KR102296218B1 - A positive electrode active material for lithium secondary battery, method of preparing the positive electrode active material, and lithium secondary battery including the positive electrode active material - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a positive electrode active material having improved high energy density and improved long-life characteristics, a method of preparing the same, and a lithium secondary battery including the same. The positive electrode active material includes a plurality of primary particles, at least one secondary particle including an aggregate of a plurality of primary particles, or a combination thereof. The primary particles have an α-NaFeO_2 type crystal structure and include a lithium transition metal oxide including at least one of Ni, Co, Mn and Al. A part of the transition metal site in the crystal lattice of the crystal structure is substituted with the doping element M. A part of oxygen element sites in the crystal lattice is replaced with sulfur (S) element. M includes Mg, Ti, Zr, W, Si, Ca, B, V, or a combination thereof. Among the lithium transition metal oxides, M is included at an amount of 1,000 to 4,000 ppm. Among the lithium transition metal oxides, S is included at an amount of 1,100 ppm or less.

Description

리튬 이차전지용 양극활물질, 그의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬이차전지{A positive electrode active material for lithium secondary battery, method of preparing the positive electrode active material, and lithium secondary battery including the positive electrode active material}A positive electrode active material for a lithium secondary battery, a manufacturing method thereof, and a lithium secondary battery comprising the same

신규 조성의 리튬 이차전지용 양극활물질, 그의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.It relates to a cathode active material for a lithium secondary battery of a novel composition, a method for manufacturing the same, and a lithium secondary battery comprising the same.

리튬 이차전지는 1991년 Sony社에 의해 상용화된 이후 mobile IT 제품과 같은 소형 가전으로부터, 중대형 전기 자동차 및 에너지 저장 시스템까지 다양한 분야에서 수요가 급증하고 있다. 특히, 중대형 전기 자동차 및 에너지 저장 시스템을 위해서는 저가형 고에너지 양극 소재가 필수적인데, 현재 상용화된 양극 활물질인 단결정형 LiCoO2 (LCO)의 주원료인 코발트는 고가이다.Since lithium secondary batteries were commercialized by Sony in 1991, demand has been rapidly increasing in various fields from small home appliances such as mobile IT products to medium and large electric vehicles and energy storage systems. In particular, low-cost, high-energy cathode materials are essential for mid- to large-sized electric vehicles and energy storage systems. Cobalt, which is the main raw material for single-crystal LiCoO 2 (LCO), a commercially available cathode active material, is expensive.

그래서, 최근 중대형 이차전지용 양극 활물질로서 LCO 대신에 Co의 일부를 다른 전이금속으로 치환한, LiNixCoyMnzO2 (NCM, x+y+z=1) 및 LiNixCoyAlzO2 (NCA, x+y+z=1)로 표시되는 Ni 계 양극활물질을 사용하며, 이러한 NCM 및 NCA계 양극활물질은 원료인 니켈의 가격이 저렴하고 높은 가역 용량을 갖는다는 장점을 가진다. 특히, 고용량의 측면에서 Ni의 몰비율이 50몰% 이상인 NCM 및 NCA가 주목 받고 있다. 일반적으로, 이러한 Ni계 양극활물질은 공침법으로 합성한 전이금속 화합물 전구체를 리튬 소스와 혼합한 후 고상으로 합성하여 제조된다. 그러나, 이렇게 합성된 Ni 계 양극 소재는 작은 일차입자들이 뭉쳐져 있는 이차입자 형태로 존재하여, 장기간의 충/방전 과정에서 이차입자 내부에 미세균열(micro-crack)이 발생된다는 문제점이 존재한다. 미세균열은 양극활물질의 새로운 계면과 전해액의 부반응을 유발하고, 그 결과 가스 발생에 따른 안정성 저하 및 전해액 고갈로 인한 전지 성능 저하와 같은 전지 성능 열화가 유발된다. 또한, 고에너지 밀도 구현을 위해 전극 밀도의 증가 (>3.3g/cc)를 필요로 하는데, 이는 이차입자의 붕괴를 유발해 전해액과의 부반응으로 인한 전해액 고갈을 유발하여 초기 수명 급락을 유발한다. 결국, 기존의 공침법으로 합성한 이차입자 형태의 Ni 계 양극활물질은 고에너지 밀도를 구현 할 수 없음을 의미한다. So, LiNi x Co y Mn z O 2 (NCM, x+y+z=1) and LiNi x Co y Al z O in which a part of Co is substituted with other transition metals instead of LCO as a cathode active material for a medium or large-sized secondary battery. A Ni-based positive electrode active material represented by 2 (NCA, x+y+z=1) is used, and these NCM and NCA-based positive electrode active materials have the advantage of having a low price of nickel as a raw material and a high reversible capacity. In particular, NCM and NCA in which the molar ratio of Ni is 50 mol% or more in terms of high capacity is attracting attention. In general, such a Ni-based positive electrode active material is prepared by mixing a transition metal compound precursor synthesized by a co-precipitation method with a lithium source and then synthesizing it in a solid phase. However, the Ni-based cathode material synthesized in this way exists in the form of secondary particles in which small primary particles are agglomerated, and there is a problem that micro-cracks are generated inside the secondary particles during a long-term charge/discharge process. Microcracks cause a side reaction between the new interface of the positive electrode active material and the electrolyte, and as a result, deterioration of battery performance such as stability deterioration due to gas generation and deterioration of battery performance due to electrolyte depletion is induced. In addition, it is necessary to increase the electrode density (>3.3 g/cc) to realize high energy density, which causes the collapse of secondary particles and depletion of the electrolyte due to side reactions with the electrolyte, leading to a sharp decline in the initial lifespan. After all, it means that the Ni-based positive electrode active material in the form of secondary particles synthesized by the conventional co-precipitation method cannot realize high energy density.

전술한 이차입자 형태의 Ni계 양극활물질의 문제점을 해결하고자, 최근에 단입자형 Ni계 양극활물질에 대한 연구가 이루어지고 있다. 단결정형 Ni계 양극활물질은 고 에너지 밀도 구현을 위해 전극 밀도 증가 시 (> 3.3g/cc), 입자의 붕괴가 발생하지 않아 뛰어난 전기화학 성능을 구현할 수 있다. 하지만, 이러한 단결정형 Ni계 양극활물질은 전기화학 평가 시, 불안정한 Ni3+, Ni4+ 이온으로 인해 구조적 및/또는 열적 불안정성으로 인해 배터리 안정성이 저하된다는 문제점이 제기되었다. 따라서, 고에너지 리튬 이차 전지 개발을 위해서, 단결정 Ni계 양극활물질의 불안정한 Ni 이온을 안정화시키는 기술에 대한 요구가 여전히 존재한다.In order to solve the problems of the above-mentioned secondary particle type Ni-based positive electrode active material, research on single-particle type Ni-based positive electrode active material has been recently made. Single-crystal Ni-based positive electrode active material can realize excellent electrochemical performance because particle disintegration does not occur when electrode density is increased (> 3.3 g/cc) to realize high energy density. However, such a single-crystal Ni-based positive electrode active material has a problem that battery stability is deteriorated due to structural and/or thermal instability due to unstable Ni 3+ and Ni 4+ ions during electrochemical evaluation. Therefore, for the development of a high-energy lithium secondary battery, there is still a need for a technique for stabilizing the unstable Ni ions of the single-crystal Ni-based positive electrode active material.

일 측면에 따라 높은 전극밀도에서 부서짐이 없고, 이와 동시에 고에너지 밀도 구현 및 장수명 특성이 향상된 양극활물질을 제공하는 것이다.According to one aspect, there is no breakage at high electrode density, and at the same time, it is to provide a positive electrode active material with improved high energy density and long life characteristics.

일 측면에 따라, 복수의 일차 입자, 복수의 일차 입자의 응집체, 또는 이들의 조합을 포함하고,According to one aspect, it comprises a plurality of primary particles, an aggregate of a plurality of primary particles, or a combination thereof,

상기 일차 입자는 α-NaFeO2 형의 결정구조를 갖고, Ni 및 도핑원소(M)을 포함하는 리튬 전이금속 산화물을 포함하고, 상기 결정 구조의 결정 격자 중 산소 원소 자리의 일부가 황(S) 원소로 치환되며,The primary particle has a crystal structure of α-NaFeO 2 type, includes a lithium transition metal oxide containing Ni and a doping element (M), and a part of the oxygen element site in the crystal lattice of the crystal structure is sulfur (S) replaced by an element,

상기 M은 Mg, Zr, W, Sr, Y, La, Mo, Ba, Si, Ca, B, V, 또는 이들의 조합을 포함하고,M includes Mg, Zr, W, Sr, Y, La, Mo, Ba, Si, Ca, B, V, or a combination thereof,

상기 리튬 전이금속 산화물 중 상기 M이 4,000 ppm 내지 7,000 ppm으로 포함되고,Among the lithium transition metal oxide, the M is included in an amount of 4,000 ppm to 7,000 ppm,

상기 리튬 전이금속 산화물 중 상기 S가 1,100 ppm 이하로 포함된, 양극활물질이 제공된다.In the lithium transition metal oxide, the S is included in an amount of 1,100 ppm or less, a positive electrode active material is provided.

다른 측면에 따라, Li 원소-함유 화합물, Ni-함유 전이금속 화합물, 황(S) 원소-함유 화합물, M 원소-함유 화합물을 혼합하여, 리튬 전이금속 산화물 전구체를 얻는 단계;According to another aspect, there is provided a method comprising: mixing a Li element-containing compound, a Ni-containing transition metal compound, a sulfur (S) element-containing compound, and an M element-containing compound to obtain a lithium transition metal oxide precursor;

상기 전구체를 열처리하여 복수의 일차 입자, 복수의 일차 입자의 응집체를 포함하는 적어도 하나의 이차 입자, 또는 이들의 조합을 포함하는 전술한 양극활물질을 얻는 단계;를 포함하는, 양극활물질의 제조방법이 제공된다:A method of producing a positive electrode active material comprising; obtaining the above-described positive electrode active material including a plurality of primary particles, at least one secondary particle including an aggregate of a plurality of primary particles, or a combination thereof by heat-treating the precursor Offered:

또 다른 측면에 따라, 상기 양극활물질을 포함하는 양극이 제공된다.According to another aspect, a positive electrode including the positive electrode active material is provided.

또 다른 측면에 따라, 상기 양극; 음극; 및 전해질을 포함하는 리튬 이차전지가 제공된다.According to another aspect, the positive electrode; cathode; And a lithium secondary battery comprising an electrolyte is provided.

본 발명의 일 측면에 따라 제공되는 리튬 전이금속 산화물을 포함하는 양극활물질은 단결정 및 단일입자, 이러한 단일입자의 응집체, 또는 이들의 조합을 포함하고, Ni, 및 Mg, Zr, W, Sr, Y, La, Mo, Ba, Si, Ca, B, V, 또는 이들의 조합을 포함하는 도핑 원소(M)를 포함하고, 산소의 일부가 S로 치환되되, 상기 M이 4,000 ppm 내지 7,000 ppm으로 포함되고, 상기 S가 1,100 ppm 이하로 포함되는 것에 의하여, 고-Ni계 리튬 전이금속 산화물에 존재하는 불안정한 Ni 이온이 안정화되고, 충방전 간에 열화가 방지되어 체적당 용량 증가 및 수명 안정성이 향상된다.The positive electrode active material comprising a lithium transition metal oxide provided according to an aspect of the present invention includes single crystals and single particles, aggregates of such single particles, or a combination thereof, and includes Ni, and Mg, Zr, W, Sr, Y , La, Mo, Ba, Si, Ca, B, V, or a doping element (M) containing a combination thereof, and a part of oxygen is substituted with S, wherein M is included in 4,000 ppm to 7,000 ppm and, by including the S at 1,100 ppm or less, unstable Ni ions present in the high-Ni-based lithium transition metal oxide are stabilized, and deterioration is prevented between charging and discharging, thereby increasing capacity per volume and improving lifespan stability.

도 1은 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 7의 리튬 전이금속 산화물에 대한 SEM 사진이다.
도 2은 실시예 6 내지 8 및 비교예 10 내지 15에 대한 사이클에 따른 용량 유지율 그래프이다.
도 3는 실시예 9 및 비교예 17에 대한 사이클에 따른 용량 유지율 그래프이다.
도 4는 실시예 10 및 비교예 18에 대한 사이클에 따른 용량 유지율 그래프이다.
도 5는 예시적인 구현예에 따른 리튬전지의 모식도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 리튬전지 2: 음극
3: 양극 4: 세퍼레이터
5: 전지케이스 6: 캡 어셈블리
1 is an SEM photograph of the lithium transition metal oxides of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 7;
2 is a graph showing capacity retention rates according to cycles for Examples 6 to 8 and Comparative Examples 10 to 15;
3 is a graph showing the capacity retention rate according to the cycle for Example 9 and Comparative Example 17.
4 is a graph of capacity retention according to cycles for Example 10 and Comparative Example 18;
5 is a schematic diagram of a lithium battery according to an exemplary embodiment.
<Explanation of symbols for main parts of the drawing>
1: Lithium battery 2: Anode
3: positive electrode 4: separator
5: Battery case 6: Cap assembly

이하에서 설명되는 본 창의적 사상(present inventive concept)은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고, 상세한 설명에 상세하게 설명한다. 그러나, 이는 본 창의적 사상을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 창의적 사상의 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The present inventive concept described below can apply various transformations and can have various embodiments, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present inventive concept to a specific embodiment, and it should be understood to include all transformations, equivalents, or substitutes included in the technical scope of the present inventive concept.

이하에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 창의적 사상을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 이하에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품, 성분, 재료 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 나타내려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품, 성분, 재료 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 이하에서 사용되는 "/"는 상황에 따라 "및"으로 해석될 수도 있고 "또는"으로 해석될 수도 있다.Terms used below are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present inventive concept. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. Hereinafter, terms such as “comprises” or “have” are intended to indicate that a feature, number, step, action, component, part, component, material, or combination thereof described in the specification is present, but one or the It should be understood that the above does not preclude the possibility of the presence or addition of other features, numbers, steps, operations, components, parts, components, materials, or combinations thereof. "/" used below may be interpreted as "and" or "or" depending on the situation.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하거나 축소하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 명세서 전체에서 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 또는 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 명세서 전체에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의하여 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.In order to clearly express the various layers and regions in the drawings, the thickness is enlarged or reduced. Throughout the specification, like reference numerals are assigned to similar parts. Throughout the specification, when a part, such as a layer, film, region, plate, etc., is referred to as “on” or “on” another part, this includes not only the case where it is directly on the other part, but also the case where there is another part in the middle. . Throughout the specification, terms such as first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

이하에서 예시적인 구현예들에 따른 양극활물질, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 양극을 포함한 리튬 이차전지에 관하여 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, a lithium secondary battery including a positive electrode active material, a manufacturing method thereof, and a positive electrode including the same according to exemplary embodiments will be described in more detail.

일 구현예에 따른 양극활물질은, 복수의 일차 입자, 복수의 일차 입자의 응집체, 또는 이들의 조합을 포함하고, 상기 일차 입자는 α-NaFeO2 형의 결정구조를 갖고, Ni 및 도핑원소(M)을 포함하는 리튬 전이금속 산화물을 포함하고, 상기 결정 구조의 결정 격자 중 산소 원소 자리의 일부가 황(S) 원소로 치환되며, 상기 M은 Mg, Zr, W, Sr, Y, La, Mo, Ba, Si, Ca, B, V, 또는 이들의 조합을 포함하고, 상기 리튬 전이금속 산화물 중 상기 M이 4,000 ppm 내지 7,000 ppm으로 포함되고, 상기 리튬 전이금속 산화물 중 상기 S가 1,100 ppm 이하로 포함될 수 있다.The positive electrode active material according to an embodiment includes a plurality of primary particles, an aggregate of a plurality of primary particles, or a combination thereof, wherein the primary particles have an α-NaFeO 2 type crystal structure, Ni and a doping element (M ), including a lithium transition metal oxide containing , Ba, Si, Ca, B, V, or a combination thereof, wherein the M in the lithium transition metal oxide is included in an amount of 4,000 ppm to 7,000 ppm, and the S in the lithium transition metal oxide is 1,100 ppm or less. may be included.

일 구현예에 따른 양극활물질은 리튬 전이금속 산화물 내에 상기 도핑원소(M)을 포함하되, Mg 원소를 극미량 함유할 수 있다. The positive electrode active material according to an exemplary embodiment may include the doping element (M) in the lithium transition metal oxide, but may contain a very small amount of the Mg element.

여기서, 용어 "일차 입자의 응집체"는 일차 입자의 열처리 과정에서 하나 이상의 일차 입자의 표면이 서로 접촉하도록 배치된 것을 의미한다. 또한, 용어 "일차 입자의 응집체"는 일차 입자의 표면에 코팅층이 존재하는 경우 개별 코팅된 복수의 일차 입자의 표면이 서로 접촉하도록 배치된 것을 의미한다.Herein, the term “agglomerate of primary particles” means that the surfaces of one or more primary particles are arranged so that they are in contact with each other during the heat treatment of the primary particles. In addition, the term "agglomerate of primary particles" means that when a coating layer is present on the surface of the primary particles, the surfaces of a plurality of individually coated primary particles are arranged to contact each other.

본 발명의 일 구현예에 따른 양극활물질은, 전이금속 중 일부가 도핑 원소 M으로 치환되고, 상기 O의 일부가 S로 치환되되, 상기 M은 4,000 ppm 내지 7,000 ppm으로 포함되고, 상기 S가 1,100 ppm 이하로 포함되는 것에 의하여, 결정 안정성이 향상되어 장수명 특성을 갖는다. 상기 S가 1,100 ppm을 초과하는 경우 초기 방전 용량이 저하되고, 상기 도핑 원소의 총량이 상기 범위를 만족하지 못하는 경우, 수명 특성이 열화 된다. 따라서, 상기 도핑원소 함량비율 및 S 원소 함량 비율을 만족하는 경우에 장수명 특성이 달성될 수 있다.In the positive electrode active material according to an embodiment of the present invention, a part of the transition metal is substituted with a doping element M, and a part of O is substituted with S, wherein M is included at 4,000 ppm to 7,000 ppm, and S is 1,100 By being contained in ppm or less, crystal stability is improved and it has a long lifespan characteristic. When the S exceeds 1,100 ppm, the initial discharge capacity is lowered, and when the total amount of the doping element does not satisfy the above range, life characteristics are deteriorated. Accordingly, when the doping element content ratio and the S element content ratio are satisfied, a long lifespan characteristic can be achieved.

일 구현예에 따르면, 상기 리튬 전이금속 산화물은 Ni을 포함하고, 상기 리튬 전이금속 산화물 중 니켈이 80 몰% 이상을 포함될 수 있다.According to one embodiment, the lithium transition metal oxide may include Ni, and 80 mol% or more of nickel in the lithium transition metal oxide may be included.

예를 들어, 상기 리튬 전이금속 산화물 중 니켈이 81 몰% 이상, 82 몰% 이상, 83 몰% 이상, 84 몰% 이상, 85 몰% 이상, 86 몰% 이상, 87 몰% 이상, 88 몰% 이상, 89 몰% 이상, 또는 90 몰% 이상 포함될 수 있다.For example, nickel in the lithium transition metal oxide is 81 mol% or more, 82 mol% or more, 83 mol% or more, 84 mol% or more, 85 mol% or more, 86 mol% or more, 87 mol% or more, 88 mol% or more, 89 mol% or more, or 90 mol% or more.

일 구현예에 따르면, 상기 리튬 전이금속 산화물 중 상기 M이 4,200 ppm 내지 7,000 ppm으로 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 M은 4,200 ppm 내지 6,800 ppm으로 포함될 수 있다.According to one embodiment, the M in the lithium transition metal oxide may be included in an amount of 4,200 ppm to 7,000 ppm. For example, M may be included in an amount of 4,200 ppm to 6,800 ppm.

일 구현예에 따르면, 상기 리튬 전이금속 산화물은 W를 포함하고, 상기 W가 1,500 ppm 내지 3,000 ppm으로 포함될 수 있다.According to one embodiment, the lithium transition metal oxide may include W, and the W may be included in an amount of 1,500 ppm to 3,000 ppm.

일 구현예에 따르면, 상기 리튬 전이금속 산화물이 Y를 포함하고, 상기 리튬 전이금속 산화물 중 상기 Y가 1,000 ppm 내지 4,000 ppm으로 포함될 수 있다.According to one embodiment, the lithium transition metal oxide may include Y, and the Y may be included in an amount of 1,000 ppm to 4,000 ppm in the lithium transition metal oxide.

일 구현예에 따르면, 상기 도핑 원소는 W, Sr, Y, La, Mo, Ba, Si, Ca, V 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 도핑 원소는 Mg, W 및 Y일 수 있다. 예를 들어, 상기 도핑 원소는 W 및 Y일 수 있다. 예를 들어, 상기 도핑 원소는 W 및 Y를 포함하고, Mg를 W 보다 적은 함량으로 더 포함할 수 있다. According to an embodiment, the doping element may include W, Sr, Y, La, Mo, Ba, Si, Ca, V, or a combination thereof. For example, the doping elements may be Mg, W and Y. For example, the doping elements may be W and Y. For example, the doping elements may include W and Y, and Mg may further include less than W.

일 구현예에 따르면, 상기 리튬 전이금속 산화물의 결정 격자 중 리튬 원소 자리 중 일부가 리튬 이외의 하나 이상의 알칼리 금속 원소로 치환될 수 있다.According to one embodiment, some of the lithium element sites in the crystal lattice of the lithium transition metal oxide may be substituted with one or more alkali metal elements other than lithium.

예를 들어, 상기 알칼리 금속 원소는 Na, K 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.For example, the alkali metal element may include Na, K, or a combination thereof.

일 구현예에 따르면, 상기 리튬 전이금속 산화물 중 상기 알칼리 금속 원소가 100 ppm 내지 250 ppm으로 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 알칼리 금속 원소가 120 ppm 내지 230 ppm, 130 ppm 내지 220 ppm, 또는 140 ppm 내지 210 ppm으로 포함될 수 있다.According to one embodiment, the alkali metal element in the lithium transition metal oxide may be included in an amount of 100 ppm to 250 ppm. For example, the alkali metal element may be included in an amount of 120 ppm to 230 ppm, 130 ppm to 220 ppm, or 140 ppm to 210 ppm.

일 구현예에 따르면, 상기 리튬 전이금속 산화물은 Li의 몰비/전이금속의 몰비가 1 미만일 수 있다. 이는 Li이 1 초과의 몰비를 갖는 과리튬계 양극활물질과 구분되며, Li의 몰비가 1 미만 임에도 불구하고 알칼리 금속 원소, 도핑원소 및 S 원소의 도입에 의하여 고함량의 Ni계 양극활물질에서 Ni(III) 이온의 부반응에 의한 활물질 열화를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 충전시 리튬의 탈리에도 결정 붕괴가 방지되어 고용량 및 장수명 특성을 갖는다.According to one embodiment, the lithium transition metal oxide may have a molar ratio of Li/molar ratio of transition metal less than 1. This is distinguished from the perlithium-based positive electrode active material in which Li has a molar ratio greater than 1, and although the molar ratio of Li is less than 1, Ni ( III) Not only can the deterioration of the active material due to the side reaction of ions be prevented, but also crystal collapse is prevented even when lithium is desorbed during charging, so that it has high capacity and long life.

일 구현예에 따르면, 상기 리튬 전이금속 산화물은 하기 화학식 1로 표시될 수 있다:According to one embodiment, the lithium transition metal oxide may be represented by the following Chemical Formula 1:

<화학식 1><Formula 1>

Li1-xAxM11-yM2yO2-zSz Li 1-x A x M1 1-y M2 y O 2-z S z

상기 화학식 1 중,In Formula 1,

A는 나트륨(Na) 또는 칼륨(K)이고,A is sodium (Na) or potassium (K),

M1은 Ni, Co, Mn, Al 또는 이들의 조합을 포함하고,M1 includes Ni, Co, Mn, Al or a combination thereof,

M2은 Mg, Zr, W, Sr, Y, La, Mo, Ba, Si, Ca, B, V, 또는 이들의 조합을 포함하고,M2 comprises Mg, Zr, W, Sr, Y, La, Mo, Ba, Si, Ca, B, V, or a combination thereof,

0<x≤0.05, 0<y<0.1, 0<z<0.01이다.0<x≤0.05, 0<y<0.1, 0<z<0.01.

예를 들어, 상기 A는 Na일 수 있다. 예를 들어, 상기 y는 0<y≤0.05, 0<y≤0.04, 0<y≤0.03, 0<y≤0.02, 또는 0<y≤0.01일 수 있다.For example, A may be Na. For example, y may be 0<y≤0.05, 0<y≤0.04, 0<y≤0.03, 0<y≤0.02, or 0<y≤0.01.

일 구현예에 따르면, 상기 리튬 전이금속 산화물은 하기 화학식 2로 표시될 수 있다:According to one embodiment, the lithium transition metal oxide may be represented by the following Chemical Formula 2:

<화학식 2><Formula 2>

Li1-xAxM11-α-βWαYβO2-zSz Li 1-x A x M1 1-α-β W α Y β O 2-z S z

상기 화학식 2 중,In Formula 2,

A는 나트륨(Na) 또는 칼륨(K)이고,A is sodium (Na) or potassium (K),

M1은 Ni, Co, Mn, Al 또는 이들의 조합을 포함하고,M1 includes Ni, Co, Mn, Al or a combination thereof,

0<x≤0.05, 0<α≤0.002, 0<β≤0.004, 0<z<0.01이다.0<x≤0.05, 0<α≤0.002, 0<β≤0.004, 0<z<0.01.

상기 W가 0<α≤0.002로 포함됨에 따라, 리튬 전이금속 산화물의 구조적 안정성이 향상된다. W의 치환 몰비율이 0.002을 초과하는 경우, 결정 구조상의 비틀림에 따른 구조적 안정성의 저하가 유발되고, 불순물로서 WO3이 형성되어, 전기화학적 특성의 저하가 초래될 수 있다.As W is included as 0<α≤0.002, the structural stability of the lithium transition metal oxide is improved. When the substitution molar ratio of W exceeds 0.002, structural stability may be deteriorated due to distortion of the crystal structure, and WO 3 may be formed as an impurity, resulting in deterioration of electrochemical properties.

상기 Y가 0<β≤0.004로 포함됨에 따라, 리튬 전이금속 산화물의 구조적 안정성이 향상된다. 특히, Y의 치환 몰비율이 0.004를 초과하는 경우, 결정 구조의 왜곡에 따른 구조적 안정성의 저하가 유발되고, 구동시에 비가역적 결정상의 형성에 따른 용량 저하가 초래될 수 있다.As the Y is included as 0<β≤0.004, the structural stability of the lithium transition metal oxide is improved. In particular, when the substitution molar ratio of Y exceeds 0.004, structural stability may be deteriorated due to distortion of the crystal structure, and capacity may be reduced due to the formation of an irreversible crystalline phase during operation.

일 구현예에 따르면, 상기 화학식 2로 표시되는 리튬 전이금속 산화물은 경우에 따라, 불순물 원소로서 Mg을 미량으로 더 함유할 수 있다.According to one embodiment, the lithium transition metal oxide represented by Chemical Formula 2 may further contain Mg as an impurity element in a trace amount in some cases.

이 경우, 상기 화학식 2는 하기 화학식 2-1로 표시될 수 있다:In this case, Chemical Formula 2 may be represented by the following Chemical Formula 2-1:

<화학식 2-1><Formula 2-1>

Li1-xAxM11-α-βWαYβMgγO2-zSz Li 1-x A x M1 1-α-β W α Y β Mg γ O 2-z S z

상기 화학식 2-1 중 A, M1, x, z, α 및 β 각각에 관한 내용은 본 명세서의 기재를 참고하고, γ는 0≤γ≤0.0005, 예를 들어, 0≤γ≤0.0004, 0≤γ≤0.0003, 0≤γ≤0.0002 또는 0≤γ≤0.0001일 수 있다.For details on each of A, M1, x, z, α and β in Formula 2-1, refer to the description of the present specification, and γ is 0≤γ≤0.0005, for example, 0≤γ≤0.0004, 0≤ γ≤0.0003, 0≤γ≤0.0002, or 0≤γ≤0.0001.

일 구현예에 따르면, 상기 화학식 2 중 A는 Na일 수 있다. Li이 위치하는 격자공간에 Na이 치환되는 경우 리튬에 비하여 이온 반경이 큰 Na의 개입에 의하여 충전 상태에서 리튬의 탈리시 리튬 전이금속 산화물 내의 산소 원자들간 반발력에 의한 결정 구조의 팽창이 억제되고, 그 결과 반복적 충전시에도 리튬 전이금속 산화물의 구조적 안정성이 달성된다. 또한, Na의 개입에 따른 격자간 간격 증가에 의한 리튬 이동 저항 감소에 의하여 고효율 충방전 특성도 향상될 수 있다.According to one embodiment, A in Formula 2 may be Na. When Na is substituted in the lattice space where Li is located, the expansion of the crystal structure due to the repulsive force between oxygen atoms in the lithium transition metal oxide is suppressed when lithium is desorbed from the charged state by the intervention of Na, which has a larger ionic radius than that of lithium, As a result, structural stability of the lithium transition metal oxide is achieved even during repeated charging. In addition, high-efficiency charge/discharge characteristics may be improved by reducing lithium migration resistance due to an increase in interstitial spacing caused by Na intervention.

일 구현예에 따르면, 상기 화학식 2 중, β /α≥1일 수 있다. 상기 Y 및 W의 몰비가 β /α≥1를 만족하는 경우, 결정 형성시에 전이금속 이온 확산 속도를 증가시키는 것에 의하여 균일하고 치밀한 결정 구조의 형성이 가능하여 구조 결정도가 향상되고, 그 결과 반복적인 충전 및 방전에도 결정 붕괴가 현저히 억제되어 수명 특성이 향상된다.According to one embodiment, in Formula 2, β /α≥1. When the molar ratio of Y and W satisfies β /α≥1, a uniform and dense crystal structure can be formed by increasing the transition metal ion diffusion rate during crystal formation, thereby improving structural crystallinity, and as a result, repeatable Crystal collapse is remarkably suppressed even during phosphorus charging and discharging, and lifespan characteristics are improved.

일 구현예에 따르면, 상기 화학식 2 중 W 및 Y의 몰비율은 1≤β /α≤5를 만족할 수 있다. 이러한 비율로 W 및 Y가 도핑됨에 따라 전이금속 내의 전하 균형이 이루어질 수 있고, 결정 구조 안정성이 향상되어 이차전지의 장수명 특성이 향상될 수 있다.According to one embodiment, the molar ratio of W and Y in Formula 2 may satisfy 1≤β /α≤5. As W and Y are doped in such a ratio, charge balance in the transition metal may be achieved, and crystal structure stability may be improved, thereby improving the long life characteristics of the secondary battery.

일 구현예에 따르면, 상기 화학식 2 중, 상기 z는 0<z≤0.01일 수 있다. 여기서, z는 화학식 2로 표시되는 리튬 전이금속 산화물에서 O 원소에 대한 S의 치환 몰비율을 의미한다.According to one embodiment, in Formula 2, z may be 0<z≤0.01. Here, z denotes a molar ratio of substitution of S to element O in the lithium transition metal oxide represented by the formula (2).

산소 원소의 일부가 S로 치환됨에 따라 전이금속과의 결합력이 증가하여, 리튬 전이금속 산화물의 결정 구조의 전이가 억제되고, 그 결과 리튬 전이금속 산화물의 구조적 안정성이 향상된다. As a part of the oxygen element is substituted with S, the bonding strength with the transition metal increases, so that the crystal structure transition of the lithium transition metal oxide is suppressed, and as a result, the structural stability of the lithium transition metal oxide is improved.

한편, S의 치환 몰비율이 0.01을 초과하는 경우 S 음이온의 반발력으로 인해 결정 구조가 불안정해져서 수명특성이 저하될 뿐만 아니라, 충전시 리튬의 탈리에 대한 저항층이 형성되어 초기 방전 용량도 감소된다.On the other hand, when the substitution molar ratio of S exceeds 0.01, the crystal structure becomes unstable due to the repulsive force of the S anion, and thus the lifespan characteristics are deteriorated. .

일 구현예에 따르면, 상기 리튬 전이금속 산화물은 하기 화학식 3 내지 5로 표시될 수 있다:According to one embodiment, the lithium transition metal oxide may be represented by the following Chemical Formulas 3 to 5:

<화학식 3><Formula 3>

Li1-x1Nax1Ni1-a1-b1- α1-β1Coa1Alb1Wα1Yβ1O2-z1Sz1 Li 1-x1 Na x1 Ni 1-a1- b1- α1-β1 Co a1 Al b1 W α1 Y β1 O 2-z1 S z1

<화학식 4><Formula 4>

Li1-x2Nax2 Ni1-a2-b2- α2-β2Coa2Mnb2Wα2Yβ2O2-z2Sz2 Li 1-x2 Na x2 Ni 1-a2-b2- α2-β2 Co a2 Mn b2 W α2 Y β2 O 2-z2 S z2

<화학식 5><Formula 5>

Li1-x3Nax3 Ni1-a3-b3-c3-α3-β3Coa3Mnb3Alc3Wα3Yβ3O2-z3Sz3 Li 1-x3 Na x3 Ni 1-a3-b3-c3-α3-β3 Co a3 Mn b3 Al c3 W α3 Y β3 O 2-z3 S z3

상기 화학식 3 내지 5 중,In Formulas 3 to 5,

0<x1≤0.001, 0<a1<0.1, 0<b1<0.05, 0<α1≤0.002, 0<β1≤0.004, 0<z1<0.01이고,0<x1≤0.001, 0<a1<0.1, 0<b1<0.05, 0<α1≤0.002, 0<β1≤0.004, 0<z1<0.01,

0<x2≤0.001, 0<a2<0.1, 0<b2<0.05, 0<α2≤0.002, 0<β2≤0.004, 0<z2<0.01이고,0<x2≤0.001, 0<a2<0.1, 0<b2<0.05, 0<α2≤0.002, 0<β2≤0.004, 0<z2<0.01,

0<x3≤0.001, 0<a3<0.1, 0<b3<0.05, 0<c3<0.05, 0<α3≤0.002, 0<β3≤0.004, 0<z3<0.01이다.0<x3≤0.001, 0<a3<0.1, 0<b3<0.05, 0<c3<0.05, 0<α3≤0.002, 0<β3≤0.004, 0<z3<0.01.

또한, 상기 화학식 3 내지 5로 표시되는 리튬 전이금속 산화물은 극미량의 Mg를 불순물로 포함할 수 있다. 예를 들어, Mg는 상기 화학식 3 내지 5로 표시되는 리튬 전이금속 산화물의 조성비에 실질적으로 영향을 미치지 않는 양, 예를 들어 0.05% 이하 또는 0.01% 이하의 몰비로 포함될 수 있다. 이러한 불순물의 함량은 본 발명의 일 구현예에 따른 리튬 전이금속 산화물의 결정 구조 및 수명 특성에 실질적으로 영향을 미치지 않는 양이다.In addition, the lithium transition metal oxide represented by Chemical Formulas 3 to 5 may include a trace amount of Mg as an impurity. For example, Mg may be included in an amount that does not substantially affect the composition ratio of the lithium transition metal oxide represented by Chemical Formulas 3 to 5, for example, 0.05% or less or 0.01% or less by molar ratio. The content of these impurities is an amount that does not substantially affect the crystal structure and lifespan characteristics of the lithium transition metal oxide according to an embodiment of the present invention.

상기 Na, W, Y, S가 상기 몰비율로 상기 리튬 전이금속 산화물에 치환되는 경우, 충전상태에서 리튬 탈리시에도 리튬 전이금속 산화물 중 산소들간의 정전기적 반발력에 의한 결정의 구조적 팽창이 억제되어, 구조적 안정성이 향상되어 수명특성이 향상된다. When the Na, W, Y, and S are substituted for the lithium transition metal oxide in the above molar ratio, structural expansion of the crystal due to the electrostatic repulsive force between oxygens in the lithium transition metal oxide is suppressed even during lithium desorption in the charged state. , the structural stability is improved, and the lifespan characteristics are improved.

일 구현예에 따르면, W 및 Y의 몰비율이 상기 범위를 만족하는 경우에 리튬 전이금속 산화물의 구조적 안정성이 보장되고, 상기 범위를 벗어나는 경우 불순물 상이 형성되고, 이는 리튬 탈리시 저항으로 작용할 뿐만 아니라, 반복적 충전시에 결정 구조의 붕괴가 야기될 수 있다.According to one embodiment, when the molar ratio of W and Y satisfies the above range, structural stability of the lithium transition metal oxide is ensured, and when it is out of the above range, an impurity phase is formed, which not only acts as a resistance during lithium desorption, but also , it may cause the collapse of the crystal structure upon repeated charging.

일 구현예에 따르면, 상기 리튬 전이금속산화물은 단일 입자일 수 있다. 단일 입자는 복수의 입자가 응집되어 형성된 이차 입자 또는 복수의 입자가 응집되고 응집체의 둘레가 코팅되어 형성된 입자와는 구분되는 개념이다. 상기 리튬 전이금속 산화물이 단일입자의 형태를 가짐으로써, 높은 전극밀도에서도 입자의 부서짐을 방지할 수 있다. 따라서, 리튬 전이금속산화물을 포함하는 양극활물질의 고에너지 밀도의 구현이 가능해진다. 또한, 복수의 단일 입자가 응집된 이차 입자에 비하여 압연시에 부서짐이 억제되어 고에너지 밀도의 구현이 가능하며, 입자의 부서짐에 따른 수명 열화도 방지할 수 있다.According to one embodiment, the lithium transition metal oxide may be a single particle. A single particle is a concept distinct from secondary particles formed by aggregating a plurality of particles or particles formed by aggregating a plurality of particles and coating the periphery of the aggregate. Since the lithium transition metal oxide has the form of single particles, it is possible to prevent the particles from breaking even at a high electrode density. Accordingly, it is possible to realize a high energy density of the positive electrode active material including the lithium transition metal oxide. In addition, compared to secondary particles in which a plurality of single particles are aggregated, breakage is suppressed during rolling, so that high energy density can be realized, and deterioration of lifespan due to breakage of particles can be prevented.

일 구현예에 따르면, 상기 리튬 전이금속산화물은 단결정을 가질 수 있다. 단결정은 단일 입자와는 구별되는 개념을 갖는다. 단일 입자는 내부에 결정의 유형과 개수에 상관없이 하나의 입자로 형성된 입자를 지칭하는 것이며, 단결정은 입자 내에 단 하나의 결정을 갖는 것을 의미한다. 이러한 단결정의 리튬 전이금속산화물은 구조적 안정성이 매우 높을 뿐만 아니라, 다결정에 비해 리튬 이온 전도가 용이하여, 다결정의 활물질에 비하여 고속 충전 특성이 우수하다.According to one embodiment, the lithium transition metal oxide may have a single crystal. A single crystal has a concept distinct from a single particle. A single particle refers to a particle formed of one particle regardless of the type and number of crystals therein, and a single crystal means having only one crystal in the particle. This single-crystal lithium transition metal oxide has very high structural stability, and is easier to conduct lithium ions compared to polycrystals, and thus has superior fast charging characteristics compared to polycrystals of active materials.

일 구현예에 따르면, 상기 양극활물질은 단결정 및 단일입자이다. 단결정 및 단일입자로 형성됨으로써, 구조적으로 안정하고 고밀도의 전극의 구현이 가능하여, 이를 포함한 리튬이차전지가 향상된 수명특성 및 고에너지 밀도를 동시에 가질 수 있다. According to one embodiment, the positive electrode active material is a single crystal and a single particle. By forming a single crystal and single particles, it is possible to realize a structurally stable and high-density electrode, so that a lithium secondary battery including the same can have improved lifespan characteristics and high energy density at the same time.

상기 조성을 만족하는 리튬 전이금속 산화물은 내부에 불안정한 Ni 이온을 안정화시킬 수 있으며, 고에너지 밀도 및 장수명 안정성을 보유할 수 있다.The lithium transition metal oxide satisfying the above composition may stabilize unstable Ni ions therein, and may have high energy density and long life stability.

일반적인 고-니켈계 리튬 니켈코발트망간 산화물을 포함하는 양극활물질의 경우 불안정한 Ni 이온의 안정화가 필수적인데, 결정 내의 전이금속 자리 중 일부에 W 및 Y가 도입됨으로써, 양극활물질이 전체적으로 전하 균형을 이룰 수 있게 되어 Ni(II)이온으로부터 불안정한 Ni(III) 또는 Ni(IV) 이온으로의 산화를 억제하고, 불안정한 Ni(III) 또는 Ni(IV)은 Ni(II)로 환원될 수 있다. 또한, 양극활물질 결정의 구조적 안정성을 제공하는 원소로 알려진 Ti 대신에 Y 원소를 도입하는 것에 의하여 양극활물질 결정 형성시에 원료 전이금속 원소의 확산이 가속화되어 균일한 결정 형성이 가능할 뿐만 아니라, 표면에 극소량의 리튬이트륨산화물을 포함하는 코팅층이 추가로 형성되어 양극활물질과 전해액의 부반응 억제에 따른 수명 열화가 방지된다. 또한, 전이금속의 일부를 이종 원소인 W 및 Y로 치환함에 따른 전도도의 손실은 O의 일부를 S로 치환하는 것에 의하여 보상되었고, Li의 일부를 Na으로 치환함에 따라 충방전시의 구조적 변형에 의한 Li의 전도도 저하도 억제함으로써, 단결정의 구조적으로 안정한 고용량 및 장수명의 양극활물질을 얻었다. In the case of a positive electrode active material containing a general high-nickel lithium nickel cobalt manganese oxide, stabilization of unstable Ni ions is essential. By introducing W and Y into some of the transition metal sites in the crystal, the positive electrode active material can achieve overall charge balance. to inhibit oxidation from Ni(II) ions to unstable Ni(III) or Ni(IV) ions, and unstable Ni(III) or Ni(IV) can be reduced to Ni(II). In addition, by introducing the Y element instead of Ti, which is known as an element that provides structural stability of the crystal of the positive electrode active material, diffusion of the raw material transition metal element is accelerated during the formation of the crystal of the positive electrode active material, so that uniform crystal formation is possible, and A coating layer containing a very small amount of lithium yttrium oxide is additionally formed to prevent deterioration of lifespan due to suppression of side reactions between the positive electrode active material and the electrolyte. In addition, the loss of conductivity due to substituting a part of the transition metal with different elements W and Y was compensated for by substituting a part of O with S, and by substituting a part of Li with Na, the structural deformation during charging and discharging was reduced. By suppressing the decrease in the conductivity of Li, a positive electrode active material having a high capacity and a long lifespan, which is structurally stable in a single crystal, was obtained.

일 구현예에 따르면, 상기 리튬 전이금속 산화물의 평균 입경(D50)은 0.1㎛ 내지 20㎛일 수 있다. 예를 들어, 상기 평균 입경(D50)은 0.1㎛ 내지 15㎛, 0.1㎛ 내지 10㎛, 1㎛ 내지 20㎛, 5㎛ 내지 20㎛, 1㎛ 내지 15㎛, 1㎛ 내지 10㎛, 5㎛ 내지 15㎛, 또는 5㎛ 내지 10㎛일 수 있다. 상기 리튬 전이금속 산화물의 평균 입경이 상기 범위에 속하는 경우, 소망하는 체적당 에너지 밀도를 구현할 수 있다. 상기 리튬 전이금속 산화물의 평균 입경이 20㎛을 초과하는 경우 충방전 용량의 급격한 저하를 가져오게 되고, 0.1㎛ 이하인 경우 원하는 체적당 에너지 밀도를 얻기 어렵다.According to one embodiment, the average particle diameter (D 50 ) of the lithium transition metal oxide may be 0.1㎛ to 20㎛. For example, the average particle diameter (D 50 ) is 0.1 μm to 15 μm, 0.1 μm to 10 μm, 1 μm to 20 μm, 5 μm to 20 μm, 1 μm to 15 μm, 1 μm to 10 μm, 5 μm to 15 μm, or 5 μm to 10 μm. When the average particle diameter of the lithium transition metal oxide falls within the above range, a desired energy density per volume may be realized. When the average particle diameter of the lithium transition metal oxide exceeds 20 μm, a rapid decrease in charge/discharge capacity occurs, and when it is 0.1 μm or less, it is difficult to obtain a desired energy density per volume.

아하, 일 측면에 따른 양극활물질의 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다.Aha, a method of manufacturing a cathode active material according to an aspect will be described in detail.

일 구현예에 따른 양극활물질의 제조방법은 Li 원소-함유 화합물, Ni-함유 전이금속 화합물, 황(S) 원소-함유 화합물, M 원소-함유 화합물을 혼합하여, 리튬 전이금속 산화물 전구체를 얻는 단계;The method for preparing a cathode active material according to an embodiment includes mixing a Li element-containing compound, a Ni-containing transition metal compound, a sulfur (S) element-containing compound, and an M element-containing compound to obtain a lithium transition metal oxide precursor. ;

상기 전구체를 열처리하여 복수의 일차 입자, 복수의 일차 입자의 응집체를 포함하는 적어도 하나의 이차 입자, 또는 이들의 조합을 포함하는 양극활물질을 얻는 단계로서, 상기 일차 입자가 α-NaFeO2 형의 결정구조를 갖고, Ni 및 도핑원소(M)를 포함하는 리튬 전이금속 화합물을 포함하고, 상기 결정 구조의 결정 격자 중 산소 원소 자리의 일부가 황(S) 원소로 치환되며,A step of heat-treating the precursor to obtain a positive electrode active material including a plurality of primary particles, at least one secondary particle including an aggregate of a plurality of primary particles, or a combination thereof, wherein the primary particles are α-NaFeO 2 crystals It has a structure and contains a lithium transition metal compound containing Ni and a doping element (M), wherein a part of the oxygen element site in the crystal lattice of the crystal structure is substituted with a sulfur (S) element,

상기 M은 Mg, Zr, W, Sr, Y, La, Mo, Ba, Si, Ca, B, V, 또는 이들의 조합을 포함하고,M includes Mg, Zr, W, Sr, Y, La, Mo, Ba, Si, Ca, B, V, or a combination thereof,

상기 리튬 전이금속 화합물 중 상기 M이 4,000 ppm 내지 7,000 ppm으로 포함되고,Among the lithium transition metal compound, the M is included in an amount of 4,000 ppm to 7,000 ppm,

상기 리튬 전이금속 화합물 중 상기 S가 1,100 ppm 이하로 포함된, 양극활물질의 제조방법이 제공된다.In the lithium transition metal compound, the S content of 1,100 ppm or less is provided, a method for producing a positive electrode active material is provided.

일반적으로 단입자형 소재 합성을 위해 전이금속 전구체/리튬 전구체를 건식 혼합하여 고온 (>1,000oC)에서 열처리를 통해 합성하지만, 고온 소성 시 니켈 이온의 환원으로 인한 양극 활물질 내 구조변화로 높은 가역용량 구현이 어렵고, 활물질 표면에 과량의 잔류 리튬이 존재하여 안정성 문제가 야기되었다. In general, for single particle material synthesis, transition metal precursor/lithium precursor is dry mixed and synthesized through heat treatment at high temperature (>1,000 o C), but highly reversible due to structural change in the cathode active material due to the reduction of nickel ions during high temperature firing It is difficult to realize capacity, and excessive residual lithium exists on the surface of the active material, causing stability problems.

한편, 본 발명자는 높은 가역용량 구현이 가능한 단입자형 소재 합성을 위해 합성 원료 물질에 결정 성장 보조제를 함께 혼합한 후, 1,000oC 미만의 낮은 온도에서 결정 성장을 유도하였다. 이때, 상기 결정 성장 보조제는 양극 활물질의 소성 온도에서 용융 가능한 녹는점을 갖는다. 이와 같은 합성 방법은 건식으로 전이금속 전구체/리튬 전구체를 고온 열처리하는 합성법 대비 열처리 온도가 낮아 양극 활물질의 구조변화가 적어 높은 가역용량의 구현이 가능하며, 표면 잔류 리튬이 적은 소재 합성이 가능하다.On the other hand, the present inventors induced crystal growth at a low temperature of less than 1,000 o C after mixing a crystal growth aid together with a synthetic raw material for synthesizing a single-particulate material capable of realizing a high reversible capacity. In this case, the crystal growth aid has a melting point that can be melted at the sintering temperature of the positive electrode active material. Such a synthesis method has a lower heat treatment temperature compared to a dry-type high-temperature heat treatment of a transition metal precursor/lithium precursor, so the structural change of the positive electrode active material is small, so high reversible capacity can be realized, and it is possible to synthesize a material with less surface residual lithium.

또한, 상기 결정 성장 보조제는 양극활물질의 소성 온도에서 용융되어 합성 원료 물질의 균일한 혼합 및 결정 성장을 촉진하기 때문에, 전체 공정 시간을 단축시킬 수 있어서, 제조비용을 절감할 수 있는 이점을 갖는다.In addition, since the crystal growth aid is melted at the sintering temperature of the cathode active material to promote uniform mixing and crystal growth of synthetic raw materials, it is possible to shorten the overall process time, thereby reducing manufacturing costs.

일 구현예에 따르면, 상기 결정 성장 보조제는 S 원소를 함유하는 알칼리금속염, 예를 들어 리튬염을 포함할 수 있다. 상기 결정 성장 보조제가 S 원소를 포함하는 것에 의하여 소성 시에 S 원소가 양극활물질 결정 내에 침투하여 결정 내 산소 격자 위치 중 일부에 S 원소가 치환될 수 있다. 이때, S 원소는 전체 양극활물질 대비 1,100 ppm 이하로 치환되는 것이 바람직하고, 1,100 ppm을 초과하는 경우 용량이 저하된다. 이는 과량의 S 원소가 리튬이차전지의 충전 및 방전시 리튬 이온의 이동을 방해하는 저항층으로 작용하기 때문인 것으로 생각된다.According to one embodiment, the crystal growth aid may include an alkali metal salt containing element S, for example, a lithium salt. When the crystal growth aid includes the element S, the element S permeates into the cathode active material crystal during sintering, so that the element S may be substituted in some of the oxygen lattice positions in the crystal. At this time, the S element is preferably substituted at 1,100 ppm or less relative to the total positive electrode active material, and when it exceeds 1,100 ppm, the capacity is reduced. This is thought to be because the excess element S acts as a resistance layer that prevents movement of lithium ions during charging and discharging of the lithium secondary battery.

상기 혼합 단계는 상기 특정 원소 함유 화합물들을 기계적 혼합하는 것을 포함한다. 상기 기계적 혼합은 건식으로 수행된다. 상기 기계적 혼합은 기계적 힘을 가하여 혼합하고자 하는 물질들을 분쇄 및 혼합하여 균일한 혼합물을 형성하는 것이다. 기계적 혼합은 예를 들어, 화학적으로 불활성인 비드(beads)를 이용하는 볼 밀(ball mill), 유성 밀(planetary mill), 교반 볼 밀(stirred ball mill), 진동 밀(vibrating mill) 등과 같은 혼합장치를 이용하여 수행될 수 있다. 이때, 혼합 효과를 극대화 하기 위하여, 에탄올과 같은 알코올, 스테아르산과 같은 고급 지방산을 선택적으로 소량 첨가할 수 있다.The mixing step includes mechanically mixing the specific element-containing compounds. The mechanical mixing is carried out dry. The mechanical mixing is to apply a mechanical force to pulverize and mix materials to be mixed to form a uniform mixture. Mechanical mixing is, for example, a mixing device such as a ball mill using chemically inert beads, a planetary mill, a stirred ball mill, a vibrating mill, and the like. can be performed using At this time, in order to maximize the mixing effect, alcohol such as ethanol and higher fatty acids such as stearic acid may be selectively added in small amounts.

상기 기계적 혼합은 산화 분위기에서 수행되는데, 이는 전이금속 공급원(예, Ni 화합물)에서 전이금속의 환원을 막아서, 활물질의 구조적 안정성을 구현하기 위한 것이다. The mechanical mixing is performed in an oxidizing atmosphere, which prevents reduction of the transition metal in a transition metal source (eg, a Ni compound) to implement structural stability of the active material.

상기 리튬 원소 함유 화합물은 리튬 수산화물, 산화물, 질화물, 탄산화물, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 리튬 전구체는 LiOH 또는 Li2CO3일 수 있다.The lithium element-containing compound may include, but is not limited to, lithium hydroxide, oxide, nitride, carbonate, or a combination thereof. For example, the lithium precursor may be LiOH or Li 2 CO 3 .

상기 전이금속 화합물은 Ni을 포함하는 전이금속의 수산화물, 산화물, 질화물, 탄산화물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, Ni0.91Co0.08Al0.01(OH)2, Ni0.94Co0.05Mn0.01(OH)2, Ni0.91Co0.08Mn0.005Al0.005(OH)2 등 일 수 있다.The transition metal compound may include, but is not limited to, hydroxide, oxide, nitride, carbonate, or a combination thereof of a transition metal including Ni. For example, it may be Ni 0.91 Co 0.08 Al 0.01 (OH) 2 , Ni 0.94 Co 0.05 Mn 0.01 (OH) 2 , Ni 0.91 Co 0.08 Mn 0.005 Al 0.005 (OH) 2 , and the like.

상기 황(S) 원소-함유 화합물은 결정 성장 보조제로서, 예를 들어, 리튬 황산화물일 수 있다. 예를 들어, Li2SO4 일 수 있다. 상기 결정 성장 보조제는 단결정, 단일입자 형성에 기여하며, 이를 포함하지 않는 경우 이차입자 형태의 양극활물질이 합성되었으나, 이러한 결정 성장 보조제를 특정 함량비로 사용하는 경우 단결정, 단일입자 및 단일입자가 뭉쳐져서 형성된 응집체가 형성될 수 있다.The sulfur (S) element-containing compound may be, for example, lithium sulfate as a crystal growth aid. For example, it may be Li 2 SO 4 . The crystal growth aid contributes to the formation of single crystals and single particles, and if it is not included, a cathode active material in the form of secondary particles is synthesized. The formed agglomerates may be formed.

상기 M 원소-함유 화합물은 Mg, Zr, W, Sr, Y, La, Mo, Ba, Si, Ca, B, V, 또는 이들의 조합을 포함하는 원소의 수산화물, 산화물, 질화물, 탄산화물, 또는 이들의 조합을 포함할 있으나, 이에 한정되지 않는다, 예를 들어, W(OH)6, WO3, Mg(OH)2, MgCO3, Y2O3, Y(OH)3 등이 있다.The M element-containing compound is a hydroxide, oxide, nitride, carbonate, or oxide of an element comprising Mg, Zr, W, Sr, Y, La, Mo, Ba, Si, Ca, B, V, or a combination thereof, or combinations thereof, for example, W(OH) 6 , WO 3 , Mg(OH) 2 , MgCO 3 , Y 2 O 3 , Y(OH) 3 , and the like.

일 구현예에 따르면, 상기 Li 원소-함유 화합물은 리튬의 수산화물, 산화물, 질화물, 탄산화물, 또는 이들의 조합을 포함하고, 상기 S 원소-함유 화합물은 리튬 황산화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 Li-원소-함유 화합물은 리튬의 수산화물을 포함하고, 상기 S 원소-함유 화합물은 리튬 황산화물을 포함할 수 있다. 이에 의하여, 열처리 과정에서 S 원소가 결정 내 산소의 위치에 치환될 수 있다.According to an embodiment, the Li element-containing compound may include hydroxide, oxide, nitride, carbonate, or a combination thereof of lithium, and the S element-containing compound may include lithium sulfate. For example, the Li-element-containing compound may include hydroxide of lithium, and the S element-containing compound may include lithium sulfur oxide. Accordingly, the element S may be substituted for the oxygen position in the crystal during the heat treatment process.

일 구현예에 따르면, 상기 Li-함유 화합물 및 상기 S-원소 함유 화합물은 99:1 내지 99.9:0.1의 몰비율로 혼합될 수 있다.According to an embodiment, the Li-containing compound and the S-element-containing compound may be mixed in a molar ratio of 99:1 to 99.9:0.1.

상기 Li 함유 화합물 및 상기 S-원소 함유 화합물의 비율이 99:1을 초과하는 경우, 예를 들어, 98:2가 되는 경우 과량의 S 원소가 도입됨에 따른 저항 상승에 의해 초기 방전 용량의 저하가 발생한다.When the ratio of the Li-containing compound and the S-element-containing compound exceeds 99:1, for example, when it becomes 98:2, a decrease in the initial discharge capacity due to a resistance increase due to the introduction of an excess S element Occurs.

또한, 상기 리튬 전이금속 산화물 전구체는 Na 원소 함유 화합물을 더 포함할 수 있다.In addition, the lithium transition metal oxide precursor may further include a Na element-containing compound.

상기 Na 원소 함유 화합물은 Na의 수산화물, 산화물, 질화물, 탄산화물, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, NaOH, Na2CO3 또는 이들의 조합일 수 있다.The Na element-containing compound may include, but is not limited to, a hydroxide, oxide, nitride, carbonate, or combination thereof of Na. For example, it may be NaOH, Na 2 CO 3 , or a combination thereof.

상기 혼합하는 단계 이후에, 열처리하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 열처리 단계는 제1 열처리 단계 및 제2 열처리 단계를 포함할 수 있다. 상기 제1 열처리 단계 및 제2 열처리 단계는 연속적으로 수행되거나, 제1 열처리 단계 이후에 휴식기를 가질 수 있다. 또한, 상기 제1 열처리 단계 및 제2 열처리 단계는 동일한 챔버 내에서 이루어지거나, 서로 상이한 챔버 내에서 이루어질 수 있다.After the mixing step, the step of heat treatment may be included. The heat treatment step may include a first heat treatment step and a second heat treatment step. The first heat treatment step and the second heat treatment step may be continuously performed or may have a rest period after the first heat treatment step. Also, the first heat treatment step and the second heat treatment step may be performed in the same chamber or in different chambers.

상기 제1 열처리 단계에서의 열처리 온도는 상기 제2 열처리 단계에서의 열처리 온도보다 높을 수 있다.The heat treatment temperature in the first heat treatment step may be higher than the heat treatment temperature in the second heat treatment step.

상기 제1 열처리 단계는 열처리 온도 800℃ 내지 1200℃에서 수행될 수 있다. 상기 열처리 온도는 예를 들어, 850℃ 내지 1200℃, 860℃ 내지 1200℃, 870℃ 내지 1200℃, 880℃ 내지 1200℃, 890℃ 내지 1200℃, 또는 900℃ 내지 1200℃일 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 상기 범위 내에 임의의 두 지점을 선택하여 구성된 범위를 모두 포함한다.The first heat treatment step may be performed at a heat treatment temperature of 800 °C to 1200 °C. The heat treatment temperature may be, for example, 850 °C to 1200 °C, 860 °C to 1200 °C, 870 °C to 1200 °C, 880 °C to 1200 °C, 890 °C to 1200 °C, or 900 °C to 1200 °C, but limited thereto , and includes all ranges constructed by selecting any two points within the range.

상기 제2 열처리 단계는 열처리 온도는 700℃ 내지 800℃에서 수행될 수 있다. 상기 열처리 온도는 710℃ 내지 800℃, 720℃ 내지 800℃, 730℃ 내지 800℃, 740℃ 내지 800℃, 750℃ 내지 800℃, 700℃ 내지 780℃, 700℃ 내지 760℃, 700℃ 내지 750℃, 또는 700℃ 내지 730℃일 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 상기 범위 내에 임의의 두 지점을 선택하여 구성된 범위를 모두 포함한다.The second heat treatment step may be performed at a heat treatment temperature of 700 °C to 800 °C. The heat treatment temperature is 710 °C to 800 °C, 720 °C to 800 °C, 730 °C to 800 °C, 740 °C to 800 °C, 750 °C to 800 °C, 700 °C to 780 °C, 700 °C to 760 °C, 700 °C to 750 °C It may be ℃, or 700 ℃ to 730 ℃, but is not limited thereto, and includes all ranges configured by selecting any two points within the above range.

일 구현예에 따르면, 상기 제1 열처리 단계에서의 열처리 시간은 상기 제2 열처리 단계에서의 열처리 시간보다 짧을 수 있다.According to one embodiment, the heat treatment time in the first heat treatment step may be shorter than the heat treatment time in the second heat treatment step.

예를 들어, 상기 제1 열처리 단계에서 열처리 시간은 3시간 내지 5시간, 4시간 내지 5시간, 또는 3시간 내지 4시간일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 범위 내에 임의의 두 지점을 선택하여 구성된 범위를 모두 포함한다.For example, the heat treatment time in the first heat treatment step may be 3 hours to 5 hours, 4 hours to 5 hours, or 3 hours to 4 hours, but is not limited thereto, and any two points within the range are selected. to include all of the configured ranges.

예를 들어, 상기 제2 열처리 단계에서 열처리 시간은 10시간 내지 20시간, 10시간 내지 15시간 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 범위 내에 임의의 두 지점을 선택하여 구성된 범위를 모두 포함한다.For example, the heat treatment time in the second heat treatment step may be 10 hours to 20 hours, 10 hours to 15 hours, but is not limited thereto, and includes all ranges configured by selecting any two points within the range. .

상기 제1 열처리 단계는, 800℃ 내지 1200℃의 열처리 온도에서 3 내지 5시간 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.The first heat treatment step may include heat treatment at a heat treatment temperature of 800° C. to 1200° C. for 3 to 5 hours.

상기 제2 열처리 단계는, 700℃ 내지 800℃의 열처리 온도에서 10 내지 20시간 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.The second heat treatment step may include heat treatment at a heat treatment temperature of 700° C. to 800° C. for 10 to 20 hours.

상기 제1 열처리 단계는 리튬 전이금속산화물이 층상구조의 양극활물질을 형성함과 동시에 입자의 성장을 유발하여, 단결정의 형상을 이룰 수 있도록 한다. 상기 제1 열처리 단계에서는 이차입자 형상의 리튬 전이금속산화물 내의 각각의 일차입자들이 급격하게 성장하여 입자 간 응력을 견디지 못함에 따라 일차입자들의의 내부가 드러나면서 서로 융합되어, 이차전지용 단결정 양극 활물질이 형성되는 것으로 생각된다. 상기 제2 열처리 단계는 제1 열처리 단계에서 보다 낮은 온도로 열처리를 장시간 수행함으로써, 제1 열처리 단계에서 생성된 층상구조의 결정도를 높인다. 제1 및 제2 열처리 단계를 통하여 단일상, 단결정, 단일 입자의 고-니켈계 양극활물질이 얻어질 수 있다.In the first heat treatment step, the lithium transition metal oxide forms a layered positive electrode active material and at the same time induces particle growth, so that a single crystal shape can be achieved. In the first heat treatment step, each of the primary particles in the lithium transition metal oxide in the form of secondary particles grows rapidly and cannot withstand the inter-particle stress, so the inside of the primary particles is exposed and fused to each other, so that the single-crystal positive electrode active material for secondary batteries is produced is thought to be formed. The second heat treatment step increases the crystallinity of the layered structure generated in the first heat treatment step by performing the heat treatment for a long time at a lower temperature than in the first heat treatment step. A single-phase, single-crystal, and single-particle high-nickel-based positive electrode active material may be obtained through the first and second heat treatment steps.

일 구현예에 따르면, 상기 제조 방법에 의해 제조된 리튬 전이금속 산화물은 단결정, 단일입자이고, 상기 단결정은 층상구조를 가질 수 있다. 또한, 상기 리튬 전이금속산화물의 평균 입경은 0.1㎛ 내지 20㎛일 수 있다.According to one embodiment, the lithium transition metal oxide prepared by the manufacturing method may be a single crystal or a single particle, and the single crystal may have a layered structure. In addition, the average particle diameter of the lithium transition metal oxide may be 0.1㎛ to 20㎛.

또한, 리튬 전이금속 산화물의 함량과 관련한 내용은 전술한 바를 참고한다.In addition, for the content related to the content of the lithium transition metal oxide, refer to the above bar.

또한, 상기 양극활물질의 제조 방법에 의해 제조된 리튬 전이금속 산화물은 W, 및 Y 원소는 구조 내 전이금속 원소의 자리에 치환되고, S 원소가 O 자리에 치환되고, Na 원소가 Li의 자리에 치환됨으로써, 기존에 Ni2+의 산화를 억제할 뿐만 아니라, 기존에 존재하는 불안정한 Ni3+ 이온의 Ni2+ 이온으로의 환원이 유발되어 구조적 안정성 및 고밀도의 리튬 전이금속 산화물이 얻어진다. 또한, 환원된 Ni2+ 이온과 Li+ 이온이 이온 반경이 비슷하여 Li/Ni 무질서화(disordering)가 촉진되어, Li 탈리시에 빈 격자를 Ni 이온이 채움으로써 결정의 구조적 안정성이 도모된다.In addition, in the lithium transition metal oxide prepared by the method for preparing the cathode active material, W and Y elements are substituted for the positions of transition metal elements in the structure, S elements are substituted for O positions, and Na elements are substituted for Li positions. By substitution, not only the oxidation of Ni 2+ is suppressed, but also reduction of the existing unstable Ni 3+ ions to Ni 2+ ions is induced, thereby obtaining structural stability and high density lithium transition metal oxide. In addition, since the reduced Ni 2+ ions and Li + ions have similar ionic radii, Li/Ni disordering is promoted, and Ni ions fill the vacant lattice during Li detachment, thereby achieving structural stability of the crystal.

다른 측면에 따르면, 전술한 양극활물질을 포함하는 양극이 제공된다.According to another aspect, a positive electrode including the above-described positive electrode active material is provided.

또 다른 측면에 따르면, 상기 양극; 음극; 및 전해질;을 포함하는 리튬 이차 전지가 제공된다.According to another aspect, the positive electrode; cathode; and an electrolyte; a lithium secondary battery comprising a.

상기 리튬 이차전지는 전술한 리튬 전이금속 산화물을 포함하는 양극활물질을 포함하는 것에 의하여, 50회 충방전 후 용량 유지율이 88% 이상이다.The lithium secondary battery has a capacity retention rate of 88% or more after being charged and discharged 50 times by including the above-described positive electrode active material including the lithium transition metal oxide.

상기 리튬 이차전지는 초기 방전 용량이 204 mAh/g 이상이다.The lithium secondary battery has an initial discharge capacity of 204 mAh/g or more.

상기 양극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지는 다음과 같은 방법으로 제조될 수 있다.The positive electrode and the lithium secondary battery including the same may be manufactured by the following method.

먼저 양극이 준비된다.First, an anode is prepared.

예를 들어, 전술한 양극활물질, 도전재, 바인더 및 용매가 혼합된 양극활물질 조성물이 준비된다. 상기 양극활물질 조성물이 금속 집전체 위에 직접 코팅되어 양극판이 제조된다. 다르게는, 상기 양극활물질 조성물이 별도의 지지체 상에 캐스팅된 다음, 상기 지지체로부터 박리된 필름이 금속 집전체상에 라미네이션되어 양극판이 제조될 수 있다. 상기 양극은 상기에서 열거한 형태에 한정되는 것은 아니고 상기 형태 이외의 형태일 수 있다.For example, a positive electrode active material composition in which the above-described positive electrode active material, conductive material, binder and solvent are mixed is prepared. The positive electrode active material composition is directly coated on a metal current collector to manufacture a positive electrode plate. Alternatively, the positive electrode active material composition may be cast on a separate support, and then a film peeled from the support may be laminated on a metal current collector to manufacture a positive electrode plate. The positive electrode is not limited to the above-listed shapes and may be in a shape other than the above-mentioned shapes.

상기 도전재로는 천연 흑연, 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙; 탄소 나노 튜브 등의 도전성 튜브; 플루오로카본, 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스커; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 등이 사용될 수 있으나, 이들로 한정되지 않으며, 당해 기술분야에서 도전재로 사용될 수 있는 것이라면 모두 사용될 수 있다.Examples of the conductive material include graphite such as natural graphite and artificial graphite; carbon black; conductive tubes such as carbon nanotubes; conductive whiskers such as fluorocarbon, zinc oxide, and potassium titanate; conductive metal oxides such as titanium oxide; and the like may be used, but are not limited thereto, and any material that can be used as a conductive material in the art may be used.

상기 바인더로는 비닐리덴 플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌, 그 혼합물, 금속염, 또는 스티렌 부타디엔 고무계 폴리머 등이 사용될 수 있으나, 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 바인더로 사용될 수 있는 것이라면 모두 사용될 수 있다. 또 다른 바인더의 예로는, 전술한 폴리머의 리튬염, 나트륨염, 칼슘염 또는 Na염 등이 사용될 수 있다.Examples of the binder include vinylidene fluoride/hexafluoropropylene copolymer, polyvinylidene fluoride (PVDF), polyacrylonitrile, polymethylmethacrylate, polytetrafluoroethylene, mixtures thereof, metal salts, or styrene butadiene. A rubber-based polymer or the like may be used, but it is not limited thereto, and any binder that can be used as a binder in the art may be used. As another example of the binder, lithium salt, sodium salt, calcium salt or Na salt of the above-mentioned polymer may be used.

상기 용매로는 N-메틸피롤리돈, 아세톤 또는 물 등이 사용될 수 있으나, 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 사용될 수 있는 것이라면 모두 사용될 수 있다.As the solvent, N-methylpyrrolidone, acetone, or water may be used, but the solvent is not limited thereto and any solvent that can be used in the art may be used.

상기 양극 활물질, 도전재, 바인더 및 용매의 함량은 리튬 전지에서 통상적으로 사용되는 수준이다. 리튬전지의 용도 및 구성에 따라 상기 도전재, 바인더 및 용매 중 하나 이상이 생략될 수 있다.The content of the positive electrode active material, the conductive material, the binder, and the solvent is a level commonly used in a lithium battery. At least one of the conductive material, the binder, and the solvent may be omitted depending on the use and configuration of the lithium battery.

다음으로 음극이 준비된다.Next, the cathode is prepared.

예를 들어, 음극활물질, 도전재, 바인더 및 용매를 혼합하여 음극활물질 조성물이 준비된다. 상기 음극활물질 조성물이 3㎛ 내지 500㎛ 두께를 갖는 금속 집전체 상에 직접 코팅 및 건조되어 음극판이 제조된다. 다르게는, 상기 음극활물질 조성물이 별도의 지지체상에 캐스팅된 다음, 상기 지지체로부터 박리된 필름이 금속 집전체상에 라미네이션되어 음극판이 제조될 수 있다.For example, the negative electrode active material composition is prepared by mixing the negative electrode active material, the conductive material, the binder, and the solvent. The negative electrode active material composition is directly coated and dried on a metal current collector having a thickness of 3 μm to 500 μm to prepare a negative electrode plate. Alternatively, the negative electrode active material composition may be cast on a separate support, and then the film peeled from the support may be laminated on a metal current collector to manufacture a negative electrode plate.

상기 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 니켈, 구리의 표면에 카본으로 표면 처리한 것이 사용될 수 있다.The anode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing a chemical change in the battery, and for example, copper, nickel, or a copper surface treated with carbon may be used.

상기 음극활물질은 당해 기술분야에서 리튬전지의 음극활물질로 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다. 예를 들어, 리튬 금속, 리튬과 합금 가능한 금속, 전이금속 산화물, 비전이금속산화물 및 탄소계 재료로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.The negative active material may be any material that can be used as an anode active material for a lithium battery in the art. For example, it may include one or more selected from the group consisting of lithium metal, a metal alloyable with lithium, a transition metal oxide, a non-transition metal oxide, and a carbon-based material.

예를 들어, 상기 리튬과 합금가능한 금속은 Si, Sn, Al, Ge, Pb, Bi, Sb Si-Y 합금(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 전이금속, 희토류 원소 또는 이들의 조합 원소이며, Si는 아님), Sn-Y 합금(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 전이금속, 희토류 원소 또는 이들의 조합 원소이며, Sn은 아님) 등일 수 있다. 상기 원소 Y로는 Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ti, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, 또는 Te일 수 있다.For example, the metal alloyable with lithium is Si, Sn, Al, Ge, Pb, Bi, Sb Si-Y alloy (wherein Y is an alkali metal, an alkaline earth metal, a group 13 element, a group 14 element, a transition metal, a rare earth) an element or a combination element thereof, not Si), Sn-Y alloy (wherein Y is an alkali metal, alkaline earth metal, group 13 element, group 14 element, transition metal, rare earth element, or a combination element thereof, and not Sn ) and so on. The element Y includes Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ti, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, or Te.

예를 들어, 상기 전이금속 산화물은 리튬 티탄 산화물, 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물 등일 수 있다.For example, the transition metal oxide may be lithium titanium oxide, vanadium oxide, lithium vanadium oxide, or the like.

예를 들어, 상기 비전이금속 산화물은 SnO2, SiOx(0<x<2) 등일 수 있다. For example, the non-transition metal oxide may be SnO 2 , SiO x (0<x<2), or the like.

상기 탄소계 재료로는 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 상기 결정질 탄소는 무정형, 판상, 린편상(flake), 구형 또는 섬유형의 천연 흑연 또는 인조 흑연과 같은 흑연일 수 있으며, 상기 비정질 탄소는 소프트 카본(soft carbon: 저온 소성 탄소) 또는 하드 카본(hard carbon), 메조페이스 피치(mesophase pitch) 탄화물, 소성된 코크스 등일 수 있다.The carbon-based material may be crystalline carbon, amorphous carbon, or a mixture thereof. The crystalline carbon may be amorphous, plate-like, flake-like, spherical or fibrous graphite, such as natural graphite or artificial graphite, and the amorphous carbon is soft carbon (low-temperature calcined carbon) or hard carbon (hard carbon). carbon), mesophase pitch carbide, calcined coke, and the like.

음극활물질 조성물에서 도전재, 바인더 및 용매는 상기 양극활물질 조성물의 경우와 동일한 것을 사용할 수 있다.In the negative electrode active material composition, the same conductive material, binder and solvent may be used as in the positive electrode active material composition.

상기 음극활물질, 도전재, 바인더 및 용매의 함량은 리튬 전지에서 통상적으로 사용하는 수준이다. 리튬전지의 용도 및 구성에 따라 상기 도전재, 바인더 및 용매 중 하나 이상이 생략될 수 있다.The content of the negative electrode active material, the conductive material, the binder, and the solvent is a level commonly used in a lithium battery. At least one of the conductive material, the binder, and the solvent may be omitted depending on the use and configuration of the lithium battery.

다음으로, 상기 양극과 음극 사이에 삽입될 세퍼레이터가 준비된다.Next, a separator to be inserted between the positive electrode and the negative electrode is prepared.

상기 세퍼레이터는 리튬 전지에서 통상적으로 사용되는 것이라면 모두 사용 가능하다. 전해질의 이온 이동에 대하여 저저항이면서 전해액 함습 능력이 우수한 것이 사용될 수 있다. 상기 세퍼레이터는 단일막 또는 다층막일 수 있으며, 예를 들어, 유리 섬유, 폴리에스테르, 테프론, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 이들의 조합물 중에서 선택된 것으로서, 부직포 또는 직포 형태이어도 무방하다. 또한, 폴리에틸렌/폴리프로필렌 2층 세퍼레이터, 폴리에틸렌/폴리프로필렌/폴리에틸렌 3층 세퍼레이터, 폴리프로필렌/폴리에틸렌/폴리프로필렌 3층 세퍼레이터 등과 같은 혼합 다층막이 사용될 수 있다. 예를 들어, 리튬이온전지에는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등과 같은 권취 가능한 세퍼레이터가 사용되며, 리튬이온폴리머전지에는 유기전해액 함침 능력이 우수한 세퍼레이터가 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 세퍼레이터는 하기 방법에 따라 제조될 수 있다.Any of the separators may be used as long as they are commonly used in lithium batteries. Those having low resistance to ion movement of the electrolyte and excellent in the electrolyte moisture content may be used. The separator may be a single film or a multilayer film, for example, selected from glass fiber, polyester, Teflon, polyethylene, polypropylene, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene (PTFE), or a combination thereof. , may be in the form of a nonwoven fabric or a woven fabric. Also, a mixed multilayer film such as a polyethylene/polypropylene two-layer separator, a polyethylene/polypropylene/polyethylene three-layer separator, a polypropylene/polyethylene/polypropylene three-layer separator and the like can be used. For example, a separator that can be wound up such as polyethylene or polypropylene is used for a lithium ion battery, and a separator having an excellent organic electrolyte impregnation ability may be used for a lithium ion polymer battery. For example, the separator may be manufactured according to the following method.

고분자 수지, 충진제 및 용매를 혼합하여 세퍼레이터 조성물이 준비된다. 상기 세퍼레이터 조성물이 전극 상부에 직접 코팅 및 건조되어 세퍼레이터가 형성될 수 있다. 또는, 상기 세퍼레이터 조성물이 지지체상에 캐스팅 및 건조된 후, 상기 지지체로부터 박리시킨 세퍼레이터 필름이 전극 상부에 라미네이션되어 세퍼레이터가 형성될 수 있다.A separator composition is prepared by mixing a polymer resin, a filler, and a solvent. The separator composition may be directly coated on the electrode and dried to form a separator. Alternatively, after the separator composition is cast and dried on a support, a separator film peeled from the support is laminated on an electrode to form a separator.

상기 세퍼레이터 제조에 사용되는 고분자 수지는 특별히 한정되지 않으며, 전극판의 결합재에 사용되는 물질들이 모두 사용될 수 있다. 예를 들어, 비닐리덴플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트 또는 이들의 혼합물 등이 사용될 수 있다.The polymer resin used for manufacturing the separator is not particularly limited, and all materials used for the bonding material of the electrode plate may be used. For example, vinylidene fluoride/hexafluoropropylene copolymer, polyvinylidene fluoride (PVDF), polyacrylonitrile, polymethylmethacrylate, or mixtures thereof may be used.

다음으로 전해질이 준비된다.Next, the electrolyte is prepared.

예를 들어, 상기 전해질은 유기전해액일 수 있다. 또한, 상기 전해질은 고체일 수 있다. 예를 들어, 보론산화물, 리튬옥시나이트라이드 등일 수 있으나 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 고체전해질로 사용될 수 있은 것이라면 모두 사용가능하다. 상기 고체 전해질은 스퍼터링 등의 방법으로 상기 음극상에 형성될 수 있다.For example, the electrolyte may be an organic electrolyte. In addition, the electrolyte may be a solid. For example, it may be boron oxide, lithium oxynitride, etc., but is not limited thereto, and any solid electrolyte that can be used as a solid electrolyte in the art may be used. The solid electrolyte may be formed on the negative electrode by a method such as sputtering.

예를 들어, 유기전해액은 유기용매에 리튬염이 용해되어 제조될 수 있다.For example, the organic electrolyte may be prepared by dissolving a lithium salt in an organic solvent.

상기 유기용매는 당해 기술분야에서 유기 용매로 사용될 수 있는 것이라면 모두 사용될 수 있다. 예를 들어, 프로필렌카보네이트, 에틸렌카보네이트, 플루오로에틸렌카보네이트, 부틸렌카보네이트, 비닐렌카보네이트 등의 환상 카보네이트; 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트, 메틸프로필카보네이트, 에틸프로필카보네이트, 메틸이소프로필카보네이트, 디프로필카보네이트, 디부틸카보네이트 등의 쇄상 카보네이트; 아세트산메틸, 아세트산에틸, 아세트산프로필, 프로피온산메틸, 프로피온산에틸, γ-부티로락톤 등의 에스테르류; 1,2-디메톡시에탄, 1,2-디에톡시에탄, 테트라히드로푸란, 1,2-디옥산, 2-메틸테트라히드로푸란 등의 에테르류; 아세토니트릴 등의 니트릴류; 디메틸포름아미드 등의 아미드류 등이 있다. 이들을 단독 또는 복수개 조합하여 사용할 수 있다. 예를 들어, 환상 카보네이트와 쇄상 카보네이트를 혼합한 용매를 사용할 수 있다.The organic solvent may be used as long as it can be used as an organic solvent in the art. For example, Cyclic carbonates, such as a propylene carbonate, ethylene carbonate, a fluoroethylene carbonate, a butylene carbonate, and vinylene carbonate; chain carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, methyl propyl carbonate, ethyl propyl carbonate, methyl isopropyl carbonate, dipropyl carbonate, and dibutyl carbonate; esters such as methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, and γ-butyrolactone; ethers such as 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, tetrahydrofuran, 1,2-dioxane, and 2-methyltetrahydrofuran; nitriles such as acetonitrile; and amides such as dimethylformamide. These can be used individually or in combination of two or more. For example, a solvent in which a cyclic carbonate and a chain carbonate are mixed can be used.

또한, 폴리에틸렌옥시드, 폴리아크릴로니트릴 등의 중합체 전해질에 전해액을 함침한 겔상 중합체 전해질이나, LiI, Li3N, LixGeyPzSα, LixGeyPzSαXδ (X=F, Cl, Br) 등의 무기 고체 전해질을 사용할 수 있다.In addition, a gel polymer electrolyte obtained by impregnating an electrolyte solution in a polymer electrolyte such as polyethylene oxide or polyacrylonitrile, LiI, Li 3 N, Li x Ge y P z S α , Li x Ge y P z S α X δ ( Inorganic solid electrolytes, such as X=F, Cl, Br), can be used.

상기 리튬염도 당해 기술분야에서 리튬염으로 사용될 수 있는 것이라면 모두사용될 수 있다. 예를 들어, LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, LiC4F9SO3, LiAlO2, LiAlCl4, LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)(단 x,y는 자연수), LiCl, LiI 또는 이들의 혼합물 등이다.The lithium salt may also be used as long as it can be used as a lithium salt in the art. For example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAsF 6 , LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , Li(CF 3 SO 2 ) 2 N, LiC 4 F 9 SO 3 , LiAlO 2 , LiAlCl 4 , LiN(C x F 2x+1 SO 2 )(C y F 2y+1 SO 2 ) (where x and y are natural numbers), LiCl, LiI, or a mixture thereof.

도 5에서 보여지는 바와 같이 상기 리튬전지(1)는 양극(3), 음극(2) 및 세퍼레이터(4)를 포함한다. 상술한 양극(3), 음극(2) 및 세퍼레이터(4)가 와인딩되거나 접혀서 전지케이스(5)에 수용된다. 이어서, 상기 전지케이스(5)에 유기전해액이 주입되고 캡(cap) 어셈블리(6)로 밀봉되어 리튬전지(1)가 완성된다. 상기 전지케이스(5)는 원통형, 각형, 파우치형, 코인형, 또는 박막형 등일 수 있다. 예를 들어, 상기 리튬전지(1)는 박막형전지일 수 있다. 상기 리튬전지(1)는 리튬이온전지일 수 있다.As shown in FIG. 5 , the lithium battery 1 includes a positive electrode 3 , a negative electrode 2 , and a separator 4 . The positive electrode 3 , the negative electrode 2 and the separator 4 described above are wound or folded and accommodated in the battery case 5 . Then, an organic electrolyte is injected into the battery case 5 and sealed with a cap assembly 6 to complete the lithium battery 1 . The battery case 5 may have a cylindrical shape, a square shape, a pouch shape, a coin shape, or a thin film shape. For example, the lithium battery 1 may be a thin film battery. The lithium battery 1 may be a lithium ion battery.

상기 양극 및 음극 사이에 세퍼레이터가 배치되어 전지구조체가 형성될 수 있다. 상기 전지구조체가 바이셀 구조로 적층된 다음, 유기 전해액에 함침되고, 얻어진 결과물이 파우치에 수용되어 밀봉되면 리튬이온폴리머전지가 완성된다.A separator may be disposed between the positive electrode and the negative electrode to form a battery structure. After the battery structure is laminated in a bi-cell structure, impregnated with an organic electrolyte, and the obtained result is accommodated and sealed in a pouch, a lithium ion polymer battery is completed.

또한, 상기 전지구조체는 복수개 적층되어 전지팩을 형성하고, 이러한 전지팩이 고용량 및 고출력이 요구되는 모든 기기에 사용될 수 있다. 예를 들어, 노트북, 스마트폰, 전기차량 등에 사용될 수 있다.In addition, a plurality of the battery structure is stacked to form a battery pack, and the battery pack may be used in any device requiring high capacity and high output. For example, it can be used in a laptop, a smartphone, an electric vehicle, and the like.

또한, 상기 리튬전지는 수명특성 및 고율특성이 우수하므로 전기차량(electric vehicle, EV)에 사용될 수 있다. 예를 들어, 플러그인하이브리드차량(plug-in hybrid electric vehicle, PHEV) 등의 하이브리드차량에 사용될 수 있다. 또한, 많은 양의 전력 저장이 요구되는 분야에 사용될 수 있다. 예를 들어, 전기 자전거, 전동 공구, 전력 저장용 시스템 등에 사용될 수 있다.In addition, since the lithium battery has excellent lifespan characteristics and high rate characteristics, it can be used in an electric vehicle (EV). For example, it may be used in a hybrid vehicle such as a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV). In addition, it can be used in fields requiring a large amount of power storage. For example, it can be used in electric bicycles, power tools, systems for power storage, and the like.

이하의 제조예, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명이 더욱 상세하게 설명된다. 단, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서 이들만으로 본 발명의 범위가 한정되는 것이 아니다.The present invention will be described in more detail through the following Preparation Examples, Examples and Comparative Examples. However, the examples are provided to illustrate the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

(양극활물질의 제조)(Manufacture of positive electrode active material)

실시예 1Example 1

150g의 Ni0.91Co0.08Al0.01(OH)2 와 70g 의 LiOH·H2O, 0.75g의 (NH4)2S, 0.05g의 NaOH, 0.75g 의 WO3, 0.37g의 Y2O3를 약 15분 기계적으로 혼합한다. 혼합된 분말을 960oC 4시간 및 700oC 10시간 소성을 통해 하기 표 1에 기재된 조성을 갖는 리튬 전이금속 산화물을 합성하였다.150 g of Ni 0.91 Co 0.08 Al 0.01 (OH) 2 and 70 g of LiOH·H 2 O, 0.75 g of (NH 4 ) 2 S, 0.05 g of NaOH, 0.75 g of WO 3 , 0.37 g of Y 2 O 3 Mix mechanically for about 15 minutes. Lithium transition metal oxide having the composition shown in Table 1 below was synthesized by calcining the mixed powder at 960 o C for 4 hours and 700 o C for 10 hours.

실시예 2Example 2

150g의 Ni0.91Co0.08Al0.01(OH)2 와 70g 의 LiOH·H2O, 0.75g의 (NH4)2S, 0.05g의 NaOH, 0.75g 의 WO3, 0.8g의 Y2O3 를 약 15분 기계적으로 혼합한다. 혼합된 분말을 960oC 4시간 및 700oC 10시간 소성을 통해 하기 표 1에 기재된 조성을 갖는 리튬 전이금속 산화물을 합성하였다.150 g of Ni 0.91 Co 0.08 Al 0.01 (OH) 2 and 70 g of LiOH·H 2 O, 0.75 g of (NH 4 ) 2 S, 0.05 g of NaOH, 0.75 g of WO 3 , 0.8 g of Y 2 O 3 Mix mechanically for about 15 minutes. Lithium transition metal oxide having the composition shown in Table 1 below was synthesized by calcining the mixed powder at 960 o C for 4 hours and 700 o C for 10 hours.

실시예 3Example 3

150g의 Ni0.91Co0.08Al0.01(OH)2 와 70g 의 LiOH·H2O, 0.75g의 (NH4)2S, 0.05g의 NaOH, 0.75g 의 WO3, 1g의 Y2O3 를 약 15분 기계적으로 혼합한다. 혼합된 분말을 960oC 4시간 및 700oC 10시간 소성을 통해 하기 표 1에 기재된 조성을 갖는 리튬 전이금속 산화물을 합성하였다. 150 g Ni 0.91 Co 0.08 Al 0.01 (OH) 2 and 70 g LiOH·H 2 O, 0.75 g (NH 4 ) 2 S, 0.05 g NaOH, 0.75 g WO 3 , 1 g Y 2 O 3 approx. Mix mechanically for 15 minutes. Lithium transition metal oxide having the composition shown in Table 1 below was synthesized by calcining the mixed powder at 960 o C for 4 hours and 700 o C for 10 hours.

실시예 4Example 4

150g의 Ni0.94Co0.05Mn0.01(OH)2 와 70g 의 LiOH·H2O, 0.75g의 (NH4)2S, 0.05g의 NaOH, 0.75g 의 WO3, 0.8g의 Y2O3 를 약 15분 기계적으로 혼합한다. 혼합된 분말을 960oC 4시간 및 700oC 10시간 소성을 통해 하기 표 1에 기재된 조성을 갖는 리튬 전이금속 산화물을 합성하였다. 150 g of Ni 0.94 Co 0.05 Mn 0.01 (OH) 2 and 70 g of LiOH·H 2 O, 0.75 g of (NH 4 ) 2 S, 0.05 g of NaOH, 0.75 g of WO 3 , 0.8 g of Y 2 O 3 Mix mechanically for about 15 minutes. Lithium transition metal oxide having the composition shown in Table 1 below was synthesized by calcining the mixed powder at 960 o C for 4 hours and 700 o C for 10 hours.

실시예 5Example 5

150g의 Ni0.91Co0.08Mn0.005Al0.005(OH)2 와 70g 의 LiOH·H2O, 0.75g의 (NH4)2S, 0.05g의 NaOH, 0.75g 의 WO3, 0.8g의 Y2O3 를 약 15분 기계적으로 혼합한다. 혼합된 분말을 960oC 4시간 및 700oC 10시간 소성을 통해 하기 표 1에 기재된 조성을 갖는 리튬 전이금속 산화물을 합성하였다. 150 g Ni 0.91 Co 0.08 Mn 0.005 Al 0.005 (OH) 2 with 70 g LiOH·H 2 O, 0.75 g (NH 4 ) 2 S, 0.05 g NaOH, 0.75 g WO 3 , 0.8 g Y 2 O 3 is mechanically mixed for about 15 minutes. Lithium transition metal oxide having the composition shown in Table 1 below was synthesized by calcining the mixed powder at 960 o C for 4 hours and 700 o C for 10 hours.

비교예 1Comparative Example 1

150g의 Ni0.91Co0.08Al0.01(OH)2 와 70g 의 LiOH·H2O, 0.75g의 (NH4)2S, 0.05g의 NaOH를 약 15분 기계적으로 혼합한다. 혼합된 분말을 960oC 4시간 및 700oC 10시간 소성을 통해 하기 표 1에 기재된 조성을 갖는 리튬 전이금속 산화물을 합성하였다. 150 g of Ni 0.91 Co 0.08 Al 0.01 (OH) 2 , 70 g of LiOH·H 2 O, 0.75 g of (NH 4 ) 2 S, and 0.05 g of NaOH are mechanically mixed for about 15 minutes. Lithium transition metal oxide having the composition shown in Table 1 below was synthesized by calcining the mixed powder at 960 o C for 4 hours and 700 o C for 10 hours.

비교예 2Comparative Example 2

150g의 Ni0.91Co0.08Al0.01(OH)2 와 70g 의 LiOH·H2O, 0.75g의 (NH4)2S, 0.05g의 NaOH 및 0.8g의 Y2O3를 약 15분 기계적으로 혼합한다. 혼합된 분말을 960oC 4시간 및 700oC 10시간 소성을 통해 하기 표 1에 기재된 조성을 갖는 리튬 전이금속 산화물을 합성하였다. Mechanically mix 150 g of Ni 0.91 Co 0.08 Al 0.01 (OH) 2 with 70 g of LiOH·H 2 O, 0.75 g of (NH 4 ) 2 S, 0.05 g of NaOH and 0.8 g of Y 2 O 3 for about 15 minutes. do. Lithium transition metal oxide having the composition shown in Table 1 below was synthesized by calcining the mixed powder at 960 o C for 4 hours and 700 o C for 10 hours.

비교예 3Comparative Example 3

150g의 Ni0.91Co0.08Al0.01(OH)2 와 70g 의 LiOH·H2O, 0.75g의 (NH4)2S, 0.05g의 NaOH 및 0.75g의 WO3를 약 15분 기계적으로 혼합한다. 혼합된 분말을 960oC 4시간 및 700oC 10시간 소성을 통해 하기 표 1에 기재된 조성을 갖는 리튬 전이금속 산화물을 합성하였다. 150 g of Ni 0.91 Co 0.08 Al 0.01 (OH) 2 with 70 g of LiOH·H 2 O, 0.75 g of (NH 4 ) 2 S, 0.05 g of NaOH and 0.75 g of WO 3 are mechanically mixed for about 15 minutes. Lithium transition metal oxide having the composition shown in Table 1 below was synthesized by calcining the mixed powder at 960 o C for 4 hours and 700 o C for 10 hours.

비교예 4Comparative Example 4

150g의 Ni0.91Co0.08Al0.01(OH)2 와 70g 의 LiOH·H2O, 0.75g의 (NH4)2S, 0.05g의 NaOH, 0.8g의 Y2O3 및 0.27g의 MgCO3를 약 15분 기계적으로 혼합한다. 혼합된 분말을 960oC 4시간 및 700oC 10시간 소성을 통해 하기 표 1에 기재된 조성을 갖는 리튬 전이금속 산화물을 합성하였다. 150 g of Ni 0.91 Co 0.08 Al 0.01 (OH) 2 and 70 g of LiOH·H 2 O, 0.75 g of (NH 4 ) 2 S, 0.05 g of NaOH, 0.8 g of Y 2 O 3 and 0.27 g of MgCO 3 Mix mechanically for about 15 minutes. Lithium transition metal oxide having the composition shown in Table 1 below was synthesized by calcining the mixed powder at 960 o C for 4 hours and 700 o C for 10 hours.

비교예 5Comparative Example 5

150g의 Ni0.91Co0.08Al0.01(OH)2 와 70g 의 LiOH·H2O, 0.75g의 (NH4)2S, 0.05g의 NaOH, 0.8g의 Y2O3 및 0.24g의 TiO3를 약 15분 기계적으로 혼합한다. 혼합된 분말을 960oC 4시간 및 700oC 10시간 소성을 통해 하기 표 1에 기재된 조성을 갖는 리튬 전이금속 산화물을 합성하였다. 150 g of Ni 0.91 Co 0.08 Al 0.01 (OH) 2 and 70 g of LiOH•H 2 O, 0.75 g of (NH 4 ) 2 S, 0.05 g of NaOH, 0.8 g of Y 2 O 3 and 0.24 g of TiO 3 Mix mechanically for about 15 minutes. Lithium transition metal oxide having the composition shown in Table 1 below was synthesized by calcining the mixed powder at 960 o C for 4 hours and 700 o C for 10 hours.

비교예 6Comparative Example 6

150g의 Ni0.91Co0.08Al0.01(OH)2 와 70g 의 LiOH·H2O, 0.75g의 (NH4)2S, 0.05g의 NaOH, 0.75g 의 WO3, 0.25g의 Y2O3 를 약 15분 기계적으로 혼합한다. 혼합된 분말을 960oC 4시간 및 700oC 10시간 소성을 통해 하기 표 1에 기재된 조성을 갖는 리튬 전이금속 산화물을 합성하였다. 150 g of Ni 0.91 Co 0.08 Al 0.01 (OH) 2 and 70 g of LiOH·H 2 O, 0.75 g of (NH 4 ) 2 S, 0.05 g of NaOH, 0.75 g of WO 3 , and 0.25 g of Y 2 O 3 Mix mechanically for about 15 minutes. Lithium transition metal oxide having the composition shown in Table 1 below was synthesized by calcining the mixed powder at 960 o C for 4 hours and 700 o C for 10 hours.

비교예 7Comparative Example 7

150g의 Ni0.91Co0.08Al0.01(OH)2 와 70g 의 LiOH·H2O, 0.75g의 (NH4)2S, 0.05g의 NaOH, 0.75g 의 WO3, 1.2g의 Y2O3 를 약 15분 기계적으로 혼합한다. 혼합된 분말을 960oC 4시간 및 700oC 10시간 소성을 통해 하기 표 1에 기재된 조성을 갖는 리튬 전이금속 산화물을 합성하였다. 150 g of Ni 0.91 Co 0.08 Al 0.01 (OH) 2 and 70 g of LiOH·H 2 O, 0.75 g of (NH 4 ) 2 S, 0.05 g of NaOH, 0.75 g of WO 3 , and 1.2 g of Y 2 O 3 Mix mechanically for about 15 minutes. Lithium transition metal oxide having the composition shown in Table 1 below was synthesized by calcining the mixed powder at 960 o C for 4 hours and 700 o C for 10 hours.

비교예 8Comparative Example 8

150g의 Ni0.94Co0.05Mn0.01(OH)2 와 70g 의 LiOH·H2O, 0.75g의 (NH4)2S, 0.05g의 NaOH를 약 15분 기계적으로 혼합한다. 혼합된 분말을 960oC 4시간 및 700oC 10시간 소성을 통해 하기 표 1에 기재된 조성을 갖는 리튬 전이금속 산화물을 합성하였다. 150 g of Ni 0.94 Co 0.05 Mn 0.01 (OH) 2 , 70 g of LiOH·H 2 O, 0.75 g of (NH 4 ) 2 S, and 0.05 g of NaOH are mechanically mixed for about 15 minutes. Lithium transition metal oxide having the composition shown in Table 1 below was synthesized by calcining the mixed powder at 960 o C for 4 hours and 700 o C for 10 hours.

비교예 9Comparative Example 9

150g의 Ni0.91Co0.08Mn0.005Al0.005(OH)2 와 70g 의 LiOH·H2O, 0.75g의 (NH4)2S, 0.05g의 NaOH를 약 15분 기계적으로 혼합한다. 혼합된 분말을 960oC 4시간 및 700oC 10시간 소성을 통해 하기 표 1에 기재된 조성을 갖는 리튬 전이금속 산화물을 합성하였다.150 g of Ni 0.91 Co 0.08 Mn 0.005 Al 0.005 (OH) 2 with 70 g of LiOH·H 2 O, 0.75 g of (NH 4 ) 2 S and 0.05 g of NaOH are mechanically mixed for about 15 minutes. Lithium transition metal oxide having the composition shown in Table 1 below was synthesized by calcining the mixed powder at 960 o C for 4 hours and 700 o C for 10 hours.

조성식Cho Sung-sik 비교예 1Comparative Example 1 Li0.9999Na0.0001Ni0.916Co0.074Al0.01O1.999S0.001 Li 0.9999 Na 0.0001 Ni 0.916 Co 0.074 Al 0.01 O 1.999 S 0.001 비교예 2Comparative Example 2 Li0.9999Na0.0001Ni0.914Co0.074Al0.009Y0.003O1.999S0.001 Li 0.9999 Na 0.0001 Ni 0.914 Co 0.074 Al 0.009 Y 0.003 O 1.999 S 0.001 비교예 3Comparative Example 3 Li0.9999Na0.0001Ni0.9138Co0.075Al0.01W0.0012O1.999S0.001 Li 0.9999 Na 0.0001 Ni 0.9138 Co 0.075 Al 0.01 W 0.0012 O 1.999 S 0.001 비교예 4Comparative Example 4 Li0.9999Na0.0001Ni0.9139Co0.076Al0.008W0.0013Mg0.0008O1.999S0.001 Li 0.9999 Na 0.0001 Ni 0.9139 Co 0.076 Al 0.008 W 0.0013 Mg 0.0008 O 1.999 S 0.001 비교예 5Comparative Example 5 Li0.9999Na0.0001Ni0.9122Co0.076Al0.01W0.0011Ti0.0007O1.999S0.001 Li 0.9999 Na 0.0001 Ni 0.9122 Co 0.076 Al 0.01 W 0.0011 Ti 0.0007 O 1.999 S 0.001 비교예 6Comparative Example 6 Li0.9999Na0.0001Ni0.9141Co0.076Al0.008W0.0011Y0.0008O1.999S0.001 Li 0.9999 Na 0.0001 Ni 0.9141 Co 0.076 Al 0.008 W 0.0011 Y 0.0008 O 1.999 S 0.001 비교예 7Comparative Example 7 Li0.9999Na0.0001Ni0.9088Co0.076Al0.01W0.0011Y0.0041O1.999S0.001 Li 0.9999 Na 0.0001 Ni 0.9088 Co 0.076 Al 0.01 W 0.0011 Y 0.0041 O 1.999 S 0.001 비교예 8Comparative Example 8 Li0.9999Na0.0001Ni0.94Co0.05Mn0.01O1.999S0.001 Li 0.9999 Na 0.0001 Ni 0.94 Co 0.05 Mn 0.01 O 1.999 S 0.001 비교예 9Comparative Example 9 Li0.9999Na0.0001Ni0.94Co0.05Al0.005Mn0.005O1.999S0.001 Li 0.9999 Na 0.0001 Ni 0.94 Co 0.05 Al 0.005 Mn 0.005 O 1.999 S 0.001 실시예 1Example 1 Li0.9999Na0.0001Ni0.9136Co0.075Al0.009W0.0011Y0.0013O1.999S0.001 Li 0.9999 Na 0.0001 Ni 0.9136 Co 0.075 Al 0.009 W 0.0011 Y 0.0013 O 1.999 S 0.001 실시예 2Example 2 Li0.9999Na0.0001Ni0.9112Co0.076Al0.009W0.0011Y0.0027O1.999S0.001 Li 0.9999 Na 0.0001 Ni 0.9112 Co 0.076 Al 0.009 W 0.0011 Y 0.0027 O 1.999 S 0.001 실시예 3Example 3 Li0.9999Na0.0001Ni0.9062Co0.079Al0.01W0.0011Y0.0037O1.999S0.001 Li 0.9999 Na 0.0001 Ni 0.9062 Co 0.079 Al 0.01 W 0.0011 Y 0.0037 O 1.999 S 0.001 실시예 4Example 4 Li0.9999Na0.0001Ni0.9363Co0.05Mn0.01W0.0011Y0.0026O1.999S0.001 Li 0.9999 Na 0.0001 Ni 0.9363 Co 0.05 Mn 0.01 W 0.0011 Y 0.0026 O 1.999 S 0.001 실시예 5Example 5 Li0.9999Na0.0001Ni0.9361Co0.05Al0.005Mn0.005W0.0011Y0.0028O1.999S0.001 Li 0.9999 Na 0.0001 Ni 0.9361 Co 0.05 Al 0.005 Mn 0.005 W 0.0011 Y 0.0028 O 1.999 S 0.001

(하프셀의 제조)(Manufacture of half cell)

실시예 6Example 6

실시예 1에서 합성한 리튬전이금속산화물:도전재:바인더를 96:2:2의 중량 비율로 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 여기서, 상기 도전재로는 카본 블랙(Super-P)을 사용하였고, 상기 바인더로는 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF)를 N-메틸-2-피롤리돈 용매에 용해시켜서 사용하였다.A slurry was prepared by mixing the lithium transition metal oxide:conductive material:binder synthesized in Example 1 in a weight ratio of 96:2:2. Here, carbon black (Super-P) was used as the conductive material, and polyvinylidene fluoride (PVdF) was dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone solvent as the binder.

상기 슬러리를 Al 집전체에 균일하게 도포하고, 110℃에서 2시간 건조하여 양극 전극을 제조하였다. 극판의 로딩 레벨은 11.0 mg/cm2이고, 전극밀도는 3.6 g/cc이었다.The slurry was uniformly applied to an Al current collector and dried at 110° C. for 2 hours to prepare a positive electrode. The loading level of the electrode plate was 11.0 mg/cm 2 , and the electrode density was 3.6 g/cc.

상기 제조된 양극을 작업전극으로 사용하고, 리튬 호일을 상대 전극으로 사용하고, EC/EMC/DEC를 3/4/3의 부피비로 혼합한 혼합 용매에 리튬염으로 LiPF6를 1.3M의 농도가 되도록 첨가한 액체 전해액을 사용하여 통상적으로 알려져 있는 공정에 따라 CR2032 하프셀을 제작하였다. The prepared positive electrode was used as a working electrode, lithium foil was used as a counter electrode, and LiPF 6 was added as a lithium salt to a mixed solvent in which EC/EMC/DEC was mixed in a volume ratio of 3/4/3 at a concentration of 1.3M. A CR2032 half cell was manufactured according to a commonly known process using the liquid electrolyte added as much as possible.

실시예 7 내지 10Examples 7 to 10

실시예 1에서 합성한 리튬 전이금속 산화물 대신에, 실시예 2 내지 5에서 합성한 리튬 전이금속 산화물을 각각 사용한 점을 제외하고는 실시예 6과 동일한 방법에 의하여 CR2032 하프셀을 제작하였다.A CR2032 half cell was manufactured in the same manner as in Example 6, except that the lithium transition metal oxide synthesized in Examples 2 to 5 was used instead of the lithium transition metal oxide synthesized in Example 1, respectively.

비교예 10 내지 18Comparative Examples 10 to 18

실시예 1에서 합성한 리튬 전이금속 산화물 대신에, 비교예 1 내지 9에서 합성한 리튬 전이금속 산화물을 각각 사용한 점을 제외하고는 실시예 6과 동일한 방법에 의하여 CR2032 하프셀을 제작하였다.A CR2032 half cell was manufactured in the same manner as in Example 6, except that the lithium transition metal oxide synthesized in Comparative Examples 1 to 9 was used instead of the lithium transition metal oxide synthesized in Example 1, respectively.

평가예 1: SEM 분석Evaluation Example 1: SEM analysis

실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 7에서 합성한 리튬 전이금속 산화물에 대하여 SEM 사진을 촬영하였고, 그 결과를 도 1에 나타내었다.SEM pictures were taken of the lithium transition metal oxides synthesized in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 7, and the results are shown in FIG. 1 .

도 1을 참고하면, 실시예 1 내지 3 과 비교예 1 내지 7에서 제조한 리튬 전이금속 산화물은 입자 사이즈 및 외견상 큰 차이를 보이지 않았음을 알 수 있다.Referring to FIG. 1 , it can be seen that the lithium transition metal oxides prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 7 did not show a significant difference in particle size and appearance.

평가예 2: 원소 분석Evaluation Example 2: Elemental Analysis

실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 9에서 합성한 리튬 전이금속 산화물에 대하여 ICP 분광 분석을 진행함으로써, 리튬 전이금속 산화물 내에 포함된 Na, S, W, Mg, Ti 및 Y 원소의 함량을 분석하였다. 그 결과는 하기 표 2에 나타내었다.By performing ICP spectroscopic analysis on the lithium transition metal oxide synthesized in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 9, the content of Na, S, W, Mg, Ti and Y elements contained in the lithium transition metal oxide was analyzed did. The results are shown in Table 2 below.

Na (ppm)Na (ppm) S (ppm)S (ppm) W (ppm)W (ppm) Mg (ppm)Mg (ppm) Ti (ppm)Ti (ppm) Y (ppm)Y (ppm) 비교예 1Comparative Example 1 188188 974974 -- -- -- -- 비교예 2Comparative Example 2 194194 986986 -- -- -- 2,8402,840 비교예 3Comparative Example 3 189189 958958 2,4202,420 -- -- -- 비교예 4Comparative Example 4 195195 991991 -- 240240 -- 2,7402,740 비교예 5Comparative Example 5 181181 984984 -- -- 235235 2,5802,580 비교예 6Comparative Example 6 202202 963963 2,4602,460 -- -- 870870 비교예 7Comparative Example 7 199199 971971 2,5402,540 -- -- 4,3604,360 비교예 8Comparative Example 8 203203 1,0611,061 -- -- -- -- 비교예 9Comparative Example 9 211211 1,0551,055 -- -- -- -- 실시예 1Example 1 184184 981981 2,6702,670 -- -- 1,4501,450 실시예 2Example 2 194194 967967 2,4602,460 -- -- 2,8602,860 실시예 3Example 3 201201 992992 2,5302,530 -- -- 3,9503,950 실시예 4Example 4 188188 1,0211,021 2,6102,610 -- -- 2,7502,750 실시예 5Example 5 194194 1,0781,078 2,5802,580 -- -- 2,9402,940

상기 표 2을 참고하면, 실시예 1 내지 5에서 합성된 리튬전이금속 산화물은 Na, S, W, Y를 특정 함량으로 포함하고 있음을 알 수 있다.Referring to Table 2, it can be seen that the lithium transition metal oxides synthesized in Examples 1 to 5 contain Na, S, W, and Y in specific amounts.

평가예 3: 수명평가(1)Evaluation Example 3: Life Evaluation (1)

실시예 6 내지 8 및 비교예 10 내지 16에서 제작한 하프셀을 10시간 휴지시킨 후, 0.2C로 4.25V까지 CC mode로 충전한 뒤, 0.05C에 해당하는 전류까지 CV mode로 충전을 진행하였다. 다음, 0.2C로 3.0V까지 CC mode로 방전하여 화성 공정을 완료하였다.After resting the half-cells prepared in Examples 6 to 8 and Comparative Examples 10 to 16 for 10 hours, it was charged in CC mode at 0.2C to 4.25V, and then charged in CV mode to a current corresponding to 0.05C. . Next, the formation process was completed by discharging in CC mode at 0.2C to 3.0V.

이어서, 상온(25℃)에서 0.5C로 4.25V까지 CC mode로 충전한 뒤, 0.05C에 해당하는 전류까지 CV mode로 충전을 진행하였다. 다음, 1C로 3.0V까지 CC mode로 방전을 진행하였으며, 이 과정을 총 50회 반복하였고, 사이클에 따른 용량 유지율을 도 2 및 표 3에 나타내었다. 또한, 초기 방전 용량 및 초기 효율을 측정하여 하기 표 4에 나타내었다.Subsequently, after charging in CC mode to 4.25V at 0.5C at room temperature (25°C), charging was performed in CV mode up to a current corresponding to 0.05C. Next, discharging was performed in CC mode at 1C to 3.0V, and this process was repeated a total of 50 times, and the capacity retention rate according to the cycle is shown in FIGS. 2 and 3 . In addition, the initial discharge capacity and initial efficiency were measured and shown in Table 4 below.

50 사이클 후 용량 유지율 (%)Capacity retention (%) after 50 cycles 비교예 10Comparative Example 10 52.952.9 비교예 11Comparative Example 11 64.764.7 비교예 12Comparative Example 12 63.863.8 비교예 13Comparative Example 13 76.976.9 비교예 14Comparative Example 14 80.080.0 비교예 15Comparative Example 15 85.385.3 실시예 6Example 6 88.588.5 실시예 7Example 7 90.390.3 실시예 8Example 8 90.790.7

초기 방전 용량
(mAh/g)
Initial discharge capacity
(mAh/g)
초기 효율
(%)
initial efficiency
(%)
비교예 10Comparative Example 10 210.3210.3 8888 비교예 11Comparative Example 11 209.7209.7 8888 비교예 12Comparative Example 12 210.5210.5 8888 비교예 13Comparative Example 13 210.8210.8 8888 비교예 14Comparative Example 14 210.7210.7 8888 비교예 15Comparative Example 15 211.1211.1 8888 비교예 16Comparative Example 16 206.6206.6 8686 실시예 6Example 6 209.9209.9 8888 실시예 7Example 7 210.3210.3 8888 실시예 8Example 8 209.8209.8 8888

도 2 및 표 3와 4을 참고하면, W 및 Y를 도핑원소를 포함하는 경우에 초기 효율에서는 차이가 없었으나, W 및 Y 중 어느 하나의 원소를 포함하지 않는 경우에 비하여 50 사이클에서 최대 약 38%의 용량 유지율 차이가 확인되었다. 또한, W 및 Y를 동시에 포함하는 실시예 6 내지 7의 셀은 구조적 안정성에 영향을 주는 것으로 알려진 Mg 및 Ti 원소를 포함하는 비교예 13 및 14에 비해 최대 약 14%의 용량 유지율 차이가 확인되었습니다. 뿐만 아니라, Y 원소를 1000 ppm 미만으로 포함하는 비교예 15에 따르면 최대 약 5%의 용량 유지율 차이를 확인하였습니다. 이러한 결과는 W 및 Y를 전이금속의 도핑 원소로 포함하되, Y 원소를 1000 ppm 이상으로 포함하는 것에 의하여 셀의 수명 특성이 개선될 수 있음을 증명합니다. Referring to FIG. 2 and Tables 3 and 4, there was no difference in the initial efficiency when W and Y were included as doping elements. A 38% difference in capacity retention was confirmed. In addition, the cells of Examples 6 to 7 containing W and Y simultaneously showed a difference in capacity retention rate of up to about 14% compared to Comparative Examples 13 and 14 containing Mg and Ti elements, which are known to affect structural stability. . In addition, according to Comparative Example 15 containing less than 1000 ppm of Y element, a difference in capacity retention rate of up to about 5% was confirmed. These results prove that the lifespan characteristics of cells can be improved by including W and Y as doping elements for transition metals, but containing Y element at 1000 ppm or more.

평가예 4: 수명평가(2)Evaluation Example 4: Life Evaluation (2)

실시예 9 및 비교예 17에서 제작한 하프셀을 10시간 휴지시킨 후, 0.2C로 4.25V까지 CC mode로 충전한 뒤, 0.05C에 해당하는 전류까지 CV mode로 충전을 진행하였다. 다음, 0.2C로 3.0V까지 CC mode로 방전하여 화성 공정을 완료하였다.After resting the half-cells prepared in Example 9 and Comparative Example 17 for 10 hours, the cells were charged in CC mode at 0.2C to 4.25V, and then charged in CV mode to a current corresponding to 0.05C. Next, the formation process was completed by discharging in CC mode at 0.2C to 3.0V.

이어서, 상온(25℃)에서 0.5C로 4.25V까지 CC mode로 충전한 뒤, 0.05C에 해당하는 전류까지 CV mode로 충전을 진행하였다. 다음, 1C로 3.0V까지 CC mode로 방전을 진행하였으며, 이 과정을 총 50회 반복하였고, 사이클에 따른 용량 유지율을 도 3 및 표 5에 나타내었으며, 초기 방전 용량 및 초기 효율을 측정하여 하기 표 6에 나타내었다. Subsequently, after charging in CC mode to 4.25V at 0.5C at room temperature (25°C), charging was performed in CV mode up to a current corresponding to 0.05C. Next, discharging was performed in CC mode at 1C to 3.0V, and this process was repeated a total of 50 times, and the capacity retention rate according to the cycle is shown in FIGS. 3 and 5, and the initial discharge capacity and initial efficiency were measured and the following table 6 is shown.

50 사이클 후 용량 유지율 (%)Capacity retention (%) after 50 cycles 비교예 17Comparative Example 17 69.169.1 실시예 9Example 9 88.688.6

초기 방전 용량
(mAh/g)
Initial discharge capacity
(mAh/g)
초기 효율
(%)
initial efficiency
(%)
비교예 17Comparative Example 17 213.1213.1 8888 실시예 9Example 9 213.5213.5 8888

도 3 및 표 5와 6를 참고하면, 도핑원소 중 Y의 함량이 4000 ppm을 초과하는 경우(비교예 17) 용량 유지율이 사이클을 거듭하면서 현저하게 저하되는 것을 확인하였다. 이론에 구속되는 것은 아니지만, 이는 과량의 Y 원소의 함유에 따른 불순물 석출에 의한 결정 구조의 붕괴 때문이라고 생각된다.Referring to FIG. 3 and Tables 5 and 6, when the content of Y in the doping element exceeds 4000 ppm (Comparative Example 17), it was confirmed that the capacity retention rate was significantly reduced with repeated cycles. Without being bound by theory, it is believed that this is due to the collapse of the crystal structure due to impurity precipitation due to the inclusion of an excess of Y element.

평가예 5: 수명평가(3)Evaluation Example 5: Life Evaluation (3)

실시예 10 및 비교예 18에서 제작한 하프셀을 10시간 휴지시킨 후, 0.2C로 4.25V까지 CC mode로 충전한 뒤, 0.05C에 해당하는 전류까지 CV mode로 충전을 진행하였다. 다음, 0.2C로 3.0V까지 CC mode로 방전하여 화성 공정을 완료하였다.After resting the half-cells prepared in Example 10 and Comparative Example 18 for 10 hours, charging was performed in CC mode at 0.2C to 4.25V, and then charging was performed in CV mode to a current corresponding to 0.05C. Next, the formation process was completed by discharging in CC mode at 0.2C to 3.0V.

이어서, 상온(25℃)에서 0.5C로 4.25V까지 CC mode로 충전한 뒤, 0.05C에 해당하는 전류까지 CV mode로 충전을 진행하였다. 다음, 1C로 3.0V까지 CC mode로 방전을 진행하였으며, 이 과정을 총 50회 반복하였고, 사이클에 따른 용량 유지율을 도 4 및 표 7에 나타내었으며, 초기 방전 용량 및 초기 효율을 측정하여 하기 표 8에 나타내었다. 다. Subsequently, after charging in CC mode to 4.25V at 0.5C at room temperature (25°C), charging was performed in CV mode up to a current corresponding to 0.05C. Next, discharging was carried out in CC mode at 1C to 3.0V, and this process was repeated a total of 50 times, and the capacity retention rate according to the cycle is shown in FIGS. 4 and 7, and the initial discharge capacity and the initial efficiency were measured and the following table 8 is shown. all.

50 사이클 후 용량 유지율 (%)Capacity retention (%) after 50 cycles 비교예 18Comparative Example 18 55.655.6 실시예 10Example 10 89.989.9

초기 방전 용량
(mAh/g)
Initial discharge capacity
(mAh/g)
초기 효율
(%)
initial efficiency
(%)
비교예 18Comparative Example 18 206.7206.7 8787 실시예 10Example 10 207.1207.1 8787

도 4 및 표 7 및 8을 참고하면, 전이금속의 일부를 치환하는 도핑원소를 포함하지 않는 경우(비교예 18)에 용량 유지율이 심각하게 저하됨을 확인하였다. 이는 전이금속 중 일부가 W 및 Y로 치환하는 것이 셀의 수명 특성에 지대한 영향을 미치고 있음을 시사하는 것이다.Referring to FIG. 4 and Tables 7 and 8, it was confirmed that the capacity retention rate was severely reduced in the case where a doping element substituting a part of the transition metal was not included (Comparative Example 18). This suggests that the substitution of some of the transition metals with W and Y greatly affects the lifespan characteristics of the cell.

이상에서는 도면 및 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 구현예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 구현예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다. In the above, the preferred embodiments according to the present invention have been described with reference to the drawings and examples, but these are merely exemplary, and various modifications and equivalent other embodiments are possible by those skilled in the art. will be able to understand Accordingly, the protection scope of the present invention should be defined by the appended claims.

Claims (20)

복수의 일차 입자, 복수의 일차 입자의 응집체, 또는 이들의 조합을 포함하고,
상기 일차 입자는 α-NaFeO2 형의 결정구조를 갖고, 하기 화학식 2로 표시되는 리튬 전이금속 산화물을 포함하는, 양극활물질:
<화학식 2>
Li1-xAxM11-α-βWαYβO2-zSz
상기 화학식 2 중,
A는 나트륨(Na) 또는 칼륨(K)이고,
M1은 Ni, Co, Mn, Al 또는 이들의 조합을 포함하고
0<x≤0.05, 0<α≤0.002, 0<β≤0.004, 0<z<0.01이다.
a plurality of primary particles, an aggregate of a plurality of primary particles, or a combination thereof;
The primary particles have a crystal structure of α-NaFeO 2 type, and include a lithium transition metal oxide represented by the following Chemical Formula 2, a cathode active material:
<Formula 2>
Li 1-x A x M1 1-α-β W α Y β O 2-z S z
In Formula 2,
A is sodium (Na) or potassium (K),
M1 includes Ni, Co, Mn, Al, or a combination thereof;
0<x≤0.05, 0<α≤0.002, 0<β≤0.004, 0<z<0.01.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 리튬 전이금속 산화물 중 니켈이 80 몰% 이상으로 포함된, 양극활물질.
According to claim 1,
Of the lithium transition metal oxide, nickel is contained in an amount of 80 mol% or more, a positive electrode active material.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 화학식 2 중 A는 Na인, 양극활물질.
According to claim 1,
In Formula 2, A is Na, the positive electrode active material.
제1항에 있어서,
상기 화학식 2 중, β/α≥1인, 양극활물질.
According to claim 1,
In Formula 2, β/α≥1, the positive electrode active material.
제1항에 있어서,
상기 리튬 전이금속 산화물은 하기 화학식 3 내지 5 중 어느 하나로 표시되는, 양극활물질:
<화학식 3>
Li1-x1Nax1Ni1-a1-b1- α1-β1Coa1Alb1Wα1Yβ1O2-z1Sz1
<화학식 4>
Li1-x2Nax2Ni1-a2-b2- α2-β2Coa2Mnb2Wα2Yβ2O2-z2Sz2
<화학식 5>
Li1-x3Nax3Ni1-a3-b3-c3-α3-β3Coa3Mnb3Alc3Wα3Yβ3O2-z3Sz3
상기 화학식 3 내지 5 중,
0<x1≤0.001, 0<a1<0.1, 0<b1<0.05, 0<α1≤0.002, 0<β1≤0.004, 0<z1<0.01이고,
0<x2≤0.001, 0<a2<0.1, 0<b2<0.05, 0<α2≤0.002, 0<β2≤0.004, 0<z2<0.01이고,
0<x3≤0.001, 0<a3<0.1, 0<b3<0.05, 0<c3<0.05, 0<α3≤0.002, 0<β3≤0.004, 0<z3<0.01이다.
According to claim 1,
The lithium transition metal oxide is represented by any one of the following Chemical Formulas 3 to 5, the positive electrode active material:
<Formula 3>
Li 1-x1 Na x1 Ni 1-a1- b1- α1-β1 Co a1 Al b1 W α1 Y β1 O 2-z1 S z1
<Formula 4>
Li 1-x2 Na x2 Ni 1-a2-b2- α2-β2 Co a2 Mn b2 W α2 Y β2 O 2-z2 S z2
<Formula 5>
Li 1-x3 Na x3 Ni 1-a3-b3-c3-α3-β3 Co a3 Mn b3 Al c3 W α3 Y β3 O 2-z3 S z3
In Formulas 3 to 5,
0<x1≤0.001, 0<a1<0.1, 0<b1<0.05, 0<α1≤0.002, 0<β1≤0.004, 0<z1<0.01,
0<x2≤0.001, 0<a2<0.1, 0<b2<0.05, 0<α2≤0.002, 0<β2≤0.004, 0<z2<0.01,
0<x3≤0.001, 0<a3<0.1, 0<b3<0.05, 0<c3<0.05, 0<α3≤0.002, 0<β3≤0.004, 0<z3<0.01.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 일차입자의 평균입경(D50)은 1㎛ 내지 20㎛인, 양극활물질.
According to claim 1,
The average particle diameter (D 50 ) of the primary particles is 1㎛ to 20㎛, the positive electrode active material.
Li 원소-함유 화합물, Ni-함유 전이금속 화합물, 황(S) 원소-함유 화합물, M 원소-함유 화합물을 혼합하여, 리튬 전이금속 산화물 전구체를 얻는 단계;
상기 전구체를 열처리하여 복수의 일차 입자, 복수의 일차 입자의 응집체, 또는 이들의 조합을 포함하는 양극활물질을 얻는 단계;를 포함하고,
상기 일차 입자는 α-NaFeO2 형의 결정구조를 갖고, 하기 화학식 2로 표시되는 리튬 전이금속 화합물을 포함하는, 양극활물질의 제조방법:
<화학식 2>
Li1-xAxM11-α-βWαYβO2-zSz
상기 화학식 2 중,
A는 나트륨(Na) 또는 칼륨(K)이고,
M1은 Ni, Co, Mn, Al 또는 이들의 조합을 포함하고,
0<x≤0.05, 0<α≤0.002, 0<β≤0.004, 0<z<0.01이다.
mixing a Li element-containing compound, a Ni-containing transition metal compound, a sulfur (S) element-containing compound, and an M element-containing compound to obtain a lithium transition metal oxide precursor;
and heat-treating the precursor to obtain a cathode active material including a plurality of primary particles, an aggregate of a plurality of primary particles, or a combination thereof;
The primary particles have a crystal structure of α-NaFeO 2 type, and include a lithium transition metal compound represented by the following Chemical Formula 2, a method of manufacturing a cathode active material:
<Formula 2>
Li 1-x A x M1 1-α-β W α Y β O 2-z S z
In Formula 2,
A is sodium (Na) or potassium (K),
M1 includes Ni, Co, Mn, Al or a combination thereof,
0<x≤0.05, 0<α≤0.002, 0<β≤0.004, 0<z<0.01.
제15항에 있어서,
상기 Li 원소-함유 화합물은 리튬의 수산화물, 산화물, 질화물, 탄산화물, 또는 이들의 조합을 포함하고,
상기 S 원소-함유 화합물은 리튬 황산화물을 포함하는, 양극활물질의 제조방법.
16. The method of claim 15,
The Li element-containing compound includes a hydroxide, oxide, nitride, carbonate, or a combination thereof of lithium,
The S element-containing compound comprises lithium sulfur oxide, a method for producing a positive electrode active material.
제15항에 있어서,
상기 Li-함유 화합물 및 상기 S-원소 함유 화합물은 99:1 내지 99.9:0.1의 몰비율로 혼합되는, 양극활물질의 제조방법.
16. The method of claim 15,
The Li-containing compound and the S-element-containing compound are mixed in a molar ratio of 99:1 to 99.9:0.1, a method for producing a cathode active material.
제15항에 있어서,
상기 열처리는 제1 열처리 단계 및 제2 열처리 단계를 포함하고,
상기 제1 열처리 단계에서의 열처리 온도는 상기 제2 열처리 단계에서의 열처리 온도보다 높은, 양극활물질의 제조방법.
16. The method of claim 15,
The heat treatment includes a first heat treatment step and a second heat treatment step,
The heat treatment temperature in the first heat treatment step is higher than the heat treatment temperature in the second heat treatment step, a method of manufacturing a cathode active material.
제1항, 제7항, 제10항 내지 제12항, 및 제14항 중 어느 한 항에 따른 양극활물질을 포함하는 양극.A positive electrode comprising the positive electrode active material according to any one of claims 1, 7, 10 to 12, and 14. 제1항, 제7항, 제10항 내지 제12항, 및 제14항 중 어느 한 항에 따른 양극활물질을 포함하는 양극;
음극; 및
전해질;을 포함하는 리튬 이차전지.
A positive electrode comprising the positive electrode active material according to any one of claims 1, 7, 10 to 12, and claim 14;
cathode; and
Lithium secondary battery comprising; electrolyte.
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