KR102389410B1 - Positive electrode active material powder for lithium secondary battery, preparing method of the same, positive electrode including the same - Google Patents

Positive electrode active material powder for lithium secondary battery, preparing method of the same, positive electrode including the same Download PDF

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Abstract

본 발명은 1차 입자가 응집되어 이루어진 2차 입자의 양극 활물질 입자를 복수개 포함하는 양극 활물질 분말에 있어서, 양극 활물질 입자 전체 개수에 대하여 상기 2차 입자의 내부에 중공부를 가진 양극 활물질이 40% 내지 80%인, 양극 활물질 분말, 상기 양극 활물질 분말의 제조 방법, 및 상기 양극 활물질 분말을 포함하는 이차전지용 양극에 관한 것이다. The present invention relates to a positive active material powder comprising a plurality of positive active material particles of secondary particles formed by aggregation of primary particles, wherein the positive active material having a hollow inside the secondary particles with respect to the total number of positive active material particles is 40% to 80%, the positive electrode active material powder, a method for producing the positive electrode active material powder, and relates to a secondary battery positive electrode comprising the positive electrode active material powder.

Description

리튬 이차전지용 양극 활물질 분말, 이의 제조방법, 이를 포함하는 리튬 이차전지용 양극{POSITIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL POWDER FOR LITHIUM SECONDARY BATTERY, PREPARING METHOD OF THE SAME, POSITIVE ELECTRODE INCLUDING THE SAME}Positive electrode active material powder for lithium secondary battery, manufacturing method thereof, and positive electrode for lithium secondary battery comprising same

본 발명은 리튬 이차전지용 양극 활물질 분말, 상기 양극 활물질 분말의 제조 방법, 상기 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차전지용 양극에 관한 것이다. The present invention relates to a cathode active material powder for a lithium secondary battery, a method for producing the cathode active material powder, and a cathode for a lithium secondary battery comprising the cathode active material.

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

리튬 이차전지의 양극활물질로는 리튬 전이금속 복합 산화물이 이용되고 있으며, 이중에서도 작용전압이 높고 용량 특성이 우수한 LiCoO2 등의 리튬 코발트 복합금속 산화물이 주로 사용되고 있다. 그러나, LiCoO2는 탈리튬에 따른 결정 구조의 불안정화 때문에 열적 특성이 매우 열악하다. 또한, 상기 LiCoO2는 고가이기 때문에 전기 자동차 등과 같은 분야의 동력원으로서 대량 사용하기에는 한계가 있다. A lithium transition metal composite oxide is used as a cathode active material for a lithium secondary battery, and among them, a lithium cobalt composite metal oxide such as LiCoO 2 having a high operating voltage and excellent capacity characteristics is mainly used. However, LiCoO 2 has very poor thermal properties due to the destabilization of the crystal structure due to delithiation. In addition, since the LiCoO 2 is expensive, there is a limit to its mass use as a power source in fields such as electric vehicles.

최근, 리튬 전이금속 복합 산화물을 전기 자동차 등 대용량 전지의 동력원으로 사용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이를 위해서는 고밀도 전극의 구현이 요구되고 있다. Recently, research for using a lithium transition metal composite oxide as a power source for a large-capacity battery such as an electric vehicle is being actively conducted. For this, the realization of a high-density electrode is required.

그러나, 고밀도 전극을 구현하기 위해서 리튬 전이금속 산화물을 높은 전극 밀도로 압연할 경우, 입자 깨짐으로 인해 충방전시 부피 변화에 따른 입자의 크랙(crack)이 발생되고, 이에 따라 이를 적용한 전지의 안정성이 저하되는 문제점이 있었다.However, when a lithium transition metal oxide is rolled to a high electrode density in order to realize a high-density electrode, cracks in the particles according to the volume change during charging and discharging are generated due to particle breakage, and thus the stability of the battery to which it is applied is reduced. There was a problem with lowering.

따라서, 리튬 전이금속 산화물의 입자 형상을 개선함으로써 전극의 안정성을 유지하면서도 고밀도 전극에서 출력 성능을 향상시킬 수 있는 양극 활물질의 개발이 필요한 실정이다. Therefore, there is a need to develop a positive electrode active material capable of improving the output performance of a high-density electrode while maintaining the stability of the electrode by improving the particle shape of the lithium transition metal oxide.

대한민국 공개특허 제2016-0138048호Republic of Korea Patent Publication No. 2016-0138048

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 제1 기술적 과제는 2차 입자 내부에 중공부를 가진 양극 활물질을 포함하는 양극 활물질 분말을 제공하는 것이다. In order to solve the above problems, a first technical object of the present invention is to provide a cathode active material powder including a cathode active material having a hollow inside the secondary particles.

본 발명의 제2 기술적 과제는 상기 양극 활물질 분말의 제조 방법을 제공하는 것이다.A second technical object of the present invention is to provide a method for manufacturing the positive electrode active material powder.

본 발명의 제3 기술적 과제는 양극 활물질 분말을 포함하는 양극을 제공하는 것이다.A third technical object of the present invention is to provide a positive electrode comprising a positive electrode active material powder.

본 발명은 1차 입자가 응집되어 이루어진 2차 입자의 양극 활물질 입자를 복수개 포함하는 양극 활물질 분말에 있어서, 양극 활물질 입자 전체 개수에 대하여 상기 2차 입자의 내부에 중공부를 가진 양극 활물질이 40% 내지 80%인, 양극 활물질 분말을 제공한다. The present invention relates to a positive active material powder comprising a plurality of positive active material particles of secondary particles formed by aggregation of primary particles, wherein the positive active material having a hollow inside the secondary particles with respect to the total number of positive active material particles is 40% to It provides a positive electrode active material powder, which is 80%.

또한, 본 발명은 전이금속 함유 용액을 준비하는 단계; 상기 전이금속 함유 용액과, 암모늄 양이온 착물 형성제 및 음이온 함유 염기성 화합물을 첨가하여 pH 12 내지 pH 14에서 제1 공침반응시켜 양극 활물질 전구체 입자를 형성하는 단계; pH 10 미만에서 5 내지 24 시간 동안 유지하면서 제2 공침반응시켜 상기 양극 활물질 전구체 입자를 성장시키는 단계; 및 상기 양극 활물질 전구체와 리튬 소스를 혼합하고 소성하여, 1차 입자가 응집되어 이루어진 2차 입자 형태의 양극 활물질 입자 전체 개수에 대하여 상기 2차 입자의 내부에 중공부를 가진 양극 활물질이 40% 내지 80%인 양극 활물질 분말을 수득하는 단계를 포함하는, 양극 활물질 분말의 제조 방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of preparing a transition metal-containing solution; forming positive electrode active material precursor particles by adding the transition metal-containing solution, an ammonium cation complex forming agent, and an anion-containing basic compound to a first co-precipitation reaction at pH 12 to pH 14; growing the cathode active material precursor particles by performing a second co-precipitation reaction while maintaining the pH at less than 10 for 5 to 24 hours; and 40% to 80% of the positive active material having a hollow inside the secondary particles with respect to the total number of positive active material particles in the form of secondary particles formed by aggregation of primary particles by mixing and firing the positive electrode active material precursor and lithium source %, it provides a method for producing a positive electrode active material powder comprising the step of obtaining a positive electrode active material powder.

또한, 양극 집전체; 상기 양극 집전체 상에 형성되고, 본 발명에 따른 양극 활물질 분말을 포함하는 양극 활물질층;을 포함하는 양극에 있어서, 상기 양극은 1g/cc 내지 10 g/cc의 전극 밀도를 가지는 것인, 양극을 제공한다.In addition, the positive electrode current collector; A positive electrode active material layer formed on the positive electrode current collector and comprising the positive electrode active material powder according to the present invention; in the positive electrode comprising, the positive electrode has an electrode density of 1 g/cc to 10 g/cc, the positive electrode provides

본 발명에 따르면, 양극 활물질 분말이 2차 입자의 내부에 중공부를 가지는 양극 활물질 입자 및 2차 입자의 내부에 중공부를 가지지 않는 양극 활물질 입자를 적정 비율로 포함함으로써, 고밀도 전극을 제조하기 위하여 양극 제조 과정에서 압연 시, 2차 입자의 내부에 중공부를 가지지 않는 양극 활물질 입자는 입자가 깨짐에 따라 BET 비표면적이 증가하여 전해액과 반응하는 면적이 증가함에 따라 이를 전지에 적용 시 용량 및 출력이 향상될 수 있다. 또한, 2차 입자의 내부에 중공부를 가지는 입자는 입자가 깨지지 않고 유지되고, 이에 따라 충방전시 부피 변화가 수반되더라도 충방전 사이클에 따른 입자 내부 크랙(crack) 발생이 작아져, 수명 및 저항 특성 개선 효과가 있다. According to the present invention, the cathode active material powder contains the cathode active material particles having a hollow part inside the secondary particles and the cathode active material particles having no hollow part inside the secondary particles in an appropriate ratio, so as to manufacture a high-density electrode. When rolling in the process, the positive active material particles that do not have a hollow inside the secondary particles increase the BET specific surface area as the particles break, and as the area reacting with the electrolyte increases, the capacity and output will be improved when applied to the battery can In addition, the particles having a hollow part inside the secondary particles are maintained without breaking the particles, and thus, even if a volume change is accompanied during charging and discharging, the occurrence of internal cracks in the particles according to the charging/discharging cycle is small, and lifespan and resistance characteristics There is an improvement effect.

도 1a 및 1b는 각각 실시예 1에서 제조한 양극 활물질 분말의 고배율에서의 단면 SEM 사진 및 실시예 1에서 제조한 양극 활물질 분말의 저배율에서의 단면 SEM 사진이다.
도 2a 및 2b는 각각 실시예 2에서 제조한 양극 활물질 분말의 고배율에서의 단면 SEM 사진 및 실시예 2에서 제조한 양극 활물질 분말의 저배율에서의 단면 SEM 사진이다.
도 3a 및 3b는 각각 비교예 2에서 제조한 양극 활물질 분말의 고배율에서의 단면 SEM 사진 및 비교예 2에서 제조한 양극 활물질 분말의 저배율에서의 단면 SEM 사진이다.
도 4a 및 4b는 각각 비교예 3에서 제조한 양극 활물질 분말의 고배율에서의 단면 SEM 사진 및 비교예 3에서 제조한 양극 활물질 분말의 저배율에서의 단면 SEM 사진이다.
도 5는 실시예 1에서 제조한 리튬 이차전지의 충방전 사이클 이후, 2차 입자의 내부에 중공부를 가지는 양극 활물질 입자를 촬영한 단면 SEM 사진이다.
도 6은 실시예 1에서 제조한 리튬 이차전지의 충방전 사이클 이후, 2차 입자의 내부에 중공부를 가지지 않는 양극 활물질 입자를 촬영한 단면 SEM 사진이다.
도 7은 실시예 1~2 및 비교예 1~2에서 제조한 리튬 이차전지의 상온 출력 특성을 나타낸 그래프이다.
도 8은 실시예 1~2 및 비교예 1~2에서 제조한 리튬 이차전지의 저온 출력 특성을 나타낸 그래프이다.
도 9는 실시예 1~2 및 비교예 2~3에서 제조한 리튬 이차전지의 가스 발생량을 나타낸 그래프이다.
1a and 1b are a cross-sectional SEM photograph at a high magnification of the cathode active material powder prepared in Example 1 and a cross-sectional SEM photograph of the cathode active material powder prepared in Example 1 at a low magnification, respectively.
2A and 2B are a cross-sectional SEM photograph at a high magnification of the cathode active material powder prepared in Example 2 and a cross-sectional SEM photograph of the cathode active material powder prepared in Example 2 at a low magnification, respectively.
3A and 3B are a cross-sectional SEM photograph at a high magnification of the cathode active material powder prepared in Comparative Example 2 and a cross-sectional SEM photograph of the cathode active material powder prepared in Comparative Example 2 at a low magnification, respectively.
4A and 4B are a cross-sectional SEM photograph at a high magnification of the cathode active material powder prepared in Comparative Example 3 and a cross-sectional SEM photograph of the cathode active material powder prepared in Comparative Example 3 at a low magnification, respectively.
5 is a cross-sectional SEM photograph of a cathode active material particle having a hollow inside the secondary particle after the charge/discharge cycle of the lithium secondary battery prepared in Example 1. FIG.
6 is a cross-sectional SEM photograph of the cathode active material particles having no hollow inside the secondary particles after the charge/discharge cycle of the lithium secondary battery prepared in Example 1. Referring to FIG.
7 is a graph showing the room temperature output characteristics of the lithium secondary batteries prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2;
8 is a graph showing low-temperature output characteristics of lithium secondary batteries prepared in Examples 1-2 and Comparative Examples 1-2.
9 is a graph showing the amount of gas generated in the lithium secondary batteries prepared in Examples 1-2 and Comparative Examples 2-3.

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

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

양극 활물질cathode active material

종래 이차전지의 양극 활물질로는 리튬 코발트계 산화물이 널리 사용되고 있으나, 코발트(Co)의 경우, 매우 고가이고 공급이 불안정하기 때문에 전기 자동차 등과 같은 분야의 동력원으로 대량 사용하기에는 한계가 있었다. 이에, 코발트(Co)의 비율을 낮추고, 니켈(Ni) 또는 망간(Mn)의 비율을 높인 니켈코발트망간계 리튬 복합 금속 산화물이 사용되고 있지만 코발트(Co) 함량이 감소됨에 따라 출력 특성이 저하되는 문제점이 있었다.Lithium cobalt-based oxide is widely used as a cathode active material for a conventional secondary battery, but cobalt (Co) is very expensive and has an unstable supply, so there is a limit to mass use as a power source in fields such as electric vehicles. Accordingly, a nickel-cobalt-manganese-based lithium composite metal oxide having a lower cobalt (Co) ratio and an increased nickel (Ni) or manganese (Mn) ratio is used, but as the cobalt (Co) content is reduced, the output characteristics are reduced. there was

이에, 본 발명자들은 니켈코발트망간계 리튬 복합 금속 산화물의 형상을 개선함으로써 일부는 양극 제조 과정에서 압연 시, 입자 깨짐에 따라 BET 비표면적이 향상되어 전해액과의 반응 면적을 크게 향상시켜 높은 출력 특성 및 충방전 특성을 가지고, 다른 일부는 압연 시 입자가 깨지지 않아 활물질의 크랙(crack) 생성을 방지하여 안정성이 향상된 양극 활물질을 제공할 수 있음을 알아내고 본 발명을 완성하였다. Accordingly, the present inventors improved the shape of the nickel-cobalt-manganese-based lithium composite metal oxide, and in part, the BET specific surface area was improved due to particle breakage during rolling during the positive electrode manufacturing process, thereby greatly improving the reaction area with the electrolyte, resulting in high output characteristics and The present invention was completed by discovering that a positive active material having improved stability by preventing cracks in the active material because some particles do not break during rolling and having charge/discharge characteristics.

먼저, 본 발명에 따른 양극 활물질에 대해 설명한다. First, a cathode active material according to the present invention will be described.

본 발명에 따른 양극 활물질 분말은, 1차 입자가 응집되어 이루어진 2차 입자의 양극 활물질 입자를 복수개 포함하는 양극 활물질 분말에 있어서, 양극 활물질 입자 전체 개수에 대하여 2차 입자의 내부에 중공부를 가진 양극 활물질이 40% 내지 80%인 것이다. The positive electrode active material powder according to the present invention is a positive electrode active material powder comprising a plurality of positive electrode active material particles of secondary particles formed by agglomeration of primary particles, a positive electrode having a hollow inside the secondary particles with respect to the total number of positive electrode active material particles The active material is 40% to 80%.

본 발명에 있어서, '1차 입자'는 단일 입자의 1차 구조체를 의미하고, '2차 입자'는 2차 입자를 구성하는 1차 입자에 대한 의도적인 응집 또는 조립 공정 없이도 1차 입자 간의 물리적 또는 화학적 결합에 의해 1차 입자들끼리 응집된 응집체, 즉 2차 구조체를 의미한다.In the present invention, 'primary particles' means a primary structure of a single particle, and 'secondary particles' are physical between primary particles without intentional aggregation or assembly process for primary particles constituting secondary particles. Alternatively, it refers to an aggregate in which primary particles are aggregated by chemical bonding, that is, a secondary structure.

상기 양극 활물질이 1차 입자가 응집된 2차 입자 형태로 형성됨으로써, 양극 활물질과 전해액의 접촉 면적이 넓고, 양극 활물질 내 리튬 이온의 이동 거리가 짧아, 고용량 및 고출력 특성을 나타낼 수 있다. 또한, 높은 비표면적을 가지면서도 동시에 높은 압연 밀도를 구현할 수 있어, 전극의 단위 면적당 에너지 밀도를 증가시킬 수 있다. Since the positive active material is formed in the form of secondary particles in which primary particles are aggregated, the contact area between the positive active material and the electrolyte is large, and the movement distance of lithium ions in the positive active material is short, thereby exhibiting high capacity and high output characteristics. In addition, it is possible to realize a high rolling density while having a high specific surface area, thereby increasing the energy density per unit area of the electrode.

상기 양극 활물질 분말의 평균 입경(D50)은 2㎛ 내지 13㎛, 더 바람직하게는 3㎛ 내지 11㎛일 수 있다. 상기 양극 활물질 분말의 평균 입경(D50)이 상기 범위를 만족할 경우, 용량 및 출력 특성 개선에 효과적일 수 있다.The average particle diameter (D 50 ) of the cathode active material powder may be 2 μm to 13 μm, more preferably 3 μm to 11 μm. When the average particle diameter (D 50 ) of the cathode active material powder satisfies the above range, it may be effective to improve capacity and output characteristics.

본 명세서에서 평균 입경(D50)은 입자의 입경 분포 곡선에 있어서, 체적 누적량의 50%에 해당하는 입경으로 정의할 수 있다. 상기 평균 입경(D50)은 예를 들어, 레이저 회절법(laser diffraction method)을 이용하여 측정할 수 있다. 상기 레이저 회절법은 일반적으로 서브미크론(submicron) 영역에서부터 수 mm 정도의 입경의 측정이 가능하며, 고 재현성 및 고 분해성의 결과를 얻을 수 있다.In the present specification, the average particle diameter (D 50 ) may be defined as a particle diameter corresponding to 50% of the cumulative volume in the particle size distribution curve of the particles. The average particle diameter (D 50 ) may be measured using, for example, a laser diffraction method. In general, the laser diffraction method can measure a particle diameter of several mm from a submicron region, and can obtain high reproducibility and high resolution results.

예를 들어, 상기 양극 활물질 분말의 평균 입경(D50)의 측정 방법은, 상기 양극 활물질 분말을 시판되는 레이저 회절 입도 측정 장치(예를 들어 Microtrac MT 3000)에 도입하여 약 28 kHz의 초음파를 출력 60W로 조사한 후, 측정 장치에 있어서의 입경 분포 체적 누적량의 50% 기준에서의 평균 입경(D50)을 산출할 수 있다.For example, in the method of measuring the average particle diameter (D 50 ) of the cathode active material powder, the cathode active material powder is introduced into a commercially available laser diffraction particle size measuring device (eg, Microtrac MT 3000) to output an ultrasonic wave of about 28 kHz After irradiating at 60 W, the average particle diameter (D 50 ) in the 50% standard of the particle size distribution volume accumulation amount in the measuring device can be calculated.

상기 양극 활물질 분말은, 하기 화학식 1로 표시되는 리튬 전이금속 산화물 입자를 복수개 포함할 수 있다.The cathode active material powder may include a plurality of lithium transition metal oxide particles represented by Formula 1 below.

[화학식 1][Formula 1]

Li1+aNi1-x-yCoxM1 yM2 zO2 Li 1+a Ni 1-xy Co x M 1 y M 2 z O 2

상기 화학식 1에 있어서, 0≤a≤0.5, 0.2≤x+y≤0.4, x<y, 0≤z≤0.1이고, In Formula 1, 0≤a≤0.5, 0.2≤x+y≤0.4, x<y, 0≤z≤0.1,

M1은 Mn 및 Al으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상이고, M2는 Ba, Ca, Zr, Ti, Mg, Ta, Nb 및 Mo으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상임.M 1 is at least one selected from the group consisting of Mn and Al, and M 2 is at least one selected from the group consisting of Ba, Ca, Zr, Ti, Mg, Ta, Nb and Mo.

바람직하게는, 상기 양극 활물질 분말은 0≤a≤0.3, 0.2≤x+y≤0.3, x<y, 0≤z≤0.05일 수 있고, 리튬을 제외한 전이금속 산화물 전체 몰수에 대하여, 니켈을 60몰% 내지 80 몰%로 포함하는 것일 수 있다. 상기 양극 활물질 분말이 상기 범위로 니켈을 포함할 경우, 고용량 특성을 가질 수 있다. Preferably, the positive electrode active material powder may be 0≤a≤0.3, 0.2≤x+y≤0.3, x<y, 0≤z≤0.05, with respect to the total moles of transition metal oxides excluding lithium, nickel is 60 It may be included in mol% to 80 mol%. When the cathode active material powder contains nickel in the above range, it may have high capacity characteristics.

상기 화학식 1 중 M1은 Mn 및 Al으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상일 수 있다. 예를들면, 상기 M1이 Mn일 경우 활물질의 구조 안정성을 개선할 수 있고, 상기 M1이 Al일 경우, 활물질의 표면 특성을 개선하여, 열 안정성을 향상시킬 수 있다. M 1 in Formula 1 may be at least one selected from the group consisting of Mn and Al. For example, when M 1 is Mn, the structural stability of the active material may be improved, and when M 1 is Al, the surface properties of the active material may be improved, thereby improving thermal stability.

특히, 상기 화학식 1 중 Co의 함량보다 M1의 함량을 높게 함으로써, 저비용으로 구조 안정성 또한 우수한 활물질을 제공할 수 있다. In particular, by making the content of M 1 higher than the content of Co in Formula 1, it is possible to provide an active material having excellent structural stability at low cost.

또한, 본 발명에서 상기 양극 활물질 분말은, 2차 입자의 내부에 중공부를 가진 양극 활물질 및 2차 입자의 내부에 중공부를 가지지 않은 양극 활물질을 포함하는 것일 수 있다.In addition, in the present invention, the cathode active material powder may include a cathode active material having a hollow part inside the secondary particles and a cathode active material having no hollow part inside the secondary particle.

상기 양극 활물질 입자 전체 개수에 대하여, 2차 입자의 내부에 중공부를 가진 양극 활물질은 40% 내지 80%, 바람직하게는 40% 내지 70%일 수 있다. 상기와 같이 양극 활물질 입자 전체 개수에 대하여, 2차 입자의 내부에 중공부를 가진 양극 활물질을 40% 내지 80% 포함할 경우, 이를 적용한 전지의 용량 및 출력 특성이 향상될 수 있다. 구체적으로, 상기 양극 활물질의 압연 시 상기 2차 입자의 내부에 중공부를 가진 양극 활물질은 깨질 수도 있고, 깨지지 않고 내부에 중공부를 가진 구조가 유지될 수 있다. 상기 2차 입자의 내부에 중공부를 가진 양극 활물질이 깨질 경우, 양극 활물질의 입자 깨짐에 의해 내부 표면이 드러나기 때문에 양극 활물질의 BET 비표면적이 커지게 된다. 상기와 같이 양극 활물질의 BET 비표면적이 커질 경우, 전해액과 반응하는 면적이 커짐으로써 용량 및 출력 특성이 향상될 수 있다. 예를 들면, 상기 2차 입자의 내부에 중공부를 가진 양극 활물질이 깨지지 않고 형상이 유지될 경우, 충방전 시 전극의 부피 변화가 수반되더라도 입자 내부의 중공부가 완충층으로 작용하여 양극 활물질에 크랙(crack)이 거의 발생하지 않아 양극 활물질의 안정성이 향상될 수 있다. Based on the total number of the positive active material particles, the amount of the positive active material having a hollow inside the secondary particles may be 40% to 80%, preferably 40% to 70%. As described above, when 40% to 80% of the cathode active material having a hollow part inside the secondary particles is included with respect to the total number of the cathode active material particles, the capacity and output characteristics of the battery to which it is applied may be improved. Specifically, when the positive electrode active material is rolled, the positive active material having the hollow part inside the secondary particles may be broken, and the structure having the hollow part inside may be maintained without being broken. When the cathode active material having a hollow inside the secondary particles is broken, the BET specific surface area of the cathode active material is increased because the inner surface is exposed due to the breakage of the particles of the cathode active material. As described above, when the BET specific surface area of the positive electrode active material increases, the area reacting with the electrolyte increases, thereby improving capacity and output characteristics. For example, when the shape of the positive active material having a hollow part inside the secondary particle is maintained without being broken, the hollow part inside the particle acts as a buffer layer even if a volume change of the electrode is accompanied during charging and discharging to cause cracks in the positive electrode active material. ) hardly occurs, so the stability of the positive electrode active material can be improved.

예를 들면, 상기 양극 활물질 입자 전체 개수에 대하여, 2차 입자의 내부에 중공부를 가진 양극 활물질을 40% 미만으로 형성할 경우, 충방전 시 수반되는 부피 변화가 커서 양극 활물질의 안정성 및 수명 특성이 열위해질 수 있고, 양극 활물질의 용량 및 출력 특성을 개선시키기 어려워질 수 있다. 또한, 상기 양극 활물질 입자 전체 개수에 대하여, 2차 입자의 내부에 중공부를 가진 양극 활물질을 80% 초과로 형성할 경우, 양극 활물질의 BET 비표면적이 증가하는 입자의 비율이 크기 때문에, 전해액과의 부반응으로 인한 가스 발생량이 증가할 수 있다. For example, when the amount of the positive active material having a hollow part inside the secondary particles is less than 40% with respect to the total number of the positive active material particles, the volume change accompanying charging and discharging is large, so that the stability and lifespan characteristics of the positive active material are improved. It may be inferior, and it may be difficult to improve the capacity and output characteristics of the positive electrode active material. In addition, when the positive active material having a hollow part inside the secondary particles is formed in an amount of more than 80% with respect to the total number of the positive active material particles, since the proportion of particles that increase the BET specific surface area of the positive active material is large, Gas generation due to side reactions may increase.

또한, 상기 양극 활물질 입자 전체 개수에 대하여, 2차 입자의 내부에 중공부를 가지지 않은 양극 활물질은 60% 이하, 바람직하게는 20% 내지 60%, 더욱 바람직하게는 30% 내지 50%일 수 있다. 상기와 같이 양극 활물질 입자 전체 개수에 대하여, 2차 입자의 내부에 중공부를 가지지 않은 양극 활물질을 60% 이하로 포함할 경우, 양극 활물질을 압연 시, 상기 2차 입자의 내부에 중공부를 가지지 않은 양극 활물질은 입자가 거의 깨지지 않고 유지되므로, 상기 양극 활물질의 안정성을 향상시킬 수 있다. In addition, with respect to the total number of the positive active material particles, the amount of the positive active material having no hollow part inside the secondary particles may be 60% or less, preferably 20% to 60%, more preferably 30% to 50%. As described above, with respect to the total number of the positive active material particles, when the positive active material having no hollow parts inside the secondary particles is included in an amount of 60% or less, when the positive active material is rolled, the positive electrode having no hollow parts inside the secondary particles Since the active material maintains almost unbreakable particles, the stability of the positive active material may be improved.

예를 들면, 상기 양극 활물질 입자 전체 개수에 대하여, 2차 입자의 내부에 중공부를 가지지 않은 양극 활물질을 60% 초과로 포함할 경우, 양극 활물질을 압연 시, 양극 활물질의 입자 깨짐이 거의 발생하지 않은 입자의 비율이 높아지고, 입자 깨짐이 발생하더라도 양극 활물질의 내부에 중공부를 가지지 않기 때문에 입자 깨짐으로 인한 비표면적 증가가 크지 않아 용량 및 출력 특성 개선 효과가 미미할 수 있다. 예를 들면, 상기 양극 활물질 입자 전체 개수에 대하여, 2차 입자의 내부에 중공부를 가지지 않은 양극 활물질이 20% 미만으로 포함할 경우, 입자 깨짐으로 인해 BET 비표면적이 높아진 양극 활물질 입자의 비율이 높아지고, 이에 따라 양극 활물질 분말의 안정성이 저하될 수 있다. For example, when the positive active material having no hollow part inside the secondary particles is contained in an amount of more than 60% with respect to the total number of the positive active material particles, when the positive active material is rolled, the particles of the positive active material hardly occur Even if the proportion of particles is increased and particle cracking occurs, since the positive active material does not have a hollow part inside the cathode active material, the specific surface area increase due to particle cracking is not large, so the effect of improving capacity and output characteristics may be insignificant. For example, when the amount of the positive active material having no hollow part inside the secondary particles is less than 20% with respect to the total number of the positive active material particles, the ratio of positive electrode active material particles having an increased BET specific surface area due to particle breakage is increased. , and thus the stability of the cathode active material powder may be reduced.

상기 양극 활물질 분말의 내부 기공율은 접속이온빔(focused ion beam, FIB)을 이용한 입자의 단면 분석에 의해 측정할 수 있다. 구체적으로는, 2 차 입자를 집속이온빔을 이용하여 절단하고, SEM에 의해 단면 이미지를 취득한 후, 이를 컴퓨터 화상처리에 의해 단면 중의 공간부분과 물질부분으로 나눈 후 하기 식 1에 따라 측정할 수 있다.The internal porosity of the cathode active material powder may be measured by cross-sectional analysis of particles using a focused ion beam (FIB). Specifically, secondary particles are cut using a focused ion beam, cross-sectional images are acquired by SEM, and then divided into spatial and material parts in the cross-section by computer image processing, followed by measurement according to Equation 1 below. .

[식 1][Equation 1]

내부 기공율(%) = 100 - (리튬 전이금속 산화물의 표면적 / 2차 입자 전체 표면적) * 100Internal porosity (%) = 100 - (surface area of lithium transition metal oxide / total surface area of secondary particles) * 100

상기 양극 활물질 분말에 있어서, 2차 입자의 내부에 중공부를 가진 양극 활물질의 내부 기공율은 10% 내지 60%, 바람직하게는 20% 내지 50%일 수 있다. 상기 2차 입자의 내부에 중공부를 가진 양극 활물질의 내부 기공율이 상기 범위를 만족할 경우, 양극 활물질 압연 시 수반되는 입자의 깨짐으로 인해 용량 및 출력 개선에 효과를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 내부 기공율이 10% 미만일 경우, 양극 활물질 압연 시 입자 깨짐으로 인한 비표면적 증가가 크지 않아 용량 및 출력특성 개선 효과가 미미할 수 있다. 또한, 상기 내부 기공율이 60%를 초과할 경우, 양극 활물질 압연 시 입자 깨짐으로 인한 비표면적 증가가 매우 크기 때문에 전해액과의 부반응이 발생하여 저항이 증가될 수 있다.In the cathode active material powder, the internal porosity of the cathode active material having a hollow inside the secondary particles may be 10% to 60%, preferably 20% to 50%. When the internal porosity of the positive active material having a hollow part inside the secondary particles satisfies the above range, it may have an effect on capacity and output improvement due to cracking of particles accompanying the rolling of the positive active material. For example, when the internal porosity is less than 10%, the increase in specific surface area due to particle breakage during rolling of the positive active material is not large, and thus the effect of improving capacity and output characteristics may be insignificant. In addition, when the internal porosity exceeds 60%, the increase in specific surface area due to particle breakage during rolling of the positive active material is very large, so a side reaction with the electrolyte may occur, thereby increasing resistance.

전술한 이차전지용 양극 활물질 분말은 2차 입자의 내부에 중공부를 가지는 양극 활물질 및 2차 입자의 내부에 중공부를 가지지 않는 양극 활물질을 적정 비율, 바람직하게는 40:60~80:20으로 포함함으로써, 안정성이 향상될 뿐만 아니라, 리튬의 삽입 및/또는 탈리가 우수하게 구현되므로 출력 특성 및 충방전 특성이 향상된 양극 활물질 분말을 제공할 수 있다.The above-described positive electrode active material powder for secondary batteries includes a positive active material having a hollow part inside the secondary particles and a positive electrode active material having no hollow part inside the secondary particle in an appropriate ratio, preferably 40:60 to 80:20, It is possible to provide a cathode active material powder having improved output characteristics and improved charge/discharge characteristics because stability is improved and insertion and/or deintercalation of lithium is excellently implemented.

이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법Method for manufacturing a cathode active material for a secondary battery

다음으로, 본 발명에 따른 양극 활물질 분말의 제조 방법에 대해 설명한다. Next, a method for manufacturing the cathode active material powder according to the present invention will be described.

구체적으로, 본 발명에 따른 양극 활물질 분말을 제조하기 위해서, 전이금속 함유 용액을 준비하는 단계; 상기 전이금속 함유 용액과, 암모늄 양이온 함유 용액 및 염기성 수용액을 첨가하여 pH 12 내지 pH 14에서 제1 공침반응시켜 양극 활물질 전구체 입자를 형성하는 단계; pH 10 미만에서 5 내지 24 시간 동안 유지하면서 제2 공침반응시켜 상기 양극 활물질 전구체 입자를 성장시키는 단계; 및 상기 양극 활물질 전구체와 리튬 소스를 혼합하고 소성하여, 1차 입자가 응집되어 이루어진 2차 입자 형태의 양극 활물질 입자 전체 개수에 대하여 상기 2차 입자의 내부에 중공부를 가진 양극 활물질 입자가 40% 이상인 양극 활물질 분말을 수득하는 것이다. Specifically, in order to prepare the cathode active material powder according to the present invention, preparing a transition metal-containing solution; forming positive electrode active material precursor particles by adding the transition metal-containing solution, an ammonium cation-containing solution, and a basic aqueous solution to a first co-precipitation reaction at pH 12 to pH 14; growing the cathode active material precursor particles by performing a second co-precipitation reaction while maintaining the pH at less than 10 for 5 to 24 hours; and 40% or more of the positive active material particles having a hollow inside the secondary particles with respect to the total number of secondary particles in the form of secondary particles formed by mixing and firing the positive electrode active material precursor and the lithium source. To obtain a cathode active material powder.

먼저, 상기 전이금속 함유 용액을 준비한다. First, the transition metal-containing solution is prepared.

상기 전이금속 함유 용액은 니켈 원료물질, 코발트 원료물질, 및 망간 원료물질을 용매, 구체적으로는 물 또는 물과 균일하게 혼합 가능한 유기용매(알코올 등)와 물의 혼합물에 첨가하여 제조할 수도 있고, 또는 각각의 금속 함유 원료물질을 포함하는 수용액을 제조한 후 이를 혼합하여 사용할 수도 있다. The transition metal-containing solution may be prepared by adding a nickel raw material, a cobalt raw material, and a manganese raw material to a solvent, specifically, water or a mixture of water or an organic solvent that can be uniformly mixed with water (alcohol, etc.) and water, or After preparing an aqueous solution containing each metal-containing raw material, it may be mixed and used.

상기 니켈, 코발트, 및 망간의 원료물질로는 각각의 금속 원소 함유 황산염, 질산염, 아세트산염, 할라이드, 수산화물, 또는 옥시수산화물 등이 사용될 수 있으며, 물 등 상기한 용매에 용해될 수 있는 것이라면, 특별히 제한되지 않고 사용될 수 있다. As the raw material of nickel, cobalt, and manganese, sulfate, nitrate, acetate, halide, hydroxide, or oxyhydroxide containing each metal element may be used, and if it can be dissolved in the above solvent such as water, especially It can be used without limitation.

구체적으로, 상기 코발트 원료물질로는 Co(OH)2, CoOOH, CoSO4, Co(OCOCH3)2ㆍ4H2O, Co(NO3)2ㆍ6H2O 또는 Co(SO4)2ㆍ7H2O로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상일 수 있다. Specifically, as the cobalt raw material, Co(OH) 2 , CoOOH, CoSO 4 , Co(OCOCH 3 ) 2 ㆍ4H 2 O, Co(NO 3 ) 2 ㆍ6H 2 O or Co(SO 4 ) 2 ㆍ7H 2 O may be at least one selected from the group consisting of.

또, 니켈 원료물질로는 Ni(OH)2, NiO, NiOOH, NiCO3·2Ni(OH)2·4H2O, NiC2O2·2H2O, Ni(NO3)2·6H2O, NiSO4, NiSO4·6H2O, 지방산 니켈염 또는 니켈 할로겐화물로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상일 수 있다. In addition, nickel raw materials include Ni(OH) 2 , NiO, NiOOH, NiCO 3 ·2Ni(OH) 2 ·4H 2 O, NiC 2 O 2 ·2H 2 O, Ni(NO 3 ) 2 ·6H 2 O, NiSO 4 , NiSO 4 ·6H 2 O, may be at least one selected from the group consisting of fatty acid nickel salt or nickel halide.

또, 상기 M1이 망간일 경우, 망간의 원료물질로는 Mn2O3, MnO2, 및 Mn3O4 등의 망간산화물; MnCO3, Mn(NO3)2, MnSO4, 아세트산 망간, 디카르복실산 망간염, 시트르산 망간 및 지방산 망간염과 같은 망간염; 옥시 수산화물, 또는 염화 망간으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상일 수 있다.In addition, when M 1 is manganese, as a raw material for manganese, manganese oxides such as Mn 2 O 3 , MnO 2 , and Mn 3 O 4 ; manganese salts such as MnCO 3 , Mn(NO 3 ) 2 , MnSO 4 , manganese acetate, dicarboxylic acid manganese salts, manganese citrate and fatty acid manganese salts; It may be at least one selected from the group consisting of oxyhydroxide, or manganese chloride.

또한, 상기 전이금속 함유 용액은 필요에 따라 선택적으로 금속 원소 M2 함유 원료 물질을 더 포함할 수 있고, 상기 M2는 Ba, Ca, Zr, Ti, Mg, Ta, Nb 및 Mo으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 금속 원소를 포함할 수 있다. In addition, the transition metal-containing solution may optionally further include a metal element M 2 containing raw material if necessary, wherein M 2 is from the group consisting of Ba, Ca, Zr, Ti, Mg, Ta, Nb and Mo. It may include at least one selected metal element.

이어서, 상기 전이금속 함유 용액과, 암모늄 양이온 함유 용액 및 염기성 수용액을 첨가하여 pH 12 내지 pH 14, 바람직하게는 pH 13 내지 pH 14에서 제1 공침반응시켜 양극 활물질 전구체 입자를 형성한다. Then, the transition metal-containing solution, ammonium cation-containing solution and basic aqueous solution are added to pH 12 to pH 14, preferably A first co-precipitation reaction is performed at pH 13 to pH 14 to form positive electrode active material precursor particles.

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

또한, 상기 염기성 수용액은 NaOH, KOH, 및 Ca(OH)2로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상을 포함할 수 있으며, 용매로는 물, 또는 물과 균일하게 혼합 가능한 유기용매(구체적으로, 알코올 등)와 물의 혼합물이 사용될 수 있다. In addition, the basic aqueous solution may include at least one selected from the group consisting of NaOH, KOH, and Ca(OH) 2 , and the solvent is water or an organic solvent that is uniformly miscible with water (specifically, alcohol etc.) and water may be used.

이어서, 반응 용액의 pH를 양극 활물질 전구체 입자 형성 단계보다 낮추고, pH 유지 시간을 양극 활물질 전구체 입자 형성 단계보다 늘려서 제2 공침반응을 수행할 수 있다. 바람직하게는, 상기 제2 공침반응은 pH 10 미만에서 5 내지 24 시간, 더 바람직하게는 pH 9.5 이하, 가장 바람직하게는 pH 9 내지 pH 9.5에서 10 내지 16 시간 동안 유지하면서 상기 양극 활물질 전구체 입자를 성장시킨다.Then, the second co-precipitation reaction may be performed by lowering the pH of the reaction solution than in the step of forming the cathode active material precursor particles and increasing the pH holding time compared to the forming step of the cathode active material precursor particles. Preferably, in the second co-precipitation reaction, the cathode active material precursor particles are maintained at a pH of less than 10 for 5 to 24 hours, more preferably at a pH of 9.5 or less, and most preferably at a pH of 9 to pH 9.5 for 10 to 16 hours. Grow.

구체적으로, 양극 활물질 입자 핵이 형성된 반응 용액에 암모늄 이온 함유 용액 및 염기성 수용액을 상기 반응 용액의 pH가 입자 핵 생성시의 pH 보다 낮아질 때, 바람직하게는 pH가 10 미만이 될 때까지 첨가하고, 5시간 내지 24시간 동안 유지함으로써 상기 양극 활물질 전구체 입자를 성장시킬 수 있다. 예를 들면, 상기 pH 조건 및 pH 유지 시간이 본원 발명의 범위를 벗어날 경우, 원하는 입자 구조, 구체적으로 양극 활물질 입자 전체 개수에 대하여 2차 입자의 내부에 중공부를 가진 양극 활물질을 40% 이상으로 조절하기 어려울 수 있다.Specifically, the ammonium ion-containing solution and the basic aqueous solution are added to the reaction solution in which the cathode active material particle nuclei are formed until the pH of the reaction solution becomes lower than the pH at the time of particle nucleation, preferably until the pH is less than 10, By maintaining for 5 hours to 24 hours, the cathode active material precursor particles may be grown. For example, when the pH conditions and the pH holding time are out of the scope of the present invention, the desired particle structure, specifically, the positive active material having a hollow inside the secondary particles with respect to the total number of positive active material particles is adjusted to 40% or more It can be difficult to do.

특히, pH 유지 시간을 5시간 내지 24시간으로 제어함으로써, 양극 활물질 입자 전체 개수에 대하여 2차 입자의 내부에 중공부를 가진 양극 활물질의 비율을 용이하게 제어할 수 있다. 상기 pH 유지 시간이 5 시간 미만일 경우, 입자 성장이 충분히 이루어지지 않아, 2차 입자의 내부에 중공부를 가진 양극 활물질의 생성 비율이 많아진다. 이에 따라 양극 활물질 압연 시 입자 깨짐에 의해 비표면적이 증가하는 활물질 입자의 비율이 크기 때문에, 전해액과의 부반응이 증가하고, 이로 인해 가스 발생량이 증가할 수 있다. 상기와 같이 전해액과의 부반응으로 인해 가스가 발생할 경우, 전지의 스웰링(swelling) 현상에 따른 전지의 폭발 등을 야기하여 전지의 안정성이 저하될 수 있다. 또는 상기 pH 유지 시간이 24시간을 초과할 경우, 2차 입자의 내부에 중공부를 가지지 않는 양극 활물질의 생성 비율이 많아진다. 이에 따라, 양극 활물질의 압연 시 입자가 깨지는 활물질의 비율이 적고, 입자가 깨지더라도 비표면적 변화가 크지 않기 때문에 용량 및 출력 개선 효과 등이 미미할 수 있다. In particular, by controlling the pH holding time to 5 hours to 24 hours, it is possible to easily control the ratio of the positive electrode active material having a hollow inside the secondary particles to the total number of the positive electrode active material particles. When the pH holding time is less than 5 hours, particle growth is not sufficiently achieved, and the production rate of the positive electrode active material having a hollow part inside the secondary particles increases. Accordingly, since the ratio of active material particles whose specific surface area increases due to particle breakage during rolling of the positive active material is large, a side reaction with the electrolyte may increase, which may increase the amount of gas generated. As described above, when gas is generated due to a side reaction with the electrolyte, the battery may explode due to swelling of the battery, thereby deteriorating the stability of the battery. Alternatively, when the pH maintenance time exceeds 24 hours, the production rate of the positive electrode active material that does not have a hollow part inside the secondary particles increases. Accordingly, since the proportion of the active material in which particles are broken during rolling of the positive active material is small, and the specific surface area change is not large even if the particles are broken, the effect of improving capacity and output may be insignificant.

마지막으로, 상기 양극 활물질 전구체와 리튬 소스를 혼합하고 소성하여, 1차 입자가 응집되어 이루어진 2차 입자 형태의 양극 활물질 분말을 수득한다. Finally, the cathode active material precursor and the lithium source are mixed and calcined to obtain a cathode active material powder in the form of secondary particles formed by agglomeration of primary particles.

이때, 상기 2차 입자는, 양극 활물질 입자 전체 개수에 대하여 2차 입자의 내부에 중공부를 가진 양극 활물질이 40% 이상, 바람직하게는 40% 내지 80%, 더 바람직하게는 40% 내지 70%인 것이다.At this time, in the secondary particles, the positive active material having a hollow inside the secondary particles is 40% or more, preferably 40% to 80%, more preferably 40% to 70% with respect to the total number of positive electrode active material particles. will be.

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

상기 소성은 750℃ 내지 850℃에서 9 내지 11 시간, 더 바람직하게는 780℃ 내지 830℃에서, 10 시간 내지 11시간 동안 수행하는 것일 수 있다. 상기 소성을 상기 온도 및 시간 범위에서 수행할 경우, 리튬 소스와 전구체와의 반응이 충분히 이루어질 수 있고, 양극 활물질 전구체의 입자 성장이 고온 소성 시보다는 덜 일어나기 때문에, 내부에 중공부를 가진 양극 활물질 및 내부에 중공부를 가지지 않는 양극 활물질이 모두 생성된 양극 활물질 분말을 수득할 수 있다. 반면, 상기 소성이 750℃ 미만에서 9시간 미만으로 수행될 경우, 리튬 소스와의 반응이 충분하지 않을 수 있다. 또한, 상기 소성이 850℃를 초과하는 온도에서 11시간 초과로 수행할 경우, 양극 활물질이 과소성되어 낮은 전기화학특성을 일으킬 수 있고, 입자 내 중공구조를 가진 양극 활물질의 생성이 어려워진다. The calcination may be performed at 750° C. to 850° C. for 9 to 11 hours, more preferably at 780° C. to 830° C., for 10 hours to 11 hours. When the firing is performed at the above temperature and time range, the reaction between the lithium source and the precursor can be sufficiently achieved, and since particle growth of the positive electrode active material precursor occurs less than during high-temperature firing, the positive active material having a hollow inside and the inside It is possible to obtain a positive electrode active material powder in which all of the positive electrode active material having no hollow part is produced. On the other hand, when the sintering is performed at less than 750° C. for less than 9 hours, the reaction with the lithium source may not be sufficient. In addition, when the firing is performed at a temperature exceeding 850° C. for more than 11 hours, the cathode active material may be over-baked to cause low electrochemical properties, and it becomes difficult to produce a cathode active material having a hollow structure in the particles.

즉, 본 발명에 따르면 양극 활물질 분말 제조 시, 제1 공침반응 및 제2 공침반응을 단계적으로 수행하되, pH 조건, pH 유지 시간, 소성 온도 및 소성 시간 등을 적절히 조절함으로써 1차 입자가 응집되어 이루어진 2차 입자 형태의 양극 활물질 분말을 수득할 수 있으며, 양극 활물질 입자 전체 개수에 대하여 2차 입자의 내부에 중공부를 가진 양극 활물질이 40% 내지 80%인 양극 활물질 분말을 제조할 수 있다.That is, according to the present invention, when preparing the cathode active material powder, the first co-precipitation reaction and the second co-precipitation reaction are performed in stages, but the primary particles are agglomerated by appropriately adjusting the pH conditions, pH holding time, calcination temperature and calcination time, etc. A cathode active material powder in the form of secondary particles can be obtained, and a cathode active material powder having 40% to 80% of the cathode active material having a hollow inside the secondary particles with respect to the total number of the cathode active material particles can be prepared.

이차 전지용 양극Anode for secondary battery

다음으로, 본 발명에 따른 양극 활물질 분말을 포함하는, 리튬 이차전지용 양극을 제공한다. Next, to provide a positive electrode for a lithium secondary battery comprising the positive electrode active material powder according to the present invention.

구체적으로, 상기 이차전지용 양극은, 양극 집전체, 상기 양극 집전체 상에 형성되고, 본 발명에 따른 양극 활물질 분말을 포함하는 양극 활물질층을 포함한다. 이때, 상기 양극은 1g/cc 내지 10 g/cc의 전극 밀도, 바람직하게는 2g/cc 내지 5g/cc의 전극 밀도를 가지는 것이다. 상기 양극이 상술한 범위의 전극 밀도를 가질 경우, 단위 면적당 에너지 밀도가 높은 고밀도 전극을 제조할 수 있다.Specifically, the positive electrode for a secondary battery includes a positive electrode current collector, a positive electrode active material layer formed on the positive electrode current collector, and containing the positive electrode active material powder according to the present invention. In this case, the positive electrode has an electrode density of 1 g/cc to 10 g/cc, preferably, an electrode density of 2 g/cc to 5 g/cc. When the positive electrode has an electrode density within the above-described range, a high-density electrode having a high energy density per unit area may be manufactured.

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

상기 양극 활물질 분말은 2차 입자의 내부에 중공부를 가지는 양극 활물질 및 2차 입자의 내부에 중공부를 가지지 않는 양극 활물질을 40:60~80:20 바람직하게는 45:55~65:35로 포함하고, 상기 전극 밀도를 가질 때의 상기 2차 입자의 내부에 중공부를 가지는 양극 활물질의 내부 기공율은 10~60%, 바람직하게는 20~50%일 수 있다. 구체적으로, 상기 양극이 상기 전극 밀도를 가지도록 압연 시, 상기 양극 활물질 2차 입자의 내부에 중공부를 가지는 입자는, 입자가 깨질 수도 있고, 입자가 깨지지 않고 내부에 중공부를 가진 구조가 유지될 수도 있다. 양극 활물질 2차 입자의 내부에 중공부를 가지는 입자가 깨질 경우, 입자 깨짐에 의해 내부 표면이 드러나기 때문에, 양극 활물질의 BET 비표면적이 압연 후가 압연 전에 비해 더 높아질 수 있다. 입자 깨짐에 따라 BET 비표면적이 높아질 경우, 전해액과 반응하는 면적이 커짐으로써 용량 및 출력이 향상될 수 있다. 양극 활물질 2차 입자의 내부에 중공부를 가지는 입자가 깨지지 않고 그 구조가 유지될 경우, 충방전 시 전극의 부피 변화가 수반되더라도, 입자 내부의 중공부가 완충층으로 작용하여 양극 활물질에 크랙(crack)의 발생이 억제되고, 이에 따라 상기 양극의 안정성이 향상될 수 있다. 반면, 양극 활물질 2차 입자의 내부에 중공부를 가지지 않는 입자는, 상기 양극을 압연하더라도 양극 활물질 입자의 깨짐이 거의 발생하지 않는다. 이에 따라, 2차 입자의 내부에 중공부를 가지지 않는 양극 활물질의 BET 비표면적은 압연 전과 후가 동일할 수 있다. 이에 따라, 전극의 안정성이 향상될 수 있다.The cathode active material powder contains a cathode active material having a hollow part inside the secondary particles and a cathode active material not having a hollow part inside the secondary particles in a ratio of 40:60 to 80:20, preferably 45:55 to 65:35, and , when having the electrode density, the internal porosity of the positive active material having a hollow inside the secondary particles may be 10 to 60%, preferably 20 to 50%. Specifically, when the positive electrode is rolled to have the electrode density, the particles having a hollow part inside the secondary particle of the positive electrode active material may be broken, and the particle may not be broken and a structure having a hollow part inside may be maintained. there is. When the particles having hollow parts inside the secondary particles of the positive electrode active material are broken, the BET specific surface area of the positive electrode active material may be higher after rolling compared to before rolling because the inner surface is exposed due to the particle cracking. When the BET specific surface area increases as the particles break, the capacity and output can be improved by increasing the area that reacts with the electrolyte. If the particle having a hollow part inside the secondary particle of the positive electrode active material is not broken and its structure is maintained, the hollow part inside the particle acts as a buffer layer even if the volume change of the electrode is accompanied during charging and discharging to prevent cracks in the positive electrode active material. Generation is suppressed, and thus the stability of the positive electrode may be improved. On the other hand, in the case of the particles having no hollow part inside the secondary particles of the positive electrode active material, cracking of the particles of the positive electrode active material hardly occurs even when the positive electrode is rolled. Accordingly, the BET specific surface area of the positive electrode active material that does not have a hollow inside the secondary particles may be the same before and after rolling. Accordingly, the stability of the electrode may be improved.

이와 같이, 2차 입자의 내부에 중공부를 가지는 양극 활물질과, 2차 입자의 내부에 중공부를 가지지 않는 양극 활물질을 적정 비율로 혼합하여 포함할 경우, 안정성, 용량 및 출력 특성이 개선된 양극을 수득할 수 있다.As such, when the positive active material having a hollow part inside the secondary particles and the positive active material having no hollow part inside the secondary particles are mixed in an appropriate ratio and included, a positive electrode having improved stability, capacity and output characteristics is obtained can do.

한편, 상기 양극 집전체는 전도성이 높은 금속을 포함할 수 있으며, 양극 활물질층이 용이하게 접착하되, 전지의 전압 범위에서 반응성이 없는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 상기 양극 집전체는 예를 들어 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소 또는 알루미늄이나 스테인레스 스틸 표면에 탄소, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. 또, 상기 양극 집전체는 통상적으로 3 내지 500㎛의 두께를 가질 수 있으며, 상기 집전체 표면 상에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질 분말의 접착력을 높일 수도 있다. 예를 들어 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.On the other hand, the positive electrode current collector may include a metal with high conductivity, and the positive electrode active material layer is easily adhered, but is not particularly limited as long as it has no reactivity in the voltage range of the battery. The positive electrode current collector may be, for example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon, or a surface treated aluminum or stainless steel surface with carbon, nickel, titanium, silver, or the like. 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 powder 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.

상기 양극 활물질층은 상기 양극 활물질 분말과 함께, 필요에 따라 선택적으로 도전재, 바인더, 및 분산제를 포함할 수 있다. The positive active material layer may optionally include a conductive material, a binder, and a dispersing agent, if necessary, together with the positive active material powder.

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

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, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서멀 블랙, 탄소섬유 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유; 탄소나노튜브 등의 도전성 튜브; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 또는 폴리페닐렌 유도체 등의 전도성 고분자 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 도전재는 양극 활물질층 총 중량에 대하여 0.1 내지 15 중량%로 포함될 수 있다.The conductive material is used to impart conductivity to the electrode, and in the configured battery, it can be used without any particular limitation as long as it has electronic conductivity without causing chemical change. Specific examples include graphite such as natural graphite and artificial graphite; carbon-based materials such as carbon black, acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, thermal black, and carbon fiber; metal powders or metal fibers, such as copper, nickel, aluminum, and silver; conductive tubes such as carbon nanotubes; 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 or a mixture of two or more thereof may be used. The conductive material may be included in an amount of 0.1 to 15% by weight based on the total weight of the positive electrode active material layer.

상기 바인더는 양극 활물질 입자들 간의 부착 및 양극 활물질과 집전체와의 접착력을 향상시키는 역할을 한다. 구체적인 예로는 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HFP), 폴리비닐알코올(polyvinylalcohol), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethymethaxrylate), 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 폴리머(EPDM), 술폰화-EPDM, 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 불소 고무, 폴리아크릴산(poly acrylic acid), 및 이들의 수소를 Li, Na, 또는 Ca로 치환된 고분자, 또는 이들의 다양한 공중합체 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 바인더는 양극 활물질층 총 중량에 대하여 0.1 내지 15 중량%로 포함될 수 있다.The binder serves to improve adhesion between the positive active material particles and the adhesion between the positive active material and the current collector. Specific examples include polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HFP), polyvinylalcohol, polyacrylonitrile, polymethyl meth acrylate (polymethymethaxrylate), carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene Polymer (EPDM), sulfonated-EPDM, styrene butadiene rubber (SBR), fluororubber, polyacrylic acid, and polymers in which hydrogen is substituted with Li, Na, or Ca, or various copolymers thereof and the like, and any one of them or a mixture of two or more thereof may be used. The binder may be included in an amount of 0.1 to 15% by weight based on the total weight of the positive electrode active material layer.

상기 분산제는 수계 분산제 또는 N-메틸-2-피롤리돈 등의 유기 분산제를 포함할 수 있다. The dispersant may include an aqueous dispersant or an organic dispersant such as N-methyl-2-pyrrolidone.

상기 양극은 상기한 양극 활물질 분말을 이용하는 것을 제외하고는 통상의 양극 제조방법에 따라 제조될 수 있다. 구체적으로, 상기한 양극 활물질 분말 및 필요에 따라 선택적으로 바인더, 도전재, 및 분산제를 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-described positive electrode active material powder. Specifically, the positive electrode active material powder and the composition for forming a positive electrode active material layer prepared by selectively dissolving or dispersing a binder, a conductive material, and a dispersing agent in a solvent as needed are coated on the positive electrode current collector, followed by drying and rolling. can be manufactured.

상기 용매로는 당해 기술분야에서 일반적으로 사용되는 용매일 수 있으며, 디메틸셀폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO), 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol), N-메틸피롤리돈(NMP), 디메틸포름아미드(dimethyl formamide, DMF), 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 분말, 도전재, 바인더, 및 분산제를 용해 또는 분산시키고, 이후 양극 제조를 위한 도포시 우수한 두께 균일도를 나타낼 수 있는 점도를 갖도록 하는 정도면 충분하다.The solvent may be a solvent generally used in the art, dimethyl sulfoxide (DMSO), isopropyl alcohol (isopropyl alcohol), N-methylpyrrolidone (NMP), dimethylformamide (dimethyl formamide, DMF), acetone, or water, and any one of them or a mixture of two or more thereof may be used. The amount of the solvent used is to dissolve or disperse the positive electrode active material powder, the conductive material, the binder, and the dispersant in consideration of the application thickness of the slurry and the manufacturing yield, and then have a viscosity that can exhibit excellent thickness uniformity when applied for manufacturing the positive electrode. it is enough to do

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

이차 전지secondary battery

또한, 본 발명은 상기 양극을 포함하는 전기화학소자를 제조할 수 있다. 상기 전기화학소자는 구체적으로 전지, 커패시터 등일 수 있으며, 보다 구체적으로는 리튬 이차전지일 수 있다.In addition, the present invention can manufacture an electrochemical device including the positive electrode. The electrochemical device may specifically be a battery, a capacitor, or the like, and more specifically, may be a lithium secondary battery.

상기 리튬 이차전지는 구체적으로, 양극, 상기 양극과 대향하여 위치하는 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막 및 전해질을 포함하고, 상기 양극은 앞서 설명한 바와 동일하므로, 구체적인 설명을 생략하고, 이하 나머지 구성에 대해서만 구체적으로 설명한다. The lithium secondary battery specifically includes a positive electrode, a negative electrode positioned to face the positive electrode, and a separator and an electrolyte interposed between the positive electrode and the negative electrode, and the positive electrode is the same as described above, so detailed description is omitted, Hereinafter, only the remaining components will be described in detail.

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

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

상기 음극 집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 탄소, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또, 상기 음극 집전체는 통상적으로 3㎛ 내지 500㎛의 두께를 가질 수 있으며, 양극 집전체와 마찬가지로, 상기 집전체 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있다. 예를 들어, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The negative electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical change in the battery, and for example, copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, fired carbon, copper or stainless steel surface. Carbon, nickel, titanium, silver, etc. surface-treated, 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, a nonwoven body.

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

상기 음극 활물질로는 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물이 사용될 수 있다. 구체적인 예로는 인조흑연, 천연흑연, 흑연화 탄소섬유, 비정질탄소 등의 탄소질 재료; Si, Al, Sn, Pb, Zn, Bi, In, Mg, Ga, Cd, Si합금, Sn합금 또는 Al합금 등 리튬과 합금화가 가능한 금속질 화합물; SiOβ(0 < β < 2), SnO2, 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물과 같이 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 금속산화물; 또는 Si-C 복합체 또는 Sn-C 복합체과 같이 상기 금속질 화합물과 탄소질 재료를 포함하는 복합물 등을 들 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 또한, 상기 음극활물질로서 금속 리튬 박막이 사용될 수도 있다. 또, 탄소재료는 저결정성 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, 키시 흑연 (Kish graphite), 열분해 탄소 (pyrolytic carbon), 액정피치계 탄소섬유 (mesophase pitch based carbon fiber), 탄소 미소구체 (meso-carbon microbeads), 액정피치 (Mesophase pitches) 및 석유와 석탄계 코크스 (petroleum or coal tar pitch derived cokes) 등의 고온 소성탄소가 대표적이다.As the anode active material, a compound capable of reversible intercalation and deintercalation of lithium may be used. Specific examples include carbonaceous materials such as artificial graphite, natural graphite, graphitized carbon fiber, and amorphous carbon; metal compounds capable of alloying with lithium, such as Si, Al, Sn, Pb, Zn, Bi, In, Mg, Ga, Cd, Si alloy, Sn alloy, or Al alloy; metal oxides capable of doping and dedoping lithium, such as SiOβ (0 < β < 2), SnO 2 , vanadium oxide, and lithium vanadium oxide; Alternatively, a composite including the 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. Soft carbon and hard carbon are typical examples of low-crystalline carbon, and high-crystalline carbon includes natural or artificial graphite in 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 음극활물질은 음극 활물질층의 전체 중량을 기준으로 80 중량% 내지 99중량%로 포함될 수 있다.The anode active material may be included in an amount of 80 wt% to 99 wt% based on the total weight of the anode active material layer.

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

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

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

상기 음극 활물질층은 일례로서 음극 집전체 상에 음극 활물질, 및 선택적으로 바인더 및 도전재를 용매 중에 용해 또는 분산시켜 제조한 음극 활물질층 형성용 조성물을 도포하고 건조하거나, 또는 상기 음극 활물질층 형성용 조성물을 별도의 지지체 상에 캐스팅한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 음극 집전체 상에 라미네이션함으로써 제조될 수도 있다.The anode active material layer is, as an example, a composition for forming an anode active material layer prepared by dissolving or dispersing an anode active material, and optionally a binder and a conductive material in a solvent on an anode current collector and drying, or for forming the anode active material layer It can also be prepared by casting the composition on a separate support and then laminating the film obtained by peeling it off 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. 또, 내열성 또는 기계적 강도 확보를 위해 세라믹 성분 또는 고분자 물질이 포함된 코팅된 분리막이 사용될 수도 있으며, 선택적으로 단층 또는 다층 구조로 사용될 수 있다.On the other hand, in the lithium secondary battery, the separator separates the negative electrode and the positive electrode and provides a passage for lithium ions to move, and as long as it is used as a separator in a lithium secondary battery, it can be used without any particular limitation, especially for the movement of ions in the electrolyte It is preferable to have a low resistance to respect and an excellent electrolyte moisture content. Specifically, a porous polymer film, for example, a porous polymer film made of a polyolefin-based polymer such as ethylene homopolymer, propylene homopolymer, ethylene/butene copolymer, ethylene/hexene copolymer and ethylene/methacrylate copolymer, or these A laminate structure of two or more layers of may be used. In addition, a conventional porous nonwoven fabric, for example, a nonwoven fabric made of high melting point glass fiber, polyethylene terephthalate fiber, etc. may be used. In addition, in order to secure heat resistance or mechanical strength, a coated separator including a ceramic component or a polymer material may be used, and may optionally be used in a single-layer or multi-layer structure.

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

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

상기 유기 용매로는 전지의 전기 화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 할 수 있는 것이라면 특별한 제한 없이 사용될 수 있다. 구체적으로 상기 유기 용매로는, 메틸 아세테이트(methyl acetate), 에틸 아세테이트(ethyl acetate), γ-부티로락톤(γ-butyrolactone), ε-카프로락톤(ε-caprolactone) 등의 에스테르계 용매; 디부틸 에테르(dibutyl ether) 또는 테트라히드로퓨란(tetrahydrofuran) 등의 에테르계 용매; 시클로헥사논(cyclohexanone) 등의 케톤계 용매; 벤젠(benzene), 플루오로벤젠(fluorobenzene) 등의 방향족 탄화수소계 용매; 디메틸카보네이트(dimethylcarbonate, DMC), 디에틸카보네이트(diethylcarbonate, DEC), 메틸에틸카보네이트(methylethylcarbonate, MEC), 에틸메틸카보네이트(ethylmethylcarbonate, EMC), 에틸렌카보네이트(ethylene carbonate, EC), 프로필렌카보네이트(propylene carbonate, PC) 등의 카보네이트계 용매; 에틸알코올, 이소프로필 알코올 등의 알코올계 용매; R-CN(R은 탄소수 2 내지 20의 직쇄상, 분지상 또는 환 구조의 탄화수소기이며, 이중결합 방향 환 또는 에테르 결합을 포함할 수 있다) 등의 니트릴류; 디메틸포름아미드 등의 아미드류; 1,3-디옥솔란 등의 디옥솔란류; 또는 설포란(sulfolane)류 등이 사용될 수 있다. 이중에서도 카보네이트계 용매가 바람직하고, 전지의 충방전 성능을 높일 수 있는 높은 이온전도도 및 고유전율을 갖는 환형 카보네이트(예를 들면, 에틸렌카보네이트 또는 프로필렌카보네이트 등)와, 저점도의 선형 카보네이트계 화합물(예를 들면, 에틸메틸카보네이트, 디메틸카보네이트 또는 디에틸카보네이트 등)의 혼합물이 보다 바람직하다. 이 경우 환형 카보네이트와 사슬형 카보네이트는 약 1:1 내지 약 1:9의 부피비로 혼합하여 사용하는 것이 전해액의 성능이 우수하게 나타날 수 있다. The organic solvent may be used without 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 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 sulfolane (sulfolane) may be used. Among these, 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 performance of the electrolyte may be excellent.

상기 리튬염은 리튬 이차전지에서 사용되는 리튬 이온을 제공할 수 있는 화합물이라면 특별한 제한 없이 사용될 수 있다. 구체적으로 상기 리튬염의 음이온으로는 F-, Cl-, Br-, I-, NO3 -, N(CN)2 -, BF4 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N-, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -, SCN- 및 (CF3CF2SO2)2N-로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상일 수 있고, 상기 리튬염은, LiPF6, LiClO4, LiAsF6, LiBF4, LiSbF6, LiAl04, LiAlCl4, LiCF3SO3, LiC4F9SO3, LiN(C2F5SO3)2, LiN(C2F5SO2)2, LiN(CF3SO2)2 . LiCl, LiI, 또는 LiB(C2O4)2 등이 사용될 수 있다. 상기 리튬염의 농도는 0.1 내지 2.0M 범위 내에서 사용하는 것이 좋다. 리튬염의 농도가 상기 범위에 포함되면, 전해질이 적절한 전도도 및 점도를 가지므로 우수한 전해질 성능을 나타낼 수 있고, 리튬 이온이 효과적으로 이동할 수 있다.The lithium salt may be used without particular limitation as long as it is a compound capable of providing lithium ions used in a lithium secondary battery. Specifically, as an anion of the lithium salt, F - , Cl - , Br - , I - , NO 3 - , N(CN) 2 - , BF 4 - , CF 3 CF 2 SO 3 - , (CF 3 SO 2 ) 2 N - , (FSO 2 ) 2 N - , CF 3 CF 2 (CF 3 ) 2 CO - , (CF 3 SO 2 ) 2 CH - , (SF 5 ) 3 C - , (CF 3 SO 2 ) 3 C - , CF 3 (CF 2 ) 7 SO 3 - , CF 3 CO 2 - , CH 3 CO 2 - , SCN - and (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 N - may be at least one selected from the group consisting of, 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 2.0M. When the concentration of the lithium salt is included in the above range, since the electrolyte has appropriate conductivity and viscosity, excellent electrolyte performance may be exhibited, and lithium ions may move effectively.

상기 전해질에는 상기 전해질 구성 성분들 외에도 전지의 수명특성 향상, 전지 용량 감소 억제, 전지의 방전 용량 향상 등을 목적으로 예를 들어, 디플루오로 에틸렌카보네이트 등과 같은 할로알킬렌카보네이트계 화합물, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사인산 트리아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올 또는 삼염화 알루미늄 등의 첨가제가 1종 이상 더 포함될 수도 있다. 이때 상기 첨가제는 전해질 총 중량에 대하여 0.1 내지 5 중량%로 포함될 수 있다.In the electrolyte, in addition to the electrolyte components, for the purpose of improving battery life characteristics, suppressing battery capacity reduction, and improving battery discharge capacity, 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-methoxyethanol or aluminum trichloride may be further included. In this case, the additive may be included in an amount of 0.1 to 5% by weight based on the total weight of the electrolyte.

상기와 같이 본 발명에 따른 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차전지는 우수한 방전 용량, 출력 특성 및 수명 특성을 안정적으로 나타내기 때문에, 특히 하이브리드 전기자동차(hybrid electric vehicle, HEV) 등의 전기 자동차 분야 등 중대형 디바이스에 유용할 수 있다.As described above, since the lithium secondary battery including the positive electrode active material according to the present invention stably exhibits excellent discharge capacity, output characteristics and lifespan characteristics, particularly in the field of electric vehicles such as hybrid electric vehicles (HEV) It can be useful for devices.

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

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

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

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

상기 중대형 디바이스의 예로는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 및 전력 저장용 시스템 등을 들 수 있으나, 이들로 한정되는 것은 아니다.Examples of the medium-large device include, but are not limited to, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle, and a power storage system.

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

실시예Example

실시예Example 1 One

황산 니켈, 황산 코발트 및 황산 망간을 니켈:코발트:망간의 몰비가 65:10:25이 되도록 하는 양으로 수용액 중에서 혼합하여 2M 농도의 전이금속 함유 용액을 준비하였다.Nickel sulfate, cobalt sulfate, and manganese sulfate were mixed in an aqueous solution in an amount such that the molar ratio of nickel:cobalt:manganese was 65:10:25 to prepare a solution containing a transition metal having a concentration of 2M.

상기 전이금속 함유 용액이 담겨있는 용기를 60℃로 설정된 4L의 배치(batch)식 반응기에 각각 연결하였다. 추가로 4M NaOH 용액과 28% 농도의 NH4OH 수용액을 준비하여 각각 상기 배치식 반응기에 연결하였다. 상기 반응기에 탈이온수 3L를 넣은 뒤 질소가스를 반응기에 0.5L/분의 속도로 퍼징하여 물 속의 용존 산소를 제거하고 반응기 내를 비산화 분위기로 조성하였다. 이후 NaOH를 25mL, NH4OH 50 mL를 투입한 후, 60℃에서 1500rpm의 교반속도로 교반하며, pH 13을 유지하도록 하였다.The containers containing the transition metal-containing solution were respectively connected to a 4L batch reactor set at 60°C. In addition, 4M NaOH solution and 28% NH 4 OH aqueous solution were prepared and connected to the batch reactor, respectively. After putting 3L of deionized water into the reactor, nitrogen gas was purged into the reactor at a rate of 0.5L/min to remove dissolved oxygen in the water, and a non-oxidizing atmosphere was created in the reactor. Thereafter, 25 mL of NaOH and 50 mL of NH 4 OH were added, followed by stirring at a stirring speed of 1500 rpm at 60° C. to maintain pH 13.

이후, 상기 전이금속 함유 용액을 3mL/분, NaOH 수용액을 3mL/분, NH4OH 수용액을 0.1mL/분의 속도로 각각 투입하여 20분 동안 제1 공침 반응을 수행하여 전이금속 수산화물의 입자 핵을 형성하였다. Thereafter, the transition metal-containing solution was added at a rate of 3 mL/min, an aqueous NaOH solution of 3 mL/min, and an aqueous NH 4 OH solution of 0.1 mL/min at a rate of 0.1 mL/min to perform a first co-precipitation reaction for 20 minutes to obtain particle nuclei of the transition metal hydroxide was formed.

이어서, pH가 9.3이 되도록 전이금속 함유 용액, NaOH 수용액 및 NH4OH 수용액을 각각 3mL/분, 2mL/분 및 0.1mL/분의 속도로 투입하여, 전이금속 수산화물의 입자 성장을 유도하였다. 이후 15시간 동안 반응을 유지하여 상기 전이금속 수산화물의 입자를 성장시켰다.Then, the transition metal-containing solution, NaOH aqueous solution, and NH 4 OH aqueous solution were added at a rate of 3 mL/min, 2 mL/min, and 0.1 mL/min, respectively, so that the pH was 9.3 to induce particle growth of the transition metal hydroxide. Then, the reaction was maintained for 15 hours to grow the particles of the transition metal hydroxide.

침전된 전이금속 수산화물의 입자를 분리하여 수세 후 130℃의 오븐에서 10 시간 동안 건조하여 양극 활물질용 전구체를 제조하였다.The precipitated transition metal hydroxide particles were separated, washed with water, and dried in an oven at 130° C. for 10 hours to prepare a precursor for a positive electrode active material.

상기에서 제조한 양극 활물질 전구체와 Li2CO3를 Li:Me가 1.03:1의 몰비가 되도록 혼합하고, air 분위기에서 830℃로 10시간 소성하여 Li1 . 03Ni0 . 65Co0 . 10Mn0 . 25O2로 표시되는 양극활물질을 제조하였다.The cathode active material precursor prepared above and Li 2 CO 3 were mixed so that a molar ratio of Li:Me was 1.03:1, and calcined at 830° C. for 10 hours in an air atmosphere to obtain Li 1 . 03 Ni 0 . 65 Co 0 . 10 Mn 0 . A positive electrode active material represented by 25 O 2 was prepared.

[양극 제조][Anode Manufacturing]

상기에서 제조한 양극 활물질: 카본블랙 도전재: 폴리비닐리덴 플루오라이드 바인더를 92.5:3.5:4의 중량비로 N-메틸 피롤리돈 용매 중에서 혼합하여 양극 형성용 조성물을 제조하였다. 이를 두께 20㎛의 알루미늄 집전체에 도포한 후, 130℃에서 0.5시간 동안 건조하고, 롤 프레스를 실시하여 양극을 제조하였다.The positive electrode active material prepared above: carbon black conductive material: polyvinylidene fluoride binder was mixed in an N-methylpyrrolidone solvent in a weight ratio of 92.5:3.5:4 to prepare a composition for forming a positive electrode. This was applied to an aluminum current collector having a thickness of 20 μm, dried at 130° C. for 0.5 hours, and roll press was performed to prepare a positive electrode.

[음극 제조][Cathode Manufacturing]

천연 흑연, 카본블랙 도전재, 및 폴리비닐리덴 플루오라이드 바인더를 85:10:5의 중량비로 혼합하여 음극 활물질 슬러리를 제조하였다. 이를 두께가 12㎛인 구리 집전체 상에 도포하고 건조한 후, 롤 프레스(roll press)를 실시하여 음극을 제조하였다.A negative active material slurry was prepared by mixing natural graphite, a carbon black conductive material, and a polyvinylidene fluoride binder in a weight ratio of 85:10:5. This was coated on a copper current collector having a thickness of 12 μm, dried, and then roll press was performed to prepare a negative electrode.

[이차전지 제조][Secondary battery manufacturing]

상기에서 제조한 양극과 음극을 다공성 폴리에틸렌 분리막과 함께 적층하여 통상적인 방법으로 폴리머형 전지를 제조한 다음, 이를 전지 케이스에 넣고 에틸렌카보네이트:디메틸카보네이트:에틸메틸카보네이트를 3:4:3의 부피비로 혼합한 혼합 용매에 1M의 리튬헥사플루오로포스페이트(LiPF6)를 용해시킨 전해액을 주입하여, 리튬 이차전지를 제조하였다.The positive electrode and the negative electrode prepared above were laminated together with a porous polyethylene separator to prepare a polymer-type battery in a conventional manner, and then put it in a battery case and mix ethylene carbonate: dimethyl carbonate: ethyl methyl carbonate in a volume ratio of 3:4:3. A lithium secondary battery was prepared by injecting an electrolyte in which 1M lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was dissolved in the mixed solvent.

실시예Example 2 2

양극 활물질 전구체 제조 시, 입자 성장시의 pH 조건을 pH 9.3에서 20시간 동안 유지하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 양극 활물질 및 이를 포함하는 양극 및 리튬 이차전지를 제조하였다.A positive electrode active material and a positive electrode and a lithium secondary battery including the same were prepared in the same manner as in Example 1, except that the pH condition during particle growth was maintained at pH 9.3 for 20 hours during the preparation of the positive electrode active material precursor. .

비교예comparative example 1 One

실시예 1에서 준비한 전이금속 함유 용액, NaOH 수용액 및 NH4OH 수용액을 각각 배치식 반응기에 3mL/분, 3mL/분 및 0.1mL/분의 속도로 투입하여 pH 11에서 15시간 동안 공침반응시켜, 내부에 중공부를 가진 입자가 형성되지 않은 양극 활물질 전구체를 이용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 양극 활물질 및 이를 포함하는 양극 및 리튬 이차전지를 제조하였다.The transition metal-containing solution prepared in Example 1, NaOH aqueous solution, and NH 4 OH aqueous solution were introduced into a batch reactor at a rate of 3 mL/min, 3 mL/min and 0.1 mL/min, respectively, and coprecipitated at pH 11 for 15 hours, A positive electrode active material and a positive electrode and a lithium secondary battery including the same were prepared in the same manner as in Example 1, except that the positive electrode active material precursor in which particles having hollow parts were not formed was used.

비교예comparative example 2 2

양극 활물질 전구체 제조 시, 입자 성장시의 pH 조건을 pH 9.3에서 30시간 동안 유지하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 양극 활물질 및 이를 포함하는 양극 및 리튬 이차전지를 제조하였다.A positive electrode active material and a positive electrode and a lithium secondary battery including the same were prepared in the same manner as in Example 1, except that, during the preparation of the positive electrode active material precursor, the pH condition during particle growth was maintained at pH 9.3 for 30 hours. .

비교예comparative example 3 3

양극 활물질 전구체 제조 시, 입자 성장시의 pH 조건을 pH 9.3에서 4시간 동안 유지하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 양극 활물질 및 이를 포함하는 양극 및 리튬 이차전지를 제조하였다. A positive electrode active material and a positive electrode and a lithium secondary battery including the same were prepared in the same manner as in Example 1, except that the pH conditions during particle growth were maintained at pH 9.3 for 4 hours during the preparation of the positive electrode active material precursor. .

실험예Experimental example 1: 양극 활물질 관찰 1: Observation of cathode active material

상기 실시예 1~2 및 비교예 3~4에서 제조한 양극 활물질 분말을, 주사전자현미경을 이용하여 그 표면 특성을 확인하였다. The positive electrode active material powders prepared in Examples 1 to 2 and Comparative Examples 3 to 4 were checked for surface properties using a scanning electron microscope.

이와 관련하여, 도 1a 및 도 1b는 각각 실시예 1에서 제조한 양극 활물질 분말의 고배율에서의 단면 SEM 사진 및 실시예 1에서 제조한 양극 활물질 분말의 저배율에서의 단면 SEM 사진이고, 도 2a 및 도 2b는 각각 실시예 2에서 제조한 양극 활물질 분말의 고배율에서의 다면 SEM 사진 및 저배율에서의 단면 SEM 사진이다.In this regard, FIGS. 1A and 1B are a cross-sectional SEM photograph at high magnification of the cathode active material powder prepared in Example 1 and a cross-sectional SEM photograph at a low magnification of the cathode active material powder prepared in Example 1, respectively, FIGS. 2A and FIG. 2b is a multi-sided SEM photograph at high magnification and a cross-sectional SEM photograph at low magnification of the cathode active material powder prepared in Example 2, respectively.

도 1a, 도 1b, 도 2a 및 도 2b에 나타난 바와 같이, 실시예 1 및 2에서 제조한 양극 활물질 분말은 1차 입자가 응집되어 이루어진 2차 입자의 형태인 것을 확인할 수 있었다. 또한, 양극 활물질 입자 전체 개수에 대하여, 2차 입자의 내부에 중공부를 가진 양극 활물질이 40% 이상인 것임을 확인할 수 있었다.As shown in FIGS. 1A, 1B, 2A and 2B , it was confirmed that the cathode active material powders prepared in Examples 1 and 2 were in the form of secondary particles formed by agglomeration of primary particles. In addition, with respect to the total number of the positive active material particles, it was confirmed that the positive active material having a hollow inside the secondary particles was 40% or more.

한편, 도 3a 및 도 3b는 각각 비교예 2에서 제조한 양극 활물질 분말의 고배율에서의 다면 SEM 사진 및 저배율에서의 단면 SEM 사진이고, 도 4a 및 도 4b는 각각 비교예 3에서 제조한 양극 활물질 분말의 고배율에서의 다면 SEM 사진 및 저배율에서의 단면 SEM 사진이다.Meanwhile, FIGS. 3A and 3B are multi-sided SEM photos at high magnification and cross-sectional SEM photos at low magnification of the cathode active material powder prepared in Comparative Example 2, respectively, and FIGS. 4A and 4B are the cathode active material powders prepared in Comparative Example 3, respectively. A multi-sided SEM picture at high magnification and a cross-sectional SEM picture at low magnification.

비교예 2에서 제조한 양극 활물질 분말은 도 3a 및 도 3b에 나타난 바와 같이, 1차 입자가 응집되어 이루어진 2차 입자의 형태이나, 입자의 성장이 과도하게 일어나, 양극 활물질 입자 전체 개수에 대하여 2차 입자의 내부에 중공부를 가진 양극 활물질이 25% 정도이고, 2차 입자의 내부에 중공부를 가진 양극 활물질의 내부 기공율이 7%였다. As shown in FIGS. 3A and 3B , the positive active material powder prepared in Comparative Example 2 was in the form of secondary particles formed by agglomeration of primary particles, but excessive growth of particles occurred, 2 to the total number of positive active material particles The positive active material having hollow parts inside the secondary particles was about 25%, and the internal porosity of the positive active material having hollow parts inside the secondary particles was 7%.

또한, 비교예 3에서 제조한 양극 활물질 분말은 도 4a 및 도 4b에 나타난 바와 같이, 입자의 성장이 충분히 일어나지 못하여서, 양극 활물질 입자 전체 개수에 대하여 2차 입자의 내부에 중공부를 가진 양극 활물질이 83% 정도이고, 2차 입자의 내부에 중공부를 가진 양극 활물질의 내부 기공율이 71%인 것을 확인할 수 있었다.In addition, in the positive active material powder prepared in Comparative Example 3, as shown in FIGS. 4A and 4B, particle growth did not occur sufficiently, so that the positive active material having a hollow inside the secondary particles was 83 with respect to the total number of positive active material particles. %, and it was confirmed that the internal porosity of the positive active material having a hollow inside the secondary particles was 71%.

또한, 상기 실시예 1에서 제조한 양극 활물질 분말을 3.2 g/cc의 압연밀도를 가지도록 제조한 후, 1C/1C로 100 사이클 동안 충방전을 수행한 후 입자 내부에 크랙 발생 여부를 확인하였다. 도 5에 나타난 바와 같이 압연 후에 2차 입자의 내부에 중공부를 가진 형상을 유지하는 양극 활물질 입자의 경우, 사이클 진행 후에도 크랙이 발생하지 않는 것을 확인할 수 있었다. 반면, 도 6과 같이 2차 입자의 내부에 중공부를 포함하지 않는 양극 활물질 입자의 경우, 사이클 진행 후에 미세한 크랙이 발생한 것을 확인할 수 있었다. In addition, after preparing the cathode active material powder prepared in Example 1 to have a rolling density of 3.2 g/cc, charging and discharging for 100 cycles at 1C/1C was performed, and then cracks were checked inside the particles. As shown in FIG. 5 , in the case of the positive active material particles maintaining a shape having a hollow part inside the secondary particles after rolling, it was confirmed that cracks did not occur even after the cycle progressed. On the other hand, as shown in FIG. 6 , in the case of the positive active material particles that do not include a hollow inside the secondary particles, it was confirmed that fine cracks occurred after the cycle was performed.

따라서, 본 발명의 양극 활물질 분말은 2차 입자 내부에 중공부를 가진 양극 활물질 입자를, 양극 활물질 입자전체에 대하여 40% 이상 포함함으로써, 양극 활물질 분말의 안정성을 확보할 수 있다.Therefore, the positive electrode active material powder of the present invention can secure the stability of the positive electrode active material powder by including the positive active material particles having a hollow inside the secondary particles, 40% or more of the total positive active material particles.

실험예Experimental example 2 : 양극 활물질의 분석 2: Analysis of positive electrode active material

상기 실시예 1~2 및 비교예 1~3에서 제조한 양극 활물질 입자의 평균 입경, BET 비표면적 및 양극 활물질 입자 전체에 대하여 기공이 생성된 입자의 비율을 하기와 같이 측정하였고, 이를 하기 표 1에 나타내었다.The average particle diameter, BET specific surface area, and ratio of the particles having pores to the total positive active material particles prepared in Examples 1 to 2 and Comparative Examples 1 to 3 were measured as follows, and the results were measured in Table 1 below. shown in

(1) 평균 입경(D(1) Average particle diameter (D 5050 ))

레이저 회절 입도 측정 장치(예를 들어 Microtrac MT 3000)에 도입하여 약 28 kHz의 초음파를 출력 60 W로 조사한 후, 측정 장치에 있어서의 입경 분포의 50% 기준에서의 평균 입자 직경(D50)을 산출하여 이를 하기 표 1에 나타내었다.After introducing into a laser diffraction particle size measuring device (eg Microtrac MT 3000) and irradiating an ultrasonic wave of about 28 kHz with an output of 60 W, the average particle diameter (D 50 ) at 50% of the particle size distribution in the measuring device It was calculated and shown in Table 1 below.

(2) 내부 기공율(2) internal porosity

양극활물질 분말의 내부 기공율은 접속이온빔(focused ion beam, FIB)을 이용한 입자의 단면 분석에 의해 측정할 수 있다. 구체적으로는, 2차 입자를 집속이온빔을 이용하여 절단하고, SEM에 의해 단면 이미지를 취득한 후, 이를 컴퓨터 화상처리에 의해 단면 중의 공간부분과 물질부분으로 나눈 후 하기 식 1에 따라 측정할 수 있다.The internal porosity of the cathode active material powder may be measured by cross-sectional analysis of particles using a focused ion beam (FIB). Specifically, the secondary particles are cut using a focused ion beam, a cross-sectional image is acquired by SEM, and then divided into a spatial part and a material part in the cross-section by computer image processing. .

[식 1][Equation 1]

내부 기공율(%) = 100 - (리튬 전이금속 산화물의 표면적 / 2차 입자 전체 표면적) * 100Internal porosity (%) = 100 - (surface area of lithium transition metal oxide / total surface area of secondary particles) * 100

(3) 양극 활물질 입자 전체에 대하여 2차 입자의 내부에 (3) the inside of the secondary particles with respect to the entire positive active material particle 중공부를middle school 가진 입자의 함량 content of particles with

단면 SEM 이미지 분석을 통해 양극 활물질과 기타 부분(도전재, 바인더 및 내부 기공)을 구분한 후, 입자 전체 개수에 대하여 기공이 생성된 입자의 비율을 계산할 수 있었고, 이를 하기 표 1에 나타내었다.After the positive active material and other parts (conductive material, binder, and internal pores) were separated through cross-sectional SEM image analysis, the ratio of particles with pores to the total number of particles could be calculated, which is shown in Table 1 below.


평균 입경(D50)(㎛)Average particle diameter (D 50 ) (㎛) 내부 기공율(%)Internal porosity (%) 2차 입자의 내부에 중공부를 가진 입자 비율(%)Proportion of particles with hollow inside of secondary particles (%)
실시예 1 Example 1 3.03.0 3535 6363 실시예 2Example 2 3.23.2 2222 4545 비교예 1Comparative Example 1 4.34.3 00 00 비교예 2Comparative Example 2 3.43.4 77 2525 비교예 3Comparative Example 3 3.13.1 7171 8383

실험예Experimental example 3 : 이차전지의 3: of secondary battery 충방전charging and discharging 효율 efficiency

상기 실시예 1~2 및 비교예 1~3에서 제조한 리튬 이차전지에 대하여 충방전 효율 평가를 실시하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.The lithium secondary batteries prepared in Examples 1 to 2 and Comparative Examples 1 to 3 were evaluated for charging and discharging efficiency, and the results are shown in Table 2 below.

구체적으로, 실시예 1~2 및 비교예 1~3에서 제조한 리튬 이차전지를 각각 25℃에서 0.1C의 정전류로 4.3V가 될때까지 충전하고, 이후 4.3V의 정전압으로 충전하여 충전 전류가 0.05C가 될 때까지 1회째 충전을 수행하였다. 이후 20분 동안 방치한 다음 0.1C의 정전류로 3.0V까지 방전하여 첫번째 사이클에서 충방전 특성을 관찰하였다. 이후, 1C 및 2C로 방전 조건을 달리하여, C-rate에 따른 충방전 효율을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. Specifically, the lithium secondary batteries prepared in Examples 1 to 2 and Comparative Examples 1 to 3 were respectively charged at 25° C. at a constant current of 0.1 C until they reached 4.3 V, and then charged at a constant voltage of 4.3 V so that the charging current was 0.05 The first charge was carried out until C. After leaving it for 20 minutes, it was discharged to 3.0V with a constant current of 0.1C, and the charging/discharging characteristics were observed in the first cycle. Thereafter, the charging and discharging efficiency according to the C-rate was measured by changing the discharging conditions to 1C and 2C, and the results are shown in Table 2 below.

0.1C충전
(mAh/g)
0.1C charge
(mAh/g)
0.1C방전
(mAh/g)
0.1C discharge
(mAh/g)
0.1C 효율
(%)
0.1C efficiency
(%)
1C rate
(%)
1C rate
(%)
2C rate
(%)
2C rate
(%)
실시예 1Example 1 205.4205.4 185.1185.1 90.190.1 92.092.0 88.688.6 실시예 2Example 2 205.5205.5 183.7183.7 89.489.4 91.091.0 87.487.4 비교예 1Comparative Example 1 205.3205.3 177.1177.1 86.386.3 89.789.7 85.285.2 비교예 2Comparative Example 2 205.3205.3 179.4179.4 87.487.4 90.190.1 85.985.9 비교예 3Comparative Example 3 205.8205.8 187.2187.2 91.091.0 92.492.4 89.089.0

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 2차 입자 내 중공부를 가진 양극 활물질 입자 및 2차 입자 내 중공부를 가지지 않는 양극 활물질 입자를 적정 비율로 포함한 실시예 1~2에서 제조한 리튬 이차전지의 충방전 효율이 비교예 1~2에서 제조한 리튬 이차전지의 충방전 효울보다 우수한 것을 확인할 수 있었다.As shown in Table 2, the charging and discharging efficiency of the lithium secondary batteries prepared in Examples 1 and 2 including positive active material particles having hollow parts in the secondary particles and positive active material particles having no hollow parts in the secondary particles in an appropriate ratio It was confirmed that the charging and discharging efficiency of the lithium secondary batteries prepared in Comparative Examples 1 and 2 was superior.

실험예Experimental example 4 : 이차전지의 저항 특성 4: Resistance characteristics of the secondary battery

상기 실시예 1~2 및 비교예 1~2에서 제조한 리튬 이차전지의 상온(25℃) 및 저온(-20℃) 출력 특성을 각각 확인하였다. 구체적으로, 상기 실시예 1~2 및 비교예 1~2에서 제조한 리튬 이차전지를 상온(25℃)에서 0.2C 정전류로 충전시킨 후, 30초 동안 3.0C 정전류로 방전시켜 10초 동안의 전압 강하를 측정하였고, 이를 전류 값으로 나눠 상온(25℃)에서의 저항을 측정하였고, 이를 하기 표 3 및 도 7에 나타내었다. Room temperature (25° C.) and low temperature (-20° C.) output characteristics of the lithium secondary batteries prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 were respectively confirmed. Specifically, the lithium secondary batteries prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 were charged at a constant current of 0.2 C at room temperature (25° C.), and then discharged at a constant current of 3.0 C for 30 seconds to a voltage for 10 seconds. The drop was measured, and the resistance at room temperature (25° C.) was measured by dividing it by the current value, and it is shown in Table 3 and FIG. 7 below.

이와 별도로, 상기 실시예 1~2 및 비교예 1~2에서 제조한 리튬 이차전지를 저온(-20℃)에서 0.2C 정전류로 충전시킨 후, 1300초 동안 0.6C 정전류로 방전시켜 1300초 동안의 전압 강하를 측정하였고, 이를 전류 값으로 나눠 저온(-20℃)에서의 저항을 측정하였고, 이를 하기 표 3 및 도 8에 나타내었다. Separately, the lithium secondary batteries prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 were charged at a low temperature (-20° C.) with a constant current of 0.2 C, and then discharged at a constant current of 0.6 C for 1300 seconds for 1300 seconds. The voltage drop was measured, and the resistance at low temperature (-20°C) was measured by dividing it by the current value, and it is shown in Table 3 and FIG. 8 below.

상기에서 측정한 상온에서의 저항 및 저온에서의 저항을 하기 표 3에 각각 나타내었고, 기공이 형성되지 않은 양극 활물질을 포함한 경우(비교예 1) 대비 저항 감소 정도를 평가하여, 이 또한 하기 표 3에 나타내었다. The resistance at room temperature and the resistance at low temperature measured above are respectively shown in Table 3 below, and the degree of resistance reduction compared to the case including the positive active material in which pores are not formed (Comparative Example 1) was evaluated, which is also shown in Table 3 shown in

상온출력room temperature output 저온출력low temperature output Ω %% Ω %% 실시예 1Example 1 1.291.29 86.686.6 38.0938.09 70.070.0 실시예 2Example 2 1.351.35 90.690.6 43.4443.44 79.979.9 비교예 1Comparative Example 1 1.491.49 100100 54.3854.38 100100 비교예 2Comparative Example 2 1.441.44 96.696.6 51.2751.27 94.394.3

상기 표 3 및 도 7~8에 나타난 바와 같이, 실시예 1~2에서 제조한 이차전지의 상온 및 저온에서 저항 특성이 비교예 1~2에서 제조한 이차전지보다 더 우수한 것을 확인할 수 있었다.As shown in Table 3 and FIGS. 7 to 8, it was confirmed that the resistance characteristics of the secondary batteries prepared in Examples 1 and 2 were superior to those of the secondary batteries prepared in Comparative Examples 1 and 2 at room temperature and low temperature.

이는 이차전지의 양극 활물질이 2차 입자 내 중공부를 가진 양극 활물질 입자를 적정 함량으로 포함함으로써, 충방전 시 부피 변화가 수반되더라도 2차 입자 내부의 중공부에 의해 입자에 크랙이 거의 발생되지 않고, 이에 따라 전극이 안정화되어 저항 특성이 개선된 것이다.This is because the positive active material of the secondary battery contains positive active material particles having hollow parts in the secondary particles in an appropriate content, so even if a volume change is accompanied during charging and discharging, cracks are hardly generated in the particles due to the hollow parts inside the secondary particles, Accordingly, the electrode is stabilized and the resistance characteristic is improved.

실험예Experimental example 5 : 가스 발생량 5: gas generation

상기 실시예 1~2 및 비교예 2~3에서 제조한 리튬 이차전지를 60℃ 조건에서 4주 저장 시의 가스 발생량을 확인하였다.The amount of gas generated when the lithium secondary batteries prepared in Examples 1-2 and Comparative Examples 2-3 were stored at 60° C. for 4 weeks was confirmed.

구체적으로, 실시예 1~2 및 비교예 2~3에서 제조한 리튬 이차전지를 4.3V까지 충전한 후, 60℃에서 4주 동안 저장하였다. 실시예 1~2 및 비교예 2~3에서 제조한 리튬 이차전지의 만충전 직후와, 4주 동안 저장 후의 부피 변화를 각각 측정하였고, 리튬 이차전지의 저장 전/후의 부피 변화를 기반으로 가스 증가량을 계산하여, 이를 하기 표 4 및 도 9에 나타내었다. Specifically, the lithium secondary batteries prepared in Examples 1-2 and Comparative Examples 2-3 were charged to 4.3V, and then stored at 60° C. for 4 weeks. The volume change immediately after full charge and after storage for 4 weeks of the lithium secondary batteries prepared in Examples 1-2 and Comparative Examples 2-3 were measured, respectively, and the amount of gas increase based on the volume change before and after storage of the lithium secondary battery was calculated and shown in Table 4 and FIG. 9 below.

가스 증가량 (부피%)Gas increase (vol%) 실시예 1Example 1 127127 실시예 2Example 2 123123 비교예 2Comparative Example 2 119119 비교예 3Comparative Example 3 137137

상기 표 4 및 도 9에 나타난 바와 같이, 비교예 3에서 제조한 이차전지는, 2차 입자 내 중공부를 가진 양극 활물질 입자의 비율이 많기 때문에, 이차전지 제조 과정에서 압연 시 상기 2차 입자 내 중공부를 가진 양극 활물질이 깨지고, 이에 의한 양극 활물질의 비표면적 증가로 인해 전해액과의 반응 면적이 넓어져, 전해액과의 부반응으로 인한 가스 증가량이 실시예 1~2보다 더 많은 것을 확인할 수 있었다.As shown in Table 4 and FIG. 9, in the secondary battery prepared in Comparative Example 3, since the proportion of positive active material particles having a hollow part in the secondary particle is large, when rolling during the manufacturing process of the secondary battery, the secondary battery is hollow in the secondary particle. It was confirmed that the negative electrode active material was broken, and the reaction area with the electrolyte was widened due to the increase in the specific surface area of the positive electrode active material, and the amount of gas increased due to the side reaction with the electrolyte was larger than in Examples 1 and 2.

한편, 비교예 2에서 제조한 이차전지는 2차 입자 내 중공부를 가진 양극 활물질 입자의 비율이 적기 때문에, 전해액과의 반응성이 적고 이에 따라 가스 증가량 또한 가장 낮은 것을 확인할 수 있었다. 그러나, 상술한 바와 같이 2차 입자 내 중공부를 가진 양극 활물질 입자의 비율이 매우 적기 때문에 출력 특성, 저항 특성 개선 효과가 없었다. On the other hand, since the secondary battery prepared in Comparative Example 2 had a small proportion of the positive active material particles having hollow parts in the secondary particles, it was confirmed that the reactivity with the electrolyte was low and the gas increase was also the lowest. However, as described above, since the proportion of the positive active material particles having hollow parts in the secondary particles is very small, there is no effect of improving output characteristics and resistance characteristics.

실험예Experimental example 6: 이차전지의 수명 특성 6: Lifespan characteristics of secondary batteries

상기 실시예 1~2 및 비교예 1~3에서 제조한 이차전지의 수명 특성을 확인하였다.Life characteristics of the secondary batteries prepared in Examples 1 to 2 and Comparative Examples 1 to 3 were checked.

구체적으로, 실시예 1~2 및 비교예 1~3에서 제조한 이차전지 각각에 대하여 45℃에서 0.5C로 4.3V까지 0.05C cut off로 충전을 수행하였다. 이후, 0.5C 정전류로 3V가 될때까지 방전을 실시하였다. 상기 충전 및 방전 거동을 1사이클로 하여, 이러한 사이클을 300회 반복 실시한 후, 상기 실시예 1~2 및 비교예 1~3의 이차전지의 사이클에 따른 용량 유지율을 측정하였고, 이를 하기 표 5에 나타내었다. Specifically, for each of the secondary batteries prepared in Examples 1 to 2 and Comparative Examples 1 to 3, charging was performed at 45°C at 0.5C to 4.3V at 0.05C cut-off. Thereafter, discharge was performed at a constant current of 0.5C until it became 3V. After repeating this cycle 300 times with the charging and discharging behavior as 1 cycle, the capacity retention ratio according to the cycles of the secondary batteries of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3 was measured, which is shown in Table 5 below. it was

300번째 사이클에서 용량 유지율(%)Capacity retention (%) at 300th cycle 실시예 1Example 1 8888 실시예 2Example 2 8585 비교예 1Comparative Example 1 7878 비교예 2Comparative Example 2 8181 비교예 3Comparative Example 3 7373

상기 표 5에 나타난 바와 같이, 실시예 1~2에서 제조한 이차전지는 2차 입자의 내부에 중공부를 가진 양극 활물질을 적정 비율로 포함하기 때문에, 충방전 시 부피 팽창에 의한 활물질 입자의 크랙 발생이 적고, 안정성 또한 우수하여 300번 사이클 이후에도 85% 이상의 용량 유지율을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.As shown in Table 5, since the secondary batteries prepared in Examples 1 and 2 contain the positive active material having a hollow part inside the secondary particles in an appropriate ratio, cracking of the active material particles due to volume expansion during charging and discharging occurs It was confirmed that the capacity retention rate of 85% or more was exhibited even after 300 cycles due to excellent stability.

반면, 비교예 1 및 2에서 제조한 이차전지는 2차 입자 내 중공부를 가진 양극 활물질 입자의 비율이 없거나, 적정 수준 미만으로 적기 때문에 충방전 진행에 따른 부피 팽창 시, 완충 작용을 하는 입자의 비율이 미미하여 실시예 1~2 보다 수명 특성이 열위해진 것을 확인할 수 있었다.On the other hand, in the secondary batteries prepared in Comparative Examples 1 and 2, there is no ratio of positive active material particles having hollow parts in the secondary particles, or the proportion of particles that act as a buffer during volume expansion according to the charge/discharge progress because the ratio is less than an appropriate level. It was confirmed that this was insignificant, and the life characteristics were inferior to those of Examples 1-2.

또한, 비교예 3에서 제조한 이차전지는, 2차 입자 내 중공부를 가진 양극 활물질 입자의 비율이 적정 수준 이상으로 많기 때문에, 이차전지 제조 과정에서 압연 시 상기 2차 입자 내 중공부를 가진 양극 활물질이 깨지고, 이에 의한 양극 활물질의 비표면적 증가로 인해 전해액과의 반응 면적이 넓어져, 전해액과의 부반응이 많아져 수명 특성이 열위해진 것을 확인할 수 있었다. In addition, in the secondary battery prepared in Comparative Example 3, since the ratio of the positive electrode active material particles having the hollow parts in the secondary particles is higher than the appropriate level, the positive active material having the hollow parts in the secondary particles during rolling during the manufacturing process of the secondary battery It was confirmed that the reaction area with the electrolyte increased due to the increase of the specific surface area of the positive electrode active material due to cracking, and the side reaction with the electrolyte increased, resulting in deterioration of the lifespan characteristics.

Claims (10)

1차 입자가 응집되어 이루어진 2차 입자의 양극 활물질 입자를 복수개 포함하는 양극 활물질 분말에 있어서,
양극 활물질 입자 전체 개수에 대하여, 상기 2차 입자의 내부에 중공부를 가진 양극 활물질이 40% 내지 70%이고, 상기 2차 입자의 내부에 중공부를 가지지 않은 양극 활물질이 30% 내지 60%인, 양극 활물질 분말.
In the positive electrode active material powder comprising a plurality of positive active material particles of secondary particles formed by aggregation of primary particles,
With respect to the total number of positive active material particles, the amount of the positive active material having a hollow part inside the secondary particles is 40% to 70%, and the positive active material having no hollow part inside the secondary particle is 30% to 60%, the positive electrode active material powder.
제1항에 있어서,
상기 양극 활물질은 하기 화학식 1로 표시되는 리튬 전이금속 산화물을 포함하는, 양극 활물질 분말.
[화학식 1]
Li1+aNi1-x-yCoxM1 yM2 zO2
상기 화학식 1에 있어서,
0≤a≤0.5, 0.2≤x+y≤0.4, x<y, 0≤z≤0.1이고,
M1은 Mn 및 Al으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상이고,
M2는 Ba, Ca, Zr, Ti, Mg, Ta, Nb 및 Mo으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상임.
The method of claim 1,
The cathode active material is a cathode active material powder comprising a lithium transition metal oxide represented by the following formula (1).
[Formula 1]
Li 1+a Ni 1-xy Co x M 1 y M 2 z O 2
In Formula 1,
0≤a≤0.5, 0.2≤x+y≤0.4, x<y, 0≤z≤0.1,
M 1 is at least one selected from the group consisting of Mn and Al,
M 2 is at least one selected from the group consisting of Ba, Ca, Zr, Ti, Mg, Ta, Nb and Mo.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 2차 입자의 내부에 중공부를 가진 양극 활물질의 내부 기공율은 10% 내지 60%인 양극 활물질 분말.
The method of claim 1,
The positive electrode active material powder having an internal porosity of 10% to 60% of the positive active material having a hollow inside the secondary particles.
제1항에 있어서,
상기 양극 활물질의 평균 입경(D50)은 2㎛ 내지 13㎛인 양극 활물질 분말.
The method of claim 1,
The positive active material powder has an average particle diameter (D 50 ) of the positive active material of 2 μm to 13 μm.
전이금속 함유 용액을 준비하는 단계;
상기 전이금속 함유 용액과, 암모늄 양이온 착물 형성제 및 음이온 함유 염기성 화합물을 첨가하여 pH 12 내지 pH 14에서 제1 공침반응시켜 양극 활물질 전구체 입자를 형성하는 단계;
pH 10 미만에서 5 내지 24 시간 동안 유지하면서 제2 공침반응시켜 상기 양극 활물질 전구체 입자를 성장시키는 단계; 및
상기 양극 활물질 전구체와 리튬 소스를 혼합하고 소성하여, 1차 입자가 응집되어 이루어진 2차 입자 형태의 양극 활물질 입자 전체 개수에 대하여 상기 2차 입자의 내부에 중공부를 가진 양극 활물질 입자가 40% 내지 70%이고, 상기 2차 입자의 내부에 중공부를 가지지 않은 양극 활물질 입자가 30% 내지 60%인 양극 활물질 분말을 수득하는 단계를 포함하는, 양극 활물질 분말의 제조 방법.
preparing a transition metal-containing solution;
forming positive electrode active material precursor particles by adding the transition metal-containing solution, an ammonium cation complex forming agent, and an anion-containing basic compound to a first co-precipitation reaction at pH 12 to pH 14;
growing the cathode active material precursor particles by performing a second co-precipitation reaction while maintaining the pH at less than 10 for 5 to 24 hours; and
By mixing and firing the positive electrode active material precursor and the lithium source, the positive active material particles having a hollow inside the secondary particles are 40% to 70% with respect to the total number of positive active material particles in the form of secondary particles formed by aggregation of primary particles %, and comprising the step of obtaining a cathode active material powder having 30% to 60% of the cathode active material particles having no hollow part inside the secondary particles, a method of producing a cathode active material powder.
제6항에 있어서,
상기 제1 공침반응은 pH 13 내지 pH 14에서 수행하는 것이고,
상기 제2 공침반응은 pH 9.5 이하에서 10 내지 16 시간 동안 수행하는 것인, 양극 활물질 분말의 제조 방법.
7. The method of claim 6,
The first co-precipitation reaction is to be carried out at pH 13 to pH 14,
The second co-precipitation reaction is to be carried out for 10 to 16 hours at a pH of 9.5 or less, a method for producing a cathode active material powder.
제6항에 있어서,
상기 소성은 750℃ 내지 850℃에서 9 내지 11시간 동안 수행하는 것인, 양극 활물질 분말의 제조 방법.
7. The method of claim 6,
The method of claim 1, wherein the sintering is performed at 750° C. to 850° C. for 9 to 11 hours.
양극 집전체;
상기 양극 집전체 상에 형성되고, 제1항, 제2항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 따른 양극 활물질 분말을 포함하는 양극 활물질층;을 포함하는 양극에 있어서,
상기 양극은 1g/cc 내지 10 g/cc의 전극 밀도를 가지는 것인, 양극.
positive electrode current collector;
A positive electrode comprising a; a positive electrode active material layer formed on the positive electrode current collector and comprising the positive electrode active material powder according to any one of claims 1, 2, 4 and 5,
The positive electrode will have an electrode density of 1 g / cc to 10 g / cc, the positive electrode.
제9항에 따른 양극; 음극; 및 상기 양극 및 음극 사이에 개재된 분리막; 및 전해질;을 포함하는 리튬 이차전지. The positive electrode according to claim 9; cathode; and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode. and an electrolyte; and a lithium secondary battery.
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