 투입할 수도 있다. 예를 들면, 제 1 전이금속 함유 용액 및 제 2 전이금속 함유 용액은 정적 혼합기(static mixer) 등을 이용하여 혼합한 후 반응기로 투입하고, 암모늄 이온 함유 용액과 염기성 수용액은 직접 반응기로 투입하는 방법으로 반응용액을 투입할 수 있다. Specifically, the preparation of the precursor having a concentration gradient in the transition metal composition in the particles may be prepared using the cathode active material precursor preparation apparatus shown in FIG. 2 , for example, the first transition metal-containing solution , the second transition metal-containing solution, the ammonium ion-containing solution, and the basic aqueous solution may be individually introduced into the reactor, or some or all solutions may be pre-mixed before the reactor input and then introduced into the reactor. For example, the first transition metal-containing solution and the second transition metal-containing solution are mixed using a static mixer, etc. and then introduced into the reactor, and the ammonium ion-containing solution and the basic aqueous solution are directly introduced into the reactor. The reaction solution can be added to

상기 배치식 반응기에 상기 전이금속 함유 용액, 암모늄 이온 함유 용액 및 염기성 수용액을 포함하는 반응 용액의 투입 속도는 하기 식 1을 만족할 수 있다.The introduction rate of the reaction solution including the transition metal-containing solution, the ammonium ion-containing solution and the basic aqueous solution into the batch reactor may satisfy Equation 1 below.

[식 1] [Equation 1]

1.5 x V/t ≤ υ123 ≤ 10 x V/t1.5 x V/t ≤ υ 123 ≤ 10 x V/t

상기 식 1에서, V는 배치식 반응기의 부피, t는 전체 반응 시간(분), υ1은 전이금속 함유 용액의 투입 유량(mL/분), υ2는 암모늄 이온 함유 용액의 투입 유량(mL/분), 및 υ3은 염기성 수용액의 투입 유량(mL/분)임.In Equation 1, V is the volume of the batch reactor, t is the total reaction time (min), υ 1 is the input flow rate of the transition metal-containing solution (mL/min), υ 2 is the input flow rate of the ammonium ion-containing solution (mL) /min), and v 3 is the input flow rate (mL/min) of the basic aqueous solution.

구체적으로, 상기 전이금속 함유 용액, 암모늄 이온 함유 용액 및 염기성 수용액을 포함하는 반응 용액을 배치식 반응기에 상기 식 1을 만족하는 투입 속도로 투입하면, 기존에 반응기를 채우는데 걸리는 시간보다 약 1.5배 내지 10배 빠른 시간 내에 반응기가 만액이 될 수 있고, 동일 크기의 반응기에서 단시간 내에 더 많은 양극 활물질 전구체 입자 핵을 생성할 수 있다. Specifically, when the reaction solution including the transition metal-containing solution, the ammonium ion-containing solution and the basic aqueous solution is introduced into the batch reactor at an input rate satisfying Equation 1, it is about 1.5 times the time it takes to fill the reactor in the past. The reactor can be full within 10 times faster, and more cathode active material precursor particle nuclei can be generated in a short time in a reactor of the same size.

상기 반응 용액의 투입 속도가 상기 식 1의 범위보다 느릴 경우, 생산성이 저하될 수 있으며, 상기 식 1 범위보다 빠를 경우 안정적으로 입자 핵 생성이 되지 않으며 입도 분포 제어가 어려울 수 있다.If the input rate of the reaction solution is slower than the range of Equation 1, productivity may be reduced, and if it is faster than the range of Equation 1, stable particle nucleation may not occur and particle size distribution control may be difficult.

이어서, 상기 배치식 반응기가 만액이 되면, 상기 반응기 내의 슬러리를 상기 반응기 외부에 설치된 제1 여과 장치로 투입한다. Then, when the batch reactor is full, the slurry in the reactor is introduced into a first filtration device installed outside the reactor.

상기 반응기가 만액이 되는 것은 투입된 상기 반응 용액들의 부피가 반응기 전체 부피의 90% 내지 100%를 차지하는 것을 의미한다. When the reactor is full, it means that the volume of the inputted reaction solutions occupies 90% to 100% of the total volume of the reactor.

상기 반응기 내의 슬러리를 상기 반응기 외부에 설치된 제1 여과 장치로 투입하는 속도는, 상기 반응 용액의 투입 속도와 동일하거나 또는 느릴수 있다. 예를 들면, 상기 반응기로 반응 용액을 투입하는 속도가 상기 슬러리를 상기 제1 여과 장치로 투입하는 속도와 동일할 경우, 반응기 수위가 유지되어 양극 활물질 전구체의 생산성이 증가할 수 있다. 예를 들면, 상기 반응 용액의 투입 속도가 상기 슬러리를 상기 제1 여과 장치로 투입하는 속도보다 느릴 경우, 반응기 수위가 감소될 수 있으며, 반응기 수위가 감소될 경우, 특정 수위까지 하한선을 정해두고, 하한선에 도달하면 여과장치에서 반응물의 여과를 진행하지 않고, 반응기로의 순환만 일어나게 할 수 있다. 반면, 상기 반응기로 반응 용액을 투입하는 속도가 상기 슬러리를 상기 제1 여과 장치로 투입하는 속도보다 빠를 경우, 반응기의 수위 증가로, 지속적인 반응이 불가능할 수 있다. The rate at which the slurry in the reactor is fed into the first filtration device installed outside the reactor may be the same as or slower than the rate at which the reaction solution is fed. For example, when the rate at which the reaction solution is fed into the reactor is the same as the rate at which the slurry is fed into the first filtration device, the reactor water level is maintained to increase the productivity of the cathode active material precursor. For example, when the input rate of the reaction solution is slower than the rate at which the slurry is introduced into the first filtration device, the reactor water level may be reduced, and when the reactor water level is reduced, a lower limit is set up to a specific water level, When the lower limit is reached, the filtration device does not filter the reactants, and only circulation to the reactor can occur. On the other hand, when the rate at which the reaction solution is fed into the reactor is faster than the rate at which the slurry is fed into the first filtration device, the continuous reaction may not be possible due to an increase in the water level of the reactor.

상기 제1 여과 장치에 투입된 슬러리는, 필터부를 통과한 반응 모액 및 필터부를 통과하지 못한 농축 슬러리로 분리되며, 이 중 상기 반응 모액은 백 워싱 탱크(back washing tank)로 투입하고, 상기 농축 슬러리는 백 워싱 탱크에 보관된 상기 반응 모액을 이용하여 상기 배치식 반응기로 재투입한다.The slurry introduced into the first filtration device is separated into a reaction mother liquid that has passed through the filter unit and a concentrated slurry that has not passed through the filter unit, of which the reaction mother liquid is introduced into a back washing tank, and the concentrated slurry is Using the reaction mother liquid stored in the back washing tank, it is reintroduced into the batch reactor.

보다 구체적으로, 상기 필터부를 통과하지 못한 농축 슬러리는 제1 여과 장치에 잔류한다. 상기 백 워싱 탱크에 연결된 백 워싱 펌프를 구동시켜 상기 백 워싱 탱크에 보관된 상기 반응 모액을 상기 여과 장치에 백 워싱(back washing)함으로써, 상기 농축 슬러리를 상기 반응기에 재투입하는 것일 수 있다. 상기 백 워싱에 의해 필터부에 끼어 있던 전구체 입자 또한 함께 반응기로 재투입됨에 따라 필터부의 막힘(clogging) 현상 또한 해소가 가능해진다. More specifically, the concentrated slurry that has not passed through the filter unit remains in the first filtering device. By driving a back washing pump connected to the back washing tank to backwash the reaction mother liquid stored in the back washing tank to the filtering device, the concentrated slurry may be re-injected into the reactor. As the precursor particles stuck in the filter unit are also re-injected into the reactor by the back washing, the clogging phenomenon of the filter unit is also eliminated.

한편, 쓰임 또는 양극 활물질 전구체 제조 장치의 크기에 따라 제1 여과 장치 및 제2 여과 장치 외, 복수의 여과 장치를 추가로 구비 가능하다. On the other hand, in addition to the first filtration device and the second filtration device, a plurality of filtration devices may be additionally provided depending on the usage or the size of the cathode active material precursor preparation device.

구체적으로, 상기 농축 슬러리에 의해 상기 제1 여과 장치의 필터부의 막힘(clogging) 현상이 발생하면, 상기 배치식 반응기와 상기 제1 여과 장치에 연결된 밸브를 잠그고, 상기 배치식 반응기와 상기 제2 여과장치에 연결된 밸브를 열어, 상기 반응기 내의 슬러리를 상기 제2 여과장치로 투입하여 여과하는 것일 수 있다. 동시에, 막힘 현상이 발생한 제1 여과 장치는 백 워싱 탱크에 보관된 반응 모액을 막힘 현상이 발생한 여과 장치로 백 워싱하는 것에 의해 상기 제1 여과 장치의 필터부의 막힘 현상을 해소할 수 있다. Specifically, when a clogging phenomenon occurs in the filter part of the first filtration device by the concentrated slurry, the batch reactor and the valve connected to the first filtration device are closed, and the batch reactor and the second filtration device are closed. By opening a valve connected to the device, the slurry in the reactor may be introduced into the second filtering device and filtered. At the same time, the clogging phenomenon of the first filtration device can be eliminated by backwashing the reaction mother liquid stored in the back washing tank with the clogging filtration device, thereby eliminating the clogging of the filter unit of the first filtration device.

또한, 상기 백 워싱 후, 상기 제1 여과 장치의 산 세척을 수행하는 것을 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 산 세척은 질산을 포함하는 수용액을 이용하여 수행함으로써, 상기 백 워싱에 의해 제거되지 않고 잔류하는 전구체 입자를 여과 장치로부터 완전히 제거할 수 있다.In addition, after the back washing, it may further include performing acid washing of the first filtration device. For example, the acid washing is performed using an aqueous solution containing nitric acid, so that the precursor particles that are not removed by the back washing can be completely removed from the filtration device.

또한, 배치식 반응기에 연결된 제2 여과 장치의 막힘 현상이 발생하더라도, 상기와 반대의 조작으로, 제2 여과 장치에 연결된 밸브를 잠그고, 막힘 현상을 해소한 제1 여과 장치 또는 추가의 여과 장치에 연결된 밸브를 열어 상기 반응기 내의 슬러리를 막힘 현상이 해소되거나 막힘 현상이 발생되지 않은 추가의 여과 장치로 투입한 후, 여과와 동시에 막힘 현상이 발생한 제2 여과 장치의 막힘 현상을 해소하는 것일 수 있다.In addition, even if the clogging phenomenon of the second filtration device connected to the batch reactor occurs, by the reverse operation to the above, the valve connected to the second filtration device is closed, and the clogging phenomenon is eliminated in the first filtration device or the additional filtration device. After opening the connected valve and introducing the slurry in the reactor into an additional filtration device in which the clogging phenomenon is resolved or the clogging phenomenon does not occur, the clogging phenomenon of the second filtration device in which the clogging phenomenon occurs simultaneously with filtration may be resolved.

따라서, 여과 장치의 필터부가 막히더라도 반응기 내의 슬러리를 반응기 외부에 설치된 여과 장치로 투입하는 속도는 떨어지지 않고 유지될 수 있으며, 이에 따라 단 시간 내에 더 많은 양극 활물질 전구체 입자를 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 필터의 막힘 현상과 같은 공정상의 문제 등에 유연한 대처가 가능하다.Therefore, even if the filter part of the filtration device is clogged, the rate at which the slurry in the reactor is fed into the filtration device installed outside the reactor can be maintained without dropping, and thus more positive electrode active material precursor particles can be produced within a short time. Flexible responses to process problems such as filter clogging are possible.

상기 제1 여과 장치 및/또는 상기 제2 여과 장치는 금속 재질의 필터 또는 세라믹 재질의 필터 중 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다. 상기와 같이, 금속 재질 또는 세라믹 재질의 필터를 사용할 경우, 여과포 등에 비해 동일 표면적 대비 여과재를 통과하는 유량이 많아, 여과 효율이 우수할 수 있다. 또한, 상기 금속 재질의 필터 또는 세라믹 재질의 필터는 내산성을 가지고 있어, 산 처리를 통한 필터의 세척 및 재생 등에 있어 유리하다.The first filtering device and/or the second filtering device may include any one of a metal filter and a ceramic filter. As described above, when a filter made of a metal material or a ceramic material is used, the flow rate passing through the filter medium relative to the same surface area is greater than that of the filter cloth, and thus the filtration efficiency may be excellent. In addition, the filter made of a metal material or a filter made of a ceramic material has acid resistance, which is advantageous in cleaning and regenerating the filter through acid treatment.

마지막으로, 상기 배치식 반응기로 재투입된 농축 슬러리는 입자 성장을 거쳐 양극 활물질 전구체를 형성한다.Finally, the concentrated slurry reintroduced into the batch reactor undergoes particle growth to form a cathode active material precursor.

상기와 같이, 반응기에 농축 슬러리를 재투입함으로써 양극 활물질 전구체 입자를 더욱 성장시킬 수 있고, 동일 반응기 당 고형분 함량을 늘려 생산성을 향상시킬 수 있고, 입자 크기의 제어 및 입도가 균일한 전구체 입자를 생성할 수 있다.As described above, by re-injecting the concentrated slurry into the reactor, the cathode active material precursor particles can be further grown, the productivity can be improved by increasing the solid content per the same reactor, and the particle size can be controlled and the precursor particles with a uniform particle size are produced. can do.

한편, 상기 여과 장치는, 내부에 필터부를 포함하는 여과 장치(filter unit) 또는 십자류 여과 유닛(cross-flow filter unit) 중 적어도 어느 하나를 이용할 수 있다.Meanwhile, the filtration device may use at least one of a filtration unit and a cross-flow filter unit including a filter unit therein.

예를 들면, 상기 여과 장치로서 십자류 여과 유닛을 사용할 경우, 여과 장치에 슬러리가 연속적으로 흐르며 반응 모액이 지속적으로 추출되는 방식으로, 여과 장치의 필터부의 막힘 현상이 저감되어 연속적으로 안정되게 농축을 수행할 수 있다. For example, when a cross flow filtration unit is used as the filtration device, the slurry continuously flows through the filtration device and the reaction mother liquid is continuously extracted, so that the clogging of the filter part of the filtration device is reduced and concentration is continuously and stably can be done

양극 활물질의 제조 방법Method for manufacturing a cathode active material

또한, 본 발명에 따르면, 상기 제조방법에 의해서 제조한 양극 활물질 전구체를 리튬 함유 원료 물질을 혼합하고 소성하여 양극 활물질을 제조할 수 있다.In addition, according to the present invention, the positive electrode active material precursor prepared by the above method may be mixed with a lithium-containing raw material and fired to prepare a positive electrode active material.

상기 리튬 함유 원료 물질은, 리튬 소스를 포함하는 화합물이라면 특별히 한정되지 않으나, 바람직하게는, 탄산리튬(Li2CO3), 수산화리튬(LiOH), LiNO3, CH3COOLi 및 Li2(COO)2로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 사용할 수 있다.The lithium-containing raw material is not particularly limited as long as it is a compound containing a lithium source, but preferably lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), lithium hydroxide (LiOH), LiNO 3 , CH 3 COOLi and Li 2 (COO) At least one selected from the group consisting of 2 may be used.

상기 양극 활물질 전구체 및 리튬 함유 원료 물질을 1:0.8 내지 1:1.5의 몰비로 혼합할 수 있다. 리튬 함유 원료물질이 상기 범위 미만으로 혼합될 경우 제조되는 양극 활물질의 용량이 저하될 우려가 있으며, 리튬 함유 원료물질이 상기 범위를 초과하여 혼합될 경우 소성 과정에서 입자가 소결되어 버려 양극 활물질 제조가 어려울 수 있고, 용량 저하 및 소성 후 양극 활물질 입자의 분리가 발생할 수 있다.The cathode active material precursor and the lithium-containing raw material may be mixed in a molar ratio of 1:0.8 to 1:1.5. When the lithium-containing raw material is mixed below the above range, there is a risk that the capacity of the produced cathode active material is reduced, and when the lithium-containing raw material is mixed in excess of the above range, the particles are sintered during the firing process, making it difficult to manufacture the cathode active material It may be difficult, and separation of the positive active material particles may occur after capacity reduction and firing.

상기 소성은 600℃ 내지 1,000℃ 온도에서 수행할 수 있다. 소성 온도가 600℃ 미만일 경우 불충분한 반응으로 인해 입자 내에 원료 물질이 잔류하게 되어 전지의 고온 안정성을 저하시킬 수 있으며, 부피 밀도 및 결정성이 저하되어 구조적 안정성이 떨어질 수 있다. 한편, 소성 온도가 1,000℃를 초과할 경우 입자의 불균일한 성장이 발생할 수 있으며, 입자 크기가 너무 커져 단위 면적당 포함될 수 있는 입자량이 줄어들게 되므로 전지의 체적 용량이 저하될 수 있다. 한편, 제조되는 양극 활물질의 입자 크기 제어, 용량, 안정성 및 리튬 함유 부산물의 감소를 고려했을 때, 상기 소성 온도는 보다 바람직하게는 700℃ 내지 900℃일 수 있다.The firing may be performed at a temperature of 600°C to 1,000°C. When the calcination temperature is less than 600° C., the raw material remains in the particles due to insufficient reaction, which may reduce the high-temperature stability of the battery, and the bulk density and crystallinity may decrease, resulting in poor structural stability. On the other hand, when the sintering temperature exceeds 1,000° C., non-uniform growth of particles may occur, and since the particle size becomes too large, the amount of particles that can be included per unit area is reduced, and thus the volumetric capacity of the battery may be reduced. Meanwhile, in consideration of particle size control, capacity, stability, and reduction of lithium-containing by-products of the prepared positive active material, the sintering temperature may be more preferably 700°C to 900°C.

상기 소성은 5 내지 50시간 동안 수행될 수 있다. 소성 시간이 5시간 미만일 경우 반응 시간이 너무 짧아 고결정성의 양극 활물질을 얻기 어려울 수 있으며, 50시간을 초과할 경우 입자의 크기가 지나치게 커질 수 있고, 생산 효율이 저하될 수 있다.The calcination may be performed for 5 to 50 hours. If the calcination time is less than 5 hours, the reaction time may be too short to obtain a highly crystalline positive active material, and if it exceeds 50 hours, the particle size may become excessively large, and production efficiency may be reduced.

양극anode

또한, 본 발명에 따른 양극 활물질을 포함하는, 리튬 이차전지용 양극을 제공한다. 구체적으로, 상기 이차전지용 양극은, 양극 집전체, 상기 양극 집전체 상에 형성된 양극 활물질층을 포함하며, 상기 양극 활물질층은 본 발명에 따른 양극 활물질을 포함하는, 리튬 이차전지용 양극을 제공한다. In addition, there is provided a positive electrode for a lithium secondary battery comprising the positive electrode active material according to the present invention. Specifically, the positive electrode for a secondary battery includes a positive electrode current collector, a positive electrode active material layer formed on the positive electrode current collector, and the positive electrode active material layer includes the positive electrode active material according to the present invention. It provides a positive electrode for a lithium secondary battery.

이때, 상기 양극 활물질은 상술한 바와 동일하므로, 구체적인 설명을 생략하고, 이하 나머지 구성에 대해서만 구체적으로 설명한다.At this time, since the positive active material is the same as described above, a detailed description will be omitted, and only the remaining components will be described in detail below.

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 change in the battery, and for example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, fired carbon, or carbon, nickel, titanium on the surface of aluminum or stainless steel. , silver or the like surface-treated may be used. In addition, the positive electrode current collector may typically have a thickness of 3 to 500 μm, and may increase the adhesion of the positive electrode active material by forming fine irregularities on the surface of the current collector. For example, it may be used in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, a non-woven body, and the like.

상기 양극 활물질층은 상기 양극 활물질과 함께, 도전재 및 필요에 따라 선택적으로 바인더를 포함할 수 있다. The positive active material layer may optionally include a binder along with the positive active material, a conductive material, and if necessary.

이때 상기 양극 활물질은 양극 활물질층 총 중량에 대하여 80 내지 99중량%, 보다 구체적으로는 85 내지 98.5중량%의 ?t량으로 포함될 수 있다. 상기한 함량범위로 포함될 때 우수한 용량 특성을 나타낼 수 있다.In this case, the positive active material may be included in an amount of 80 to 99% by weight, more specifically, 85 to 98.5% by weight based on the total weight of the positive active material layer. When included in the above content range, it can exhibit excellent capacity characteristics.

상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성을 갖는 것이면 특별한 제한 없이 사용 가능하다. 구체적인 예로는 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본 블랙, 아세틸렌블랙, 케첸블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙, 탄소섬유 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 또는 폴리페닐렌 유도체 등의 전도성 고분자 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 도전재는 양극 활물질층 총 중량에 대하여 0.1 내지 15 중량%로 포함될 수 있다.The conductive material is used to impart conductivity to the electrode, and in the configured battery, it can be used without any particular limitation as long as it has electronic conductivity without causing chemical change. Specific examples include graphite such as natural graphite and artificial graphite; carbon-based materials such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, summer black, and carbon fiber; metal powders or metal fibers such as copper, nickel, aluminum, and silver; conductive whiskeys such as zinc oxide and potassium titanate; conductive metal oxides such as titanium oxide; or conductive polymers such as polyphenylene derivatives, and the like, and one type alone or a mixture of two or more types thereof may be used. The conductive material may be included in an amount of 0.1 to 15% by weight based on the total weight of the positive active material layer.

상기 바인더는 양극 활물질 입자들 간의 부착 및 양극 활물질과 집전체와의 접착력을 향상시키는 역할을 한다. 구체적인 예로는 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HFP), 폴리비닐알코올(polyvinylalcohol), 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 0.1 내지 15 중량%로 포함될 수 있다.The binder serves to improve adhesion between the positive active material particles and the adhesion between the positive active material and the current collector. Specific examples include polyvinylidene fluoride (PVDF), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HFP), polyvinylalcohol, polyacrylonitrile, carboxymethylcellulose Woods (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene polymer (EPDM), sulfonated-EPDM, styrene butadiene rubber (SBR), fluororubber, or various copolymers thereof, and any one of them or a mixture of two or more thereof may be used. The binder may be included in an amount of 0.1 to 15% by weight based on the total weight of the positive active material layer.

상기 양극은 상기한 양극 활물질을 이용하는 것을 제외하고는 통상의 양극 제조 방법에 따라 제조될 수 있다. 구체적으로, 상기한 양극 활물질 및 선택적으로, 바인더 및 도전재를 용매 중에 용해 또는 분산시켜 제조한 양극 활물질층 형성용 조성물을 양극집전체 상에 도포한 후, 건조 및 압연함으로써 제조할 수 있다. The positive electrode may be manufactured according to a conventional positive electrode manufacturing method except for using the above positive electrode active material. Specifically, the cathode active material and, optionally, a composition for forming a cathode active material layer prepared by dissolving or dispersing a binder and a conductive material in a solvent may be coated on a cathode current collector, and then dried and rolled.

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 commonly used in the art, dimethyl sulfoxide (DMSO), isopropyl alcohol (isopropyl alcohol), N-methylpyrrolidone (NMP), acetone (acetone) or water and the like, and any one of them or a mixture of two or more thereof may be used. The amount of the solvent used is enough to dissolve or disperse the positive electrode active material, the conductive material and the binder in consideration of the application thickness of the slurry and the production yield, and to have a viscosity capable of exhibiting excellent thickness uniformity during application for the production of the positive electrode thereafter. 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.Also, as another method, the positive electrode may be prepared by casting the composition for forming the positive electrode active material layer on a separate support, and then laminating a film obtained by peeling from the support on the positive electrode current collector.

리튬 이차전지lithium secondary battery

또한, 본 발명은 상기 양극을 포함하는 전기화학소자를 제조할 수 있다. 상기 전기화학소자는 구체적으로 전지, 커패시터 등일 수 있으며, 보다 구체적으로는 리튬 이차전지일 수 있다.In addition, the present invention can manufacture an electrochemical device including the positive electrode. 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, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막 및 전해질을 포함하고, 상기 양극은 앞서 설명한 바와 동일하므로, 구체적인 설명을 생략하고, 이하 나머지 구성에 대해서만 구체적으로 설명한다. The lithium secondary battery specifically includes a positive electrode, a negative electrode positioned to face the positive electrode, and a separator and an electrolyte interposed between the positive electrode and the negative electrode, and the positive electrode is the same as described above, so detailed description is omitted, Hereinafter, only the remaining components will be described in detail.

또한, 상기 리튬 이차전지는 상기 양극, 음극, 분리막의 전극 조립체를 수납하는 전지용기, 및 상기 전지용기를 밀봉하는 밀봉 부재를 선택적으로 더 포함할 수 있다.In addition, the lithium secondary battery may optionally further include a battery container for accommodating the electrode assembly of the positive electrode, the negative electrode, and the separator, and a sealing member for sealing the battery container.

상기 리튬 이차전지에 있어서, 상기 음극은 음극 집전체 및 상기 음극 집전체 상에 위치하는 음극 활물질층을 포함한다.In the lithium secondary battery, the negative electrode includes a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer positioned on the negative electrode current collector.

상기 음극 집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 탄소, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또, 상기 음극 집전체는 통상적으로 3㎛ 내지 500㎛의 두께를 가질 수 있으며, 양극 집전체와 마찬가지로, 상기 집전체 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있다. 예를 들어, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The negative electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical change in the battery, and for example, copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon, copper or stainless steel surface. Carbon, nickel, titanium, one surface-treated with silver, an aluminum-cadmium alloy, etc. may be used. In addition, the negative electrode current collector may have a thickness of typically 3 μm to 500 μm, and similarly to the positive electrode current collector, fine irregularities may be formed on the surface of the current collector to strengthen the bonding force of the negative electrode active material. For example, it may be used in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam body, a nonwoven body, and the like.

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

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

상기 음극활물질은 음극 활물질층의 전체 중량을 기준으로 80 중량% 내지 99중량%로 포함될 수 있다.The anode active material may be included in an amount of 80 wt% to 99 wt% based on the total weight of the anode active material layer.

상기 바인더는 도전재, 활물질 및 집전체 간의 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 음극 활물질층의 전체 중량을 기준으로 0.1 중량% 내지 10 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 폴리머(EPDM), 술폰화-EPDM, 스티렌-부타디엔 고무, 니트릴-부타디엔 고무, 불소 고무, 이들의 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.The binder is a component that assists in bonding between the conductive material, the active material, and the current collector, and is typically added in an amount of 0.1 wt% to 10 wt% based on the total weight of the anode active material layer. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoro roethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene polymer (EPDM), sulfonated-EPDM, styrene-butadiene rubber, nitrile-butadiene rubber, fluororubber, and various copolymers thereof.

상기 도전재는 음극활물질의 도전성을 더욱 향상시키기 위한 성분으로서, 음극 활물질층의 전체 중량을 기준으로 10 중량% 이하, 바람직하게는 5 중량% 이하로 첨가될 수 있다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서멀 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.The conductive material is a component for further improving the conductivity of the anode active material, and may be added in an amount of 10 wt% or less, preferably 5 wt% or less, based on the total weight of the anode active material layer. Such a conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity without causing a chemical change in the battery. For example, graphite such as natural graphite or artificial graphite; carbon black such as acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and thermal black; conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; conductive whiskeys such as zinc oxide and potassium titanate; conductive metal oxides such as titanium oxide; A conductive material such as a polyphenylene derivative may be used.

예를 들면, 상기 음극 활물질층은 음극 집전체 상에 음극 활물질, 및 선택적으로 바인더 및 도전재를 용매 중에 용해 또는 분산시켜 제조한 음극 활물질층 형성용 조성물을 도포하고 건조함으로써 제조되거나, 또는 상기 음극 활물질층 형성용 조성물을 별도의 지지체 상에 캐스팅한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 음극 집전체 상에 라미네이션함으로써 제조될 수 있다.For example, the anode active material layer is prepared by applying and drying a composition for forming an anode active material layer prepared by dissolving or dispersing a cathode active material, and optionally a binder and a conductive material in a solvent, on the anode current collector and drying, or the anode active material layer It can be prepared by casting the composition for forming an active material layer on a separate support, and then laminating a film obtained by peeling it off from the support on a negative electrode current collector.

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

한편, 상기 리튬 이차전지에 있어서, 분리막은 음극과 양극을 분리하고 리튬 이온의 이동 통로를 제공하는 것으로, 통상 리튬 이차전지에서 분리막으로 사용되는 것이라면 특별한 제한 없이 사용가능하며, 특히 전해질의 이온 이동에 대하여 저저항이면서 전해액 함습 능력이 우수한 것이 바람직하다. 구체적으로는 다공성 고분자 필름, 예를 들어 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체 및 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름 또는 이들의 2층 이상의 적층 구조체가 사용될 수 있다. 또 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포가 사용될 수도 있다. 또, 내열성 또는 기계적 강도 확보를 위해 세라믹 성분 또는 고분자 물질이 포함된 코팅된 분리막이 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 to move, and as long as it is used as a separator in a lithium secondary battery, it can be used without any particular limitation, especially for the movement of ions in the electrolyte It is preferable to have a low resistance to and excellent electrolyte moisture content. Specifically, a porous polymer film, for example, a porous polymer film made of a polyolefin-based polymer such as an ethylene homopolymer, a propylene homopolymer, an ethylene/butene copolymer, an ethylene/hexene copolymer, and an ethylene/methacrylate copolymer, or these A laminate structure of two or more layers of may be used. In addition, a conventional porous nonwoven fabric, for example, a nonwoven fabric made of high melting point glass fiber, polyethylene terephthalate fiber, etc. 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 may optionally be used in a single-layer or multi-layer structure.

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

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 제한 없이 사용될 수 있다. 구체적으로 상기 유기 용매로는, 메틸 아세테이트(methyl acetate), 에틸 아세테이트(ethyl acetate), γ-부티로락톤(γ-butyrolactone), ε-카프로락톤(ε-caprolactone) 등의 에스테르계 용매; 디부틸 에테르(dibutyl ether) 또는 테트라히드로퓨란(tetrahydrofuran) 등의 에테르계 용매; 시클로헥사논(cyclohexanone) 등의 케톤계 용매; 벤젠(benzene), 플루오로벤젠(fluorobenzene) 등의 방향족 탄화수소계 용매; 디메틸카보네이트(dimethylcarbonate, DMC), 디에틸카보네이트(diethylcarbonate, DEC), 메틸에틸카보네이트(methylethylcarbonate, MEC), 에틸메틸카보네이트(ethylmethylcarbonate, EMC), 에틸렌카보네이트(ethylene carbonate, EC), 프로필렌카보네이트(propylene carbonate, PC) 등의 카보네이트계 용매; 에틸알코올, 이소프로필 알코올 등의 알코올계 용매; R-CN(R은 탄소수 2 내지 20의 직쇄상, 분지상 또는 환 구조의 탄화수소기이며, 이중결합 방향 환 또는 에테르 결합을 포함할 수 있다) 등의 니트릴류; 디메틸포름아미드 등의 아미드류; 1,3-디옥솔란 등의 디옥솔란류; 또는 설포란(sulfolane)류 등이 사용될 수 있다. 이중에서도 카보네이트계 용매가 바람직하고, 전지의 충방전 성능을 높일 수 있는 높은 이온전도도 및 고유전율을 갖는 환형 카보네이트(예를 들면, 에틸렌카보네이트 또는 프로필렌카보네이트 등)와, 저점도의 선형 카보네이트계 화합물(예를 들면, 에틸메틸카보네이트, 디메틸카보네이트 또는 디에틸카보네이트 등)의 혼합물이 보다 바람직하다. 이 경우 환형 카보네이트와 사슬형 카보네이트는 약 1:1 내지 약 1:9의 부피비로 혼합하여 사용하는 것이 전해액의 성능이 우수하게 나타날 수 있다. The organic solvent may be used without particular limitation as long as it can serve as a medium through which ions involved in the electrochemical reaction of the battery can move. Specifically, as the organic solvent, ester solvents such as methyl acetate, ethyl acetate, γ-butyrolactone, ε-caprolactone; ether-based solvents such as dibutyl ether or tetrahydrofuran; ketone solvents such as cyclohexanone; aromatic hydrocarbon-based solvents such as benzene and fluorobenzene; dimethylcarbonate (DMC), diethylcarbonate (DEC), methylethylcarbonate (MEC), ethylmethylcarbonate (EMC), ethylene carbonate (EC), propylene carbonate, carbonate-based solvents such as PC); alcohol solvents such as ethyl alcohol and isopropyl alcohol; nitriles such as R-CN (R is a linear, branched, or cyclic hydrocarbon group having 2 to 20 carbon atoms and may contain a double bond aromatic ring or ether bond); amides such as dimethylformamide; dioxolanes such as 1,3-dioxolane; Or sulfolanes and the like may be used. Among them, a carbonate-based solvent is preferable, and a cyclic carbonate (eg, ethylene carbonate or propylene carbonate, etc.) having high ionic conductivity and high dielectric constant capable of increasing the charge/discharge performance of the battery, and a low-viscosity linear carbonate-based compound ( 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 제한 없이 사용될 수 있다. 구체적으로 상기 리튬염은, LiPF6, LiClO4, LiAsF6, LiBF4, LiSbF6, LiAl04, LiAlCl4, LiCF3SO3, LiC4F9SO3, LiN(C2F5SO3)2, LiN(C2F5SO2)2, LiN(CF3SO2)2 . LiCl, LiI, 또는 LiB(C2O4)2 등이 사용될 수 있다. 상기 리튬염의 농도는 0.1 내지 2.0M 범위 내에서 사용하는 것이 좋다. 리튬염의 농도가 상기 범위에 포함되면, 전해질이 적절한 전도도 및 점도를 가지므로 우수한 전해질 성능을 나타낼 수 있고, 리튬 이온이 효과적으로 이동할 수 있다.The lithium salt may be used without particular limitation as long as it is a compound capable of providing lithium ions used in a lithium secondary battery. Specifically, the lithium salt is LiPF 6 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAl0 4 , LiAlCl 4 , LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiN(C 2 F 5 SO 3 ) 2 , LiN(C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN(CF 3 SO 2 ) 2 . LiCl, LiI, or LiB(C 2 O 4 ) 2 and the like 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 included in the above range, the electrolyte may exhibit excellent electrolyte performance because it has appropriate conductivity and viscosity, and lithium ions may 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 components, the electrolyte includes, for example, haloalkylene carbonate-based compounds such as difluoroethylene carbonate, pyridine, tri Ethyl phosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylene diamine, n-glyme, hexaphosphoric acid triamide, nitrobenzene derivative, sulfur, quinone imine dye, N-substituted oxazolidinone, N,N-substituted imida One or more additives such as jolidine, ethylene glycol dialkyl ether, ammonium salt, pyrrole, 2-methoxy ethanol or aluminum trichloride may be further included. In this case, 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 수명 특성을 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 active material according to the present invention stably exhibits excellent discharge capacity, output characteristics and lifespan characteristics, portable devices such as mobile phones, notebook computers, digital cameras, and hybrid electric vehicles ( It is useful in the field of electric vehicles 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 is a power tool (Power Tool); electric vehicles, including electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles, and plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs); Alternatively, it may be used as a power source for any one or more medium and large-sized devices in a system 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 external shape of the lithium secondary battery of the present invention is not particularly limited, but may be a cylindrical shape using a can, a prismatic 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 may not only be used in a battery cell used as a power source for a small device, but may also be preferably used as a unit cell in a medium or large-sized battery module including a plurality of battery cells.

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

실시예Example

실시예Example 1 One

NiSO4, CoSO4, MnSO4를 니켈:코발트:망간의 몰비가 8:1:1이 되도록 하는 양으로 물 중에서 혼합하여 2.3M 농도의 전이금속 함유 용액을 준비하였다.NiSO 4 , CoSO 4 , MnSO 4 Nickel: cobalt: manganese in an amount such that the molar ratio of 8:1:1 was mixed in water to prepare a solution containing a transition metal of 2.3M concentration.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 전이금속 함유 용액이 담겨있는 용기, 25중량% 농도의 NaOH 수용액과 15중량% 농도의 NH4OH 수용액을 준비하여 각각 반응기(250L)에 연결하였다.As shown in FIG. 1, a vessel containing the transition metal-containing solution, an aqueous NaOH solution having a concentration of 25% by weight and an aqueous solution of NH 4 OH having a concentration of 15% by weight were prepared and connected to a reactor 250L, respectively.

반응기에 탈이온수 57L를 넣은 뒤 질소가스를 반응기에 45L/분의 속도로 퍼징하여 물속의 용존 산소를 제거하고, 반응기 내를 비산화 분위기로 조성하였다. 이후 50 중량% 농도의 NaOH 수용액 150mL, 15 중량% 농도의 NH4OH 수용액 4,000 mL를 투입한 후, 50℃에서 350rpm의 교반 속도로 교반하여, 반응기 내의 pH를 pH 11.9을 유지하도록 하였다. After putting 57L of deionized water into the reactor, nitrogen gas was purged into the reactor at a rate of 45L/min to remove dissolved oxygen in the water, and a non-oxidizing atmosphere was created in the reactor. Thereafter, 150 mL of a 50% by weight aqueous solution of NaOH and 4,000 mL of a 15% by weight aqueous solution of NH 4 OH were added, followed by stirring at 50° C. at a stirring speed of 350 rpm, so that the pH in the reactor was maintained at pH 11.9.

이후, 전이금속 함유 용액을 240mL/분, NaOH 수용액을 140mL/분, NH4OH 수용액을 20mL/분의 속도로 각각 반응기에 투입하여 30분 동안 반응시켜 pH 11.9에서 니켈코발트망간 복합금속 수산화물의 입자 핵을 형성하였다. 이후 상기 전이금속 함유 용액을 240mL/분, NaOH 수용액을 140mL/분, NH4OH 수용액을 35mL/분의 속도로 각각 투입하여 pH 11.4에서 니켈코발망간 복합금속 수산화물 입자의 성장을 유도하였다. 이후 7시간 동안 반응을 유지하여, 상기 입자를 성장시켰으며, 반응기(250L)는 만액이 되었다.Thereafter, the transition metal-containing solution was added at a rate of 240 mL/min, an aqueous NaOH solution of 140 mL/min, and an aqueous NH 4 OH solution of 20 mL/min at a rate of 20 mL/min, and reacted for 30 minutes. Particles of nickel cobalt-manganese composite metal hydroxide at pH 11.9 nucleus was formed. Then, the transition metal-containing solution was added at a rate of 240 mL/min, an aqueous NaOH solution of 140 mL/min, and an aqueous NH 4 OH solution of 35 mL/min at a rate of 35 mL/min, respectively, to induce the growth of nickel cobalt-manganese composite metal hydroxide particles at pH 11.4. Then, the reaction was maintained for 7 hours to grow the particles, and the reactor (250L) was full.

상기 반응기(250L)가 만액이 되면, 반응 원료들의 투입량은 유지하되, 반응기 내에서 반응이 완료된 슬러리를 반응기 외부에 설치된 제1 여과 장치로 배출하였다. 이때 상기 슬러리의 배출 속도는 반응 원료들의 투입 속도와 동일하였다. 상기 제1 여과 장치에 투입된 슬러리는, 필터부를 통과한 반응 모액 및 필터부를 통과하지 못한 농축 슬러리로 분리되며, 이 중 상기 반응 모액은 상기 여과 장치에 연결된 백 워싱 탱크로 이송하였고, 상기 농축 슬러리는 상기 반응기에 재투입시켰다. 이때, 상기 백 워싱 탱크에 연결된 백 워싱 펌프를 구동시켜, 상기 백 워싱 탱크에 보관된 상기 반응 모액을 상기 여과 장치에 400mL/분으로 송액함으로써 상기 여과 장치에 잔류된 농축 슬러리를 백 워싱하여 상기 반응기로 400mL/분의 속도로 재투입하였고, 총 60시간 동안 상기 반응을 유지하여, 양극 활물질 전구체를 형성하였다. 반응 중 제1 여과 장치의 막힘 현상이 발생하면, 상기 반응기와 상기 제1 여과 장치를 연결하는 밸브를 잠그고 상기 반응기와 제2 여과 장치를 연결하는 밸브를 열어, 상기 반응기 내의 슬러리를 반응기 외부에 설치된 제2 여과 장치로 투입하였고, 상기 제1 여과 장치는 백 워싱하여 필터부의 막힘을 해소하였다. 반응 중 상기 제2 여과 장치의 막힘 현상이 발생할 경우, 상기와 동일하게 상기 제2 여과 장치의 밸브를 잠그고, 상기 제1 여과 장치의 밸브를 열어 반응기 내의 슬러리를 제1 여과 장치로 투입하였고, 이러한 조작은 반응 중 막힘 현상이 나타날 때마다 동일하게 수행하였다.When the reactor (250L) is full, the input amount of the reaction raw materials is maintained, but the slurry in which the reaction is completed in the reactor is discharged to the first filtration device installed outside the reactor. At this time, the discharge rate of the slurry was the same as the input rate of the reaction raw materials. The slurry introduced into the first filtration device is separated into a reaction mother liquid that has passed through the filter unit and a concentrated slurry that has not passed through the filter unit, of which the reaction mother liquid is transferred to a back washing tank connected to the filter unit, and the concentrated slurry is It was reintroduced into the reactor. At this time, by driving a back washing pump connected to the back washing tank, and feeding the reaction mother liquid stored in the back washing tank to the filtering device at 400 mL/min, the concentrated slurry remaining in the filtering device is backwashed to the reactor was reintroduced at a rate of 400 mL/min, and the reaction was maintained for a total of 60 hours to form a cathode active material precursor. When a clogging phenomenon of the first filtration device occurs during the reaction, the valve connecting the reactor and the first filtration device is closed, and the valve connecting the reactor and the second filtration device is opened, so that the slurry in the reactor is installed outside the reactor. It was put into the second filtration device, and the first filtration device was back washed to eliminate clogging of the filter unit. When the clogging of the second filtration device occurs during the reaction, the valve of the second filtration device is closed in the same manner as above, the valve of the first filtration device is opened, and the slurry in the reactor is introduced into the first filtration device. The operation was performed in the same manner whenever clogging occurred during the reaction.

비교예comparative example 1 One

NiSO4, CoSO4, MnSO4를 니켈:코발트:망간의 몰비가 8:1:1이 되도록 하는 양으로 물 중에서 혼합힌 2.3M 농도의 전이금속 함유 용액을 240mL/분, NaOH 수용액을 140mL/분, NH4OH 수용액을 20mL/분의 속도로 각각 반응기에 투입하여 30분 동안 반응시켜 pH 11.9에서 니켈코발트망간 복합금속 수산화물의 입자 핵을 형성하였다. 이후 상기 전이금속 함유 용액을 240 mL/분, NaOH 수용액을 140mL/분, NH4OH 수용액을 35mL/분의 속도로 각각 투입하여 pH 11.4에서 니켈코발망간 복합금속 수산화물 입자의 성장을 유도하였다. 이후 7시간 동안 반응을 유지하여, 상기 입자를 성장시켰으며, 반응기(250L)는 만액이 되었다.NiSO 4 , CoSO 4 , MnSO 4 In an amount such that the molar ratio of nickel:cobalt:manganese is 8:1:1, a 2.3M-concentrated transition metal-containing solution mixed in water is 240mL/min, and an aqueous NaOH solution is 140mL/min. , NH 4 OH aqueous solution was added to each reactor at a rate of 20 mL/min and reacted for 30 minutes to form particle nuclei of nickel cobalt-manganese composite metal hydroxide at pH 11.9. Thereafter, the transition metal-containing solution was added at a rate of 240 mL/min, an aqueous NaOH solution of 140 mL/min, and an aqueous NH 4 OH solution at a rate of 35 mL/min, respectively, to induce the growth of nickel cobalt-manganese composite metal hydroxide particles at pH 11.4. Then, the reaction was maintained for 7 hours to grow the particles, and the reactor (250L) was full.

반응기가 만액이 되면 용액들의 투입을 중단하여 반응을 종료하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 양극 활물질 전구체를 제조하였다.A cathode active material precursor was prepared in the same manner as in Example 1, except that the reaction was terminated by stopping the input of the solutions when the reactor became full.

비교예comparative example 2 2

NiSO4, CoSO4, MnSO4를 니켈:코발트:망간의 몰비가 8:1:1이 되도록 하는 양으로 물 중에서 혼합힌 2.3M 농도의 전이금속 함유 용액을 240 mL/분, NaOH 수용액을 140mL/분, NH4OH 수용액을 20mL/분의 속도로 각각 반응기에 투입하여 30분 동안 반응시켜 pH 11.9에서 니켈코발트망간 복합금속 수산화물의 입자 핵을 형성하였다. NiSO 4 , CoSO 4 , MnSO 4 In an amount such that the molar ratio of nickel:cobalt:manganese is 8:1:1, 240 mL/min of a 2.3M transition metal-containing solution mixed in water, and 140mL/min of an aqueous NaOH solution Min, NH 4 OH aqueous solution was added to the reactor at a rate of 20 mL/min, respectively, and reacted for 30 minutes to form particle nuclei of nickel-cobalt-manganese composite metal hydroxide at pH 11.9.

이후, pH 11.4에서 상기 전이금속 함유 용액을 240mL/분, NaOH 수용액을 140mL/분, NH4OH 수용액을 35mL/분의 속도로 각각 투입하여 니켈코발망간 복합금속 수산화물 입자의 성장을 유도하였다. 이후 7시간 동안 반응을 유지하여, 상기 입자를 성장시켰으며, 반응기(250L)는 만액이 되었다.Then, at pH 11.4, the transition metal-containing solution was introduced at a rate of 240 mL/min, an aqueous NaOH solution of 140 mL/min, and an aqueous NH 4 OH solution of 35 mL/min at a rate of 35 mL/min to induce the growth of nickel cobalt-manganese composite metal hydroxide particles. Then, the reaction was maintained for 7 hours to grow the particles, and the reactor (250L) was full.

상기 반응기가 만액이 되면, 전이금속 함유 용액, NaOH 수용액 및 NH4OH 수용액의 투입을 중지하고, 교반을 멈추어서 정치함으로써 생성물을 침전시키고, 상등액을 외부로 배출시켰다.When the reactor is full, the introduction of the transition metal-containing solution, the NaOH aqueous solution and the NH 4 OH aqueous solution is stopped, the stirring is stopped and the product is precipitated by standing still, and the supernatant is discharged to the outside.

상등액 배출 후 15중량% 농도의 NH4OH 수용액 1,000mL를 투입하여 pH 11.45가 되도록 하였다. 이후 다시 전이금속 함유 용액을 240mL/분, NaOH 수용액을 140mL/분, NH4OH 수용액을 35mL/분의 속도로 각각 투입하고, pH 11.4를 유지하면서 니켈코발트망간계 복합금속 수산화물 입자의 성장을 유도하였다. 이와 같이 상등액 제거 후 다시 입자 성장 과정을 총 3회 반복하였으며, 결과로 형성된 니켈망간코발트계 복합금속 함유 수산화물의 입자를 분리하여 수세 후 130℃의 오븐에서 건조하여 Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)2의 전구체를 제조하였다. After discharging the supernatant, 1,000 mL of an aqueous solution of NH 4 OH having a concentration of 15% by weight was added to have a pH of 11.45. Afterwards, the transition metal-containing solution was added at a rate of 240 mL/min, an aqueous NaOH solution of 140 mL/min, and an aqueous NH 4 OH solution at a rate of 35 mL/min, respectively, while maintaining the pH of 11.4, inducing the growth of nickel-cobalt-manganese-based composite metal hydroxide particles did. After removing the supernatant, the particle growth process was repeated three times in total, and the particles of the nickel-manganese-cobalt-based composite metal-containing hydroxide formed as a result were separated, washed with water, and dried in an oven at 130° C. for Ni 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 (OH) 2 precursors were prepared.

비교예comparative example 3 3

배치식 반응기 외부에 1개의 여과 장치만 설치된 제조 장치를 이용하여 양극 활물질 전구체를 제조하였으며, 배치식 반응기가 만액이 되면, 반응이 완료된 슬러리를 여과 장치로 배출한 후, 농축하여 여과 장치로 재투입하였다. 시간이 지날수록 슬러리의 배출 속도 및 반응기로의 반응 원료의 투입 속도가 저하된 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 양극 활물질 전구체를 제조하였다.The cathode active material precursor was manufactured using a manufacturing device in which only one filtration device was installed outside the batch reactor. When the batch reactor was full, the reaction slurry was discharged to the filtration device, concentrated and reintroduced into the filtration device. did. A cathode active material precursor was prepared in the same manner as in Example 1, except that the discharge rate of the slurry and the rate of input of the reaction raw material into the reactor decreased as time passed.

실험예Experimental example 1: 양극 활물질 전구체의 수득률 확인 1: Confirmation of yield of positive electrode active material precursor

상기 실시예 1 및 비교예 1~2에서 제조된 양극 활물질 전구체의 생산성을 비교하기 위해, 실시예 1 및 비교예 1~2에서 제조된 전구체의 함량을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.In order to compare the productivity of the positive electrode active material precursors prepared in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, the content of the precursors prepared in Examples 1 and 1 and 2 was measured, and the results are shown in Table 1 below. It was.

생성된 전구체 함량 (kg)Produced precursor content (kg) 종래(비교예 1) 기준 수득량 향상 비율 (%)Conventional (Comparative Example 1) standard yield improvement ratio (%) 실시예 1Example 1 165165 825825 비교예 1Comparative Example 1 2020 Ref.Ref. 비교예 2Comparative Example 2 8080 400400

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 비교예 1과 같이 반응기가 만액이 되면 반응을 종료하는 경우에 비하여, 반응기가 만액이 되더라도 여과 장치를 이용하여 반응이 완료된 반응 용액을 외부로 배출하면서 반응 원료 물질을 계속하여 투입한 실시예 1의 경우, 동일 시간 동일 크기의 배치식 반응기를 사용하였음에도 양극 활물질 전구체의 수득률이 현저히 향상된 것을 확인할 수 있었다. As shown in Table 1, compared to the case where the reaction is terminated when the reactor is full as in Comparative Example 1, even when the reactor is full, the reaction raw material is discharged while discharging the reaction solution to the outside using a filtration device. In the case of Example 1, which was continuously added, it was confirmed that the yield of the cathode active material precursor was significantly improved even though a batch reactor of the same size was used for the same time.

한편, 비교예 2의 경우, 반응기가 만액이 되면 생성물을 침전시키고 상등액을 외부로 배출한 후, 상기 반응기에 반응 원료를 추가하여 양극 활물질 전구체 입자를 성장시킨 것으로, 비교예 1에 비해서는 양극 활물질 전구체의 수득률이 향상되었다. 그러나, 침전 및 상등액 배출 시 반응 원료의 투입이 중단되므로, 본원발명과 같이 반응기 외부에 설치된 여과 장치로 연속해서 반응이 완료된 양극 활물질 슬러리를 배출함과 동시에 반응기 내부에 반응 원료 물질들을 투입하는 경우에 비해서는 양극 활물질 전구체의 수득률이 저조하였다.On the other hand, in the case of Comparative Example 2, when the reactor is full, the product is precipitated and the supernatant is discharged to the outside, and then the reaction raw material is added to the reactor to grow the cathode active material precursor particles, and compared to Comparative Example 1, the cathode active material The yield of the precursor was improved. However, since the input of the reaction raw material is stopped during precipitation and discharging of the supernatant, as in the present invention, when the positive electrode active material slurry in which the reaction has been continuously completed is discharged to the filtration device installed outside the reactor as in the present invention, and the reaction raw material is introduced into the reactor at the same time In comparison, the yield of the cathode active material precursor was low.

실험예Experimental example 2: 입도 분포 확인 2: Check particle size distribution

상기 실시예 1 및 비교예 1~2에서 에서 제조된 양극 활물질 전구체의 입도 분포를 확인하기 위하여, Horiba LA 950V2 입도분석기를 이용하여 실시예 1 및 비교예 1~2에서 에서 생성된 양극 활물질 전구체의 입도를 측정하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. In order to confirm the particle size distribution of the positive electrode active material precursor prepared in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, the positive electrode active material precursor produced in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 using a Horiba LA 950V2 particle size analyzer. The particle size was measured, and the results are shown in Table 2 below.

D10 (㎛)D 10 (μm) D50 (㎛)D 50 (μm) D90 (㎛)D 90 (μm) (D90-D10)/D50 (D 90 -D 10 )/D 50 실시예 1Example 1 12.1012.10 14.4014.40 16.7916.79 0.32560.3256 비교예 1Comparative Example 1 6.116.11 9.249.24 13.5113.51 0.80090.8009 비교예 2Comparative Example 2 12.5612.56 14.4314.43 16.7116.71 0.28760.2876

표 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따라 반응 원료의 투입 속도를 증가시키고, 반응기가 만액이 되면 반응이 완료된 양극 활물질 슬러리를 외부에 설치된 여과 장치로 배출하여 농축한 후, 농축 슬러리를 반응기로 재투입하여 입자 성장을 수행한 실시예 1의 경우, 비교예 1에 비하여 좁은 입도 분포를 보여, 보다 더 균일한 전구체를 생성하였음을 확인할 수 있었다. Referring to Table 2, according to an embodiment of the present invention, the input rate of the reaction raw material is increased, and when the reactor is full, the positive electrode active material slurry in which the reaction is completed is discharged to a filtration device installed outside and concentrated, and then the concentrated slurry is transferred to the reactor In the case of Example 1, in which particle growth was performed by re-injection, it was confirmed that a more uniform precursor was produced by showing a narrower particle size distribution compared to Comparative Example 1.

10: 제1 여과 장치
20: 제2 여과 장치
30: 백 워싱 탱크
100: 반응기
110: 정적 믹서(static mixer)
10: first filtration device
20: second filtration device
30: back washing tank
100: reactor
110: static mixer

Claims (14)

제1 여과 장치 및 제2 여과 장치를 포함하여 적어도 2개 이상의 여과 장치가 배치(batch)식 반응기 외부에 설치된 제조 장치를 이용하여 리튬 이차전지용 양극 활물질 전구체를 제조하는 방법에 있어서,
상기 배치식 반응기에 전이금속 양이온을 포함하는 전이금속 함유 용액, 암모늄 이온 함유 용액 및 염기성 수용액을 포함하는 반응 용액을 연속적으로 투입하는 단계;
상기 배치식 반응기가 만액이 되면 상기 반응기 내의 슬러리를 상기 반응기 외부에 설치된 제1 여과 장치로 투입하는 단계;
상기 제1 여과 장치에 투입된 슬러리를 여과한 후, 농축된 농축 슬러리를 상기 배치식 반응기로 재투입하는 단계; 및,
상기 배치식 반응기로 재투입한 농축 슬러리는 입자 성장을 거쳐 양극 활물질 전구체를 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 농축 슬러리에 의해 상기 제1 여과 장치의 막힘(clogging) 현상이 발생하면, 상기 제1 여과 장치에 연결된 밸브를 잠그고, 제2 여과장치에 연결된 밸브를 열어, 상기 반응기 내의 슬러리를 상기 제2 여과장치로 투입하여 여과하는 것인, 양극 활물질 전구체의 제조 방법.
In the method of manufacturing a cathode active material precursor for a lithium secondary battery using a manufacturing device in which at least two or more filtration devices, including a first filtration device and a second filtration device, are installed outside a batch-type reactor,
continuously introducing a reaction solution including a transition metal-containing solution containing a transition metal cation, an ammonium ion-containing solution, and a basic aqueous solution into the batch reactor;
When the batch-type reactor is full, adding the slurry in the reactor to a first filtration device installed outside the reactor;
After filtering the slurry fed into the first filtration device, re-introducing the concentrated concentrated slurry into the batch reactor; and,
The concentrated slurry reintroduced into the batch reactor is subjected to particle growth to form a cathode active material precursor;
When a clogging phenomenon of the first filtration device occurs by the concentrated slurry, the valve connected to the first filtration device is closed, and the valve connected to the second filtration device is opened, so that the slurry in the reactor is filtered through the second filtration A method of producing a positive electrode active material precursor, which is put into an apparatus and filtered.
제1항에 있어서,
상기 전이금속 함유 용액, 암모늄 이온 함유 용액 및 염기성 수용액의 투입 속도는 하기 식 1을 만족하는, 양극 활물질 전구체의 제조 방법:
[식 1]
1.5 x V/t ≤ υ123 ≤ 10 x V/t
상기 식 1에서,
V는 배치식 반응기의 부피, t는 전체 반응 시간(분), υ1은 전이금속 함유 용액의 투입 유량(mL/분), υ2는 암모늄 이온 함유 용액의 투입 유량(mL/분), 및 υ3은 염기성 수용액의 투입 유량(mL/분)임.
According to claim 1,
The input rate of the transition metal-containing solution, the ammonium ion-containing solution, and the basic aqueous solution satisfies the following Equation 1, a method for producing a cathode active material precursor:
[Equation 1]
1.5 x V/t ≤ υ 123 ≤ 10 x V/t
In Equation 1 above,
V is the volume of the batch reactor, t is the total reaction time (min), υ 1 is the input flow rate of the transition metal-containing solution (mL/min), υ 2 is the input flow rate of the ammonium ion-containing solution (mL/min), and υ 3 is the input flow rate (mL/min) of the basic aqueous solution.
제1항에 있어서,
상기 전이금속 함유 용액은 니켈, 코발트 및 망간으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상의 전이금속의 양이온을 포함하는, 양극 활물질 전구체의 제조 방법.
According to claim 1,
The transition metal-containing solution includes a cation of at least one transition metal selected from the group consisting of nickel, cobalt, and manganese, a method for producing a positive electrode active material precursor.
제1항에 있어서,
상기 전이금속 함유 용액은, 니켈, 코발트 및 망간으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상의 전이금속의 양이온을 포함하는 제1 전이금속 함유 용액 및 니켈, 코발트 및 망간으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상의 전이금속의 양이온을 포함하되 상기 제1 전이금속 함유 용액과는 상이한 농도를 가지는 제2 전이금속 함유 용액을 더 포함하는, 양극 활물질 전구체의 제조 방법.
According to claim 1,
The transition metal-containing solution includes a first transition metal-containing solution containing a cation of at least one transition metal selected from the group consisting of nickel, cobalt and manganese, and at least one transition selected from the group consisting of nickel, cobalt and manganese A method of manufacturing a positive electrode active material precursor, further comprising a second transition metal-containing solution containing a metal cation but having a different concentration from the first transition metal-containing solution.
제4항에 있어서,
상기 제1 전이금속 함유 용액 및 제2 전이금속 함유 용액의 혼합 비율을 점진적으로 변화시키면서 상기 제1 전이금속 함유 용액과 제2 전이금속 함유 용액을 혼합하여 전이금속의 농도 구배를 갖는 양극 활물질 전구체 입자를 형성하는 것을 더 포함하는, 양극 활물질 전구체의 제조 방법.
5. The method of claim 4,
Positive active material precursor particles having a transition metal concentration gradient by mixing the first transition metal-containing solution and the second transition metal-containing solution while gradually changing the mixing ratio of the first transition metal-containing solution and the second transition metal-containing solution Further comprising forming a, a method for producing a positive electrode active material precursor.
제1항에 있어서,
상기 여과 장치는 금속 재질의 필터 또는 세라믹 재질의 필터 중 어느 하나를 포함하는 것인, 양극 활물질 전구체의 제조 방법.
According to claim 1,
The filtration device will include any one of a filter made of a metal material or a filter made of a ceramic material, the method of manufacturing a positive electrode active material precursor.
제1항에 있어서,
상기 농축 슬러리를 상기 배치식 반응기로 재투입하는 것은, 상기 제1 여과 장치에 투입된 슬러리 중 필터부를 통과한 반응 모액은 백 워싱 탱크(back washing tank)로 투입하고, 상기 제1 여과 장치에 투입된 슬러리 중 필터부를 통과하지 못한 농축 슬러리는 백 워싱 탱크에 보관된 상기 반응 모액을 이용하여 상기 배치식 반응기로 재투입하는 것에 의해 수행되는 것인, 양극 활물질 전구체의 제조 방법.
According to claim 1,
Re-injection of the concentrated slurry into the batch reactor is that the reaction mother liquid that has passed through the filter unit among the slurry introduced into the first filtration device is introduced into a back washing tank, and the slurry introduced into the first filtration device The method for producing a cathode active material precursor, wherein the concentrated slurry that does not pass through the heavy filter unit is re-injected into the batch reactor using the reaction mother liquid stored in a back washing tank.
제7항에 있어서,
상기 백 워싱 탱크에 보관된 상기 반응 모액을 이용하여 상기 농축 슬러리를 상기 배치식 반응기로 재투입하는 단계는, 상기 백 워싱 탱크에 연결된 백 워싱 펌프를 구동시켜 상기 백 워싱 탱크에 보관된 상기 반응 모액을 상기 여과 장치에 백 워싱(back washing)하는 것에 의해 수행되는 것인, 양극 활물질 전구체의 제조 방법.
8. The method of claim 7,
The step of re-injecting the concentrated slurry into the batch-type reactor using the reaction mother liquid stored in the back washing tank may include driving a back washing pump connected to the back washing tank to drive the reaction mother liquid stored in the back washing tank. The method for producing a positive electrode active material precursor, which is carried out by back washing (back washing) to the filtration device.
제7항에 있어서,
상기 여과 장치의 막힘(clogging) 현상은, 상기 백 워싱 탱크에 보관된 반응 모액을 상기 여과 장치로 백 워싱하는 것에 의해 해소되는 것인, 양극 활물질 전구체의 제조 방법.
8. The method of claim 7,
The clogging phenomenon of the filtration device is to be resolved by back washing the reaction mother liquid stored in the back washing tank with the filtration device, the method for producing a cathode active material precursor.
제9항에 있어서,
상기 백 워싱 후, 산 세척을 수행하는 것을 더 포함하는, 양극 활물질 전구체의 제조 방법.
10. The method of claim 9,
After the back washing, the method of manufacturing a cathode active material precursor further comprising performing acid washing.
제1항에 있어서,
상기 여과 장치는 십자류 여과 유닛(cross-flow filter unit)을 더 포함하는, 양극 활물질 전구체의 제조 방법.
According to claim 1,
The filtration device further comprises a cross-flow filter unit (cross-flow filter unit), the method for producing a cathode active material precursor.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따라 제조된 양극 활물질 전구체를 리튬 함유 원료 물질과 혼합한 후 소성하는 단계를 포함하는, 리튬 이차전지용 양극 활물질의 제조 방법.
11. A method of manufacturing a cathode active material for a lithium secondary battery, comprising the step of mixing the cathode active material precursor prepared according to any one of claims 1 to 10 with a lithium-containing raw material and then calcining.
제11항에 따른 방법에 의해 제조된 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차전지용 양극.
A positive electrode for a lithium secondary battery comprising a positive electrode active material manufactured by the method according to claim 11 .
제13항에 따른 리튬 이차전지용 양극을 포함하는, 리튬 이차전지.A lithium secondary battery comprising the positive electrode for a lithium secondary battery according to claim 13 .
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