KR102410662B1 - Positive electrode active material for secondary battery, method for preparing the same and lithium secondary battery comprising the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질을 포함하며, 상기 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질은 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 2 이상의 전이금속을 포함하는 리튬 복합 전이금속 산화물이며, 상기 제1 양극 활물질의 평균 입경(D50)은 상기 제2 양극 활물질의 평균 입경(D50)의 1.5배 이상이고, 상기 제1 양극 활물질은, 리튬 복합 전이금속 산화물에 함유된 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn) 중 적어도 하나가 리튬 복합 전이금속 산화물 입자의 중심과 표면에서의 농도 차가 5몰% 이상인 농도구배를 가지며, 상기 제2 양극 활물질은 결정 사이즈(Crystalite size)가 200nm 이상인 이차전지용 양극 활물질에 관한 것이다.The present invention includes a first positive active material and a second positive active material, wherein the first positive active material and the second positive active material have at least two transitions selected from the group consisting of nickel (Ni), cobalt (Co) and manganese (Mn). It is a lithium composite transition metal oxide containing a metal, and the average particle diameter (D 50 ) of the first positive electrode active material is 1.5 times or more of the average particle diameter (D 50 ) of the second positive electrode active material, and the first positive electrode active material is lithium At least one of nickel (Ni), cobalt (Co) and manganese (Mn) contained in the composite transition metal oxide has a concentration gradient of 5 mol% or more, wherein the difference in concentration between the center and the surface of the lithium composite transition metal oxide particle is 5 mol% or more, 2 The cathode active material relates to a cathode active material for a secondary battery having a crystal size of 200 nm or more.

Description

이차전지용 양극 활물질, 그 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차전지{POSITIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL FOR SECONDARY BATTERY, METHOD FOR PREPARING THE SAME AND LITHIUM SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}Cathode active material for secondary battery, manufacturing method thereof, and lithium secondary battery comprising same

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

최근 휴대전화, 노트북 컴퓨터, 전기 자동차 등 전지를 사용하는 전자기구의 급속한 보급에 수반하여 소형 경량이면서도 상대적으로 고용량인 이차전지의 수요가 급속히 증대되고 있다. 특히, 리튬 이차전지는 경량이고 고에너지 밀도를 가지고 있어 휴대 기기의 구동 전원으로서 각광을 받고 있다. 이에 따라, 리튬 이차전지의 성능향상을 위한 연구개발 노력이 활발하게 진행되고 있다.Recently, with the rapid spread of electronic devices using batteries, such as mobile phones, notebook computers, and electric vehicles, the demand for small, lightweight and relatively high-capacity secondary batteries is rapidly increasing. In particular, a lithium secondary battery has been in the spotlight as a driving power source for a portable device because it is lightweight and has a high energy density. Accordingly, research and development efforts for improving the performance of lithium secondary batteries are being actively conducted.

리튬 이차전지는 리튬 이온의 삽입(intercalations) 및 탈리(deintercalation)가 가능한 활물질로 이루어진 양극과 음극 사이에 유기 전해액 또는 폴리머 전해액을 충전시킨 상태에서 리튬 이온이 양극 및 음극에서 삽입/탈리 될 때의 산화와 환원 반응에 의해 전기 에너지가 생산된다.In a lithium secondary battery, an organic electrolyte or polymer electrolyte is charged between a positive electrode and a negative electrode made of an active material capable of intercalation and deintercalation of lithium ions, and lithium ions are inserted/deintercalated from the positive and negative electrodes. Electric energy is produced by a reduction reaction with

리튬 이차전지의 양극 활물질로는 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2), 리튬 망간 산화물(LiMnO2 또는 LiMn2O4 등), 리튬 인산철 화합물(LiFePO4) 등이 사용되었다. 또한, LiNiO2의 우수한 가역 용량은 유지하면서도 낮은 열 안정성을 개선하기 위한 방법으로서, 니켈(Ni)의 일부를 코발트(Co)나 망간(Mn)/알루미늄(Al)으로 치환한 리튬 복합금속 산화물(이하 간단히 'NCM계 리튬 복합 전이금속 산화물' 또는 'NCA계 리튬 복합 전이금속 산화물'이라 함)이 개발되었다. As a cathode active material for a lithium secondary battery, lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), lithium manganese oxide (LiMnO 2 or LiMn 2 O 4 , etc.), lithium iron phosphate compound (LiFePO 4 ), etc. were used. . In addition, as a method for improving low thermal stability while maintaining the excellent reversible capacity of LiNiO 2 , a lithium composite metal oxide in which a part of nickel (Ni) is substituted with cobalt (Co) or manganese (Mn)/aluminum (Al) ( Hereinafter, simply referred to as 'NCM-based lithium composite transition metal oxide' or 'NCA-based lithium composite transition metal oxide') has been developed.

이러한 리튬 복합 전이금속 산화물의 단위 부피당 용량을 증가시키고, 안정성을 향상시키기 위해 금속 조성의 농도구배를 형성하거나, 니켈의 함량을 증가시키는 등의 연구가 이루어지고 있다. 또한, 전극의 단위 부피당 용량을 증가시키기 위해 대립자 및 소립자를 블렌딩(blending)하여 바이모달(bimodal)로 양극 활물질 층을 제조함으로써 압연 밀도를 증가시키는 연구가 이루어지고 있다. 그러나, 아직까지 고용량이면서도 우수한 열 안정성을 동시에 만족하는 양극 활물질에 대한 개발이 여전히 필요한 실정이다.In order to increase the capacity per unit volume of the lithium composite transition metal oxide and improve stability, research has been conducted on forming a concentration gradient of a metal composition or increasing the content of nickel. In addition, in order to increase the capacity per unit volume of the electrode, a study of increasing the rolling density by blending large and small particles to prepare a positive active material layer in a bimodal manner is being conducted. However, there is still a need for development of a positive active material having a high capacity and satisfying thermal stability at the same time.

한국등록특허 제10-1510940호Korean Patent Registration No. 10-1510940

본 발명은 대립자 및 소립자의 양극 활물질을 사용하여 에너지 밀도를 향상시키고, 고용량이면서도 열 안정성을 개선한 이차전지용 양극 활물질을 제공하고자 하는 것이다.An object of the present invention is to provide a positive electrode active material for a secondary battery that uses positive electrode active materials of large and small particles to improve energy density and improve thermal stability while having a high capacity.

또한, 본 발명은 압연에 의한 양극 활물질의 크랙(crack) 발생 및 깨짐을 방지하며, 고온 수명 특성을 향상시키고, 고온 저장 시 가스 발생량을 저하시키는 등 안정성을 개선한 이차전지용 양극 활물질을 제공하고자 하는 것이다.In addition, the present invention is to provide a positive electrode active material for secondary batteries with improved stability, such as preventing cracks and cracking of the positive electrode active material by rolling, improving high-temperature lifespan characteristics, and reducing the amount of gas generated during high-temperature storage. will be.

본 발명은 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질을 포함하며, 상기 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질은 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 2 이상의 전이금속을 포함하는 리튬 복합 전이금속 산화물이며, 상기 제1 양극 활물질의 평균 입경(D50)은 상기 제2 양극 활물질의 평균 입경(D50)의 1.5배 이상이고, 상기 제1 양극 활물질은, 리튬 복합 전이금속 산화물에 함유된 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn) 중 적어도 하나가 리튬 복합 전이금속 산화물 입자의 중심과 표면에서의 농도 차가 5몰% 이상인 농도구배를 가지며, 상기 제2 양극 활물질은 결정 사이즈(Crystalite size)가 200nm 이상인 이차전지용 양극 활물질을 제공한다.The present invention includes a first positive active material and a second positive active material, wherein the first positive active material and the second positive active material have at least two transitions selected from the group consisting of nickel (Ni), cobalt (Co) and manganese (Mn). It is a lithium composite transition metal oxide containing a metal, and the average particle diameter (D 50 ) of the first positive electrode active material is 1.5 times or more of the average particle diameter (D 50 ) of the second positive electrode active material, and the first positive electrode active material is lithium At least one of nickel (Ni), cobalt (Co) and manganese (Mn) contained in the composite transition metal oxide has a concentration gradient of 5 mol% or more, wherein the difference in concentration between the center and the surface of the lithium composite transition metal oxide particle is 5 mol% or more, 2 The cathode active material provides a cathode active material for a secondary battery having a crystal size of 200 nm or more.

또한, 본 발명은 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 2 이상의 전이금속을 포함하는 리튬 복합 전이금속 산화물의 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질을 마련한 후, 상기 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질을 혼합하는 단계를 포함하며, 상기 제1 양극 활물질의 평균 입경(D50)은 상기 제2 양극 활물질의 평균 입경(D50)의 1.5배 이상이고, 상기 제1 양극 활물질은, 리튬 복합 전이금속 산화물에 함유된 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn) 중 적어도 하나가 리튬 복합 전이금속 산화물 입자의 중심과 표면에서의 농도 차가 5몰% 이상인 농도구배를 가지며, 상기 제2 양극 활물질은 결정 사이즈(Crystalite size)가 200nm 이상이 되도록 과소성하여 제조된 이차전지용 양극 활물질의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a first positive electrode active material and a second positive electrode active material of a lithium composite transition metal oxide containing at least two transition metals selected from the group consisting of nickel (Ni), cobalt (Co) and manganese (Mn). , mixing the first positive active material and the second positive active material, wherein the average particle diameter of the first positive active material (D 50 ) is 1.5 times or more of the average particle diameter (D 50 ) of the second positive active material, In the first positive active material, at least one of nickel (Ni), cobalt (Co) and manganese (Mn) contained in the lithium composite transition metal oxide has a concentration difference between the center and the surface of the lithium composite transition metal oxide particle of 5 mol% It has a concentration gradient equal to or greater than, and the second positive electrode active material provides a method of manufacturing a positive electrode active material for a secondary battery manufactured by under-calcining such that the crystal size is 200 nm or more.

또한, 본 발명은 상기 양극 활물질을 포함하는 양극 및 리튬 이차전지를 제공한다.In addition, the present invention provides a positive electrode and a lithium secondary battery including the positive electrode active material.

본 발명에 따르면, 대립자 및 소립자를 블렌딩(blending)하여 바이모달(bimodal)의 양극 활물질을 제조함으로써 에너지 밀도를 향상시킬 수 있으며, 이때, 농도구배를 갖는 대립자와, 과소성하여 결정 사이즈(Crystalite size)가 200nm 이상인 소립자를 사용함으로써 고용량을 구현하면서도 열 안정성을 향상시킬 수 있다. 또한, 압연에 의한 양극 활물질의 크랙(crack) 발생 및 깨짐을 방지할 수 있으며, 고온 수명 특성을 향상시키고, 고온 저장 시 가스 발생량을 저하시키는 등 안정성을 개선할 수 있다. According to the present invention, energy density can be improved by blending large and small particles to prepare a bimodal positive active material, and at this time, the large and small particles having a concentration gradient, and the crystal size ( By using small particles with a crystallite size of 200 nm or more, high capacity can be realized and thermal stability can be improved. In addition, it is possible to prevent cracking and breakage of the positive electrode active material due to rolling, and improve stability, such as improving high-temperature lifespan characteristics, and reducing the amount of gas generated during high-temperature storage.

도 1은 실시예 및 비교예에 따른 양극 활물질의 압연 밀도를 나타낸 그래프이다.
도 2는 실시예 및 비교예에 따른 양극 활물질의 시차주사열계량법(differential scanning calorimetry, DSC)에 의한 열 안정성을 나타낸 그래프이다.
도 3은 실시예 및 비교예에 따른 양극 활물질의 고온 저장 시 가스 발생량을 나타낸 그래프이다.
1 is a graph showing the rolling density of positive active materials according to Examples and Comparative Examples.
FIG. 2 is a graph showing thermal stability by differential scanning calorimetry (DSC) of positive active materials according to Examples and Comparative Examples.
3 is a graph showing the amount of gas generated during high-temperature storage of positive electrode active materials according to Examples and Comparative Examples.

이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 이때, 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.Hereinafter, the present invention will be described in more detail to help the understanding of the present invention. At this time, the terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to conventional or dictionary meanings, and the inventor appropriately defines the concept of the term in order to describe his invention in the best way. Based on the principle that it can be done, it should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

<양극 활물질><Anode active material>

본 발명의 이차전지용 양극 활물질은 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질을 포함하며, 상기 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질은 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 2 이상의 전이금속을 포함하는 리튬 복합 전이금속 산화물이며, 상기 제1 양극 활물질의 평균 입경(D50)은 상기 제2 양극 활물질의 평균 입경(D50)의 1.5배 이상이고, 상기 제1 양극 활물질은, 리튬 복합 전이금속 산화물에 함유된 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn) 중 적어도 하나가 리튬 복합 전이금속 산화물 입자의 중심과 표면에서의 농도 차가 5몰% 이상인 농도구배를 가지며, 상기 제2 양극 활물질은 결정 사이즈(Crystalite size)가 200nm 이상이다.The positive active material for a secondary battery of the present invention includes a first positive active material and a second positive active material, wherein the first positive active material and the second positive active material are nickel (Ni), cobalt (Co) and manganese (Mn) from the group consisting of It is a lithium composite transition metal oxide comprising at least two or more selected transition metals, and the average particle diameter (D 50 ) of the first positive active material is 1.5 times or more of the average particle diameter (D 50 ) of the second positive active material, and the first In the positive active material, at least one of nickel (Ni), cobalt (Co) and manganese (Mn) contained in the lithium composite transition metal oxide has a concentration gradient between the center and the surface of the lithium composite transition metal oxide particle of 5 mol% or more has, and the second positive active material has a crystal size of 200 nm or more.

본 발명의 이차전지용 양극 활물질은 대립자인 제1 양극 활물질과 소립자인 제2 양극 활물질을 포함한다. The positive electrode active material for a secondary battery of the present invention includes a first positive electrode active material as opposites and a second positive active material as small particles.

이차전지용 양극의 부피당 용량을 향상시키기 위해서는 양극 활물질 층의 밀도를 증가시킬 필요가 있는데, 양극 활물질 층의 밀도를 증가시키는 방법으로 양극 활물질 입자 사이의 공극을 줄여 압연 밀도(또는 전극 밀도)를 높이는 방법이 사용된다. 본 발명과 같이 대립자 및 소립자의 양극 활물질을 혼합한 바이모달(bimodal)의 양극 활물질의 경우, 대립자 양극 활물질의 입자들 사이의 빈 공간을 소립자 양극 활물질로 채울 수 있으므로, 보다 조밀한 충진이 가능하고, 양극의 에너지 밀도를 증가시킬 수 있다.In order to improve the capacity per volume of the positive electrode for secondary batteries, it is necessary to increase the density of the positive electrode active material layer. A method of increasing the density of the positive active material layer is to increase the rolling density (or electrode density) by reducing the voids between the positive active material particles. this is used In the case of a bimodal positive electrode active material in which the positive active material of opposite and small particles is mixed as in the present invention, since the empty space between the particles of the opposite positive electrode active material can be filled with the small particle positive active material, more dense filling is possible It is possible, and it is possible to increase the energy density of the anode.

상기 제1 양극 활물질의 평균 입경(D50)은 상기 제2 양극 활물질의 평균 입경(D50)의 1.5배 이상이다.The average particle diameter (D 50 ) of the first positive electrode active material is 1.5 times or more of the average particle diameter (D 50 ) of the second positive electrode active material.

본 발명에 있어서, 평균 입경(D50)은 입경 분포 곡선에서 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. 예를 들어, 상기 양극 활물질의 평균 입경(D50)의 측정 방법은, 양극 활물질의 입자를 분산매 중에 분산시킨 후, 시판되는 레이저 회절 입도 측정 장치(예를 들어, Microtrac MT 3000)에 도입하여 약 28kHz의 초음파를 출력 60W로 조사한 후, 측정 장치에 있어서의 체적 누적량의 50%에 해당하는 평균 입경(D50)을 산출할 수 있다.In the present invention, 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. The average particle diameter (D 50 ) may be measured using, for example, a laser diffraction method. For example, in the method for measuring the average particle diameter (D 50 ) of the positive active material, the particles of the positive active material are dispersed in a dispersion medium, and then introduced into a commercially available laser diffraction particle size measuring device (eg, Microtrac MT 3000). After irradiating the ultrasonic wave of 28 kHz with the output 60W, the average particle diameter D50 corresponding to 50 % of the volume accumulation amount in a measuring apparatus can be computed.

보다 구체적으로는, 상기 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질의 평균 입경(D50)은 2:1 내지 5:1일 수 있고, 더욱 바람직하게는 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질의 평균 입경(D50)은 2:1 내지 3.5:1일 수 있다. 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질의 평균 입경(D50) 비가 상기 범위 내를 만족함으로써, 양극 활물질 입자들 사이의 공극을 보다 효과적으로 줄이고, 충진 밀도를 높이며, 양극 밀도를 향상시켜 양극 부피당 용량을 효과적으로 향상시킬 수 있다.More specifically, the average particle diameter (D 50 ) of the first positive active material and the second positive active material may be 2:1 to 5:1, more preferably, the average particle diameter of the first positive active material and the second positive active material (D 50 ) may be 2:1 to 3.5:1. By satisfying the average particle diameter (D 50 ) ratio of the first positive active material and the second positive active material within the above range, the voids between the positive active material particles are more effectively reduced, the filling density is increased, and the positive electrode density is improved to increase the capacity per positive electrode volume can be effectively improved.

구체적으로, 상기 제1 양극 활물질의 평균 입경(D50)은 10 내지 30㎛일 수 있으며, 보다 바람직하게는 13 내지 25㎛, 더욱 바람직하게는 15 내지 22㎛일 수 있다.Specifically, the average particle diameter (D 50 ) of the first positive electrode active material may be 10 to 30 μm, more preferably 13 to 25 μm, and still more preferably 15 to 22 μm.

상기 제2 양극 활물질의 평균 입경(D50)은 9㎛ 이하일 수 있으며, 보다 바람직하게는 1 내지 8㎛, 더욱 바람직하게는 2 내지 6㎛일 수 있다.The average particle diameter (D 50 ) of the second positive active material may be 9 μm or less, more preferably 1 to 8 μm, and still more preferably 2 to 6 μm.

본 발명의 상기 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질은 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 2 이상의 전이금속을 포함하는 리튬 복합 전이금속 산화물이다. 이때, 대립자인 상기 제1 양극 활물질은 농도구배를 갖는 리튬 복합 전이금속 산화물이며, 소립자인 상기 제2 양극 활물질은 농도구배를 갖지 않으며, 과소성되어 결정 사이즈(Crystalite size)가 200nm 이상인 리튬 복합 전이금속 산화물이다. 이와 같이, 농도구배를 갖는 대립자와 농도구배를 갖지 않으며, 과소성된 소립자를 혼합 사용함으로써, 보다 더 고용량이면서도 열적 안정성을 확보할 수 있고, 고온 수명 특성 및 고온 저장 안정성을 향상시킬 수 있다. The first positive active material and the second positive active material of the present invention are lithium composite transition metal oxides containing at least two or more transition metals selected from the group consisting of nickel (Ni), cobalt (Co) and manganese (Mn). In this case, the opposite first positive active material is a lithium composite transition metal oxide having a concentration gradient, and the second positive active material, which is a small particle, does not have a concentration gradient, and is under-calcined to have a lithium composite transition having a crystal size of 200 nm or more. It is a metal oxide. In this way, by using a mixture of small particles that are under-calcined without having a concentration gradient with a large particle having a concentration gradient, a higher capacity and thermal stability can be ensured, and high-temperature lifespan characteristics and high-temperature storage stability can be improved.

상대적으로 대립자인 상기 제1 양극 활물질은 금속 조성의 농도구배를 갖는 리튬 복합 전이금속 산화물로서, 리튬 복합 전이금속 산화물에 함유된 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn) 중 적어도 하나가 리튬 복합 전이금속 산화물 입자의 중심과 표면에서의 농도 차가 5몰% 이상을 나타낸다. 보다 바람직하게는 리튬 복합 전이금속 산화물에 함유된 니켈(Ni)이 리튬 복합 전이금속 산화물 입자의 중심과 표면에서의 농도 차가 8몰% 이상, 더욱 바람직하게는 10몰% 이상일 수 있다.The relatively opposite first positive active material is a lithium composite transition metal oxide having a concentration gradient of a metal composition, and at least one of nickel (Ni), cobalt (Co) and manganese (Mn) contained in the lithium composite transition metal oxide is The difference in concentration between the center and the surface of the lithium composite transition metal oxide particles is 5 mol% or more. More preferably, the difference in the concentration of nickel (Ni) contained in the lithium composite transition metal oxide between the center and the surface of the lithium composite transition metal oxide particles may be 8 mol% or more, more preferably 10 mol% or more.

본 발명에 있어서, 양극 활물질 입자 내에서의 전이금속의 농도구배 조성 및 농도는 전자선 마이크로 애널라이저(Electron Probe Micro Analyzer, EPMA), 유도결합 플라스마-원자 방출 분광법(Inductively Coupled Plasma - Atomic Emission Spectrometer, ICP-AES), 비행 시간형 2차 이온 질량분석기(Time of Flight Secondary Ion Mass Spectrometry, ToF-SIMS), 또는 X선 광전자 분광법(XPS) 등의 방법을 이용하여 확인할 수 있으며, 구체적으로는 EPMA를 이용하여 양극 활물질의 중심에서부터 표면으로 이동하면서 각 금속의 원소비(atomic ratio)를 측정하거나, XPS를 통하여 양극 활물질의 표면에서부터 중심으로 에칭하면서 각 금속의 원소비(atomic ratio)를 측정할 수 있다.In the present invention, the concentration gradient composition and concentration of the transition metal in the positive active material particles is determined by an electron probe micro analyzer (Electron Probe Micro Analyzer, EPMA), inductively coupled plasma-atomic emission spectroscopy (Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometer, ICP- AES), time of flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS), or X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) The atomic ratio of each metal may be measured while moving from the center of the positive electrode active material to the surface, or the atomic ratio of each metal may be measured while etching from the surface of the positive electrode active material to the center through XPS.

본 발명의 일 실시예의 경우, 상기 제1 양극 활물질은, 코어부 및 상기 코어부를 둘러싸며 형성된 쉘부로 이루어지며, 상기 코어부는 전이금속의 농도가 일정하고, 상기 쉘부는 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn) 중 적어도 하나가 점진적으로 증가하거나 감소하는 농도구배를 나타낼 수 있다. 보다 바람직하게는 상기 제1 양극 활물질의 쉘부는, 니켈(Ni)의 농도가 입자 표면 측으로 갈수록 점진적으로 감소하는 농도구배를 나타낼 수 있다. 상기 쉘부 중 입자 중심 측에서는 니켈(Ni)의 농도가 고농도를 유지하고, 쉘부 중 입자 표면 측으로 갈수록 니켈(Ni)의 농도가 감소하기 때문에 열 안정성을 나타내면서도 용량의 감소를 방지할 수 있다. In an embodiment of the present invention, the first positive active material includes a core part and a shell part formed to surround the core part, the core part having a constant concentration of transition metal, and the shell part being nickel (Ni), cobalt ( At least one of Co) and manganese (Mn) may exhibit a concentration gradient that gradually increases or decreases. More preferably, the shell portion of the first positive electrode active material may exhibit a concentration gradient in which the concentration of nickel (Ni) gradually decreases toward the particle surface. Since the concentration of nickel (Ni) is maintained at a high concentration at the particle center side of the shell part and the concentration of nickel (Ni) decreases toward the particle surface side of the shell part, it is possible to prevent a decrease in capacity while exhibiting thermal stability.

한편, 상기 쉘부는, 망간(Mn) 및 코발트(Co) 중 적어도 하나가 입자 표면 측으로 갈수록 점진적으로 증가하는 농도구배를 가질 수 있다. 이 경우, 상기 쉘부 중 입자 중심 측에서는 망간(Mn)의 농도가 저농도를 유지하고, 쉘부 중 입자 표면 측으로 갈수록 망간(Mn)의 농도가 증가하기 때문에 우수한 열 안정성을 얻을 수 있으며, 쉘부 중 입자 중심 측에서는 코발트(Co)의 농도가 저농도를 유지하고, 쉘부 중 입자 표면 측으로 갈수록 코발트(Co)의 농도를 증가시킴으로써 코발트(Co)의 사용량을 감소시키면서도 용량의 감소를 방지할 수 있다.Meanwhile, in the shell part, at least one of manganese (Mn) and cobalt (Co) may have a concentration gradient that gradually increases toward the particle surface. In this case, excellent thermal stability can be obtained because the concentration of manganese (Mn) is maintained at a low concentration on the particle center side of the shell part, and the concentration of manganese (Mn) increases toward the particle surface side of the shell part, and at the particle center side of the shell part By maintaining the low concentration of cobalt (Co) and increasing the concentration of cobalt (Co) toward the particle surface side of the shell part, it is possible to reduce the amount of cobalt (Co) used while preventing the decrease in capacity.

상기 양극 활물질의 쉘부는, 쉘부 내 포함된 니켈(Ni)의 농도가 입자 표면 측으로 갈수록 연속적인 농도구배를 가지면서 감소하고, 망간(Mn) 및 코발트(Co) 중 적어도 하나는 입자 표면 측으로 갈수록 상기 니켈(Ni)의 농도구배와 상보적으로 연속적인 농도구배를 가지면서 증가할 수 있다. In the shell portion of the positive electrode active material, the concentration of nickel (Ni) contained in the shell portion decreases with a continuous concentration gradient toward the particle surface, and at least one of manganese (Mn) and cobalt (Co) increases toward the particle surface. It may increase while having a continuous concentration gradient complementary to the concentration gradient of nickel (Ni).

본 발명에 있어서, "전이금속의 농도가 점진적으로 변화(증가 또는 감소)하는 농도구배를 나타낸다"란, 전이금속의 농도가 점진적으로 변화하는 농도 분포로 존재한다는 것을 의미한다. 구체적으로, 상기 농도 분포는 입자 내에서 1㎛당 전이금속 농도의 변화가, 양극 활물질 내 포함되는 해당 금속의 총 몰 수를 기준으로, 각각 0.1 내지 5몰%, 보다 구체적으로는 0.1 내지 3몰%, 보다 더 구체적으로는 1 내지 2몰%의 차이가 있는 것일 수 있다. In the present invention, "shows a concentration gradient in which the concentration of the transition metal is gradually changed (increased or decreased)" means that the concentration of the transition metal exists in a concentration distribution in which the concentration is gradually changed. Specifically, the concentration distribution indicates that the change in the transition metal concentration per 1 μm in the particle is 0.1 to 5 mol%, more specifically 0.1 to 3 mol, respectively, based on the total number of moles of the corresponding metal included in the positive active material. %, more specifically, may be a difference of 1 to 2 mol%.

본 발명의 다른 실시예의 경우, 상기 제1 양극 활물질은, 리튬 복합 전이금속 산화물에 함유된 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn) 중 적어도 하나가 리튬 복합 전이금속 산화물 입자의 중심에서부터 표면까지 점진적으로 변하는(증가하거나 감소하는) 농도구배를 가질 수 있다. In another embodiment of the present invention, in the first positive electrode active material, at least one of nickel (Ni), cobalt (Co) and manganese (Mn) contained in the lithium composite transition metal oxide is formed from the center of the lithium composite transition metal oxide particle. It can have a gradient (increasing or decreasing) that gradually changes (increasing or decreasing) to the surface.

보다 바람직하게는, 상기 제1 양극 활물질은, 니켈(Ni)이 리튬 복합 전이금속 산화물 입자의 중심에서부터 표면까지 점진적으로 감소하는 농도구배를 가질 수 있다. 제1 양극 활물질의 입자 중심에서 니켈(Ni)의 농도가 고농도를 유지하고, 표면으로 갈수록 니켈(Ni)의 농도가 감소하기 때문에 열 안정성을 나타내면서도 용량의 감소를 방지할 수 있다.More preferably, the first positive active material may have a concentration gradient in which nickel (Ni) gradually decreases from the center of the lithium composite transition metal oxide particles to the surface. Since the concentration of nickel (Ni) is maintained at a high concentration at the particle center of the first positive electrode active material and the concentration of nickel (Ni) decreases toward the surface, it is possible to prevent a decrease in capacity while exhibiting thermal stability.

또는, 망간(Mn) 및 코발트(Co) 중 적어도 하나가 리튬 복합 전이금속 산화물 입자의 중심에서부터 표면까지 점진적으로 증가하는 농도구배를 가질 수 있다. 이 경우, 제1 양극 활물질의 입자 중심에서 망간(Mn)의 농도가 저농도를 유지하고, 입자 표면으로 갈수록 망간(Mn)의 농도가 증가하기 때문에 용량 감소 없이 우수한 열 안정성을 얻을 수 있으며, 제1 양극 활물질의 입자 중심에서 코발트(Co)의 농도가 저농도를 유지하고, 입자 표면으로 갈수록 코발트(Co)의 농도를 증가시킴으로써 코발트(Co)의 사용량을 감소시키면서도 용량의 감소를 방지할 수 있다.Alternatively, at least one of manganese (Mn) and cobalt (Co) may have a concentration gradient that gradually increases from the center of the lithium composite transition metal oxide particle to the surface. In this case, since the concentration of manganese (Mn) is maintained at a low concentration at the particle center of the first positive electrode active material and the concentration of manganese (Mn) increases toward the particle surface, excellent thermal stability can be obtained without reducing the capacity, and the first By maintaining a low concentration of cobalt (Co) at the particle center of the positive electrode active material and increasing the concentration of cobalt (Co) toward the particle surface, it is possible to reduce the amount of cobalt (Co) and prevent a decrease in capacity.

본 발명의 일 실시예에 따른 제1 양극 활물질은, 제1 양극 활물질 내 포함된 니켈(Ni)의 농도는 입자의 중심에서부터 입자 표면층으로 갈수록 연속적인 농도구배를 가지면서 감소하고, 망간(Mn) 및 코발트(Co) 중 적어도 하나는 입자의 중심에서부터 입자 표면으로 갈수록 상기 니켈(Ni)의 농도구배와 상보적으로 연속적인 농도구배를 가지면서 증가할 수 있다. 이와 같이, 제1 양극 활물질 내에서 입자의 중심에서부터 입자 표면으로 갈수록 니켈(Ni)의 농도는 점진적으로 감소하고, 망간(Mn) 및/또는 코발트(Co)의 농도는 점진적으로 증가하는 조합의 농도구배를 가짐으로써, 용량 특성을 유지하면서도 열 안전성을 나타낼 수 있다.In the first positive active material according to an embodiment of the present invention, the concentration of nickel (Ni) contained in the first positive active material decreases with a continuous concentration gradient from the center of the particle to the particle surface layer, and manganese (Mn) And at least one of cobalt (Co) may increase while having a continuous concentration gradient complementary to the concentration gradient of nickel (Ni) from the center of the particle toward the particle surface. As such, the concentration of nickel (Ni) gradually decreases from the center of the particle to the particle surface in the first positive electrode active material, and the concentration of manganese (Mn) and/or cobalt (Co) is a combination of progressively increasing concentrations. By having the gradient, it is possible to exhibit thermal stability while maintaining capacity characteristics.

본 발명의 또 다른 실시예의 경우, 상기 제1 양극 활물질은, 코어부, 상기 코어부를 둘러싸며 형성된 농도구배부 및 상기 농도구배부를 둘러싸며 형성된 표면부로 이루어지며, 상기 코어부 및 표면부는 서로 독립적으로 전이금속의 농도가 일정하고, 상기 농도구배부는 상기 코어부 조성으로부터 상기 표면부 조성까지 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn) 중 적어도 하나가 점진적으로 변화하는 농도구배를 가질 수 있다. 보다 바람직하게는 상기 코어부는 니켈(Ni)의 농도가 상기 표면부보다 고농도이며, 상기 제1 양극 활물질의 농도구배부는, 니켈(Ni)의 농도가 코어부 측으로부터 표면부 측으로 갈수록 점진적으로 감소하는 농도구배를 나타낼 수 있다. 상기 농도구배부 중 코어부 측에서는 니켈(Ni)의 농도가 고농도를 유지하고, 표면부 측으로 갈수록 니켈(Ni)의 농도가 감소하기 때문에 열 안정성을 나타내면서도 용량의 감소를 방지할 수 있다. In another embodiment of the present invention, the first positive electrode active material includes a core part, a concentration gradient part formed to surround the core part, and a surface part formed to surround the concentration gradient part, and the core part and the surface part are independent of each other. The concentration of the transition metal is constant, and the concentration gradient part may have a concentration gradient in which at least one of nickel (Ni), cobalt (Co) and manganese (Mn) is gradually changed from the composition of the core part to the composition of the surface part. . More preferably, the concentration of nickel (Ni) in the core portion is higher than that of the surface portion, and in the concentration gradient portion of the first positive electrode active material, the concentration of nickel (Ni) gradually decreases from the core portion to the surface portion. Concentration gradients can be shown. Since the concentration of nickel (Ni) is maintained at a high concentration on the core part side of the concentration gradient part and the concentration of nickel (Ni) decreases toward the surface part side, it is possible to prevent a decrease in capacity while exhibiting thermal stability.

한편, 상기 농도구배부는, 망간(Mn) 및 코발트(Co) 중 적어도 하나가 표면부 측으로 갈수록 점진적으로 증가하는 농도구배를 가질 수 있다. 이 경우, 상기 농도구배부 중 코어부 측에서는 망간(Mn)의 농도가 저농도를 유지하고, 농도구배부 중 표면부 측으로 갈수록 망간(Mn)의 농도가 증가하기 때문에 우수한 열 안정성을 얻을 수 있으며, 농도구배부 중 코어부 측에서는 코발트(Co)의 농도가 저농도를 유지하고, 농도구배부 중 표면부 측으로 갈수록 코발트(Co)의 농도를 증가시킴으로써 코발트(Co)의 사용량을 감소시키면서도 용량의 감소를 방지할 수 있다.Meanwhile, the concentration gradient portion may have a concentration gradient in which at least one of manganese (Mn) and cobalt (Co) gradually increases toward the surface portion. In this case, excellent thermal stability can be obtained because the concentration of manganese (Mn) is maintained at a low concentration on the core part side of the concentration gradient part, and the concentration of manganese (Mn) increases toward the surface part side of the concentration gradient part. In the core part of the gradient part, the concentration of cobalt (Co) is maintained at a low concentration, and by increasing the concentration of cobalt (Co) toward the surface part of the concentration gradient part, the amount of cobalt (Co) is reduced while preventing a decrease in capacity. can

상기 양극 활물질의 농도구배부는, 농도구배부 내 포함된 니켈(Ni)의 농도가 표면부 측으로 갈수록 연속적인 농도구배를 가지면서 감소하고, 망간(Mn) 및 코발트(Co) 중 적어도 하나는 표면부 측으로 갈수록 상기 니켈(Ni)의 농도구배와 상보적으로 연속적인 농도구배를 가지면서 증가할 수 있다. In the concentration gradient portion of the positive electrode active material, the concentration of nickel (Ni) contained in the concentration gradient portion decreases while having a continuous concentration gradient toward the surface portion, and at least one of manganese (Mn) and cobalt (Co) is a surface portion It may increase while having a continuous concentration gradient complementary to the concentration gradient of nickel (Ni) toward the side.

상기와 같이 대립자인 제1 양극 활물질을 입자 내 위치에 따라 전이금속 원소의 농도를 달리하여 농도구배를 갖도록 함으로써, 해당 전이금속의 특성을 용이하게 활용하여 양극 활물질의 전지 성능 개선 효과를 더욱 향상시킬 수 있다. As described above, the opposite first positive active material has a concentration gradient by varying the concentration of the transition metal element according to the position in the particle, so that the characteristics of the transition metal can be easily utilized to further improve the battery performance improvement effect of the positive electrode active material. can

상대적으로 소립자인 상기 제2 활물질은 과소성되어 결정 사이즈(Crystalite size)가 200nm 이상이다. 상기 제2 양극 활물질의 결정 사이즈(Crystalite size)가 200nm 미만인 경우 고온 수명 특성 및 고온 저장 시 안정성이 저하될 수 있으며, 압연에 의해 양극 활물질의 크랙(crack) 및 깨짐이 발생할 수 있다. 상기 제2 양극 활물질을 과소성하는 방법은 결정 사이즈(Crystalite size)를 200nm 이상으로 증가시킬 수 있는 방법이라면 특별히 제한되지 않으나, 예를 들면, 소성하는 과정에서 일반적인 양극 활물질 소성 온도보다 약 50℃ 가량 증가시킨 온도로 과소성할 수 있다. 보다 바람직하게는 상기 제2 양극 활물질은 결정 사이즈(Crystalite size)가 200 내지 500nm, 더욱 바람직하게는 220 내지 400nm일 수 있다. The second active material, which is a relatively small particle, has a crystal size of 200 nm or more due to under-baking. When the crystal size of the second positive active material is less than 200 nm, high temperature lifespan characteristics and stability during high temperature storage may be deteriorated, and cracks and cracks may occur in the positive electrode active material by rolling. The method of under-calcining the second cathode active material is not particularly limited as long as it is a method capable of increasing the crystal size to 200 nm or more. For example, in the process of sintering, about 50 ° C. An increased temperature can lead to underfiring. More preferably, the second cathode active material may have a crystal size of 200 to 500 nm, more preferably 220 to 400 nm.

본 발명에 있어서, '입자'는 마이크로 단위의 알갱이를 지칭하며, 이를 확대하여 관측하면 수십 나노 단위의 결정 형태를 가진 '그레인(grain)'으로 구분할 수 있다. 이를 더욱 확대하면 원자들이 일정한 방향의 격자구조를 이루는 형태의 구분된 영역을 확인할 수 있으며, 이를 '결정립(crystallite)'이라고 하며, XRD에서 관측하는 입자의 크기는 결정립(Crystallite)의 크기로 정의된다. 결정 사이즈(Crystalite size)를 측정하는 방법은 XRD data의 peak broadening을 이용하여 crystallite size를 가늠할 수 있으며. scherrer equation을 통해 정량적으로 계산할 수 있다.In the present invention, 'particles' refer to grains of micro-units, and when they are enlarged and observed, they can be divided into 'grains' having a crystal form of several tens of nano units. If you enlarge it further, you can see a divided region in the form of atoms forming a lattice structure in a certain direction, which is called 'crystallite', and the size of the particle observed in XRD is defined as the size of the crystallite. . The method to measure the crystal size is to estimate the crystallite size by using the peak broadening of XRD data. It can be quantitatively calculated through the Scherrer equation.

상기 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질은 1차 입자가 응집되어 이루어진 2차 입자일 수 있다. 이때, 상대적으로 소립자인 상기 제2 양극 활물질은 과소성되어 1차 입자의 평균 입경(D50)이 1㎛ 이상일 수 있다. 상기 제2 양극 활물질의 1차 입자의 평균 입경(D50)이 1㎛ 미만인 경우 고온 수명 특성 및 고온 저장 시 가스 발생량이 증가하는 등 안정성이 저하될 수 있으며, 압연에 의해 양극 활물질의 크랙(crack) 및 깨짐이 발생할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제2 양극 활물질은 1차 입자의 평균 입경(D50)이 1 내지 8㎛일 수 있고, 더욱 구체적으로, 상기 제2 양극 활물질은 1차 입자의 평균 입경(D50)이 1 내지 6㎛일 수 있다. 상대적으로 소립자인 제2 양극 활물질의 비표면적 감소를 통해 전해액과의 부반응 저감 효과를 나타낼 수 있으며, 이를 통해 열 안정성 향상 및 가스 발생 감소 효과를 보일 수 있다. 한편, 상대적으로 대립자인 상기 제1 양극 활물질의 1차 입자의 평균 입경(D50)은 100nm 내지 2㎛일 수 있다.The first positive active material and the second positive active material may be secondary particles formed by agglomeration of primary particles. In this case, the second positive active material having relatively small particles may be over-baked, so that the average particle diameter (D 50 ) of the primary particles may be 1 μm or more. When the average particle diameter (D 50 ) of the primary particles of the second positive electrode active material is less than 1 μm, stability may be reduced, such as high temperature life characteristics and an increase in gas generation during high temperature storage, and cracks in the positive electrode active material by rolling ) and cracking may occur. More specifically, in the second positive active material, the average particle diameter (D 50 ) of the primary particles may be 1 to 8 μm, and more specifically, the second positive active material has the average particle diameter (D 50 ) of the primary particles. It may be 1 to 6 μm. By reducing the specific surface area of the second positive electrode active material, which is a relatively small particle, the effect of reducing side reactions with the electrolyte can be exhibited, and through this, the effect of improving thermal stability and reducing gas generation can be exhibited. Meanwhile, the average particle diameter (D 50 ) of the primary particles of the first positive electrode active material, which is relatively opposite, may be 100 nm to 2 μm.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질 중 적어도 하나는, 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn)을 포함하는 NCM계 양극 활물질일 수 있고, 또는 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 알루미늄(Al)을 포함하는 NCA계 양극 활물질일 수 있으며, 니켈(Ni), 코발트(Co), 망간(Mn) 및 알루미늄(Al)의 4성분을 필수로 포함하는 4성분계 양극 활물질일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, at least one of the first positive active material and the second positive active material may be an NCM-based positive active material including nickel (Ni), cobalt (Co) and manganese (Mn), or It may be an NCA-based positive electrode active material including nickel (Ni), cobalt (Co) and aluminum (Al), and the four components of nickel (Ni), cobalt (Co), manganese (Mn) and aluminum (Al) are essential. It may be a four-component positive active material including.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질 중 적어도 하나는, 리튬 복합 전이금속 산화물에 함유된 전체 금속 원소 중 니켈(Ni)의 함량이 60몰% 이상인 고함량 니켈(High-Ni)의 양극 활물질일 수 있다. 보다 바람직하게는 전체 금속 원소 중 니켈(Ni)의 함량이 80몰% 이상일 수 있다. 본 발명과 같이 전체 금속 원소 중 니켈(Ni)의 함량이 60몰% 이상인 고함량 니켈(High-Ni)의 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질을 사용하면 보다 더 고용량 확보가 가능할 수 있다. 농도구배를 갖는 제1 양극 활물질의 경우 입자 전체의 평균 농도에 있어서 니켈(Ni)의 함량이 60몰% 이상, 보다 바람직하게는 80몰% 이상인 고함량 니켈(High-Ni)의 양극 활물질일 수 있다.In addition, in at least one of the first positive active material and the second positive active material according to an embodiment of the present invention, a high content of nickel (Ni) in the total metal element contained in the lithium composite transition metal oxide is 60 mol% or more It may be a positive electrode active material of nickel (High-Ni). More preferably, the content of nickel (Ni) in the total metal element may be 80 mol% or more. As in the present invention, when the first positive electrode active material and the second positive electrode active material having a high nickel content of 60 mol% or more of nickel (Ni) among all metal elements are used, a higher capacity may be secured. In the case of the first positive electrode active material having a concentration gradient, the content of nickel (Ni) in the average concentration of the entire particle is 60 mol% or more, more preferably 80 mol% or more have.

한편, 상기 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질은 서로 동일한 조성의 리튬 복합 전이금속 산화물일 수도 있고, 또는 상이한 조성의 리튬 복합 전이금속 산화물일 수 있다. Meanwhile, the first positive electrode active material and the second positive electrode active material may be a lithium composite transition metal oxide having the same composition or may be a lithium composite transition metal oxide having a different composition.

보다 구체적으로, 상기 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질은 하기 화학식 1로 표시되는 리튬 복합 전이금속 산화물일 수 있다. 농도구배를 갖는 제1 양극 활물질의 경우 입자 전체의 평균 조성이 하기 화학식 1을 만족할 수 있다.More specifically, the first positive active material and the second positive active material may be a lithium composite transition metal oxide represented by the following formula (1). In the case of the first positive electrode active material having a concentration gradient, the average composition of the entire particle may satisfy the following Chemical Formula 1.

[화학식 1][Formula 1]

LipNi1 -(x1+y1+z1)Cox1Ma y1Mb z1Mc q1O2 Li p Ni 1 -(x1+y1+z1) Co x1 M a y1 M b z1 M c q1 O 2

상기 식에서, Ma은 Mn 및 Al로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소이고, Mb는 Ba, Ca, Zr, Ti, Mg, Ta, Nb 및 Mo로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소이며, Mc는 Al, Zr, Ti, Mg, Ta, Nb, Mo 및 Cr로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상의 원소이며, 0.9≤p≤1.5, 0<x1≤0.4, 0<y1≤0.4, 0≤z1≤0.1, 0≤q1≤0.1 이고, 0<x1+y1+z1≤0.4이다.In the above formula, M a is at least one or more elements selected from the group consisting of Mn and Al, M b is at least one or more elements selected from the group consisting of Ba, Ca, Zr, Ti, Mg, Ta, Nb and Mo, and M c is at least one element selected from the group consisting of Al, Zr, Ti, Mg, Ta, Nb, Mo and Cr, and 0.9≤p≤1.5, 0<x1≤0.4, 0<y1≤0.4, 0≤z1 ≤0.1, 0≤q1≤0.1, and 0<x1+y1+z1≤0.4.

상기 화학식 1의 리튬 복합 전이금속 산화물에 있어서, Li은 p에 해당하는 함량, 즉 0.9≤p≤1.5로 포함될 수 있다. p가 0.9 미만이면 용량이 저하될 우려가 있고, 1.5를 초과하면 소성 공정에서 입자가 소결되어 버려, 양극 활물질 제조가 어려울 수 있다. Li 함량 제어에 따른 양극 활물질의 용량 특성 개선 효과의 현저함 및 활물질 제조시의 소결성이 발란스를 고려할 때, 상기 Li는 보다 바람직하게는 1.0≤p≤1.15의 함량으로 포함될 수 있다.In the lithium composite transition metal oxide of Formula 1, Li may be included in a content corresponding to p, that is, 0.9≤p≤1.5. If p is less than 0.9, there is a fear that the capacity may decrease, and if it exceeds 1.5, the particles are sintered in the sintering process, so it may be difficult to manufacture the positive electrode active material. Considering the remarkable effect of improving the capacity characteristics of the positive electrode active material according to the control of the Li content and the balance of sinterability during the preparation of the active material, Li may be more preferably included in an amount of 1.0≤p≤1.15.

상기 화학식 1의 리튬 복합 전이금속 산화물에 있어서, Ni은 1-(x1+y1+z1)에 해당하는 함량, 예를 들어, 0.6≤1-(x1+y1+z1)<1로 포함될 수 있다. 상기 화학식 1의 리튬 복합 전이금속 산화물 내 Ni의 함량이 0.6 이상의 조성이 되면 충방전에 기여하기에 충분한 Ni량이 확보되어 고용량화를 도모할 수 있다. 보다 바람직하게는 Ni은 0.8≤1-(x1+y1+z1)≤0.99로 포함될 수 있다. In the lithium composite transition metal oxide of Formula 1, Ni may be included in a content corresponding to 1-(x1+y1+z1), for example, 0.6≤1-(x1+y1+z1)<1. When the content of Ni in the lithium composite transition metal oxide of Chemical Formula 1 is 0.6 or more, the amount of Ni sufficient to contribute to charging and discharging is secured, thereby achieving high capacity. More preferably, Ni may be included as 0.8≤1-(x1+y1+z1)≤0.99.

상기 화학식 1의 리튬 복합 전이금속 산화물에 있어서, Co는 x1에 해당하는 함량, 즉 0<x1≤0.4으로 포함될 수 있다. 상기 화학식 1의 리튬 복합 전이금속 산화물 내 Co의 함량이 0.4를 초과할 경우 비용 증가의 우려가 있다. Co 포함에 따른 용량 특성 개선 효과의 현저함을 고려할 때, 상기 Co는 보다 구체적으로 0.05≤x1≤0.2의 함량으로 포함될 수 있다.In the lithium composite transition metal oxide of Formula 1, Co may be included in a content corresponding to x1, that is, 0<x1≤0.4. When the content of Co in the lithium composite transition metal oxide of Formula 1 exceeds 0.4, there is a risk of cost increase. Considering the significant effect of improving capacity characteristics according to the inclusion of Co, Co may be included in a content of 0.05≤x1≤0.2 more specifically.

상기 화학식 1의 리튬 복합 전이금속 산화물에 있어서, Ma은 Mn 또는 Al이거나, Mn 및 Al일 수 있고, 이러한 금속 원소는 활물질의 안정성을 향상시키고, 결과로서 전지의 안정성을 개선시킬 수 있다. 수명 특성 개선 효과를 고려할 때, 상기 Ma은 y1에 해당하는 함량, 즉 0<y1≤0.4의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 화학식 1의 리튬 복합 전이금속 산화물 내 y1가 0.4를 초과하면 오히려 전지의 출력 특성 및 용량 특성이 저하될 우려가 있으며, 상기 Ma은 보다 구체적으로 0.05≤y1≤0.2의 함량으로 포함될 수 있다.In the lithium composite transition metal oxide of Formula 1, M a may be Mn or Al, or Mn and Al, and these metal elements may improve the stability of the active material and, as a result, may improve the stability of the battery. Considering the effect of improving the lifespan characteristics, the Ma may be included in a content corresponding to y1, that is, a content of 0<y1≤0.4. When y1 in the lithium composite transition metal oxide of Formula 1 exceeds 0.4, there is a risk that the output characteristics and capacity characteristics of the battery are rather deteriorated, and the Ma may be included in a content of 0.05≤y1≤0.2 more specifically.

상기 화학식 1의 리튬 복합 전이금속 산화물에 있어서, Mb는 리튬 복합 전이금속 산화물의 결정 구조 내 포함된 도핑원소일 수 있으며, Mb는 z1에 해당하는 함량, 즉 0≤z1≤0.1로 포함될 수 있다.In the lithium composite transition metal oxide of Formula 1, M b may be a doping element included in the crystal structure of the lithium composite transition metal oxide, and M b may be included in a content corresponding to z1, that is, 0≤z1≤0.1. have.

상기 화학식 1의 리튬 복합 전이금속 산화물에 있어서, Mc의 금속 원소는 리튬 복합 전이금속 산화물 구조 내에 포함되지 않을 수 있고, 전구체와 리튬 소스를 혼합하고 소성할 때 Mc 소스를 함께 혼합하여 소성하거나, 리튬 복합 전이금속 산화물을 형성한 후 별도로 Mc 소스를 투입하고 소성하는 방법을 통해 상기 Mc가 리튬 복합 전이금속 산화물의 표면에 도핑된 리튬 복합 전이금속 산화물을 제조할 수 있다. 상기 Mc는 q1에 해당하는 함량, 즉 0≤q1≤0.1의 범위 내에서 양극 활물질의 특성을 저하하지 않는 함량으로 포함될 수 있다.In the lithium composite transition metal oxide of Formula 1, the metal element of M c may not be included in the structure of the lithium composite transition metal oxide, and when the precursor and the lithium source are mixed and fired, the M c source is mixed and fired or , it is possible to prepare a lithium composite transition metal oxide in which M c is doped on the surface of the lithium composite transition metal oxide by separately adding a source of M c and sintering after forming the lithium composite transition metal oxide. The M c may be included in an amount corresponding to q1, that is, a content that does not deteriorate the characteristics of the positive electrode active material within the range of 0≤q1≤0.1.

본 발명의 일 실시예는 상기 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질이 9:1 내지 1:9의 중량비로 혼합될 수 있으며, 보다 바람직하게는 8:2 내지 3:7의 중량비, 가장 바람직하게는 8:2 내지 5:5의 중량비로 혼합될 수 있다. 대립자이며 농도구배를 갖는 제1 양극 활물질과, 소립자이며 결정 사이즈(Crystalite size)가 200nm 이상인 제2 양극 활물질을 상기 범위 내로 혼합 사용함으로써 양극의 에너지 밀도를 높이고, 고용량 및 우수한 열 안정성을 확보할 수 있으며, 전해액과의 부반응을 억제할 수 있다. 이에 따라, 상기와 같은 양극 활물질을 사용하여 제조된 리튬 이차전지는 높은 용량을 구현하고, 가스 발생을 저하시키며, 고온 수명 특성 등의 전지 특성이 향상될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the first positive active material and the second positive active material may be mixed in a weight ratio of 9:1 to 1:9, more preferably 8:2 to 3:7, most preferably may be mixed in a weight ratio of 8:2 to 5:5. The energy density of the positive electrode is increased by mixing and using the first positive electrode active material, which is opposite and has a concentration gradient, and the second positive electrode active material, which is small particles and has a crystal size of 200 nm or more, within the above range, to ensure high capacity and excellent thermal stability. And it is possible to suppress the side reaction with the electrolyte. Accordingly, the lithium secondary battery manufactured using the positive electrode active material as described above may realize high capacity, reduce gas generation, and improve battery characteristics such as high temperature lifespan characteristics.

<양극 활물질의 제조방법><Method for producing positive electrode active material>

다음으로, 본 발명의 양극 활물질의 제조방법을 설명한다.Next, a method for manufacturing the positive electrode active material of the present invention will be described.

본 발명의 양극 활물질은 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 2 이상의 전이금속을 포함하는 리튬 복합 전이금속 산화물의 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질을 마련한 후, 상기 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질을 혼합하는 단계를 포함하며, 상기 제1 양극 활물질의 평균 입경(D50)은 상기 제2 양극 활물질의 평균 입경(D50)의 1.5배 이상이고, 상기 제1 양극 활물질은, 리튬 복합 전이금속 산화물에 함유된 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn) 중 적어도 하나가 리튬 복합 전이금속 산화물 입자의 중심과 표면에서의 농도 차가 5몰% 이상인 농도구배를 가지며, 상기 제2 양극 활물질은 결정 사이즈(Crystalite size)가 200nm 이상이 되도록 과소성하여 제조된다.The positive electrode active material of the present invention is a lithium composite transition metal oxide containing at least two transition metals selected from the group consisting of nickel (Ni), cobalt (Co) and manganese (Mn). A first positive active material and a second positive active material are prepared. and then mixing the first positive active material and the second positive active material, wherein the average particle diameter (D 50 ) of the first positive active material is 1.5 times or more of the average particle diameter (D 50 ) of the second positive active material and , In the first positive active material, at least one of nickel (Ni), cobalt (Co) and manganese (Mn) contained in the lithium composite transition metal oxide has a concentration difference between the center and the surface of the lithium composite transition metal oxide particle by 5 mol % or more, and the second cathode active material is manufactured by under-firing so that the crystal size is 200 nm or more.

상기 제1 양극 활물질은 평균 입경(D50)이 10 내지 30㎛인 대립자를 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 13 내지 25㎛, 더욱 바람직하게는 15 내지 22㎛일 수 있다.The first positive electrode active material may use a large particle having an average particle diameter (D 50 ) of 10 to 30 μm, more preferably 13 to 25 μm, and still more preferably 15 to 22 μm.

상기 제2 양극 활물질은 평균 입경(D50)이 9㎛ 이하인 소립자를 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 1 내지 8㎛, 더욱 바람직하게는 2 내지 6㎛일 수 있다.The second positive active material may use small particles having an average particle diameter (D 50 ) of 9 μm or less, more preferably 1 to 8 μm, and still more preferably 2 to 6 μm.

이때, 상대적으로 대립자인 상기 제1 양극 활물질은 입자 내 위치에 따라 전이금속 원소의 농도를 달리하여 농도구배를 갖는 리튬 복합 전이금속 산화물을 사용한다. 상기 제1 양극 활물질의 전이금속 농도구배 조성은 앞서 양극 활물질에 대한 설명과 중복되므로 생략하도록 한다.In this case, the relatively opposite first positive active material uses a lithium composite transition metal oxide having a concentration gradient by varying the concentration of the transition metal element according to the position in the particle. The composition of the transition metal concentration gradient of the first positive electrode active material is omitted because it overlaps with the description of the positive electrode active material above.

이때, 상대적으로 소립자인 상기 제2 양극 활물질은 과소성하여 제조되어 결정 사이즈(Crystalite size)가 200nm 이상이다. 과소성 방법은 특별히 제한되지는 않으나, 예를 들면, 일반적인 양극 활물질의 소성 온도인 약 800 내지 1000℃ 범위보다 약 50~150℃ 가량 증가시킨 온도로 과소성할 수 있다. 보다 바람직하게는 상기 제2 양극 활물질은 결정 사이즈(Crystalite size)가 200 내지 500nm, 더욱 바람직하게는 220 내지 400nm가 되도록 과소성하여 제조될 수 있다.In this case, the second positive electrode active material, which is relatively small, is manufactured by over-firing, and thus has a crystal size of 200 nm or more. The method of under-firing is not particularly limited, but may be, for example, under-firing at a temperature increased by about 50 to 150° C. from the range of about 800 to 1000° C., which is the firing temperature of a general positive electrode active material. More preferably, the second cathode active material may be manufactured by under-baking so that the crystal size is 200 to 500 nm, more preferably 220 to 400 nm.

또한, 상대적으로 소립자인 상기 제2 양극 활물질은 1차 입자의 평균 입경(D50)이 1㎛ 이상이 되도록 과소성하여 제조될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제2 양극 활물질은 1차 입자의 평균 입경(D50)이 1 내지 8㎛, 더욱 구체적으로, 상기 제2 양극 활물질은 1차 입자의 평균 입경(D50)이 1 내지 6㎛가 되도록 과소성하여 제조될 수 있다. 한편, 상대적으로 대립자인 상기 제1 양극 활물질의 1차 입자의 평균 입경(D50)은 100nm 내지 3㎛일 수 있다.In addition, the second positive electrode active material having relatively small particles may be manufactured by under-baking such that the average particle diameter (D 50 ) of the primary particles is 1 μm or more. More specifically, the second positive active material has an average particle diameter (D 50 ) of primary particles of 1 to 8 μm, and more specifically, the second positive active material has an average particle diameter (D 50 ) of primary particles of 1 to 6 It can be manufactured by over-firing to become ㎛. Meanwhile, the average particle diameter (D 50 ) of the primary particles of the first positive electrode active material, which is relatively opposite, may be 100 nm to 3 μm.

이외에 상기 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질의 조성 및 혼합비 등은 앞서 양극 활물질에 대한 설명과 중복되므로 생략하도록 한다.In addition, the composition and mixing ratio of the first positive active material and the second positive active material overlap with the previous description of the positive active material, and thus will be omitted.

<양극 및 이차전지><Anode and secondary battery>

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면 상기 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차전지용 양극 및 리튬 이차전지를 제공한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a positive electrode for a lithium secondary battery and a lithium secondary battery including the positive electrode active material.

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

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

또, 상기 양극 활물질 층은 앞서 설명한 양극 활물질과 함께, 도전재 및 바인더를 포함할 수 있다.In addition, the positive active material layer may include a conductive material and a binder together with the above-described positive active material.

이때, 상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성을 갖는 것이면 특별한 제한없이 사용가능하다. 구체적인 예로는 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본 블랙, 아세틸렌블랙, 케첸블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙, 탄소섬유 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 또는 폴리페닐렌 유도체 등의 전도성 고분자 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질 층 총 중량에 대하여 1 내지 30 중량%로 포함될 수 있다.In this case, the conductive material is used to impart conductivity to the electrode, and in the configured battery, it can be used without any particular limitation as long as it has electronic conductivity without causing chemical change. Specific examples include graphite such as natural graphite and artificial graphite; carbon-based materials such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, summer black, and carbon fiber; metal powders or metal fibers, such as copper, nickel, aluminum, and silver; conductive whiskeys such as zinc oxide and potassium titanate; conductive metal oxides such as titanium oxide; or conductive polymers such as polyphenylene derivatives, and the like, and one or a mixture of two or more thereof may be used. The conductive material may be included in an amount of 1 to 30 wt% based on the total weight of the positive active material layer.

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

상기 양극은 상기한 양극 활물질을 이용하는 것을 제외하고는 통상의 양극 제조방법에 따라 제조될 수 있다. 구체적으로, 상기한 양극 활물질 및 선택적으로, 바인더 및 도전재를 포함하는 양극 활물질 층 형성용 조성물을 양극 집전체 상에 도포한 후, 건조 및 압연함으로써 제조될 수 있다. 이때 상기 양극 활물질, 바인더, 도전재의 종류 및 함량은 앞서 설명한 바와 같다.The positive electrode may be manufactured according to a conventional positive electrode manufacturing method except for using the above positive electrode active material. Specifically, it may be prepared by applying the above-described positive active material and, optionally, a composition for forming a positive electrode active material layer including a binder and a conductive material on a positive electrode current collector, followed by drying and rolling. In this case, the types and contents of the positive electrode active material, the binder, and the conductive material are as described above.

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

또, 다른 방법으로, 상기 양극은 상기 양극 활물질 층 형성용 조성물을 별도의 지지체 상에 캐스팅한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 양극 집전체 상에 라미네이션함으로써 제조될 수도 있다.Alternatively, the positive electrode may be manufactured 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.

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

상기 리튬 이차전지는 구체적으로 양극, 상기 양극과 대향하여 위치하는 음극, 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 세퍼레이터 및 전해질을 포함하며, 상기 양극은 앞서 설명한 바와 같다. 또, 상기 리튬 이차전지는 상기 양극, 음극, 세퍼레이터의 전극 조립체를 수납하는 전지용기, 및 상기 전지용기를 밀봉하는 밀봉 부재를 선택적으로 더 포함할 수 있다. The lithium secondary battery specifically includes a positive electrode, a negative electrode positioned to face the positive electrode, a separator and an electrolyte interposed between the positive electrode and the negative electrode, and the positive electrode is as described above. In addition, the lithium secondary battery may optionally further include a battery container 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 활물질 층을 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 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있다. 예를 들어, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The negative electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical change in the battery, and for example, copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, 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 to 500 μm, and similarly to the positive electrode current collector, fine concavities and convexities 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 활물질 층은 음극 활물질과 함께 선택적으로 바인더 및 도전재를 포함한다. 상기 음극 활물질 층은 일례로서 음극 집전체 상에 음극 활물질, 및 선택적으로 바인더 및 도전재를 포함하는 음극 형성용 조성물을 도포하고 건조하거나, 또는 상기 음극 형성용 조성물을 별도의 지지체 상에 캐스팅한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 음극 집전체 상에 라미네이션함으로써 제조될 수도 있다.The anode active material layer optionally includes a binder and a conductive material together with the anode active material. The anode active material layer may be formed by applying a composition for forming an anode including an anode active material, and optionally a binder and a conductive material on an anode current collector and drying, or casting the composition for forming a cathode on a separate support, and then , may be produced by laminating a film obtained by peeling from this support onto a negative electrode current collector.

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

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

한편, 상기 리튬 이차전지에 있어서, 세퍼레이터는 음극과 양극을 분리하고 리튬 이온의 이동 통로를 제공하는 것으로, 통상 리튬 이차전지에서 세퍼레이터로 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 세퍼레이터가 사용될 수도 있으며, 선택적으로 단층 또는 다층 구조로 사용될 수 있다.On the other hand, in the lithium secondary battery, the separator separates the negative electrode and the positive electrode and provides a passage for the movement of lithium ions, and can be used without particular limitation as long as it is usually used as a separator in a lithium secondary battery, 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, a coated separator containing a ceramic component or a polymer material may be used to secure heat resistance or mechanical strength, and may optionally be used in a single-layer or multi-layer structure.

또, 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, molten inorganic electrolytes, and the like, which can be used in the manufacture of lithium secondary batteries, and are limited to these. it's not going to be

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

상기 유기 용매로는 전지의 전기 화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 할 수 있는 것이라면 특별한 제한없이 사용될 수 있다. 구체적으로 상기 유기 용매로는, 메틸 아세테이트(methyl acetate), 에틸 아세테이트(ethyl acetate), γ-부티로락톤(γ-butyrolactone), ε-카프로락톤(ε-caprolactone) 등의 에스테르계 용매; 디부틸 에테르(dibutyl ether) 또는 테트라히드로퓨란(tetrahydrofuran) 등의 에테르계 용매; 시클로헥사논(cyclohexanone) 등의 케톤계 용매; 벤젠(benzene), 플루오로벤젠(fluorobenzene) 등의 방향족 탄화수소계 용매; 디메틸카보네이트(dimethylcarbonate, DMC), 디에틸카보네이트(diethylcarbonate, DEC), 메틸에틸카보네이트(methylethylcarbonate, MEC), 에틸메틸카보네이트(ethylmethylcarbonate, EMC), 에틸렌카보네이트(ethylene carbonate, EC), 프로필렌카보네이트(propylene carbonate, PC) 등의 카보네이트계 용매; 에틸알코올, 이소프로필 알코올 등의 알코올계 용매; R-CN(R은 C2 내지 C20의 직쇄상, 분지상 또는 환 구조의 탄화수소기이며, 이중결합 방향 환 또는 에테르 결합을 포함할 수 있다) 등의 니트릴류; 디메틸포름아미드 등의 아미드류; 1,3-디옥솔란 등의 디옥솔란류; 또는 설포란(sulfolane)류 등이 사용될 수 있다. 이중에서도 카보네이트계 용매가 바람직하고, 전지의 충방전 성능을 높일 수 있는 높은 이온전도도 및 고유전율을 갖는 환형 카보네이트(예를 들면, 에틸렌카보네이트 또는 프로필렌카보네이트 등)와, 저점도의 선형 카보네이트계 화합물(예를 들면, 에틸메틸카보네이트, 디메틸카보네이트 또는 디에틸카보네이트 등)의 혼합물이 보다 바람직하다. 이 경우 환형 카보네이트와 사슬형 카보네이트는 약 1:1 내지 약 1:9의 부피비로 혼합하여 사용하는 것이 전해액의 성능이 우수하게 나타날 수 있다. The organic solvent may be used without 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 C2 to C20 linear, branched or cyclic hydrocarbon group, which may include a double bond aromatic ring or an ether bond); amides such as dimethylformamide; dioxolanes such as 1,3-dioxolane; Or sulfolane may be used. Among them, a carbonate-based solvent is preferable, and a cyclic carbonate (eg, ethylene carbonate or propylene carbonate, etc.) having high ionic conductivity and high dielectric constant capable of increasing the charge/discharge performance of the battery, and a low-viscosity linear carbonate-based compound ( For example, a mixture of ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate or diethyl carbonate) is more preferable. In this case, when the cyclic carbonate and the chain carbonate are mixed in a volume ratio of about 1:1 to about 1:9, the 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 리튬염은, LiPF6, LiClO4, LiAsF6, LiBF4, LiSbF6, LiAl04, LiAlCl4, LiCF3SO3, LiC4F9SO3, LiN(C2F5SO3)2, LiN(C2F5SO2)2, LiN(CF3SO2)2. LiCl, LiI, 또는 LiB(C2O4)2 등이 사용될 수 있다. 상기 리튬염의 농도는 0.1 내지 2.0M 범위 내에서 사용하는 것이 좋다. 리튬염의 농도가 상기 범위에 포함되면, 전해질이 적절한 전도도 및 점도를 가지므로 우수한 전해질 성능을 나타낼 수 있고, 리튬 이온이 효과적으로 이동할 수 있다.The lithium salt may be used without particular limitation as long as it is a compound capable of providing lithium ions used in a lithium secondary battery. Specifically, the lithium salt is LiPF 6 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAl0 4 , LiAlCl 4 , LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiN(C 2 F 5 SO 3 ) 2 , LiN(C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN(CF 3 SO 2 ) 2 . LiCl, LiI, or LiB(C 2 O 4 ) 2 , 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 용량 유지율을 안정적으로 나타내기 때문에, 휴대전화, 노트북 컴퓨터, 디지털 카메라 등의 휴대용 기기, 및 하이브리드 전기자동차(hybrid electric vehicle, HEV) 등의 전기 자동차 분야 등에 유용하다. As described above, the lithium secondary battery including the positive electrode active material according to the present invention stably exhibits excellent discharge capacity, output characteristics and capacity retention rate, so portable devices such as mobile phones, notebook computers, digital cameras, and hybrid electric vehicles ( It is useful in the field of electric vehicles such as hybrid electric vehicle and HEV).

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

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

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

실시예 1 Example 1

제1 양극 활물질로서 평균 입경(D50)이 11㎛이며, 입자 중심은 LiNi0.83Co0.07Mn0.08Al0.02O2이고, 입자 표면은 LiNi0 . 74Co0 . 13Mn0 . 13O2이며, 입자 중심에서부터 표면까지 니켈(Ni), 코발트(Co), 망간(Mn)의 농도가 점진적으로 변화하는 리튬 복합 전이금속 산화물을 준비하였다. 제2 양극 활물질로서 LiNi0 . 70Co0 . 15Mn0 . 15O2의 입자(D50= 6㎛)를 준비하였다. 이때, 상기 제2 양극 활물질은 과소성되어 결정 사이즈(Crystalite size)가 230nm, 1차 입자의 평균 입경(D50)이 2㎛인 것을 사용하였다. 상기 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질을 7:3의 중량비로 혼합하여 양극 활물질을 제조하였다.As the first positive active material, the average particle diameter (D 50 ) is 11 μm, the particle center is LiNi 0.83 Co 0.07 Mn 0.08 Al 0.02 O 2 , and the particle surface is LiNi 0 . 74 Co 0 . 13 Mn 0 . 13 O 2 A lithium composite transition metal oxide in which the concentrations of nickel (Ni), cobalt (Co), and manganese (Mn) are gradually changed from the particle center to the surface was prepared. LiNi 0 as the second positive active material . 70 Co 0 . 15 Mn 0 . 15 O 2 Particles (D 50 = 6㎛) were prepared. In this case, the second positive electrode active material was over-baked, so that the crystal size was 230 nm, and the average particle diameter (D 50 ) of the primary particles was 2 μm. A positive active material was prepared by mixing the first positive active material and the second positive active material in a weight ratio of 7:3.

실시예Example 2 2

제1 양극 활물질로서 평균 입경(D50)이 11㎛이며, 코어부는 LiNi0.83Co0.07Mn0.08Al0.02O2로 전이금속 농도가 일정하며, 쉘부는 입자 중심측의 LiNi0.83Co0.07Mn0.08Al0.02O2로부터 입자 표면측에서의 LiNi0 . 71Co0 . 13Mn0 . 15Al0 . 01O2까지 점진적인 농도구배를 갖는 리튬 복합 전이금속 산화물을 사용하고, 제2 양극 활물질로서 LiNi0 . 70Co0 . 15Mn0 . 15O2의 입자(D50= 6㎛)이며, 과소성되어 결정 사이즈(Crystalite size)가 230nm, 1차 입자의 평균 입경(D50)이 2㎛인 것을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 양극 활물질을 제조하였다.As the first positive active material, the average particle diameter (D 50 ) is 11㎛, the core portion is LiNi 0.83 Co 0.07 Mn 0.08 Al 0.02 O 2 The transition metal concentration is constant, the shell portion LiNi 0.83 Co 0.07 Mn 0.08 Al 0.02 O 2 at the particle surface side LiNi 0 . 71 Co 0 . 13 Mn 0 . 15 Al 0 . LiNi 0 as a second positive electrode active material using a lithium composite transition metal oxide having a gradual concentration gradient to 01 O 2 . 70 Co 0 . 15 Mn 0 . 15 O 2 Particles (D 50 = 6㎛), under-baked, the crystal size (Crystalite size) is 230nm, the average particle diameter of the primary particles (D 50 ) Example 1 and except for using the thing of 2㎛ A positive electrode active material was prepared in the same manner.

비교예comparative example 1 One

제1 양극 활물질로서 LiNi0 . 80Co0 . 10Mn0 . 08Al0 . 02O2의 입자(D50= 11㎛), 제2 양극 활물질로서 LiNi0 . 70Co0 . 15Mn0 . 15O2의 입자(D50= 4㎛)를 준비하였다. 이때, 상기 제1 양극 활물질은 농도구배를 갖지 않으며, 상기 제2 양극 활물질은 결정 사이즈(Crystalite size)가 117nm, 1차 입자의 평균 입경(D50)이 0.8㎛인 것을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 양극 활물질을 제조하였다.LiNi 0 as the first positive active material . 80 Co 0 . 10 Mn 0 . 08 Al 0 . 02 O 2 particles (D 50 = 11 μm), LiNi 0 as the second positive active material . 70 Co 0 . 15 Mn 0 . 15 O 2 Particles (D 50 = 4㎛) were prepared. At this time, the first positive active material does not have a concentration gradient, and the second positive active material has a crystal size of 117 nm and an average particle diameter (D 50 ) of primary particles of 0.8 μm. A positive electrode active material was prepared in the same manner as in Example 1.

비교예comparative example 2 2

제1 양극 활물질은 실시예 1과 동일한 리튬 복합 전이금속 산화물을 사용하되, 제2 양극 활물질을 결정 사이즈(Crystalite size)가 117nm, 1차 입자의 평균 입경(D50)이 0.8㎛인 것을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 양극 활물질을 제조하였다.The first positive electrode active material used the same lithium composite transition metal oxide as in Example 1, but the second positive electrode active material had a crystal size of 117 nm and an average particle diameter of primary particles (D 50 ) of 0.8 μm. A positive electrode active material was prepared in the same manner as in Example 1, except that.

비교예comparative example 3 3

양극 활물질로서 LiNi0 . 80Co0 . 10Mn0 . 08Al0 . 02O2의 입자(D50= 12㎛)인 모노모달(monomodal)로 사용하여 양극 활물질을 제조하였다.LiNi 0 as a positive electrode active material . 80 Co 0 . 10 Mn 0 . 08 Al 0 . 02 O 2 Particles (D 50 = 12㎛) of monomodal (monomodal) was used to prepare a positive electrode active material.

[[ 실험예Experimental example 1: 압연 밀도 평가] 1: Rolling density evaluation]

실시예 1~2 및 비교예 1~3에서 제조된 양극 활물질의 압연 밀도를 평가하였으며, 그 결과를 표 1 및 도 1에 나타내었다.The rolling densities of the positive active materials prepared in Examples 1 to 2 and Comparative Examples 1 to 3 were evaluated, and the results are shown in Table 1 and FIG. 1 .

압연 밀도는, 실시예 1~2 및 비교예 1~3에서 제조된 각각의 양극 활물질 5g을 소분하여 원통형의 홀더에 빈틈없이 채운 후, 400kgf부터 400kgf씩 증가시켜 2000kgf까지의 압력을 가하였을 때 분체의 밀도를 측정하였다.The rolling density was obtained by subdividing 5 g of each of the positive active materials prepared in Examples 1 to 2 and Comparative Examples 1 to 3, filling the cylindrical holder without gaps, and increasing the pressure by 400 kgf to 400 kgf to 2000 kgf powder when applied. The density of was measured.

실시예1Example 1 실시예2Example 2 비교예1Comparative Example 1 비교예2Comparative Example 2 비교예3Comparative Example 3 압연밀도(g/cc) (@400kgf)Rolling density (g/cc) (@400kgf) 2.842.84 3.03.0 2.682.68 2.692.69 2.62.6 압연밀도(g/cc) (@2000kgf)Rolling density (g/cc) (@2000kgf) 3.303.30 3.373.37 3.063.06 3.123.12 2.942.94

상기 표 1 및 도 1을 참조하면, 실시예 1~2의 양극 활물질이 비교예 1~3에 비하여 압연 밀도가 향상되었다. 구체적으로, 모노모달(monomodal)의 양극 활물질을 사용한 비교예 3에 비하여 실시예 1~2의 양극 활물질의 압연 밀도가 현저히 향상되었으며, 바이모달(bimodal)이지만 과소성하지 않아 결정 사이즈가 200nm 미만인 소립자를 사용한 비교예 1~2에 비해서도 실시예 1~2의 양극 활물질의 압연 밀도가 향상된 것을 확인할 수 있다.Referring to Table 1 and FIG. 1 , the positive active materials of Examples 1 and 2 have improved rolling density compared to Comparative Examples 1 and 3. Specifically, the rolling density of the positive active materials of Examples 1 and 2 was significantly improved compared to Comparative Example 3 using a monomodal positive active material, and small particles having a crystal size of less than 200 nm because they were bimodal but not oversintered. It can be seen that the rolling density of the positive electrode active material of Examples 1 and 2 is improved compared to Comparative Examples 1 and 2 using

[[ 실험예Experimental example 2: 열 안정성 평가] 2: Thermal stability evaluation]

실시예 1~2 및 비교예 1~3에 의해 제조된 각각의 양극 활물질, 카본블랙 도전재 및 PVdF 바인더를 N-메틸피롤리돈 용매 중에서 중량비로 96.5:1.5:2의 비율로 혼합하여 양극 합재(점도: 5000mPa·s)을 제조하고, 이를 알루미늄 집전체의 일면에 도포한 후, 130℃에서 건조 후, 압연하여 양극을 제조하였다. Each of the positive electrode active material, carbon black conductive material, and PVdF binder prepared in Examples 1 to 2 and Comparative Examples 1 to 3 was mixed in a N-methylpyrrolidone solvent in a weight ratio of 96.5:1.5:2 to obtain a positive electrode composite material. (Viscosity: 5000 mPa·s) was prepared, this was applied to one surface of an aluminum current collector, dried at 130° C., and then rolled to prepare a positive electrode.

음극은 리튬 메탈을 사용하였다.As the negative electrode, lithium metal was used.

상기와 같이 제조된 양극과 음극 사이에 다공성 폴리에틸렌의 세퍼레이터를 개재하여 전극 조립체를 제조하고, 상기 전극 조립체를 케이스 내부에 위치시킨 후, 케이스 내부로 전해액을 주입하여 리튬 이차 전지를 제조하였다. 이때 전해액은 에틸렌카보네이트/디메틸카보네이트/에틸메틸카보네이트(EC/DMC/EMC의 혼합 부피비=3/4/3)로 이루어진 유기 용매에 1.0M 농도의 리튬헥사플루오로포스페이트(LiPF6)를 용해시켜 제조하였다. An electrode assembly was prepared by interposing a separator of porous polyethylene between the positive electrode and the negative electrode prepared as described above, the electrode assembly was placed inside the case, and the electrolyte was injected into the case to prepare a lithium secondary battery. At this time, the electrolyte is prepared by dissolving lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) at a concentration of 1.0 M in an organic solvent consisting of ethylene carbonate / dimethyl carbonate / ethyl methyl carbonate (mixed volume ratio of EC / DMC / EMC = 3 / 4 / 3). did

실시예 1~2 및 비교예 1~3에 의해 제조된 각각의 양극 활물질을 사용하여 제조된 각 리튬 이차전지 하프 셀(half cell)에 대해, 0.2C의 전류로 충전하여 SOC 100%인 충전 상태에서 분해하고, DSC 측정용 셀에 양극과 새로운 전해액을 투입하고 분당 10℃씩 상온에서 400℃까지 승온하면서 시차주사열계량법(differential scanning calorimetry, DSC)에 의해 열 안정성을 측정하였다. 그 결과로서, 열류량이 최대인 최대 피크(Main peak)가 나타나는 온도를 하기 표 2및 도 2에 나타내었다.For each lithium secondary battery half cell prepared by using each positive active material prepared in Examples 1 to 2 and Comparative Examples 1 to 3, charged with a current of 0.2C to have an SOC of 100% was disassembled, and the anode and a new electrolyte were put into the DSC measurement cell, and the temperature was increased from room temperature to 400°C at a rate of 10°C per minute to measure thermal stability by differential scanning calorimetry (DSC). As a result, the temperature at which the maximum peak (Main peak) of the maximum amount of heat flow appears is shown in Table 2 and FIG. 2 below.

DSC Main peak(℃)DSC Main peak(℃) 실시예1Example 1 235.7235.7 실시예2Example 2 240.5240.5 비교예1Comparative Example 1 227.6227.6 비교예2Comparative Example 2 228.3228.3 비교예3Comparative Example 3 223.5223.5

상기 표 2 및 도 2를 참조하면, 실시예 1~2의 경우 DSC 측정시 열류량 최대 피크(Main peak)가 235℃ 이상의 고온에서 나타났다. 반면에, 비교예 1~3의 경우 열류량 최대 피크(Main peak)가 230℃ 미만에서 나타났다. 이를 통해, 실시예 1~2의 양극 활물질이 비교예 1~3의 양극 활물질에 비하여 열 안정성이 현저히 향상된 것을 확인할 수 있다.Referring to Table 2 and FIG. 2, in the case of Examples 1 and 2, the maximum peak of heat flow (Main peak) during DSC measurement was shown at a high temperature of 235° C. or higher. On the other hand, in the case of Comparative Examples 1 to 3, the maximum heat flow peak (Main peak) appeared at less than 230 ℃. Through this, it can be confirmed that the positive active materials of Examples 1 and 2 have significantly improved thermal stability compared to the positive active materials of Comparative Examples 1 and 3.

[[ 실험예Experimental example 3: 고온 수명 특성 평가] 3: Evaluation of high temperature life characteristics]

실시예 1~2 및 비교예 1~3에 의해 제조된 각각의 양극 활물질을 사용하여 실험예 2에서와 같이 제조된 각 리튬 이차전지 하프 셀(half cell)에 대해, 45℃에서 CCCV 모드로 1.0C, 4.25V가 될 때까지 충전(종료 전류 1/20C)하고, 1.0C의 정전류로 2.5V가 될 때까지 방전하여 100회 충방전 실험을 진행하였을 시의 용량 유지율을 측정하여 고온 수명 특성 평가를 진행하였다. 그 결과를 표 3에 나타내었다.For each lithium secondary battery half cell prepared as in Experimental Example 2 using each positive active material prepared in Examples 1 to 2 and Comparative Examples 1 to 3, 1.0 in CCCV mode at 45° C. C, charge (termination current 1/20C) until it reaches 4.25V, discharge it at a constant current of 1.0C until it becomes 2.5V, and measure the capacity retention rate when 100 times of charging/discharging experiments are performed to evaluate the high-temperature lifespan characteristics proceeded. The results are shown in Table 3.

초기 방전 용량(mAh/g)Initial discharge capacity (mAh/g) 용량유지율(%)
(@100회 cycle)
Capacity retention rate (%)
(@100 cycles)
실시예1Example 1 189189 8888 실시예2Example 2 190190 9090 비교예1Comparative Example 1 185185 8080 비교예2Comparative Example 2 186186 8282 비교예3Comparative Example 3 182182 7171

상기 표 3을 참조하면, 실시예 1~2의 경우, 농도구배를 갖지 않는 대립자와 결정 사이즈(Crystalite size)가 200nm 미만인 소립자를 사용한 비교예 1에 비하여 고온 수명 특성이 현저히 향상된 것을 확인할 수 있다. 또한, 실시예 1~2의 경우, 농도구배를 갖는 대립자와 결정 사이즈(Crystalite size)가 200nm 미만인 소립자를 사용한 비교예 2에 비해서도 고온 수명 특성이 향상되었으며, 모노모달(monomodal)의 양극 활물질을 사용한 비교예 3에 비해서도 고온 수명 특성 및 초기 용량이 현저히 증가하였다.Referring to Table 3, in the case of Examples 1 and 2, it can be seen that the high-temperature lifespan characteristics are significantly improved compared to Comparative Example 1 using large particles having no concentration gradient and small particles having a crystal size of less than 200 nm. . In addition, in the case of Examples 1 and 2, the high temperature lifespan characteristics were improved compared to Comparative Example 2 using large particles having a concentration gradient and small particles having a crystal size of less than 200 nm, and a monomodal positive electrode active material was used. Compared to Comparative Example 3 used, high-temperature lifespan characteristics and initial capacity were significantly increased.

[[ 실험예Experimental example 4: 고온 저장 특성 평가] 4: Evaluation of high temperature storage characteristics]

실시예 1~2 및 비교예 1~3에 의해 제조된 각각의 양극 활물질을 사용하여 실험예 2에서와 같이 제조된 각 리튬 이차전지 하프 셀(half cell)에 대해, 45℃에서 1.0C/1.0C 조건으로 100회 사이클 후 방전 셀에 대해 GC-MS(gas chromatograph-mass spectrometer)을 이용하여 가스 발생량을 측정하였으며, 그 결과를 표 4 및 도 3에 나타내었다.For each lithium secondary battery half cell prepared as in Experimental Example 2 using each positive active material prepared in Examples 1 to 2 and Comparative Examples 1 to 3, 1.0C/1.0 at 45°C After 100 cycles under C condition, the gas generation amount was measured for the discharge cell using a gas chromatograph-mass spectrometer (GC-MS), and the results are shown in Table 4 and FIG. 3 .

실시예1Example 1 실시예2Example 2 비교예1Comparative Example 1 비교예2Comparative Example 2 비교예3Comparative Example 3 H2 (㎕)H 2 (μl) 0.10.1 0.10.1 0.10.1 0.10.1 0.10.1 CO (㎕)CO (μl) 12.912.9 10.310.3 11.111.1 29.229.2 11.411.4 CO2 (㎕)CO 2 (μl) 29.229.2 19.619.6 60.860.8 43.843.8 77.877.8 CH4 (㎕)CH 4 (μl) 2.42.4 2.62.6 3.23.2 2.12.1 4.14.1 C2H2 (㎕)C 2 H 2 (μl) 0.10.1 0.10.1 0.10.1 0.10.1 0.10.1 C2H4 (㎕)C 2 H 4 (μl) 3.63.6 7.67.6 8.48.4 4.04.0 9.59.5 C2H6 (㎕)C 2 H 6 (μl) 0.60.6 1.01.0 1.21.2 0.10.1 2.02.0 C3H6 (㎕)C 3 H 6 (μl) 0.10.1 0.10.1 0.10.1 1.61.6 0.10.1 C3H8 (㎕)C 3 H 8 (μl) 0.60.6 0.10.1 0.10.1 0.10.1 0.10.1 총 가스 발생량(㎕)Total gas generation (μl) 49.649.6 41.541.5 85.185.1 81.181.1 105.2105.2

상기 표 4 및 도 3을 참조하면, 실시예 1~2의 경우, 농도구배를 갖지 않는 대립자와 결정 사이즈(Crystalite size)가 200nm 미만인 소립자를 사용한 비교예 1에 비하여 고온 저장시 가스 발생량이 현저히 감소된 것을 확인할 수 있다. 또한, 실시예 1~2의 경우, 농도구배를 갖는 대립자와 결정 사이즈(Crystalite size)가 200nm 미만인 소립자를 사용한 비교예 2 및 모노모달(monomodal)의 양극 활물질을 사용한 비교예 2에 비해서도 고온 저장시 가스 발생량이 감소하였다. Referring to Table 4 and FIG. 3, in the case of Examples 1 and 2, the amount of gas generated during storage at high temperature is significantly higher than Comparative Example 1 using large particles having no concentration gradient and small particles having a crystal size of less than 200 nm. decrease can be seen. In addition, in the case of Examples 1 and 2, Comparative Example 2 using small particles having a concentration gradient and small particles having a crystal size of less than 200 nm and Comparative Example 2 using a positive active material of monomodal High temperature storage The amount of gas generated was reduced.

Claims (22)

제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질을 포함하며,
상기 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질은 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 2 이상의 전이금속을 포함하는 리튬 복합 전이금속 산화물이며,
상기 제1 양극 활물질 및 상기 제2 양극 활물질의 평균 입경(D50)의 비가 2:1 내지 3.5:1이고,
상기 제1 양극 활물질은, 리튬 복합 전이금속 산화물에 함유된 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn) 중 적어도 하나가 리튬 복합 전이금속 산화물 입자의 중심과 표면에서의 농도 차가 5몰% 이상인 농도구배를 가지며,
상기 제2 양극 활물질은 1차 입자가 응집되어 이루어진 2차 입자이며, 상기 제2 양극 활물질의 1차 입자 평균 입경(D50)이 1㎛ 이상이고,
상기 제2 양극 활물질은 결정 사이즈(Crystalite size)가 200nm 이상인 이차전지용 양극 활물질.
It includes a first positive active material and a second positive active material,
The first positive active material and the second positive active material are lithium composite transition metal oxides containing at least two or more transition metals selected from the group consisting of nickel (Ni), cobalt (Co) and manganese (Mn),
The ratio of the average particle diameter (D50) of the first positive active material and the second positive active material is 2:1 to 3.5:1,
In the first positive active material, at least one of nickel (Ni), cobalt (Co) and manganese (Mn) contained in the lithium composite transition metal oxide has a concentration difference between the center and the surface of the lithium composite transition metal oxide particle of 5 mol% has a concentration gradient greater than or equal to
The second positive active material is secondary particles formed by aggregation of primary particles, and the average primary particle diameter (D 50 ) of the second positive active material is 1 μm or more,
The second positive active material is a positive active material for a secondary battery having a crystal size of 200 nm or more.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제2 양극 활물질의 평균 입경(D50)은 9㎛ 이하인 이차전지용 양극 활물질.
According to claim 1,
The second positive electrode active material has an average particle diameter (D 50 ) of 9 μm or less.
제1항에 있어서,
상기 제1 양극 활물질의 평균 입경(D50)은 10 내지 30㎛인 이차전지용 양극 활물질.
According to claim 1,
The average particle diameter (D 50 ) of the first positive electrode active material is a positive electrode active material for a secondary battery of 10 to 30㎛.
제1항에 있어서,
상기 제1 양극 활물질은 코어부 및 상기 코어부를 둘러싸며 형성된 쉘부로 이루어지며,
상기 코어부는 전이금속의 농도가 일정하고, 상기 쉘부는 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn) 중 적어도 하나가 점진적으로 증가하거나 감소하는 농도구배를 나타내는 이차전지용 양극 활물질.
According to claim 1,
The first positive electrode active material consists of a core portion and a shell portion formed to surround the core portion,
The core part has a constant concentration of the transition metal, and the shell part exhibits a concentration gradient in which at least one of nickel (Ni), cobalt (Co) and manganese (Mn) is gradually increased or decreased.
제5항에 있어서,
상기 제1 양극 활물질의 쉘부는, 니켈(Ni)의 농도가 입자 표면 측으로 갈수록 점진적으로 감소하는 농도구배를 나타내는 이차전지용 양극 활물질.
6. The method of claim 5,
The shell portion of the first positive electrode active material, the positive electrode active material for a secondary battery exhibits a concentration gradient in which the concentration of nickel (Ni) gradually decreases toward the particle surface.
제1항에 있어서,
상기 제1 양극 활물질은 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn) 중 적어도 하나가 입자의 중심에서부터 표면까지 점진적으로 증가하거나 감소하는 농도구배를 가지는 이차전지용 양극 활물질.
According to claim 1,
The first positive active material is a positive active material for a secondary battery having a concentration gradient in which at least one of nickel (Ni), cobalt (Co) and manganese (Mn) gradually increases or decreases from the center of the particle to the surface.
제7항에 있어서,
상기 제1 양극 활물질은, 니켈(Ni)이 입자의 중심에서부터 표면까지 점진적으로 감소하는 농도구배를 가지는 이차전지용 양극 활물질.
8. The method of claim 7,
The first positive active material is a positive active material for a secondary battery having a concentration gradient in which nickel (Ni) gradually decreases from the center of the particle to the surface.
제1항에 있어서,
상기 제1 양극 활물질은, 코어부, 상기 코어부를 둘러싸며 형성된 농도구배부 및 상기 농도구배부를 둘러싸며 형성된 표면부로 이루어지며,
상기 코어부 및 표면부는 서로 독립적으로 전이금속의 농도가 일정하고,
상기 농도구배부는 상기 코어부 조성으로부터 상기 표면부 조성까지 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn) 중 적어도 하나가 점진적으로 변화하는 농도구배를 가지는 이차전지용 양극 활물질.
According to claim 1,
The first positive electrode active material includes a core portion, a concentration gradient formed to surround the core portion, and a surface portion formed to surround the concentration gradient portion,
The core part and the surface part have a constant concentration of transition metal independently of each other,
The concentration gradient portion has a concentration gradient in which at least one of nickel (Ni), cobalt (Co) and manganese (Mn) is gradually changed from the composition of the core portion to the composition of the surface portion.
제1항에 있어서,
상기 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질 중 적어도 하나는, 리튬 복합 전이금속 산화물에 함유된 전체 금속 원소 중 니켈(Ni)의 평균 함량이 80몰% 이상인 이차전지용 양극 활물질.
According to claim 1,
At least one of the first positive active material and the second positive active material is a positive active material for a secondary battery having an average content of nickel (Ni) among all metal elements contained in the lithium composite transition metal oxide of 80 mol% or more.
제1항에 있어서,
상기 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질 중 적어도 하나는, 니켈(Ni), 코발트(Co), 망간(Mn) 및 알루미늄(Al)을 포함하는 리튬 복합 전이금속 산화물인 이차전지용 양극 활물질.
According to claim 1,
At least one of the first positive active material and the second positive active material is a lithium composite transition metal oxide containing nickel (Ni), cobalt (Co), manganese (Mn), and aluminum (Al), a positive active material for a secondary battery.
제1항에 있어서,
상기 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질은 하기 화학식 1로 표시되는 이차전지용 양극 활물질.
[화학식 1]
LipNi1-(x1+y1+z1)Cox1Ma y1Mb z1Mc q1O2
상기 식에서, Ma은 Mn 및 Al로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소이고, Mb는 Ba, Ca, Zr, Ti, Mg, Ta, Nb 및 Mo로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소이며, Mc는 Al, Zr, Ti, Mg, Ta, Nb, Mo 및 Cr로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상의 원소이며, 0.9≤p≤1.5, 0<x1≤0.4, 0<y1≤0.4, 0≤z1≤0.1, 0≤q1≤0.1이고, 0<x1+y1+z1≤0.4이다.
According to claim 1,
The first positive active material and the second positive active material are a positive active material for a secondary battery represented by the following formula (1).
[Formula 1]
Li p Ni 1-(x1+y1+z1) Co x1 M a y1 M b z1 M c q1 O 2
In the above formula, M a is at least one or more elements selected from the group consisting of Mn and Al, M b is at least one or more elements selected from the group consisting of Ba, Ca, Zr, Ti, Mg, Ta, Nb and Mo, and M c is at least one element selected from the group consisting of Al, Zr, Ti, Mg, Ta, Nb, Mo and Cr, and 0.9≤p≤1.5, 0<x1≤0.4, 0<y1≤0.4, 0≤z1 ≤0.1, 0≤q1≤0.1, and 0<x1+y1+z1≤0.4.
제1항에 있어서,
상기 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질은 9:1 내지 1:9의 중량비로 혼합된 이차전지용 양극 활물질.
According to claim 1,
The first positive active material and the second positive active material are mixed in a weight ratio of 9:1 to 1:9 for a secondary battery positive active material.
니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 2 이상의 전이금속을 포함하는 리튬 복합 전이금속 산화물의 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질을 마련한 후, 상기 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질을 혼합하는 단계를 포함하며,
상기 제1 양극 활물질 및 상기 제2 양극 활물질의 평균 입경(D50)의 비가 2:1 내지 3.5:1이고,
상기 제1 양극 활물질은, 리튬 복합 전이금속 산화물에 함유된 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn) 중 적어도 하나가 리튬 복합 전이금속 산화물 입자의 중심과 표면에서의 농도 차가 5몰% 이상인 농도구배를 가지며,
상기 제2 양극 활물질은 1차 입자가 응집되어 이루어진 2차 입자이며, 상기 제2 양극 활물질의 1차 입자 평균 입경(D50)이 1㎛ 이상이고,
상기 제2 양극 활물질은 결정 사이즈(Crystalite size)가 200nm 이상이 되도록 과소성하여 제조된 이차전지용 양극 활물질의 제조방법.
After preparing a first positive active material and a second positive active material of a lithium composite transition metal oxide containing at least two transition metals selected from the group consisting of nickel (Ni), cobalt (Co) and manganese (Mn), the first positive electrode Mixing the active material and the second positive active material,
The ratio of the average particle diameter (D50) of the first positive active material and the second positive active material is 2:1 to 3.5:1,
In the first positive active material, at least one of nickel (Ni), cobalt (Co) and manganese (Mn) contained in the lithium composite transition metal oxide has a concentration difference between the center and the surface of the lithium composite transition metal oxide particle of 5 mol% has a concentration gradient greater than or equal to
The second positive active material is secondary particles formed by aggregation of primary particles, and the average primary particle diameter (D 50 ) of the second positive active material is 1 μm or more,
The method of manufacturing a cathode active material for a secondary battery, wherein the second cathode active material is manufactured by over-calcining so that the crystal size is 200 nm or more.
삭제delete 제14항에 있어서,
상기 제2 양극 활물질의 평균 입경(D50)은 9㎛ 이하인 이차전지용 양극 활물질의 제조방법.
15. The method of claim 14,
The second positive electrode active material has an average particle diameter (D 50 ) of 9 μm or less.
제14항에 있어서,
상기 제1 양극 활물질의 평균 입경(D50)은 10 내지 30㎛인 이차전지용 양극 활물질의 제조방법.
15. The method of claim 14,
An average particle diameter (D 50 ) of the first positive electrode active material is 10 to 30 μm.
제14항에 있어서,
상기 제1 양극 활물질은 코어부 및 상기 코어부를 둘러싸며 형성된 쉘부로 이루어지며,
상기 코어부는 전이금속의 농도가 일정하고, 상기 쉘부는 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn) 중 적어도 하나가 점진적으로 증가하거나 감소하는 농도구배를 나타내는 이차전지용 양극 활물질의 제조방법.
15. The method of claim 14,
The first positive electrode active material consists of a core portion and a shell portion formed to surround the core portion,
The core part has a constant concentration of the transition metal, and the shell part exhibits a concentration gradient in which at least one of nickel (Ni), cobalt (Co) and manganese (Mn) is gradually increased or decreased.
제14항에 있어서,
상기 제1 양극 활물질은 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn) 중 적어도 하나가 입자의 중심에서부터 표면까지 점진적으로 증가하거나 감소하는 농도구배를 가지는 이차전지용 양극 활물질의 제조방법.
15. The method of claim 14,
The method of manufacturing a cathode active material for a secondary battery, wherein the first cathode active material has a concentration gradient in which at least one of nickel (Ni), cobalt (Co) and manganese (Mn) gradually increases or decreases from the center of the particle to the surface.
제14항에 있어서,
상기 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질은 9:1 내지 1:9의 중량비로 혼합하는 이차전지용 양극 활물질의 제조방법.
15. The method of claim 14,
The method of manufacturing a positive electrode active material for a secondary battery, wherein the first positive active material and the second positive active material are mixed in a weight ratio of 9:1 to 1:9.
제1항 및 제3항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 양극 활물질을 포함하는 이차전지용 양극.
A positive electrode for a secondary battery comprising the positive electrode active material according to any one of claims 1 to 13.
제21항에 따른 양극을 포함하는 리튬 이차전지.A lithium secondary battery comprising the positive electrode according to claim 21.
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