KR102323189B1 - Positive electrode active material and lithium secondary battery comprising the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 양극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a cathode active material and a lithium secondary battery including the same.

Description

양극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지{POSITIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL AND LITHIUM SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}A cathode active material and a lithium secondary battery comprising the same

본 발명은 양극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a cathode active material and a lithium secondary battery including the same.

전지는 양극과 음극에 전기 화학 반응이 가능한 물질을 사용함으로써 전력을 저장하는 것이다. 이러한 전지 중 대표적인 예로는 양극 및 음극에서 리튬 이온이 인터칼레이션/디인터칼레이션될 때의 화학전위(chemical potential)의 차이에 의하여 전기 에너지를 저장하는 리튬 이차 전지가 있다.A battery stores electric power by using a material capable of electrochemical reaction on the anode and the cathode. A typical example of such a battery is a lithium secondary battery that stores electrical energy by a difference in chemical potential when lithium ions are intercalated/deintercalated in a positive electrode and a negative electrode.

상기 리튬 이차 전지는 리튬 이온의 가역적인 인터칼레이션/디인터칼레이션이 가능한 물질을 양극과 음극 활물질로 사용하고, 상기 양극과 음극 사이에 유기 전해액 또는 폴리머 전해액을 충전시켜 제조한다.The lithium secondary battery is manufactured by using a material capable of reversible intercalation/deintercalation of lithium ions as a positive electrode and a negative electrode active material, and filling an organic electrolyte solution or a polymer electrolyte solution between the positive electrode and the negative electrode.

리튬 이차 전지의 양극 활물질로는 리튬 복합 산화물이 사용되고 있으며, 그 예로 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiMnO2 등의 복합 산화물들이 연구되고 있다.A lithium composite oxide is used as a cathode active material for a lithium secondary battery, and for example, composite oxides such as LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNiO 2 , LiMnO 2 have been studied.

상기 양극 활물질들 중에 LiCoO2은 수명 특성 및 충방전 효율이 우수하여 가장 많이 사용되고 있지만, 원료로서 사용되는 코발트의 자원적 한계로 인해 고가이므로 가격 경쟁력에 한계가 있다는 단점을 가지고 있다.Among the cathode active materials, LiCoO 2 is used the most because of its excellent lifespan characteristics and charge/discharge efficiency, but it is expensive due to the resource limitations of cobalt used as a raw material, so it has a limitation in price competitiveness.

LiMnO2, LiMn2O4 등의 리튬 망간 산화물은 열적 안전성이 우수하고 가격이 저렴하다는 장점이 있지만, 용량이 작고, 고온 특성이 열악하다는 문제점이 있다. 또한, LiNiO2계 양극 활물질은 높은 방전용량의 전지 특성을 나타내고 있으나, Li과 전이금속 간의 양이온 혼합(cation mixing) 문제로 인해 합성이 어려우며, 그에 따라 레이트(rate) 특성에 큰 문제점이 있다.LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 Lithium manganese oxide has advantages of excellent thermal stability and low price, but has problems in that it has a small capacity and poor high-temperature characteristics. In addition, the LiNiO 2 -based positive electrode active material exhibits high discharge capacity battery characteristics, but is difficult to synthesize due to a cation mixing problem between Li and a transition metal, and thus has a large problem in rate characteristics.

또한, 이러한 양이온 혼합의 심화 정도에 따라 다량의 Li 부산물이 발생하게 되고, 이들 Li 부산물의 대부분은 LiOH 및 Li2CO3의 화합물로 이루어져 있어서, 양극 페이스트 제조시 겔(gel)화되는 문제점과 전극 제조 후 충방전 진행에 따른 가스 발생의 원인이 된다. 잔류 Li2CO3는 셀의 스웰링 현상을 증가시켜 사이클을 감소시킬 뿐만 아니라 배터리가 부풀어 오르는 원인이 된다.In addition, a large amount of Li by-products are generated according to the degree of intensification of such cation mixing, and most of these Li by-products are composed of LiOH and Li 2 CO 3 compounds. It causes gas generation due to charging and discharging after manufacturing. Residual Li 2 CO 3 increases cell swelling, which not only reduces the cycle, but also causes the battery to swell.

한국공개특허공보 제10-2015-0069334호Korean Patent Publication No. 10-2015-0069334

본 발명의 목적은 기존 리튬 이차전지용 양극 활물질의 문제점을 해결하기 위해 양극 활물질의 구조적 안정성을 높여 고온 저장 안정성 및 수명 특성을 향상시키는 것이 가능한 양극 활물질을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a positive electrode active material capable of improving high-temperature storage stability and lifespan characteristics by increasing the structural stability of the positive electrode active material in order to solve the problems of the existing positive electrode active material for a lithium secondary battery.

아울러, 본 발명의 또 다른 목적은 본원에서 정의된 양극 활물질을 포함하는 양극을 사용하는 리튬 이차전지를 제공하는 것이다.In addition, another object of the present invention is to provide a lithium secondary battery using a positive electrode comprising a positive electrode active material as defined herein.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects and advantages of the present invention not mentioned can be understood by the following description and will be more clearly understood by the examples of the present invention. It will also be readily apparent that the objects and advantages of the present invention can be realized by the means and combinations thereof indicated in the claims.

본 발명의 일 측면에 따르면, 1차 입자 및 상기 1차 입자가 응집하여 형성된 2차 입자를 포함하는 리튬 복합 산화물 및 하기의 화학식 1로 표시되며, 상기 1차 입자 사이의 계면 및 상기 2차 입자의 표면 중 적어도 일부에 존재하는 리튬 금속 산화물을 포함하는 양극 활물질이 제공될 수 있다.According to an aspect of the present invention, a lithium composite oxide including primary particles and secondary particles formed by aggregation of the primary particles and represented by the following Chemical Formula 1, the interface between the primary particles and the secondary particles A positive electrode active material including a lithium metal oxide present on at least a portion of the surface of the may be provided.

[화학식 1][Formula 1]

Lia(W1-yM1y)bOc Li a (W 1-y M1 y ) b O c

(여기서, M1은 Ti, Zr, Mg, V, B, Mo, Zn, Nb, Ba, Ta, Fe, Cr, Sn, Hf, Ce, Nd 및 Gd로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하며, 0<a≤6, 0<b≤6, 0<c≤10, 0<y≤0.50이다)(Wherein, M1 includes at least one selected from Ti, Zr, Mg, V, B, Mo, Zn, Nb, Ba, Ta, Fe, Cr, Sn, Hf, Ce, Nd and Gd, and 0<a ≤6, 0<b≤6, 0<c≤10, 0<y≤0.50)

본 발명의 일 실시예에 따른 양극 활물질은 상기 1차 입자 사이의 계면 및 상기 2차 입자의 표면 중 적어도 일부에 존재하는 리튬 금속 산화물을 포함함으로써 구조적 안정성이 높아짐에 따라 고온 저장 안정성 및 수명 특성이 향상될 수 있다.The positive active material according to an embodiment of the present invention has high temperature storage stability and lifespan characteristics as structural stability is increased by including lithium metal oxide present on at least a portion of the interface between the primary particles and the surface of the secondary particles. can be improved

일 실시예에 있어서, 상기 리튬 금속 산화물은 하기의 화학식 2로 표시되는 리튬 금속 산화물 내 적어도 1종의 M1 원소가 도핑된 격자 구조를 가질 수 있다.In an embodiment, the lithium metal oxide may have a lattice structure doped with at least one M1 element in the lithium metal oxide represented by Chemical Formula 2 below.

[화학식 2][Formula 2]

LiaWbOc Li a W b O c

(여기서, 0<a≤6, 0<b≤6, 0<c≤10이다)(Here, 0<a≤6, 0<b≤6, 0<c≤10)

일 실시예에 있어서, 상기 리튬 금속 산화물은 상기 2차 입자의 표면부로부터 상기 2차 입자의 중심부를 향해 감소하는 농도 구배를 나타낼 수 있으며, 이에 따라 리튬 금속 산화물에 의해 전기화학반응 중 양극 활물질의 전체적인 구조 붕괴를 방지할 수 있다. In one embodiment, the lithium metal oxide may exhibit a concentration gradient that decreases from the surface portion of the secondary particle toward the center of the secondary particle, and thus the lithium metal oxide is used in the electrochemical reaction of the positive electrode active material. Overall structural collapse can be prevented.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상술한 양극 활물질을 포함하는 양극을 사용하는 리튬 이차전지가 제공될 수 있다.In addition, according to another aspect of the present invention, a lithium secondary battery using a positive electrode including the above-described positive electrode active material may be provided.

본 발명에 따른 양극 활물질은 리튬 복합 산화물을 구성하는 1차 입자 사이의 계면 및 상기 1차 입자가 응집하여 형성된 2차 입자의 표면 중 적어도 일부에 존재하는 리튬 금속 산화물을 포함함으로써 구조적 안정성이 높아질 수 있으며, 이에 따라 본 발명에 따른 양극 활물질을 포함하는 양극을 리튬 이차전지의 양극으로서 사용할 경우 고온 저장 안정성 및 수명 특성을 더욱 향상시킬 수 있다.The positive electrode active material according to the present invention includes lithium metal oxide present in at least a portion of the interface between the primary particles constituting the lithium composite oxide and the surface of the secondary particles formed by aggregation of the primary particles, thereby increasing structural stability. Accordingly, when the positive electrode including the positive electrode active material according to the present invention is used as a positive electrode of a lithium secondary battery, high temperature storage stability and lifespan characteristics can be further improved.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.In addition to the above-described effects, the specific effects of the present invention will be described together while describing specific details for carrying out the invention below.

도 1 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 양극 활물질에 대한 투과전자현미경(TEM) 분석 및 TEM/EDS Mapping 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 양극 활물질에 대한 TEM/EDS Mapping 결과에 따라 측정된 도핑 금속 원소(Zr, Ti, W)의 함량을 나타낸 그래프(line sum spectrum)이다.
도 6 및 도 7은 비교예에 따라 제조된 양극 활물질에 대한 투과전자현미경(TEM) 분석 및 TEM/EDS Mapping 결과를 나타낸 것이다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 다양한 실시예에 따라 제조된 양극 활물질에 대한 XRD 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
1 to 4 show transmission electron microscope (TEM) analysis and TEM/EDS mapping results for the positive active material prepared according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph (line sum spectrum) showing the content of doping metal elements (Zr, Ti, W) measured according to the TEM/EDS mapping result of the positive electrode active material prepared according to an embodiment of the present invention.
6 and 7 show transmission electron microscopy (TEM) analysis and TEM/EDS mapping results for the positive active material prepared according to the comparative example.
8 to 10 are graphs showing XRD analysis results of positive active materials prepared according to various embodiments of the present invention.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.The above-described objects, features and advantages will be described below in detail with reference to the accompanying drawings, and accordingly, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to easily implement the technical idea of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.

이하, 본 발명에 따른 양극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the positive electrode active material according to the present invention and a lithium secondary battery including the same will be described in more detail.

본 발명의 일 측면에 따르면, 1차 입자 및 상기 1차 입자가 응집하여 형성된 2차 입자를 포함하는 리튬 복합 산화물 및 리튬 금속 산화물을 포함하는 양극 활물질이 제공될 수 있다.According to an aspect of the present invention, a cathode active material including a lithium composite oxide and a lithium metal oxide including primary particles and secondary particles formed by aggregation of the primary particles may be provided.

본원에서 리튬 복합 산화물은 상기 1차 입자 및 상기 1차 입자 복수 개가 서로 응집(물리적으로 결합)된 응집체를 포함하는 입자로서 정의될 수 있다. 상기 1차 입자는 막대 형상, 타원 형상 및/또는 부정형 형상을 가질 수 있다.Herein, the lithium composite oxide may be defined as a particle including the primary particle and an aggregate in which a plurality of the primary particles are aggregated (physically coupled) to each other. The primary particles may have a rod shape, an oval shape, and/or an irregular shape.

상기 1차 입자는 이웃한 1차 입자와 서로 접하여 1차 입자 사이의 계면 또는 결정립계(grain boundary)를 형성할 수 있다. 또한, 상기 1차 입자는 상기 2차 입자의 내부에서 이웃한 1차 입자와 이격되어 내부 공극을 형성할 수도 있다.The primary particles may be in contact with neighboring primary particles to form an interface or a grain boundary between the primary particles. In addition, the primary particles may be spaced apart from the neighboring primary particles in the interior of the secondary particles to form internal voids.

이 때, 상기 1차 입자는 이웃한 1차 입자와 서로 접하여 결정립계를 형성하지 않고 내부 공극과 접함으로써 상기 2차 입자 내부에 존재하는 표면을 형성할 수 있다. 한편, 상기 2차 입자의 최표면에 존재하는 상기 1차 입자가 외기(外氣)에 노출된 면은 상기 2차 입자의 표면을 형성하게 된다.In this case, the primary particles may form a surface existing inside the secondary particles by contacting the internal voids without forming a grain boundary by contacting the neighboring primary particles. On the other hand, the surface on which the primary particles present on the outermost surface of the secondary particles are exposed to external air forms the surface of the secondary particles.

일 실시예에 있어서, 상기 양극 활물질은 상기 리튬 복합 산화물을 형성하는 상기 1차 입자 사이의 계면 및 상기 2차 입자의 표면 중 적어도 일부에 존재하는 상기 리튬 금속 산화물을 포함할 수 있다.In an embodiment, the positive active material may include the lithium metal oxide present in at least a portion of an interface between the primary particles forming the lithium composite oxide and a surface of the secondary particles.

상기 리튬 금속 산화물은 상기 리튬 복합 산화물을 형성하는 상기 1차 입자 및/또는 상기 2차 입자와 물리적 및/또는 화학적으로 결합된 상태일 수 있다. The lithium metal oxide may be physically and/or chemically bonded to the primary particles and/or the secondary particles forming the lithium composite oxide.

이 때, 상기 리튬 금속 산화물은 상기 리튬 복합 산화물을 형성하는 상기 1차 입자 사이의 계면 및 상기 2차 입자의 표면을 전체적으로 코팅하거나 상기 리튬 복합 산화물을 형성하는 상기 1차 입자 사이의 계면 및 상기 2차 입자의 표면 중 적어도 일부를 코팅할 수 있으며, 경우에 따라 상기 리튬 복합 산화물을 형성하는 상기 1차 입자 사이의 계면 및 상기 2차 입자의 표면 전체 또는 적어도 일부에 입자상으로 분포될 수 있다.In this case, the lithium metal oxide may coat the entire surface of the surface of the secondary particles and the interface between the primary particles forming the lithium composite oxide or the interface between the primary particles forming the lithium composite oxide and the 2 At least a portion of the surface of the primary particles may be coated, and in some cases, the lithium composite oxide may be distributed in the form of particles at the interface between the primary particles and all or at least part of the surface of the secondary particles.

이에 따라, 본 실시예에 따른 양극 활물질은 상술한 리튬 금속 산화물을 포함함으로써 구조적인 안정성이 높아질 수 있으며, 이러한 양극 활물질을 리튬 이차전지에 사용할 경우, 양극 활물질의 고온 저장 안정성 및 수명 특성이 향상될 수 있다. 또한, 상기 리튬 금속 산화물은 상기 양극 활물질 내 리튬 이온의 이동 경로(pathway)로서 작용함으로써 리튬 이차전지의 효율 특성을 향상시키는데 영향을 줄 수 있다.Accordingly, the positive active material according to the present embodiment may increase structural stability by including the above-described lithium metal oxide. can In addition, the lithium metal oxide may affect the efficiency characteristics of the lithium secondary battery by acting as a movement path of lithium ions in the positive electrode active material.

또한, 경우에 따라, 상기 리튬 금속 산화물은 상기 리튬 복합 산화물을 형성하는 상기 1차 입자 사이의 계면 및 상기 2차 입자의 표면 중 적어도 일부뿐만 아니라, 상기 2차 입자의 내부에 형성된 내부 공극에도 존재할 수 있다. In addition, in some cases, the lithium metal oxide may exist not only in at least a portion of an interface between the primary particles forming the lithium composite oxide and a surface of the secondary particles, but also in internal pores formed inside the secondary particles. can

여기서, 상기 리튬 금속 산화물은 하기의 화학식 1로 표시될 수 있다.Here, the lithium metal oxide may be represented by Formula 1 below.

[화학식 1][Formula 1]

Lia(W1-yM1y)bOc Li a (W 1-y M1 y ) b O c

(여기서, M1은 Ti, Zr, Mg, V, B, Mo, Zn, Nb, Ba, Ta, Fe, Cr, Sn, Hf, Ce, Nd 및 Gd로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하며, 0<a≤6, 0<b≤6, 0<c≤10, 0<y≤0.50이다)(Wherein, M1 includes at least one selected from Ti, Zr, Mg, V, B, Mo, Zn, Nb, Ba, Ta, Fe, Cr, Sn, Hf, Ce, Nd and Gd, and 0 < a ≤6, 0<b≤6, 0<c≤10, 0<y≤0.50)

상기의 화학식 1을 통해 나타낸 바와 같이, 상기 리튬 금속 산화물은 리튬과 적어도 1종의 금속 원소가 복합화된 산화물로서, 리튬과 복합화된 금속 원소는 W과 적어도 1종의 M1 금속 원소를 포함할 수 있다.As shown in Formula 1 above, the lithium metal oxide is an oxide in which lithium and at least one metal element are complexed, and the metal element complexed with lithium may include W and at least one metal element M1. .

이에 따라, 상기의 화학식 1로 표시되는 상기 리튬 금속 산화물은 예를 들어, Li(W/Ti)O, Li(W/Zr)O, Li(W/Ti/Zr)O, Li(W/Ti/B)O 등일 수 있으나, 상술한 예는 이해를 돕기 위해 편의상 기재한 것에 불과할 뿐 본원에서 정의된 상기 리튬 금속 산화물은 상술한 예에 제한되지 않는다. 따라서, 후술할 실험예에서는 편의상 화학식 1로 표시될 수 있는 대표적인 리튬 금속 산화물의 몇몇 예시에 대한 실험 결과를 기재하기로 한다.Accordingly, the lithium metal oxide represented by Chemical Formula 1 is, for example, Li(W/Ti)O, Li(W/Zr)O, Li(W/Ti/Zr)O, Li(W/Ti)O It may be /B)O, and the like, but the above-described examples are merely described for convenience and the lithium metal oxide defined herein is not limited to the above-described examples. Therefore, in Experimental Examples to be described later, for convenience, experimental results for some examples of representative lithium metal oxides that may be represented by Chemical Formula 1 will be described.

다른 실시예에 있어서, 상기의 화학식 1로 표시되는 상기 리튬 금속 산화물은 하기의 화학식 2로 표시되는 리튬 금속 산화물 내 적어도 1종의 M1 원소가 도핑된 격자 구조를 가질 수 있다.In another embodiment, the lithium metal oxide represented by Formula 1 may have a lattice structure doped with at least one M1 element in the lithium metal oxide represented by Formula 2 below.

[화학식 2][Formula 2]

LiaWbOc Li a W b O c

(여기서, 0<a≤6, 0<b≤6, 0<c≤10이다)(Here, 0<a≤6, 0<b≤6, 0<c≤10)

즉, 상기의 리튬 금속 산화물은 리튬 텅스텐 산화물(예를 들어, Li2WO4, Li2W2O7, Li4WO5, Li6WO6 또는 Li6W2O9)이 형성하는 격자 구조 내 텅스텐 중 일부가 M1 원소로 치환된 격자 구조를 가지게 된다.That is, the lithium metal oxide has a lattice structure formed by lithium tungsten oxide (eg, Li 2 WO 4 , Li 2 W 2 O 7 , Li 4 WO 5 , Li 6 WO 6 or Li 6 W 2 O 9 ). Some of my tungsten has a lattice structure substituted with M1 element.

일 실시예에 있어서, 상기 리튬 금속 산화물은 상기 리튬 복합 산화물을 형성하는 상기 2차 입자의 표면부로부터 상기 2차 입자의 중심부를 향해 감소하는 농도 구배를 나타낼 수 있다. 이에 따라, 상기 리튬 금속 산화물의 농도는 상기 2차 입자의 최표면으로부터 상기 2차 입자의 중심부를 향해 감소할 수 있다.In one embodiment, the lithium metal oxide may exhibit a concentration gradient that decreases from the surface portion of the secondary particles forming the lithium composite oxide toward the center of the secondary particles. Accordingly, the concentration of the lithium metal oxide may decrease from the outermost surface of the secondary particle toward the center of the secondary particle.

예를 들어, 상기 리튬 금속 산화물은 상기 리튬 복합 산화물을 형성하는 상기 2차 입자의 최표면으로부터 상기 2차 입자의 중심까지의 거리를 R이라 할 때, 상기 2차 입자의 최표면으로부터의 거리(R')가 0 내지 0.02R인 영역 내에서 상기 2차 입자의 표면부로부터 상기 2차 입자의 중심부를 향해 감소하는 형태의 농도 구배를 가질 수 있다. 또한, 상기 리튬 금속 산화물은 상기 리튬 복합 산화물을 형성하는 상기 2차 입자의 최표면으로부터의 거리(R')가 0.02R 초과 1.0R인 영역 내에서는 일정 방향으로 농도가 증가 또는 감소하는 형태의 농도 구배를 가지지 않을 수 있다.For example, when the distance from the outermost surface of the secondary particle forming the lithium metal oxide to the center of the secondary particle is R, the distance from the outermost surface of the secondary particle ( In a region where R′) is 0 to 0.02R, the concentration gradient may be decreased from the surface portion of the secondary particle toward the center of the secondary particle. In addition, the lithium metal oxide has a concentration of increasing or decreasing concentration in a certain direction within a region where the distance (R′) from the outermost surface of the secondary particles forming the lithium composite oxide is greater than 0.02R and 1.0R. It may not have a gradient.

상술한 바와 같이, 상기 리튬 금속 산화물이 상기 리튬 복합 산화물을 형성하는 상기 2차 입자의 표면부로부터 상기 2차 입자의 중심부를 향해 감소하는 농도 구배를 나타냄으로써 상기 양극 활물질의 표면에 존재하는 잔류 리튬을 효과적으로 감소시켜 미반응 잔류 리튬에 의한 부반응을 미연에 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 리튬 금속 산화물에 의해 상기 양극 활물질의 표면 내측 영역에서의 결정성이 낮아지는 것을 방지할 수 있다.As described above, the lithium metal oxide exhibits a concentration gradient that decreases from the surface portion of the secondary particles forming the lithium composite oxide toward the center of the secondary particles, thereby remaining lithium present on the surface of the positive electrode active material. can be effectively reduced to prevent side reactions caused by unreacted residual lithium in advance, and it is possible to prevent a decrease in crystallinity in a surface inner region of the positive electrode active material by the lithium metal oxide.

다른 실시예에 있어서, 상기 양극 활물질은 상기 리튬 복합 산화물을 형성하는 상기 1차 입자 사이의 계면 및 상기 2차 입자의 표면 중 적어도 일부에 존재하는 금속 산화물을 포함할 수 있다.In another embodiment, the positive active material may include a metal oxide present in at least a portion of an interface between the primary particles forming the lithium composite oxide and a surface of the secondary particles.

여기서, 상기 금속 산화물은 하기의 화학식 3으로 표시될 수 있다.Here, the metal oxide may be represented by Chemical Formula 3 below.

[화학식 3][Formula 3]

LidM2eOf Li d M2 e O f

(여기서, M2는 Ti, Zr, Mg, V, B, Mo, Zn, Nb, Ba, Ta, Fe, Cr, Sn, Hf, Ce, W, Nd 및 Gd로부터 선택되며, 0≤d≤6, 0<e≤6, 0<f≤10이다)(where M2 is selected from Ti, Zr, Mg, V, B, Mo, Zn, Nb, Ba, Ta, Fe, Cr, Sn, Hf, Ce, W, Nd and Gd, 0≤d≤6, 0<e≤6, 0<f≤10)

상기의 화학식 3을 통해 나타낸 바와 같이, 상기 금속 산화물은 리튬과 1종의 금속 원소가 복합화된 산화물 또는 리튬을 제외한 금속 원소의 산화물로서, 상기의 화학식 3으로 표시되는 상기 금속 산화물은 예를 들어, Li(W)O, Li(Ti)O, Li(Zr)O, Li(B)O, WOx, ZrOx, TiOx 등일 수 있으나, 상술한 예는 이해를 돕기 위해 편의상 기재한 것에 불과할 뿐 본원에서 정의된 상기 금속 산화물은 상술한 예에 제한되지 않는다. 따라서, 후술할 실험예에서는 편의상 화학식 3으로 표시될 수 있는 대표적인 금속 산화물의 몇몇 예시에 대한 실험 결과를 기재하기로 한다.As shown through Formula 3 above, the metal oxide is an oxide in which lithium and one metal element are complexed or an oxide of a metal element other than lithium, and the metal oxide represented by Formula 3 is, for example, Li(W)O, Li(Ti)O, Li(Zr)O, Li(B)O, WO x , ZrO x , TiO x etc. The metal oxide as defined herein is not limited to the examples described above. Therefore, in Experimental Examples to be described later, for convenience, experimental results for some examples of representative metal oxides that may be represented by Chemical Formula 3 will be described.

본원에서는 상기 리튬 금속 산화물과 상기 금속 산화물을 구별하기 위해 리튬과 적어도 2종의 금속이 복합화된 산화물 또는 리튬과 텅스텐이 복합화된 산화물 내 적어도 1종의 금속이 도핑된 산화물은 리튬 금속 산화물로서 지칭하며, 리튬과 1종의 금속이 복합화된 산화물 또는 리튬을 제외한 금속 원소의 산화물을 금속 산화물이라 지칭한다.Herein, in order to distinguish the lithium metal oxide from the metal oxide, an oxide in which lithium and at least two metals are complexed or an oxide in which lithium and tungsten are complexed with at least one metal in the oxide is referred to as a lithium metal oxide, , an oxide in which lithium and one type of metal are complexed or an oxide of a metal element other than lithium is referred to as a metal oxide.

상기 금속 산화물은 상기 리튬 금속 산화물과 마찬가지로 상기 리튬 복합 산화물을 형성하는 상기 1차 입자 및/또는 상기 2차 입자와 물리적 및/또는 화학적으로 결합된 상태일 수 있다. Like the lithium metal oxide, the metal oxide may be physically and/or chemically bonded to the primary particles and/or the secondary particles forming the lithium composite oxide.

이 때, 상기 금속 산화물은 상기 리튬 복합 산화물을 형성하는 상기 1차 입자 사이의 계면 및 상기 2차 입자의 표면을 전체적으로 코팅하거나 상기 리튬 복합 산화물을 형성하는 상기 1차 입자 사이의 계면 및 상기 2차 입자의 표면 중 적어도 일부를 코팅할 수 있으며, 경우에 따라 상기 리튬 복합 산화물을 형성하는 상기 1차 입자 사이의 계면 및 상기 2차 입자의 표면 전체 또는 적어도 일부에 입자상으로 분포될 수 있다.In this case, the metal oxide coats the entire surface of the surface of the secondary particles and the interface between the primary particles forming the lithium composite oxide or the interface between the primary particles forming the lithium composite oxide and the secondary At least a part of the surface of the particles may be coated, and in some cases, the particles may be distributed on the entire or at least part of the surface of the secondary particles and the interface between the primary particles forming the lithium composite oxide.

이에 따라, 본 실시예에 따른 양극 활물질은 상술한 금속 산화물을 포함함으로써 구조적인 안정성이 높아질 수 있으며, 이러한 양극 활물질을 리튬 이차전지에 사용할 경우, 양극 활물질의 고온 저장 안정성 및 수명 특성이 향상될 수 있다. 또한, 상기 금속 산화물은 상기 양극 활물질 내 리튬 이온의 이동 경로(pathway)로서 작용함으로써 리튬 이차전지의 효율 특성을 향상시키는데 영향을 줄 수 있다.Accordingly, the positive active material according to the present embodiment may increase structural stability by including the above-described metal oxide, and when such a positive active material is used in a lithium secondary battery, the high temperature storage stability and lifespan characteristics of the positive active material may be improved. have. In addition, the metal oxide may affect the efficiency characteristics of the lithium secondary battery by acting as a movement path of lithium ions in the positive electrode active material.

또한, 경우에 따라, 상기 금속 산화물은 상기 리튬 복합 산화물을 형성하는 상기 1차 입자 사이의 계면 및 상기 2차 입자의 표면 중 적어도 일부뿐만 아니라, 상기 2차 입자의 내부에 형성된 내부 공극에도 존재할 수 있다.In addition, in some cases, the metal oxide may exist not only in at least a part of the interface between the primary particles forming the lithium composite oxide and the surface of the secondary particles, but also in the internal pores formed inside the secondary particles. have.

일 실시예에 있어서, 상기 금속 산화물은 상기 리튬 복합 산화물을 형성하는 상기 2차 입자의 표면부로부터 상기 2차 입자의 중심부를 향해 감소하는 농도 구배를 나타낼 수 있다. 이에 따라, 상기 금속 산화물의 농도는 상기 2차 입자의 최표면으로부터 상기 2차 입자의 중심부를 향해 감소할 수 있다.In an embodiment, the metal oxide may exhibit a concentration gradient that decreases from a surface portion of the secondary particle forming the lithium composite oxide toward a central portion of the secondary particle. Accordingly, the concentration of the metal oxide may decrease from the outermost surface of the secondary particle toward the center of the secondary particle.

상술한 바와 같이, 상기 금속 산화물이 상기 리튬 금속 산화물과 함께 상기 리튬 복합 산화물을 형성하는 상기 2차 입자의 표면부로부터 상기 2차 입자의 중심부를 향해 감소하는 농도 구배를 나타냄으로써 상기 양극 활물질의 표면에 존재하는 잔류 리튬을 효과적으로 감소시켜 미반응 잔류 리튬에 의한 부반응을 미연에 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 금속 산화물에 의해 상기 양극 활물질의 표면 내측 영역에서의 결정성이 낮아지는 것을 방지할 수 있다.As described above, the metal oxide exhibits a concentration gradient that decreases from the surface portion of the secondary particles forming the lithium composite oxide together with the lithium metal oxide toward the center of the secondary particles, thereby forming the surface of the positive electrode active material. It is possible to effectively reduce the residual lithium present in the electrode to prevent side reactions caused by unreacted residual lithium in advance, and also to prevent the crystallinity in the inner surface region of the positive electrode active material from being lowered by the metal oxide. .

다른 실시예에 있어서, 상기 금속 산화물은 하기의 화학식 4로 표시되는 제1 금속 산화물 및 하기의 화학식 5로 표시되는 제2 금속 산화물을 포함할 수 있다.In another embodiment, the metal oxide may include a first metal oxide represented by Formula 4 below and a second metal oxide represented by Formula 5 below.

[화학식 4][Formula 4]

LigWhOi Li g W h O i

(여기서, 0≤g≤6, 0<h≤6, 0≤i≤10이다)(Here, 0≤g≤6, 0<h≤6, 0≤i≤10)

[화학식 5][Formula 5]

LijM3kOl Li j M3 k O l

(여기서, M3은 Ti, Zr, Mg, V, B, Mo, Zn, Nb, Ba, Ta, Fe, Cr, Sn, Hf, Ce, Nd 및 Gd로부터 선택되며, 0≤j≤6, 0<k≤6, 0<l≤10이다)(where M3 is selected from Ti, Zr, Mg, V, B, Mo, Zn, Nb, Ba, Ta, Fe, Cr, Sn, Hf, Ce, Nd and Gd, 0≤j≤6, 0< k≤6, 0<l≤10)

이 때, 상기 제1 금속 산화물 및 상기 제2 금속 산화물은 상기 리튬 복합 산화물을 형성하는 상기 2차 입자의 표면부로부터 상기 2차 입자의 중심부를 향해 감소하는 농도 구배를 나타낼 수 있다. 이에 따라, 상기 금속 산화물의 농도는 상기 2차 입자의 최표면으로부터 상기 2차 입자의 중심부를 향해 감소할 수 있다. 이 때, 상기 제2 금속 산화물의 농도 감소율은 상기 제1 금속 산화물의 농도 감소율보다 클 수 있다.In this case, the first metal oxide and the second metal oxide may exhibit a concentration gradient that decreases from the surface portion of the secondary particle forming the lithium composite oxide toward the center of the secondary particle. Accordingly, the concentration of the metal oxide may decrease from the outermost surface of the secondary particle toward the center of the secondary particle. In this case, the concentration reduction rate of the second metal oxide may be greater than the concentration reduction rate of the first metal oxide.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 양극 활물질에 있어서, 상기 리튬 복합 산화물을 형성하는 상기 1차 입자는 하기의 화학식 6으로 표시될 수 있다.On the other hand, in the positive electrode active material according to an embodiment of the present invention, the primary particles forming the lithium composite oxide may be represented by the following formula (6).

[화학식 6][Formula 6]

LimNi1-(n+o+p)ConM4oM5pO2 Li m Ni 1-(n+o+p) Co n M4 o M5 p O 2

(여기서, M4는 Mn 또는 Al이고, M5는 Ti, Zr, Mg, V, B, Mo, Zn, Nb, Ba, Ta, Fe, Cr, Sn, Hf, Ce, W, Nd 및 Gd로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하며, 0.5≤m≤1.2, 0≤n≤0.50, 0≤o≤0.20, 0≤p≤0.20이다)(Wherein, M4 is Mn or Al, and M5 is selected from Ti, Zr, Mg, V, B, Mo, Zn, Nb, Ba, Ta, Fe, Cr, Sn, Hf, Ce, W, Nd and Gd. contains at least one, and is 0.5≤m≤1.2, 0≤n≤0.50, 0≤o≤0.20, 0≤p≤0.20)

이 때, 상기 2차 입자의 표면부에 존재하는 상기 1차 입자 내 포함된 M5 원소는 상기 2차 입자의 중심부를 향해 감소하는 농도 구배를 나타낼 수 있다.In this case, the M5 element included in the primary particles present in the surface portion of the secondary particles may exhibit a concentration gradient that decreases toward the center of the secondary particles.

예를 들어, 상기 리튬 복합 산화물을 형성하는 상기 2차 입자의 최표면으로부터 상기 2차 입자의 중심까지의 거리를 R이라 할 때, 상기 2차 입자의 최표면으로부터의 거리(R')가 0 내지 0.02R인 영역 내 존재하는 M5 원소는 상기 1차 입자 내에서 상기 2차 입자의 중심부를 향해 감소하는 농도 구배를 나타낼 수 있다. For example, when the distance from the outermost surface of the secondary particle forming the lithium composite oxide to the center of the secondary particle is R, the distance (R') from the outermost surface of the secondary particle is 0 The M5 element present in the region of to 0.02R may exhibit a concentration gradient that decreases toward the center of the secondary particle in the primary particle.

이 때, 상기 리튬 복합 산화물을 형성하는 상기 2차 입자의 최표면으로부터의 거리(R')가 0 내지 0.02R인 영역 내 존재하는 상기 1차 입자 내 포함된 M5 원소의 농도 변화율은 50 % 이상일 수 있다.At this time, the concentration change rate of the M5 element contained in the primary particles present in the region where the distance (R′) from the outermost surface of the secondary particles forming the lithium composite oxide is 0 to 0.02R is 50% or more can

또한, 상기 리튬 복합 산화물 형성하는 상기 2차 입자의 최표면으로부터의 거리(R')가 0.02R 초과 1.0R인 영역 내 존재하는 상기 1차 입자 내 포함된 M5 원소는 상기 1차 입자 내에서 일정 방향으로 농도가 증가 또는 감소하는 형태의 농도 구배를 가지지 않을 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 상기 리튬 복합 산화물 형성하는 상기 2차 입자의 최표면으로부터의 거리(R')가 0.02R 초과 1.0R인 영역 내 존재하는 상기 1차 입자 내 M5 원소의 농도 변화율은 49 % 이하, 바람직하게는 30 % 이하, 보다 바람직하게는 15 % 이하일 수 있다.In addition, the M5 element contained in the primary particles present in the region where the distance (R′) from the outermost surface of the secondary particles forming the lithium composite oxide is greater than 0.02R and 1.0R is constant in the primary particles. It may not have a concentration gradient in the form of an increasing or decreasing concentration in the direction. In another embodiment, the concentration change rate of the M5 element in the primary particles present in the region where the distance (R′) from the outermost surface of the secondary particles forming the lithium composite oxide is greater than 0.02R and 1.0R is 49% or less, preferably 30% or less, and more preferably 15% or less.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 양극 집전체 및 상기 양극 집전체 상에 형성된 양극 활물질층을 포함하는 양극이 제공될 수 있다. 여기서, 상기 양극 활물질층은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 양극 활물질을 포함할 수 있다. 따라서, 양극 활물질은 앞서 설명한 바와 동일하므로, 편의상 구체적인 설명을 생락하고, 이하에서는 나머지 전술되지 아니한 구성에 대해서만 설명하기로 한다.According to another aspect of the present invention, a positive electrode including a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer formed on the positive electrode current collector may be provided. Here, the positive active material layer may include the positive active material according to various embodiments of the present invention. Therefore, since the positive active material is the same as described above, a detailed description thereof will be omitted for convenience, and only the remaining components not described above will be described below.

상기 양극 집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소 또는 알루미늄이나 스테인레스 스틸 표면에 탄소, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. 또한, 상기 양극 집전체는 통상적으로 3 내지 500㎛의 두께를 가질 수 있으며, 상기 집전체 표면 상에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있다. 예를 들어 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change in the battery, and for example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, fired carbon, or carbon, nickel, titanium on the surface of aluminum or stainless steel. , silver or the like surface-treated may be used. In addition, the positive electrode current collector may typically have a thickness of 3 to 500 μm, and may increase the adhesion of the positive electrode active material by forming fine irregularities on the surface of the current collector. For example, it may be used in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, a non-woven body, and the like.

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

이 때, 상기 양극 활물질은 양극 활물질층 총 중량에 대하여 80 내지 99 wt%, 보다 구체적으로는 85 내지 98.5 wt%의 함량으로 포함될 수 있다. 상기한 함량범위로 포함될 때 우수한 용량 특성을 나타낼 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.In this case, the positive active material may be included in an amount of 80 to 99 wt%, more specifically, 85 to 98.5 wt%, based on the total weight of the positive active material layer. It may exhibit excellent capacity characteristics when included in the above content range, but is not necessarily limited thereto.

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

상기 바인더는 양극 활물질 입자들 간의 부착 및 양극 활물질과 집전체와의 접착력을 향상시키는 역할을 한다. 구체적인 예로는 폴리비닐리덴플로라이드(PVDF), 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HFP), 폴리비닐알코올, 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 폴리머(EPDM), 술폰화-EPDM, 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 불소 고무, 또는 이들의 다양한 공중합체 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 바인더는 양극 활물질층 총 중량에 대하여 0.1 내지 15 wt%로 포함될 수 있다.The binder serves to improve adhesion between the positive active material particles and the adhesion between the positive active material and the current collector. Specific examples include polyvinylidene fluoride (PVDF), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HFP), polyvinyl alcohol, polyacrylonitrile, carboxymethyl cellulose (CMC) ), starch, hydroxypropyl cellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene polymer (EPDM), sulfonated-EPDM, styrene butadiene rubber (SBR), fluororubber, or various copolymers thereof, and any one of them or a mixture of two or more thereof may be used. The binder may be included in an amount of 0.1 to 15 wt% based on the total weight of the positive electrode active material layer.

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

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

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

아울러, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상술한 양극을 포함하는 전기화학소자가 제공될 수 있다. 상기 전기화학소자는 구체적으로 전지, 커패시터 등일 수 있으며, 보다 구체적으로는 리튬 이차전지일 수 있다.In addition, according to another aspect of the present invention, an electrochemical device including the above-described positive electrode may be provided. The electrochemical device may specifically be a battery, a capacitor, or the like, and more specifically, a lithium secondary battery.

상기 리튬 이차전지는 구체적으로, 양극, 상기 양극과 대향하여 위치하는 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재되는 분리막 및 전해질을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 양극은 앞서 설명한 바와 동일하므로, 편의상 구체적인 설명을 생략하고, 이하에서는 전술되지 아니한 나머지 구성에 대해서만 구체적으로 설명한다.Specifically, the lithium secondary battery may include a positive electrode, a negative electrode positioned opposite to the positive electrode, and a separator and an electrolyte interposed between the positive electrode and the negative electrode. Here, since the   anode is the same as described above, a detailed description will be omitted for convenience, and only the remaining components not described above will be described in detail below.

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

상기 음극은 음극 집전체 및 상기 음극 집전체 상에 위치하는 음극 활물질층을 포함할 수 있다.The negative electrode may include a negative electrode current collector and an anode   active material layer positioned on the negative electrode current collector.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

상기 유기 용매로는 전지의 전기 화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 할 수 있는 것이라면 특별한 제한없이 사용될 수 있다. 구체적으로 상기 유기 용매로는, 메틸 아세테이트(methyl acetate), 에틸 아세테이트(ethyl acetate), γ-부티로락톤(γ-butyrolactone), ε-카프로락톤(ε-caprolactone) 등의 에스테르계 용매; 디부틸 에테르(dibutyl ether) 또는 테트라히드로퓨란(tetrahydrofuran) 등의 에테르계 용매; 시클로헥사논(cyclohexanone) 등의 케톤계 용매; 벤젠(benzene), 플루오로벤젠(fluorobenzene) 등의 방향족 탄화수소계 용매; 디메틸카보네이트(dimethylcarbonate, DMC), 디에틸카보네이트(diethylcarbonate, DEC), 메틸에틸카보네이트(methylethylcarbonate, MEC), 에틸메틸카보네이트(ethylmethylcarbonate, EMC), 에틸렌카보네이트(ethylene carbonate, EC), 프로필렌카보네이트(propylene carbonate, PC) 등의 카보네이트계 용매; 에틸알코올, 이소프로필 알코올 등의 알코올계 용매; R-CN (R은 탄소수 2 내지 20의 직쇄상, 분지상 또는 환 구조의 탄화수소기이며, 이중결합 방향 환 또는 에테르 결합을 포함할 수 있다) 등의 니트릴류; 디메틸포름아미드 등의 아미드류; 1,3-디옥솔란 등의 디옥솔란류; 또는 설포란(sulfolane)류 등이 사용될 수 있다. 이중에서도 카보네이트계 용매가 바람직하고, 전지의 충방전 성능을 높일 수 있는 높은 이온전도도 및 고유전율을 갖는 환형 카보네이트(예를 들면, 에틸렌카보네이트 또는 프로필렌카보네이트 등)와, 저점도의 선형 카보네이트계 화합물(예를 들면, 에틸메틸카보네이트, 디메틸카보네이트 또는 디에틸카보네이트 등)의 혼합물이 보다 바람직하다. 이 경우 환형 카보네이트와 사슬형 카보네이트는 약 1:1 내지 약 1:9의 부피비로 혼합하여 사용하는 것이 전해액의 성능이 우수하게 나타날 수 있다.The organic solvent may be used without any particular limitation as long as it can serve as a medium through which ions involved in the electrochemical reaction of the battery can move. Specifically, as the organic solvent, ester solvents such as methyl acetate, ethyl acetate, γ-butyrolactone, ε-caprolactone; ether-based solvents such as dibutyl ether or tetrahydrofuran; ketone solvents such as cyclohexanone; aromatic hydrocarbon-based solvents such as benzene and fluorobenzene; dimethylcarbonate (DMC), diethylcarbonate (DEC), methylethylcarbonate (MEC), ethylmethylcarbonate (EMC), ethylene carbonate (EC), propylene carbonate, carbonate-based solvents such as PC); alcohol solvents such as ethyl alcohol and isopropyl alcohol; nitriles such as R-CN (R is a linear, branched, or cyclic hydrocarbon group having 2 to 20 carbon atoms and may contain a double bond aromatic ring or ether bond); amides such as dimethylformamide; dioxolanes such as 1,3-dioxolane; Or sulfolanes and the like may be used. Among them, a carbonate-based solvent is preferable, and a cyclic carbonate (eg, ethylene carbonate or propylene carbonate, etc.) having high ionic conductivity and high dielectric constant capable of increasing the charge/discharge performance of the battery, and a low-viscosity linear carbonate-based compound ( For example, a mixture of ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate or diethyl carbonate) is more preferable. In this case, when the cyclic carbonate and the chain carbonate are mixed in a volume ratio of about 1:1 to about 1:9, the electrolyte may exhibit excellent performance.

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

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

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

본 발명에 따른 리튬 이차전지의 외형은 특별한 제한이 없으나, 캔을 사용한 원통형, 각형, 파우치(pouch)형 또는 코인(coin)형 등이 될 수 있다. 또한, 리튬 이차전지는 소형 디바이스의 전원으로 사용되는 전지셀에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 다수의 전지셀들을 포함하는 중대형 전지모듈에 단위전지로도 바람직하게 사용될 수 있다.The external shape of the lithium secondary battery according to the present invention is not particularly limited, but may be a cylindrical shape using a can, a prismatic shape, a pouch type, or a coin type. In addition, the lithium secondary battery may be used not only in a battery cell used as a power source for a small device, but may also be preferably used as a unit cell in a medium or large battery module including a plurality of battery cells.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 리튬 이차전지를 단위 셀로 포함하는 전지 모듈 및/또는 이를 포함하는 전지팩이 제공될 수 있다.According to another aspect of the present invention, a battery module including the lithium secondary battery as a unit cell and/or a battery pack including the same may be provided.

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

이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 다만, 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범주가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는다 할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. However, these examples are only for illustrating the present invention, and it will not be construed that the scope of the present invention is limited by these examples.

실험예 1.Experimental Example 1.

(1) 양극 활물질의 제조(1) Preparation of positive electrode active material

(실시예 1)(Example 1)

공침법(co-precipitation method)을 구형의 Ni0.92Co0.08(OH)2 수산화물 전구체를 합성하였다. 90L 급의 반응기에서 NiSO4·7H2O 및 CoSO4·7H2O 를 92:8의 몰비로 혼합한 1.5 M의 복합 전이금속 황산 수용액에 25 wt%의 NaOH와 30 wt%의 NH4OH를 투입하였다. 반응기 내의 pH는 11.5를 유지시켰고 이때의 반응기 온도는 60 ℃로 유지하였으며, 불활성 가스인 N2를 반응기에 투입하여, 제조된 전구체가 산화되지 않도록 하였다. 합성 교반 완료 후, Filter press (F/P) 장비를 이용하여 세척 및 탈수를 진행하여, Ni0.92Co0.08(OH)2 수산화물 전구체를 수득하였다. A spherical Ni 0.92 Co 0.08 (OH) 2 hydroxide precursor was synthesized by a co-precipitation method. In a 90L reactor, 25 wt% of NaOH and 30 wt% of NH 4 OH were added to a 1.5 M complex transition metal sulfuric acid aqueous solution in which NiSO 4 .7H 2 O and CoSO 4 .7H 2 O were mixed in a molar ratio of 92:8. was put in. The pH in the reactor was maintained at 11.5 and the reactor temperature at this time was maintained at 60 °C, and N 2 as an inert gas was added to the reactor to prevent oxidation of the prepared precursor. After completion of the synthesis stirring, washing and dehydration were performed using a filter press (F/P) equipment to obtain a Ni 0.92 Co 0.08 (OH) 2 hydroxide precursor.

수산화물 전구체를 Li 함유 원료 물질인 LiOH 및 Al 함유 원료물질인 Al2O3와 함께 믹서를 사용하여 혼합하였고 소성로에서 O2 분위기를 유지하며 분당 1 ℃로 승온하여 열처리 온도 650℃에서 10시간 유지한 후 자연 냉각하였다. 얻어진 양극활물질을 W 함유 원료 물질(WO3) 및 B 함유 원료 물질(B2O3)과 함께 믹서를 사용하여 혼합하였다. 동일한 소성로에서 O2 분위기를 유지하며, 분당 2℃로 승온하여 열처리 온도 600 ℃에서 5시간 유지한 후 자연 냉각하였다.With a hydroxide precursor and the Li-containing raw material LiOH and Al-containing source material of Al 2 O 3 were mixed using a mixer keeping the O 2 atmosphere in the firing furnace and the temperature was raised to per 1 ℃ kept 10 hours at the heat treatment temperature 650 ℃ Then, it was cooled naturally. The obtained cathode active material was mixed with a W-containing raw material (WO 3 ) and a B-containing raw material (B 2 O 3 ) using a mixer. Maintaining the O 2 atmosphere in the same kiln, the temperature was raised to 2 ℃ per minute, the heat treatment temperature was maintained at 600 ℃ for 5 hours, and then cooled naturally.

(실시예 2)(Example 2)

실시예 2에서 제조된 양극 활물질이 Li1.06Ni0.9029Co0.0788Al0.0142W0.0031Nb0.001O2 조성식을 갖도록 B 함유 원료 물질(B2O3) 대신 Nb 함유 원료 물질(Nb2O5)을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 양극 활물질을 제조하였다.The positive active material prepared in Example 2 was Li 1.06 Ni 0.9029 Co 0.0788 Al 0.0142 W 0.0031 Nb 0.001 O 2 A cathode active material was prepared in the same manner as in Example 1, except that an Nb-containing raw material (Nb 2 O 5 ) was used instead of a B-containing raw material (B 2 O 3 ) to have a compositional formula.

(실시예 3)(Example 3)

실시예 3에서 제조된 양극 활물질이 Li1.04Ni0.9034Co0.0787Al0.0138W0.003Ce0.0011O2 조성식을 갖도록 B 함유 원료 물질(B2O3) 대신 Ce 함유 원료 물질(CeO2)을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 양극 활물질을 제조하였다.The exemplary cathode active material prepared in Example 3 Li 1.04 Ni 0.9034 Co 0.0787 Al 0.0138 W 0.003 Ce 0.0011 O 2 A cathode active material was prepared in the same manner as in Example 1, except that a Ce-containing raw material (CeO 2 ) was used instead of a B-containing raw material (B 2 O 3 ) to have a compositional formula.

(실시예 4)(Example 4)

실시예 4에서 제조된 양극 활물질이 Li1.03Ni0.9030Co0.0789Al0.0143W0.0028Ti0.001O2 조성식을 갖도록 B 함유 원료 물질(B2O3) 대신 Ti 함유 원료 물질(TiO2)을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 양극 활물질을 제조하였다.The cathode active material prepared in Example 4 has a composition formula of Li 1.03 Ni 0.9030 Co 0.0789 Al 0.0143 W 0.0028 Ti 0.001 O 2 B-containing raw material (B 2 O 3 ) Instead of Ti-containing raw material (TiO 2 ) Except for using , A positive electrode active material was prepared in the same manner as in Example 1.

(실시예 5)(Example 5)

실시예 5에서 제조된 양극 활물질이 Li1.06Ni0.9032Co0.0787Al0.0141W0.003Zr0.001O2 조성식을 갖도록 B 함유 원료 물질(B2O3) 대신 Zr 함유 원료 물질(ZrO2)을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 양극 활물질을 제조하였다.Zr-containing raw material (ZrO 2 ) instead of B-containing raw material (B 2 O 3 ) so that the positive active material prepared in Example 5 has a composition formula of Li 1.06 Ni 0.9032 Co 0.0787 Al 0.0141 W 0.003 Zr 0.001 O 2 , A positive electrode active material was prepared in the same manner as in Example 1.

(실시예 6)(Example 6)

실시예 6에서 제조된 양극 활물질이 Li1.06Ni0.9027Co0.0787Al0.0141W0.0031Ti0.0009Zr0.0005O2 조성식을 갖도록 B 함유 원료 물질(B2O3) 대신 Zr 함유 원료 물질(ZrO2) 및 Ti 함유 원료 물질(TiO2)을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 양극 활물질을 제조하였다.The positive active material prepared in Example 6 was Li 1.06 Ni 0.9027 Co 0.0787 Al 0.0141 W 0.0031 Ti 0.0009 Zr 0.0005 O 2 A cathode active material was prepared in the same manner as in Example 1, except that Zr-containing raw material (ZrO 2 ) and Ti-containing raw material (TiO 2 ) were used instead of B-containing raw material (B 2 O 3 ) to have a compositional formula.

(비교예 1)(Comparative Example 1)

비교예 1에서 제조된 양극 활물질이 Li1.05Ni0.9040Co0.0790Al0.0140W0.0030O2 조성을 갖도록 도펀트로서 W 함유 원료 물질(WO3)을 단독으로 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 양극 활물질을 제조하였다.The cathode active material prepared in Comparative Example 1 had a composition of Li 1.05 Ni 0.9040 Co 0.0790 Al 0.0140 W 0.0030 O 2 W-containing raw material (WO 3 ) as a dopant alone, except that the cathode active material was used alone in the same manner as in Example 1 was prepared.

(2) 양극 활물질의 SEM 및 TEM 분석(2) SEM and TEM analysis of cathode active material

도 1 내지 도 4는 실시예 6에서 제조된 양극 활물질에 대한 투과전자현미경(TEM) 분석 및 TEM/EDS Mapping 결과를 나타낸 것이며, 도 5는 TEM/EDS Mapping 결과에 따라 측정된 도핑 금속 원소(Zr, Ti, W)의 함량을 나타낸 그래프(line sum spectrum)이다.1 to 4 show transmission electron microscope (TEM) analysis and TEM/EDS mapping results for the positive active material prepared in Example 6, and FIG. 5 is a doped metal element (Zr) measured according to the TEM/EDS mapping results. , Ti, W) is a graph (line sum spectrum) showing the content.

도 1은 실시예 6에서 제조된 양극 활물질의 최표면으로부터 일부분을 나타내고 있으며, 도 2 내지 도 4는 각각 도 1에 나타낸 양극 활물질에 존재하는 W, Ti 및 Zr의 분포를 나타내고 있다.FIG. 1 shows a portion from the outermost surface of the cathode active material prepared in Example 6, and FIGS. 2 to 4 show the distribution of W, Ti, and Zr present in the cathode active material shown in FIG. 1, respectively.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 실시예 6에서 제조된 양극 활물질 중 W, Ti 및 Zr은 2차 입자의 표면부로부터 2차 입자의 중심부를 향해 감소하는 농도 구배를 나타내고 있음을 확인할 수 있다.2 to 4 , it can be seen that W, Ti, and Zr of the positive active material prepared in Example 6 exhibit a decreasing concentration gradient from the surface portion of the secondary particle toward the center of the secondary particle.

또한, 도 5를 참조하면, Ti 및 Zr의 경우, 2차 입자의 표면부에서의 농도 감소율이 W 보다 큰 것을 확인할 수 있다. 도 5에 도시된 결과는, 리튬 복합 산화물을 형성하는 상기 2차 입자 내 W, Ti 및 Zr의 농도 구배뿐만 아니라 리튬 복합 산화물을 형성하는 1차 입자 사이의 계면 및 상기 1차 입자가 응집하여 형성된 2차 입자의 표면 중 적어도 일부에 존재하는 리튬 금속 산화물 및 금속 산화물의 농도 구배에 의한 영향일 것으로 예측할 수 있다.Also, referring to FIG. 5 , in the case of Ti and Zr, it can be seen that the concentration reduction rate in the surface portion of the secondary particles is greater than W. The results shown in FIG. 5 show not only the concentration gradient of W, Ti and Zr in the secondary particles forming the lithium composite oxide, but also the interface between the primary particles forming the lithium composite oxide and the primary particles formed by aggregation. It can be predicted that the effect is due to the concentration gradient of lithium metal oxide and metal oxide present on at least a part of the surface of the secondary particles.

별도로 도면으로서 첨부하지는 않았으나, 실시예 1 내지 실시예 6에 따라 제조된 양극 활물질 모두 TEM/EDS Mapping 결과로부터 양극 활물질을 형성하는 2차 입자의 표면부로부터 2차 입자의 중심부를 향해 감소하는 리튬 금속 산화물의 농도 구배를 확인할 수 있었다.Although not separately attached as a drawing, all of the positive electrode active materials prepared according to Examples 1 to 6 showed a decrease from the surface portion of the secondary particles forming the positive electrode active material from the TEM/EDS Mapping results toward the center of the secondary particles. The concentration gradient of the oxide was confirmed.

도 6 및 도 7은 비교예 1에서 제조된 양극 활물질에 대한 투과전자현미경(TEM) 분석 및 TEM/EDS Mapping 결과를 나타낸 것이다.6 and 7 show transmission electron microscopy (TEM) analysis and TEM/EDS mapping results for the positive active material prepared in Comparative Example 1. FIG.

도 6은 비교예 1에서 제조된 양극 활물질의 최표면으로부터 일부분을 나타내고 있으며, 도 7은 도 6에 나타낸 양극 활물질에 존재하는 W의 분포를 나타내고 있다.6 shows a portion from the outermost surface of the cathode active material prepared in Comparative Example 1, and FIG. 7 shows the distribution of W present in the cathode active material shown in FIG. 6 .

도 7을 참조하면, 도 2 내지 도 4에 도시된 실시예 6에 따른 양극 활물질과 달리 양극 활물질 중 W가 2차 입자의 표면부로부터 2차 입자의 중심부를 향해 감소하는 농도 구배를 나타내고 있지 않음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 7 , unlike the positive active material according to Example 6 shown in FIGS. 2 to 4 , W among the positive active materials does not show a decreasing concentration gradient from the surface of the secondary particles toward the center of the secondary particles. can confirm.

(3) 양극 활물질의 XRD 분석(3) XRD analysis of positive electrode active material

실시예 1 내지 실시예 6 및 비교예 1에 따라 제조된 양극 활물질에 대하여 X선 회절(XRD) 분석을 수행하여 양극 활물질 중 리튬 금속 산화물 및 금속 산화물이 존재하는지 여부를 확인하였다. XRD 분석은 Cu Kαradiation(1.540598Å)을 이용한 Bruker D8 Advance 회절계(diffractometer)를 이용하여 수행하였다.X-ray diffraction (XRD) analysis was performed on the positive active materials prepared according to Examples 1 to 6 and Comparative Example 1 to determine whether lithium metal oxide and metal oxide were present in the positive active material. XRD analysis was performed using a Bruker D8 Advance diffractometer using Cu Kαradiation (1.540598 Å).

도 8 내지 도 10은 실시예 4 내지 실시예 6에 따라 제조된 양극 활물질에 대한 XRD 분석 결과를 나타낸 그래프이다.8 to 10 are graphs showing XRD analysis results of the positive active materials prepared according to Examples 4 to 6;

도 8을 참조하면, 양극 활물질 중 Li4WO5에 상응하는 특성 피크가 확인되며, 특히, (220) 피크는 쉬프트(shift)되지 않았으나, (111) 및 (200) 피크가 특이적으로 저각(low angle)측 쉬프트(shift)됨에 따라 Li4WO5가 형성하는 격자 구조 내 텅스텐 중 일부가 Ti로 치환된 것을 확인하였다.Referring to FIG. 8 , characteristic peaks corresponding to Li 4 WO 5 in the positive active material are confirmed, and in particular, the (220) peak is not shifted, but the (111) and (200) peaks are specifically low-angle ( It was confirmed that a portion of tungsten in the lattice structure formed by Li 4 WO 5 was substituted with Ti as the low angle side shifted.

또한, 도 9을 참조하면, 양극 활물질 중 Li4WO5에 상응하는 특성 피크가 확인되며, 특히, (111), (200) 및 (220) 피크가 특이적으로 저각(low angle)측 쉬프트(shift)됨에 따라 Li4WO5가 형성하는 격자 구조 내 텅스텐 중 일부가 Zr로 치환된 것을 확인하였다.Also, referring to FIG. 9 , characteristic peaks corresponding to Li 4 WO 5 in the positive active material are confirmed, and in particular, (111), (200) and (220) peaks are specifically shifted to the low angle side ( shift), it was confirmed that some of the tungsten in the lattice structure formed by Li 4 WO 5 was substituted with Zr.

도 10을 참조하면, NCA 조성의 양극 활물질이 형성된 것을 확인할 수 있으며, 이와 동시에 양극 활물질 내 Li4WO5, Li6WO6, LiTiO2, Li4TiO4 및 Li4ZrO4에 해당하는 피크가 존재함을 확인하였다.Referring to FIG. 10 , it can be seen that a positive active material having an NCA composition is formed, and at the same time, peaks corresponding to Li 4 WO 5 , Li 6 WO 6 , LiTiO 2 , Li 4 TiO 4 and Li 4 ZrO 4 are observed in the positive active material. existence was confirmed.

(4) 양극 활물질의 미반응 리튬 측정(4) Measurement of unreacted lithium in positive electrode active material

실시예 1 내지 실시예 6 및 비교예 1에 따라 제조된 양극 활물질에 대한 미반응 리튬 측정은 pH 적정(pH titration)에 의해 pH 4가 될 때까지 사용된 0.1M HCl의 양으로 측정하였다. 먼저, 실시예 1 내지 실시예 6 및 비교예 1에 따라 제조된 양극 활물질 각각 5 g을 DIW 100 ml에 넣고 15 분간 교반한 뒤 필터링하고, 필터링된 용액 50 ml를 취한 후 여기에 0.1 M HCl을 가하여 pH 변화에 따른 HCl 소모량을 측정하여 Q1 및 Q2를 결정하고, 이를 통해 미반응 LiOH 및 Li2CO3을 계산하였다.The measurement of unreacted lithium for the positive active materials prepared according to Examples 1 to 6 and Comparative Example 1 was measured with the amount of 0.1M HCl used until the pH was 4 by pH titration. First, 5 g of each of the positive active materials prepared according to Examples 1 to 6 and Comparative Example 1 were put into 100 ml of DIW, stirred for 15 minutes, filtered, and after taking 50 ml of the filtered solution, 0.1 M HCl was added thereto. By measuring HCl consumption according to the pH change, Q1 and Q2 were determined, and unreacted LiOH and Li 2 CO 3 were calculated through this.

M1 = 23.95 (LiOH Molecular weight)M1 = 23.95 (LiOH Molecular weight)

M2 = 73.89 (Li2CO3 Molecular weight)M2 = 73.89 (Li 2 CO 3 Molecular weight)

SPL Size = (Sample weight × Solution Weight)/ Water WeightSPL Size = (Sample weight × Solution Weight)/ Water Weight

LiOH (wt%) = [(Q1-Q2) × C × M1 × 100]/(SPL Size × 1000)LiOH (wt%) = [(Q1-Q2) × C × M1 × 100]/(SPL Size × 1000)

Li2CO3 (wt%) = [2 × Q2 × C × M2/2 × 100]/(SPL Size × 1000)Li 2 CO 3 (wt%) = [2 × Q2 × C × M2/2 × 100]/(SPL Size × 1000)

상기 계산식을 통해 측정된 미반응 리튬의 측정 결과는 하기의 표 1에 나타내었다.The measurement results of unreacted lithium measured through the above formula are shown in Table 1 below.

구분division LiOH (ppm)LiOH (ppm) Li2CO3 (ppm)Li 2 CO 3 (ppm) 실시예 1Example 1 3,943 3,943 6,257 6,257 실시예 2Example 2 5,306 5,306 6,982 6,982 실시예 3Example 3 5,137 5,137 7,050 7,050 실시예 4Example 4 4,985 4,985 7,438 7,438 실시예 5Example 5 5,573 5,573 6,781 6,781 실시예 6Example 6 4,635 4,635 6,411 6,411 비교예 1Comparative Example 1 7,100 7,100 6,324 6,324

상기 표 1의 결과를 참고하면, 실시예 1 내지 실시예 5에 따라 제조된 양극 활물질은 비교예 1에 따라 제조된 양극 활물질 대비 잔류 리튬의 양이 크게 감소한 것을 확인할 수 있다.Referring to the results of Table 1, it can be seen that the positive active material prepared according to Examples 1 to 5 significantly reduced the amount of residual lithium compared to the positive active material prepared according to Comparative Example 1.

실험예 2.Experimental Example 2.

(1) 리튬 이차전지의 제조(1) Preparation of lithium secondary battery

실시예 1 내지 실시예 6 및 비교예 1에 따라 제조된 양극 활물질 각각 94 wt%, 카본 블랙 (carbon black) 3 wt%, PVDF 바인더 3 wt%를 N-메틸-2 피롤리돈(NMP) 30 g에 분산시켜 양극 슬러리를 제조하였다. 상기 양극 슬러리를 두께 15 μm의 양극 집전체인 알루미늄(Al) 박막에 도포 및 건조하고 롤 프레스(roll press)를 실시하여 양극을 제조하였다. 양극의 로딩 레벨은 10 mg/cm2이고, 전극 밀도는 3.2 g/cm3이었다.94 wt%, 3 wt% of carbon black, and 3 wt% of PVDF binder each prepared according to Examples 1 to 6 and Comparative Example 1 were added to 30 N-methyl-2 pyrrolidone (NMP) g to prepare a positive electrode slurry. The positive electrode slurry was applied to a 15 μm-thick aluminum (Al) thin film, which is a positive electrode current collector, and dried, followed by roll press to prepare a positive electrode. The loading level of the positive electrode was 10 mg/cm 2 , and the electrode density was 3.2 g/cm 3 .

상기 양극에 대하여 금속 리튬을 대극(counter electrode)으로 하였으며, 전해액으로는 에틸렌카보네이트(EC), 에틸메틸 카보네이트(EMC) 및 디메틸카보네이트(DMC)를 2:4:4의 부피비로 혼합한 용매에 1.15M LiPF6를 첨가하여 제조하였다.For the positive electrode, metallic lithium was used as a counter electrode, and as an electrolyte, ethylene carbonate (EC), ethylmethyl carbonate (EMC) and dimethyl carbonate (DMC) were mixed in a volume ratio of 2:4:4 in a solvent of 1.15. M LiPF 6 was added.

상기 양극 및 음극 사이에 다공질 폴리에틸렌(PE) 필름으로 이루어진 세퍼레이터를 개재하여 전지 조립체를 형성하고, 상기 전해액을 주입하여 리튬 이차 전지(코인 셀)를 제조하였다.A battery assembly was formed by interposing a separator made of a porous polyethylene (PE) film between the positive electrode and the negative electrode, and the electrolyte was injected to prepare a lithium secondary battery (coin cell).

(2) 리튬 이차전지 용량 특성 평가(2) Lithium secondary battery capacity characteristics evaluation

상기에서 제조된 리튬 이차전지(코인 셀)에 대하여 25℃에서 0.15 C의 정전류(CC)로 4.25 V가 될 때까지 충전하고, 이후 4.25 V의 정전압(CV)으로 충전하여 충전전류가 0.05 mAh가 될 때까지 1회째 충전을 행하였다. 이후 20 분간 방치한 다음 0.1 C의 정전류로 3.0 V가 될 때까지 방전하여 1사이클째의 방전 용량을 측정하였다. 제1 충방전시의 충전용량, 방전용량 및 충방전 효율을 하기의 표 2에 나타내었다.The lithium secondary battery (coin cell) prepared above was charged at 25° C. with a constant current (CC) of 0.15 C until it became 4.25 V, and then charged at a constant voltage (CV) of 4.25 V so that the charging current was 0.05 mAh. The first charging was performed until the After leaving it for 20 minutes, it was discharged with a constant current of 0.1 C until it became 3.0 V, and the discharge capacity of the first cycle was measured. The charging capacity, the discharging capacity, and the charging/discharging efficiency during the first charging and discharging are shown in Table 2 below.

구분division 충전용량(mAh/g)Charging capacity (mAh/g) 방전용량(mAh/g)Discharge capacity (mAh/g) 충방전 효율(%)Charging/discharging efficiency (%) 실시예 1Example 1 233.6233.6 207.0207.0 88.6%88.6% 실시예 2Example 2 233.9233.9 211.4211.4 90.4%90.4% 실시예 3Example 3 233.5233.5 207.5207.5 88.9%88.9% 실시예 4Example 4 233.9233.9 211.6211.6 90.5%90.5% 실시예 5Example 5 233.8233.8 211.1211.1 90.3%90.3% 실시예 6Example 6 233.8233.8 211.0211.0 90.3%90.3% 비교예 1Comparative Example 1 233.6233.6 204.5204.5 87.5%87.5%

상기 표 2의 결과를 참고하면, 실시예 1 내지 실시예 6에 따라 제조된 양극 활물질을 사용한 리튬 이차전지가 비교예 1에 따라 제조된 양극 활물질을 사용한 리튬 이차전지 대비 충방전 효율 및 용량 특성 측면에서 개선된 것을 확인할 수 있다.Referring to the results of Table 2, the lithium secondary battery using the positive active material prepared according to Examples 1 to 6 compared to the lithium secondary battery using the positive active material prepared according to Comparative Example 1 was charged and discharged in terms of efficiency and capacity characteristics. improvement can be seen.

(3) 리튬 이차전지 안정성 평가(3) Lithium secondary battery stability evaluation

상기에서 제조된 리튬 이차전지(코인 셀)에 대하여 25℃에서 1 C의 정전류(CC)로 3.0 내지 4.25 V 구동 전압 범위 내에서 충/방전을 100회 실시하였다. 이에 따라, 상온에서의 충방전 100회 실시 후 초기 용량에 대한 100 사이클째의 방전 용량의 비율인 사이클 용량 유지율(capacity retention)을 측정하였다.The lithium secondary battery (coin cell) prepared above was charged/discharged 100 times at a constant current (CC) of 1 C at 25° C. within a driving voltage range of 3.0 to 4.25 V. Accordingly, after 100 times of charging and discharging at room temperature, cycle capacity retention, which is the ratio of the discharge capacity at the 100th cycle to the initial capacity, was measured.

또한, 리튬 이차전지의 고온 저장 특성을 확인하기 위해 25℃에서 충방전한 전지를 SOC 100%를 기준으로 충전하여 저항을 측정한 후 60℃에서 7일 동안 저장 후 저항을 측정하여 저항의 변화 폭을 확인하였다.In addition, in order to check the high-temperature storage characteristics of lithium secondary batteries, the resistance was measured by charging and discharging batteries at 25°C based on SOC 100% and storing them at 60°C for 7 days, then measuring the resistance to change the resistance was confirmed.

상기 측정 결과는 하기의 표 3에 나타내었다.The measurement results are shown in Table 3 below.

구분division 용량 유지율(%)Capacity retention rate (%) 고온 저장 전 저항(Ω)Resistance before high temperature storage (Ω) 고온 저장 후 저항(Ω)Resistance after high temperature storage (Ω) 실시예 1Example 1 87.4%87.4% 5.15.1 24.724.7 실시예 2Example 2 87.8%87.8% 4.34.3 27.527.5 실시예 3Example 3 88.6%88.6% 4.24.2 33.833.8 실시예 4Example 4 90.0%90.0% 2.92.9 19.919.9 실시예 5Example 5 90.1%90.1% 3.03.0 16.816.8 실시예 6Example 6 91.8%91.8% 3.03.0 11.711.7 비교예 1Comparative Example 1 81.8%81.8% 2.22.2 90.090.0

상기 표 3의 결과를 참고하면, 실시예 1 내지 실시예 6에 따라 제조된 양극 활물질을 사용한 리튬 이차전지가 비교예 1에 따라 제조된 양극 활물질을 사용한 리튬 이차전지 대비 용량 유지율이 우수할 뿐만 아니라 고온 저장 전후 저항 변화 폭이 작은 것을 확인할 수 있다.Referring to the results of Table 3, the lithium secondary battery using the positive active material prepared according to Examples 1 to 6 has excellent capacity retention compared to the lithium secondary battery using the positive active material prepared according to Comparative Example 1 as well as It can be seen that the resistance change range before and after high-temperature storage is small.

이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.As described above, the present invention has been described with reference to the illustrated drawings, but the present invention is not limited by the embodiments and drawings disclosed in the present specification. It is obvious that variations can be made. In addition, although the effects according to the configuration of the present invention are not explicitly described and described while describing the embodiments of the present invention, it is natural that the effects predictable by the configuration should also be recognized.

Claims (10)

1차 입자 및 상기 1차 입자가 응집하여 형성된 2차 입자를 포함하는 리튬 복합 산화물; 및
상기 1차 입자 사이의 계면 및 상기 2차 입자의 표면 중 적어도 일부에 존재하는 리튬 금속 산화물;
을 포함하되,
상기 리튬 금속 산화물은 하기의 화학식 2로 표시되는 리튬 텅스텐 산화물이 형성하는 격자 구조 내 텅스텐 중 적어도 일부가 적어도 1종의 도펀트로 치환된 격자 구조를 가지며,
상기 리튬 금속 산화물은 X선 회절에 있어서 상기 리튬 텅스텐 산화물에 특이적인 피크 중 적어도 하나가 저각(low angle)측으로 쉬프트된 피크를 가지는,
[화학식 2]
LiaWbOc
(여기서,
0<a≤6, 0<b≤6, 0<c≤10이다)
양극 활물질.
lithium composite oxide including primary particles and secondary particles formed by aggregation of the primary particles; and
a lithium metal oxide present in at least a portion of an interface between the primary particles and a surface of the secondary particles;
including,
The lithium metal oxide has a lattice structure in which at least a portion of tungsten in the lattice structure formed by the lithium tungsten oxide represented by the following Chemical Formula 2 is substituted with at least one dopant,
In the lithium metal oxide, at least one of the peaks specific to the lithium tungsten oxide in X-ray diffraction has a peak shifted to a low angle side,
[Formula 2]
Li a W b O c
(here,
0<a≤6, 0<b≤6, 0<c≤10)
positive electrode active material.
제1항에 있어서,
상기 1차 입자는 하기의 화학식 6으로 표시되는,
[화학식 6]
LimNi1-(n+o+p)ConM4oM5pO2
(여기서,
M4는 Mn 또는 Al이고,
M5는 Ti, Zr, Mg, V, B, Mo, Zn, Nb, Ba, Ta, Fe, Cr, Sn, Hf, Ce, W, Nd 및 Gd로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하며,
0.5≤m≤1.2, 0≤n≤0.50, 0≤o≤0.20, 0≤p≤0.20이다)
양극 활물질.
According to claim 1,
The primary particles are represented by the following formula (6),
[Formula 6]
Li m Ni 1-(n+o+p) Co n M4 o M5 p O 2
(here,
M4 is Mn or Al;
M5 comprises at least one selected from Ti, Zr, Mg, V, B, Mo, Zn, Nb, Ba, Ta, Fe, Cr, Sn, Hf, Ce, W, Nd and Gd,
0.5≤m≤1.2, 0≤n≤0.50, 0≤o≤0.20, 0≤p≤0.20)
positive electrode active material.
제1항에 있어서,
상기 리튬 금속 산화물은 X선 회절에 있어서 상기 리튬 텅스텐 산화물의 (111), (200) 및 (220)면에 대응하는 피크 중 적어도 하나가 저각(low angle)측으로 쉬프트된 피크를 가지는,
양극 활물질.
According to claim 1,
The lithium metal oxide has a peak in which at least one of the peaks corresponding to the (111), (200) and (220) planes of the lithium tungsten oxide is shifted to a low angle side in X-ray diffraction,
positive electrode active material.
제1항에 있어서,
상기 리튬 금속 산화물은 상기 2차 입자의 표면부로부터 상기 2차 입자의 중심부를 향해 감소하는 농도 구배를 나타내는,
양극 활물질.
According to claim 1,
The lithium metal oxide exhibits a concentration gradient that decreases from the surface portion of the secondary particle toward the center of the secondary particle,
positive electrode active material.
제1항에 있어서,
상기 리튬 금속 산화물은 하기의 화학식 1로 표시되는,
[화학식 1]
Lia(W1-yM1y)bOc
(여기서,
M1은 Ti, Zr, Mg, V, B, Mo, Zn, Nb, Ba, Ta, Fe, Cr, Sn, Hf, Ce, Nd 및 Gd로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하며,
0<a≤6, 0<b≤6, 0<c≤10, 0<y≤0.50이다)
양극 활물질.
According to claim 1,
The lithium metal oxide is represented by the following formula (1),
[Formula 1]
Li a (W 1-y M1 y ) b O c
(here,
M1 comprises at least one selected from Ti, Zr, Mg, V, B, Mo, Zn, Nb, Ba, Ta, Fe, Cr, Sn, Hf, Ce, Nd and Gd,
0<a≤6, 0<b≤6, 0<c≤10, 0<y≤0.50)
positive electrode active material.
제1항에 있어서,
하기의 화학식 3으로 표시되며, 상기 1차 입자 사이의 계면 및 상기 2차 입자의 표면 중 적어도 일부에 존재하는 적어도 1종의 금속 산화물을 더 포함하는,
양극 활물질:
[화학식 3]
LidM2eOf
(여기서,
M2는 Ti, Zr, Mg, V, B, Mo, Zn, Nb, Ba, Ta, Fe, Cr, Sn, Hf, Ce, W, Nd 및 Gd로부터 선택되며,
0≤d≤6, 0<e≤6, 0<f≤10이다)
According to claim 1,
Represented by the following Chemical Formula 3, further comprising at least one metal oxide present in at least a portion of an interface between the primary particles and a surface of the secondary particles,
Cathode active material:
[Formula 3]
Li d M2 e O f
(here,
M2 is selected from Ti, Zr, Mg, V, B, Mo, Zn, Nb, Ba, Ta, Fe, Cr, Sn, Hf, Ce, W, Nd and Gd,
0≤d≤6, 0<e≤6, 0<f≤10)
제6항에 있어서,
상기 금속 산화물은 상기 2차 입자의 표면부로부터 상기 2차 입자의 중심부를 향해 감소하는 농도 구배를 나타내는,
양극 활물질.
7. The method of claim 6,
The metal oxide exhibits a concentration gradient that decreases from the surface portion of the secondary particle toward the center of the secondary particle,
positive electrode active material.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 양극 활물질을 포함하는 양극을 사용하는 리튬 이차전지.A lithium secondary battery using a positive electrode comprising the positive electrode active material according to any one of claims 1 to 7. 삭제delete 삭제delete
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