KR102430966B1 - Positive electrode active material and lithium secondary battery comprising the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 2차 입자 내 포함된 1차 입자들의 종횡비 구배를 조절함으로써 전기적 특성이 향상된 양극 활물질, 상기 양극 활물질을 포함하는 양극, 상기 양극을 사용하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a positive electrode active material having improved electrical properties by controlling the aspect ratio gradient of primary particles included in secondary particles, a positive electrode including the positive electrode active material, and a lithium secondary battery using the positive electrode.

Description

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

본 발명은 2차 입자 내 포함된 1차 입자들의 종횡비 구배를 조절함으로써 전기적 특성이 향상된 양극 활물질, 상기 양극 활물질을 포함하는 양극, 상기 양극을 사용하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a positive electrode active material having improved electrical properties by controlling the aspect ratio gradient of primary particles included in secondary particles, a positive electrode including the positive electrode active material, and a lithium secondary battery using the positive electrode.

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

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

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

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

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

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

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

리튬 이차전지 시장에서는 전기 자동차용 리튬 이차전지의 성장이 시장의 견인 역할을 하고 있는 가운데, 리튬 이차전지에 사용되는 양극재의 수요 역시 지속적으로 변화하고 있다.In the lithium secondary battery market, while the growth of lithium secondary batteries for electric vehicles is playing a leading role in the market, the demand for cathode materials used in lithium secondary batteries is also constantly changing.

예를 들어, 종래에는 안전성 확보 등의 관점에서 LFP를 사용한 리튬 이차전지가 주로 사용되어 왔으나, 최근들어 LFP 대비 중량당 에너지 용량이 큰 니켈계 리튬 복합 산화물의 사용이 확대되는 추세이다.For example, in the prior art, lithium secondary batteries using LFP have been mainly used from the viewpoint of ensuring safety, but recently, the use of nickel-based lithium composite oxides having a large energy capacity per weight compared to LFP has been expanding.

이러한 양극재 동향에 부합하여 본 발명은 높은 에너지 밀도를 가지며 수명 및 안정성이 향상된 양극 활물질을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a positive electrode active material having a high energy density and improved lifespan and stability in accordance with such a positive electrode material trend.

특히, 본 발명은 리튬의 인터칼레이션/디인터칼레이션이 가능한 1차 입자 및 상기 1차 입자가 응집된 2차 입자를 포함하는 양극 활물질에 있어서, 상기 2차 입자 내 포함된 1차 입자들의 종횡비 구배 또는 구형도 구배를 조절함으로써 전기적 특성이 향상된 양극 활물질을 제공하는 것을 목적으로 한다.In particular, the present invention relates to a cathode active material including primary particles capable of intercalation/deintercalation of lithium and secondary particles in which the primary particles are aggregated, An object of the present invention is to provide a positive electrode active material having improved electrical properties by controlling an aspect ratio gradient or a sphericity gradient.

또한, 본 발명의 다른 목적은 본원에서 정의된 양극 활물질을 포함하는 양극을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a positive electrode comprising a positive electrode active material as defined herein.

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

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

본 발명의 일 측면에 따르면, 리튬의 인터칼레이션/디인터칼레이션이 가능한 1차 입자 및 상기 1차 입자가 응집된 2차 입자를 포함하는 양극 활물질이 제공된다.According to one aspect of the present invention, there is provided a cathode active material including primary particles capable of intercalation/deintercalation of lithium and secondary particles in which the primary particles are aggregated.

여기서, 상기 2차 입자 내 포함된 상기 1차 입자는 상기 2차 입자의 중심부로부터 상기 2차 입자의 표면부를 향해 증가하는 종횡비 구배(aspect ratio gradient)를 나타낼 수 있다. 즉, 상기 1차 입자의 평균 종횡비는 상기 2차 입자의 중심부로부터 상기 2차 입자의 표면부를 향해 증가하는 구배를 가질 수 있다.Here, the primary particles included in the secondary particles may exhibit an aspect ratio gradient that increases from the center of the secondary particles toward the surface of the secondary particles. That is, the average aspect ratio of the primary particles may have a gradient that increases from the center of the secondary particles toward the surface of the secondary particles.

이 때, 상기 2차 입자의 중심부 내 존재하는 1차 입자의 평균 종횡비와 상기 2차 입자의 표면부 내 존재하는 1차 입자의 평균 종횡비의 구배 범위가 조절됨으로써 상기 양극 활물질 내 니오븀(Nb)과 같은 금속 원소가 도핑됨에 따른 상기 양극 활물질의 수명 특성 저하를 최소로 함과 동시에 다른 전기화학적 특성(예를 들어, 충전 용량, 효율, 출력 등)을 향상시킬 수 있다.At this time, by controlling the gradient range of the average aspect ratio of the primary particles present in the center of the secondary particles and the average aspect ratio of the primary particles present in the surface portion of the secondary particles, niobium (Nb) in the positive electrode active material and It is possible to minimize deterioration of the lifespan characteristics of the positive electrode active material due to doping with the same metal element and improve other electrochemical characteristics (eg, charging capacity, efficiency, output, etc.).

특히, 본 발명에 따르면, 상기 양극 활물질의 제조 공정 중 상기 1차 입자 내 금속 도펀트의 함량을 증가하도록 전구체에 대한 상기 금속 도펀트의 배합 비율을 증가시키거나 상기 전구체와 상기 금속 도펀트의 혼합물에 대한 소성(열처리) 조건을 특이화함으로써 상기 2차 입자의 표면부 내 전체 1차 입자의 평균 종횡비와 상기 2차 입자의 중심부 내 전체 1차 입자의 평균 종횡비의 차이가 감소하는 경향이 나타나도록 할 수 있다.In particular, according to the present invention, the mixing ratio of the metal dopant to the precursor is increased to increase the content of the metal dopant in the primary particles during the manufacturing process of the positive active material, or the mixture of the precursor and the metal dopant is fired. By specifying the (heat treatment) conditions, the difference between the average aspect ratio of all primary particles in the surface portion of the secondary particles and the average aspect ratio of all primary particles in the center of the secondary particles tends to decrease. .

이를 통해, 상기 양극 활물질에 포함된 상기 1차 입자 및 상기 2차 입자는 하기의 조건을 만족함으로써 상기 양극 활물질 내 입자 밀도를 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 양극 활물질의 전기화학적 특성을 향상시킬 수 있다.Through this, the primary particles and the secondary particles included in the positive active material may improve the particle density in the positive active material by satisfying the following conditions. In addition, the electrochemical properties of the positive electrode active material may be improved.

상기 양극 활물질에 있어서, 상기 2차 입자의 중심부로부터 상기 2차 입자의 표면부까지의 거리를 R, 상기 2차 입자의 중심부로부터의 거리가 4/5R 내지 R인 영역을 제1 영역(R1), 상기 2차 입자의 중심부로부터의 거리가 0 내지 2/5R인 영역을 제2 영역(R2)이라 할 때, 상기 제1 영역 내 전체 1차 입자의 평균 종횡비(W1)와 상기 제2 영역 내 전체 1차 입자의 평균 종횡비(W2)의 비(W1/W2)는 2.217 미만인 것이 바람직하다.In the positive active material, the distance from the center of the secondary particle to the surface of the secondary particle is R, and the distance from the center of the secondary particle is 4/5R to R, the first region (R 1 ) ), when a region in which the distance from the center of the secondary particles is 0 to 2/5R is a second region (R 2 ), the average aspect ratio (W 1 ) of all primary particles in the first region and the second region It is preferable that the ratio (W 1 /W 2 ) of the average aspect ratio (W 2 ) of all primary particles in region 2 is less than 2.217.

또한, 상기 평균 종횡비(W1)와 상기 평균 종횡비(W2)의 비(W1/W2)는 1.280 초과일 수 있다.In addition, the ratio (W 1 /W 2 ) of the average aspect ratio (W 1 ) to the average aspect ratio (W 2 ) may be greater than 1.280.

상기 제1 영역 내 전체 1차 입자의 평균 종횡비(W1)와 상기 제2 영역 내 전체 1차 입자의 평균 종횡비(W2)가 상술한 범위 내의 값을 가지도록 상기 2차 입자 내 포함된 상기 1차 입자가 상기 2차 입자의 중심부로부터 상기 2차 입자의 표면부를 향해 증가하는 종횡비 구배를 나타낼 경우, 상기 양극 활물질을 사용하여 제조된 리튬 이차전지의 충/방전시 비대칭적인 부피 팽창에 기인한 부분적인 스트레인(strain)을 효과적으로 감소시키켜 전기화학적 특성을 향상시키는 것이 가능하다.The average aspect ratio (W 1 ) of all primary particles in the first region and the average aspect ratio (W 2 ) of all primary particles in the second region are included in the secondary particles to have a value within the above-described range. When the primary particles exhibit an increasing aspect ratio gradient from the center of the secondary particles toward the surface of the secondary particles, due to asymmetric volume expansion during charging/discharging of a lithium secondary battery manufactured using the positive active material It is possible to improve the electrochemical properties by effectively reducing the local strain.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 본원에 정의된 양극 활물질을 포함하는 양극이 제공된다.Further, according to another aspect of the present invention, there is provided a positive electrode comprising the positive electrode active material as defined herein.

아울러, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 본원에 정의된 양극을 사용하는 리튬 이차전지가 제공된다.In addition, according to another aspect of the present invention, a lithium secondary battery using the positive electrode as defined herein is provided.

본 발명의 다양한 실시예에 따른 양극 활물질은 리튬의 인터칼레이션/디인터칼레이션이 가능한 1차 입자 및 상기 1차 입자가 응집된 2차 입자를 포함하되, 상기 2차 입자 내 포함된 상기 1차 입자는 상기 2차 입자의 중심부로부터 상기 2차 입자의 표면부를 향해 증가하는 종횡비 구배의 범위를 조절함으로써 상기 2차 입자 내 상기 1차 입자의 밀도를 향상시킴과 동시에 상기 양극 활물질의 전기화학적 특성을 향상시키는 것이 가능하다.The positive electrode active material according to various embodiments of the present invention includes primary particles capable of intercalation/deintercalation of lithium and secondary particles in which the primary particles are aggregated, wherein the first particles included in the secondary particles The secondary particles improve the density of the primary particles in the secondary particles by controlling the range of the aspect ratio gradient increasing from the center of the secondary particles toward the surface of the secondary particles, and at the same time, electrochemical properties of the positive active material It is possible to improve

특히, 상기 양극 활물질 내 니오븀(Nb)과 같은 금속 원소가 도핑될 경우, 수명 특성이 저하될 우려가 있으나, 상기 2차 입자의 중심부 내 존재하는 1차 입자의 평균 종횡비와 상기 2차 입자의 표면부 내 존재하는 1차 입자의 평균 종횡비의 구배 범위를 조절할 경우, 상기 양극 활물질의 수명 특성 저하를 최소로 함과 동시에 다른 전기화학적 특성(예를 들어, 충전 용량, 효율, 출력 등)을 향상시킬 수 있다.In particular, when a metal element such as niobium (Nb) is doped in the positive active material, there is a risk that the lifespan characteristics may be deteriorated, but the average aspect ratio of the primary particles present in the center of the secondary particles and the surface of the secondary particles When the gradient range of the average aspect ratio of the primary particles present in the part is adjusted, the deterioration of the lifespan characteristics of the positive electrode active material is minimized and other electrochemical properties (eg, charging capacity, efficiency, output, etc.) are improved. can

또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 양극 활물질 내 포함된 상기 1차 입자는 상기 2차 입자의 중심부로부터 상기 2차 입자의 표면부를 향해 증가하는 종횡비 구배를 나타내기는 하나, 상기 종횡비 구배의 크기는 상기 2차 입자의 표면부에 존재하는 상기 1차 입자의 구형도가 크게 훼손되지 않는 범위 내에서 결정될 수 있다. 이에 따라, 상기 2차 입자의 표면부에 존재하는 상기 1차 입자는 로드(rod) 형상보다는 상기 2차 입자의 중심부 내 존재하는 1차 입자의 형상(예를 들어, 구형)에 가까운 형상을 가질 것이다.In addition, although the primary particles included in the positive electrode active material according to various embodiments of the present invention exhibit an aspect ratio gradient that increases from the center of the secondary particles toward the surface portion of the secondary particles, the size of the aspect ratio gradient is The sphericity of the primary particles present on the surface of the secondary particles may be determined within a range that does not significantly damage. Accordingly, the primary particles present in the surface portion of the secondary particles have a shape close to the shape (eg, spherical) of the primary particles present in the center of the secondary particles rather than a rod shape. will be.

이를 통해, 상기 양극 활물질 내 상기 1차 입자의 밀도를 향상시킬 수 있으며, 나아가 상기 양극 활물질을 사용한 리튬 이차전지의 충/방전시 상기 양극 활물질의 비대칭적인 부피 팽창에 기인한 부분적인 스트레인(strain)을 효과적으로 감소시키는 것이 가능하다. 이러한 스트레인 감소를 통해 상기 양극 활물질의 수명 후 크랙(crack) 발생이 줄어들 수 있다. 이에 따라, 리튬 이차전지의 수명 및 안정성이 향상될 수 있다.Through this, it is possible to improve the density of the primary particles in the positive active material, and further, partial strain due to asymmetric volume expansion of the positive active material during charging/discharging of a lithium secondary battery using the positive active material. can be effectively reduced. Through this strain reduction, cracks may be reduced after the life of the positive active material. Accordingly, the lifespan and stability of the lithium secondary battery may be improved.

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

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 양극 활물질의 단면 TEM 사진이며, 도 2 내지 도 5는 상기 도 1에 표시된 영역의 부분 확대 사진이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1에 따른 양극 활물질의 표면부(제1 영역) 내 1차 입자의 종횡비를 측정한 결과를 나타낸 단면 TEM 사진이며, 도 7은 본 발명의 실시예 1에 따른 양극 활물질의 중심부(제2 영역) 내 1차 입자의 종횡비를 측정한 결과를 나타낸 단면 TEM 사진이다.
도 8는 비교예 1에 따른 양극 활물질의 단면 TEM 사진이며, 도 9 내지 도 12은 상기 도 8에 표시된 영역의 부분 확대 사진이다.
도 13은 비교예 1에 따른 양극 활물질의 표면부(제1 영역) 내 1차 입자의 종횡비를 측정한 결과를 나타낸 단면 TEM 사진이며, 도 14는 비교예 1에 따른 양극 활물질의 중심부(제2 영역) 내 1차 입자의 종횡비를 측정한 결과를 나타낸 단면 TEM 사진이다.
도 15는 비교예 2에 따른 양극 활물질의 단면 TEM 사진이며, 도 16 내지 도 19는 상기 도 15에 표시된 영역의 부분 확대 사진이다.
도 20은 비교예 2에 따른 양극 활물질의 표면부(제1 영역) 내 1차 입자의 종횡비를 측정한 결과를 나타낸 단면 TEM 사진이며, 도 21은 비교예 2에 따른 양극 활물질의 중심부(제2 영역) 내 1차 입자의 종횡비를 측정한 결과를 나타낸 단면 TEM 사진이다.
1 is a cross-sectional TEM photograph of a cathode active material according to Example 1 of the present invention, and FIGS. 2 to 5 are partially enlarged photographs of the region indicated in FIG. 1 .
6 is a cross-sectional TEM photograph showing the result of measuring the aspect ratio of primary particles in the surface portion (first region) of the positive electrode active material according to Example 1 of the present invention, and FIG. 7 is a positive electrode according to Example 1 of the present invention. It is a cross-sectional TEM photograph showing the result of measuring the aspect ratio of the primary particles in the center (second region) of the active material.
8 is a cross-sectional TEM photograph of the positive electrode active material according to Comparative Example 1, and FIGS. 9 to 12 are partially enlarged photographs of the region indicated in FIG. 8 .
13 is a cross-sectional TEM photograph showing the result of measuring the aspect ratio of primary particles in the surface portion (first region) of the positive active material according to Comparative Example 1, and FIG. 14 is a central portion (second part) of the positive active material according to Comparative Example 1. It is a cross-sectional TEM photograph showing the result of measuring the aspect ratio of the primary particles in the region).
15 is a cross-sectional TEM photograph of the positive electrode active material according to Comparative Example 2, and FIGS. 16 to 19 are partially enlarged photographs of the region indicated in FIG. 15 .
20 is a cross-sectional TEM photograph showing the result of measuring the aspect ratio of primary particles in the surface portion (first region) of the positive electrode active material according to Comparative Example 2, and FIG. 21 is a central portion of the positive electrode active material according to Comparative Example 2 (second It is a cross-sectional TEM photograph showing the result of measuring the aspect ratio of the primary particles in the region).

본 발명을 더 쉽게 이해하기 위해 편의상 특정 용어를 본원에 정의한다. 본원에서 달리 정의하지 않는 한, 본 발명에 사용된 과학 용어 및 기술 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미를 가질 것이다. 또한, 문맥상 특별히 지정하지 않는 한, 단수 형태의 용어는 그것의 복수 형태도 포함하는 것이며, 복수 형태의 용어는 그것의 단수 형태도 포함하는 것으로 이해되어야 한다.In order to better understand the present invention, certain terms are defined herein for convenience. Unless defined otherwise herein, scientific and technical terms used herein shall have the meanings commonly understood by one of ordinary skill in the art. Also, unless the context specifically dictates otherwise, it is to be understood that a term in the singular includes its plural form as well, and a term in the plural form also includes its singular form.

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

양극 활물질cathode active material

본 발명의 일 측면에 따르면, 리튬의 인터칼레이션/디인터칼레이션이 가능한 1차 입자 및 상기 1차 입자가 응집된 2차 입자를 포함하는 양극 활물질이 제공된다.According to one aspect of the present invention, there is provided a cathode active material including primary particles capable of intercalation/deintercalation of lithium and secondary particles in which the primary particles are aggregated.

여기서, 상기 1차 입자는 하나의 결정립(grain or crystallite)를 의미하며, 2차 입자는 복수의 1차 입자가 응집하여 형성된 응집체를 의미한다. 상기 2차 입자를 구성하는 상기 1차 입자 사이에는 공극 및/또는 결정립계(grain boundary)가 존재할 수 있다.Here, the primary particle means one grain or crystallite, and the secondary particle means an aggregate formed by aggregation of a plurality of primary particles. A void and/or a grain boundary may exist between the primary particles constituting the secondary particles.

또한, 상기 1차 입자의 형상은 특별히 제한되지는 않으나, 바람직하게는 상기 1차 입자가 후술할 종횡비 구배(aspect ratio gradient) 범위를 만족하는 형상을 가질 수 있다.In addition, the shape of the primary particle is not particularly limited, but preferably, the primary particle may have a shape satisfying an aspect ratio gradient range to be described later.

일반적으로, 하기의 화학식 1로 표시되는 양극 활물질의 경우, 상기 1차 입자가 상기 2차 입자의 중심부로부터 상기 2차 입자의 표면부를 향해 증가하는 종횡비 구배를 가짐에 따라 상기 2차 입자의 표면부를 향해 로드 형태가 발달할 수 있다. 이에 따라, 상기 2차 입자의 중심부에는 상대적으로 구형에 가까운 형상을 가지는 1차 입자가 주로 존재하는 반면, 상기 2차 입자의 표면부에는 상대적으로 로드(rod) 형상(일 방향으로 연장되어 길쭉한 형상)에을 가지는 1차 입자가 주로 존재할 수 있다.In general, in the case of the positive active material represented by the following Chemical Formula 1, as the primary particle has an aspect ratio gradient that increases from the center of the secondary particle toward the surface of the secondary particle, the surface portion of the secondary particle A rod shape may develop toward the Accordingly, while the primary particles having a relatively spherical shape are mainly present in the center of the secondary particles, a relatively rod-shaped (elongated shape extending in one direction) is present on the surface of the secondary particles. ) may be predominantly primary particles having

[화학식 1][Formula 1]

LiwNi1-(x+y+z+z')CoxM1yM2zNbz'O2 Li w Ni 1-(x+y+z+z') Co x M1 y M2 z Nb z' O 2

(여기서,(here,

M1은 Mn 및 Al로부터 선택되는 적어도 하나이며,M1 is at least one selected from Mn and Al,

M2는 P, Sr, Ba, B, Ti, Zr, Mn, Al, W, Ce, Hf, Ta, Cr, F, Mg, Cr, V, Fe, Zn, Si, Y, Ga, Sn, Mo, Ge, Nd, Gd 및 Cu로부터 선택되는 적어도 하나이며,M2 is P, Sr, Ba, B, Ti, Zr, Mn, Al, W, Ce, Hf, Ta, Cr, F, Mg, Cr, V, Fe, Zn, Si, Y, Ga, Sn, Mo, At least one selected from Ge, Nd, Gd and Cu,

M1과 M2는 서로 상이한 원소이며,M1 and M2 are different elements,

0.5≤w≤1.5, 0≤x≤0.50, 0≤y≤0.20, 0≤z≤0.20, 0<z'≤0.20이다)0.5≤w≤1.5, 0≤x≤0.50, 0≤y≤0.20, 0≤z≤0.20, 0<z'≤0.20)

다만, 본 발명에 따르면, 상기 양극 활물질 내 상기 1차 입자의 종횡비 구배 범위가 조절됨으로써 상기 2차 입자의 표면부에 존재하는 상기 1차 입자 역시 상대적으로 로드 형상보다는 상기 2차 입자의 중심부에 존재하는 상기 1차 입자와 유사한 형상, 즉 상대적으로 구형에 가까운 형상을 가질 수 있다.However, according to the present invention, by controlling the aspect ratio gradient range of the primary particles in the positive electrode active material, the primary particles present on the surface of the secondary particles are also relatively present in the center of the secondary particles rather than the rod shape. It may have a shape similar to that of the primary particles, that is, a shape that is relatively close to a spherical shape.

보다 구체적으로, 본 발명에 따르면, 상기 1차 입자의 평균 종횡비는 상기 2차 입자의 중심부로부터 상기 2차 입자의 표면부를 향해 증가하는 구배를 가지되, 상기 1차 입자 내 금속 도펀트의 함량이 증가함에 따라 상기 2차 입자의 표면부 내 전체 1차 입자의 평균 종횡비와 상기 2차 입자의 중심부 내 전체 1차 입자의 평균 종횡비의 차이가 감소하는 경향을 나타낼 수 있다.More specifically, according to the present invention, the average aspect ratio of the primary particles has a gradient that increases from the center of the secondary particles toward the surface of the secondary particles, and the content of the metal dopant in the primary particles increases. Accordingly, the difference between the average aspect ratio of all primary particles in the surface portion of the secondary particles and the average aspect ratio of all primary particles in the center of the secondary particles may tend to decrease.

여기서, 상기 1차 입자의 평균 입경은 0.1nm 내지 20nm, 바람직하게는 0.2nm 내지 15nm, 보다 바람직하게는 0.3nm 내지 10nm의 범위 내 존재함으로써 본 발명의 다양한 실시예에 따른 양극 활물질을 사용하여 제조된 양극의 최적 밀도를 구현할 수 있다. 또한, 2차 입자의 평균 입경은 응집된 1차 입자의 평균 입경 및 입자수에 따라 달라질 수 있으나, 0.1μm 내지 25μm, 바람직하게는 2μm 내지 20μm, 보다 바람직하게는 3μm 내지 15μm의 범위 내에 존재할 수 있다.Here, the primary particles have an average particle diameter of 0.1 nm to 20 nm, preferably 0.2 nm to 15 nm, more preferably 0.3 nm to 10 nm, thereby manufacturing using the cathode active material according to various embodiments of the present invention. It is possible to realize the optimum density of the anode. In addition, the average particle diameter of the secondary particles may vary depending on the average particle diameter and number of aggregated primary particles, but may be present in the range of 0.1 μm to 25 μm, preferably 2 μm to 20 μm, more preferably 3 μm to 15 μm. have.

일 실시예에 있어서, 상기 2차 입자 내 포함된 상기 1차 입자는 상기 2차 입자의 중심부로부터 상기 2차 입자의 표면부를 향해 증가하는 종횡비 구배를 나타낸다.In an embodiment, the primary particles included in the secondary particles exhibit an aspect ratio gradient that increases from a central portion of the secondary particles toward a surface portion of the secondary particles.

본원에서 사용되는 용어 '종횡비'란, 상기 1차 입자의 장축(Length; a축)과 단축(Width; c축)의 비율(Length/Width ratio)로서, 상기 장축이 상기 1차 입자의 상대적으로 긴 영역의 방향을 나타낼 경우, 상기 단축은 상기 1차 입자의 상대적으로 짧은 영역의 길이를 나타낸다. 이 때, 상기 단축은 상기 장축과 수직으로 교차하는 방향일 수 있다. 상기 1차 입자의 '종횡비'는 상기 1차 입자의 단면으로부터 측정된 상기 1차 입자의 장축과 단축의 비율로서 계산될 수 있다.As used herein, the term 'aspect ratio' refers to a ratio (Length/Width ratio) of a long axis (a axis) and a short axis (Width; c axis) of the primary particle, wherein the long axis is relatively of the primary particle. When indicating the direction of the long region, the short axis indicates the length of the relatively short region of the primary particle. In this case, the short axis may be a direction perpendicular to the long axis. The 'aspect ratio' of the primary particle may be calculated as a ratio of a major axis to a minor axis of the primary particle measured from a cross section of the primary particle.

이에 따라, 상기 장축(a축)과 상기 단축(c축)의 길이에 따라 상기 1차 입자의 전체적인 형상이 결정될 수 있다. 예를 들어, 상기 1차 입자의 장축과 단축의 비율인 종횡비가 5를 초과할 경우, 상기 1차 입자의 형상은 구형보다는 상대적으로 로드 형태에 가까울 수 있다. 한편, 상기 1차 입자의 종횡비가 1에 가까울수록 상기 1차 입자의 형상은 구형에 가까울 것이다.Accordingly, the overall shape of the primary particle may be determined according to the lengths of the major axis (a-axis) and the minor axis (c-axis). For example, when the aspect ratio, which is the ratio of the major axis to the minor axis, of the primary particles exceeds 5, the shape of the primary particles may be relatively close to a rod shape rather than a spherical shape. On the other hand, as the aspect ratio of the primary particles is closer to 1, the shape of the primary particles will be closer to a spherical shape.

즉, 상기 1차 입자의 종횡비는 상기 1차 입자의 구형도를 나타내는 지표로서 활용될 수 있으며, 상기 1차 입자의 종횡비가 1에 가까울수록 상기 1차 입자의 구형도가 크다고 이해할 수 있을 것이다.That is, the aspect ratio of the primary particles may be used as an index indicating the sphericity of the primary particles, and it will be understood that the closer the aspect ratio of the primary particles to 1, the greater the sphericity of the primary particles.

또한, 상기 2차 입자의 중심부에 존재하는 상기 1차 입자가 구형에 가까운 형상을 가지며, 상기 2차 입자의 중심부로부터 상기 2차 입자의 표면부를 향해 증가하는 상기 1차 입자의 종횡비 구배의 크기가 작을 경우, 상기 2차 입자의 중심부로부터 상기 2차 입자의 표면부를 향해 감소하는 상기 1차 입자의 구형도 구배의 크기가 작은 것으로 이해할 수 있을 것이다.In addition, the primary particles present at the center of the secondary particles have a shape close to a spherical shape, and the size of the aspect ratio gradient of the primary particles increasing from the center of the secondary particles toward the surface of the secondary particles is When it is small, it may be understood that the size of the sphericity gradient of the primary particles that decreases from the center of the secondary particles toward the surface of the secondary particles is small.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 1차 입자는 상기 2차 입자의 중심부로부터 상기 2차 입자의 표면부를 향해 증가하는 종횡비 구배를 가지며, 이 때 종횡비 구배의 크기는 후술할 특정 수치 범위를 만족하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상술한 종횡비 구배 패턴을 가지는 상기 1차 입자가 상기 2차 입자의 중심부로부터 방사상으로 존재함에 따라 충/방전시 상기 1차 입자의 부피 팽창에 기인한 스트레인(strain)을 효과적으로 완화하는 것이 가능하다. 이에 따라, 상기 양극 활물질을 사용한 리튬 이차전지의 수명 및 안정성을 향상시키는 것이 가능하다.According to an embodiment of the present invention, the primary particles have an aspect ratio gradient that increases from the center of the secondary particles toward the surface portion of the secondary particles, and the size of the aspect ratio gradient satisfies a specific numerical range to be described later. characterized in that In addition, as the primary particles having the above-described aspect ratio gradient pattern exist radially from the center of the secondary particles, it is possible to effectively relieve strain due to volume expansion of the primary particles during charging/discharging. do. Accordingly, it is possible to improve the lifespan and stability of the lithium secondary battery using the positive electrode active material.

상기 실시예에 있어서, 상기 1차 입자는 상기 2차 입자의 중심부로부터 상기 2차 입자의 표면부를 향해 연속적으로 증가하는 종횡비 구배를 나타낼 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.In the embodiment, the primary particles may exhibit an aspect ratio gradient that continuously increases from the center of the secondary particles toward the surface of the secondary particles, but is not necessarily limited thereto.

즉, 상기 1차 입자의 종횡비가 상기 2차 입자의 중심부로부터 상기 2차 입자의 표면부를 향해 증가하되, 구배(gradient)를 정의하는 방식에 따라 상기 1차 입자의 종횡비 구배가 연속적 또는 불연속적으로 증가할 수도 있다.That is, the aspect ratio of the primary particles increases from the center of the secondary particles toward the surface of the secondary particles, but the aspect ratio gradient of the primary particles continuously or discontinuously according to a method of defining a gradient. may increase.

이 때, 상기 양극 활물질에 포함된 상기 1차 입자 및 상기 2차 입자는 적어도 상기 2차 입자의 중심부 내 존재하는 1차 입자의 평균 종횡비와 상기 2차 입자의 표면부 내 존재하는 1차 입자의 평균 종횡비의 구배 범위가 조절됨으로써 상기 양극 활물질 내 니오븀(Nb)과 같은 금속 원소가 도핑됨에 따른 상기 양극 활물질의 수명 특성 저하를 최소로 함과 동시에 다른 전기화학적 특성(예를 들어, 충전 용량, 효율, 출력 등)을 향상시킬 수 있다.In this case, the primary particles and the secondary particles included in the positive electrode active material have at least an average aspect ratio of the primary particles present in the center of the secondary particles and the primary particles present in the surface portion of the secondary particles. By controlling the gradient range of the average aspect ratio, deterioration of the lifespan characteristics of the positive active material due to doping of a metal element such as niobium (Nb) in the positive active material is minimized, and at the same time, other electrochemical characteristics (e.g., charging capacity, efficiency) , output, etc.) can be improved.

특히, 본 발명에 따르면, 상기 양극 활물질의 제조 공정 중 상기 1차 입자 내 금속 도펀트의 함량을 증가하도록 전구체에 대한 상기 금속 도펀트의 배합 비율을 증가시키거나 상기 전구체와 상기 금속 도펀트의 혼합물에 대한 소성(열처리) 조건을 특이화함으로써 상술한 1차 입자의 종횡비 구배를 구현할 수 있다. In particular, according to the present invention, the mixing ratio of the metal dopant to the precursor is increased to increase the content of the metal dopant in the primary particles during the manufacturing process of the positive active material, or the mixture of the precursor and the metal dopant is fired. By specifying the (heat treatment) conditions, it is possible to implement the above-described aspect ratio gradient of the primary particles.

구체적으로, 상기 양극 활물질에 포함된 상기 1차 입자의 평균 종횡비는 상기 2차 입자의 중심부로부터 상기 2차 입자의 표면부를 향해 증가하는 구배를 가지되, 상기 1차 입자 내 금속 도펀트의 함량이 증가함에 따라 상기 2차 입자의 표면부 내 전체 1차 입자의 평균 종횡비와 상기 2차 입자의 중심부 내 전체 1차 입자의 평균 종횡비의 차이가 감소하는 것이 바람직하다.Specifically, the average aspect ratio of the primary particles included in the positive electrode active material has a gradient increasing from the center of the secondary particles toward the surface of the secondary particles, and the content of the metal dopant in the primary particles increases. Accordingly, it is preferable that the difference between the average aspect ratio of all primary particles in the surface portion of the secondary particles and the average aspect ratio of all primary particles in the center of the secondary particles decreases.

즉, 상기 2차 입자의 중심부 내 상기 1차 입자의 평균 종횡비 대비 상기 2차 입자의 표면부 내 상기 1차 입자의 평균 종횡비 차이가 과도하게 크지 않은 것이 바람직하다. 한편, 상기 양극 활물질의 제조 공정 중 상기 1차 입자 내 금속 도펀트의 함량을 증가하도록 전구체에 대한 상기 금속 도펀트의 배합 비율을 과도하게 늘리거나 상기 전구체와 상기 금속 도펀트의 혼합물에 대한 소성(열처리) 조건이 부적합한 경우(예를 들어, 승온 속도가 과도하게 빠르거나, 열처리 온도가 과도하게 높거나, 열처리 시간이 과도하게 길 경우), 상기 2차 입자의 중심부 내 상기 1차 입자의 평균 종횡비 대비 상기 2차 입자의 표면부 내 상기 1차 입자의 평균 종횡비 차이가 과도하게 작아질 수 있다. 이 경우, 오히려 상기 양극 활물질의 가역 효율 및 수명 특성 등을 저하시킬 우려가 있다. That is, it is preferable that the difference in the average aspect ratio of the primary particles in the surface portion of the secondary particles to the average aspect ratio of the primary particles in the center of the secondary particles is not excessively large. On the other hand, during the manufacturing process of the positive electrode active material, the mixing ratio of the metal dopant to the precursor is excessively increased to increase the content of the metal dopant in the primary particles, or the mixture of the precursor and the metal dopant is fired (heat treatment) conditions In this unsuitable case (for example, when the temperature increase rate is excessively fast, the heat treatment temperature is excessively high, or the heat treatment time is excessively long), the average aspect ratio of the primary particles in the center of the secondary particles is 2 The difference in the average aspect ratio of the primary particles in the surface portion of the primary particles may be excessively small. In this case, there is a risk of lowering the reversible efficiency and lifespan characteristics of the positive electrode active material.

여기서, 상기 양극 활물질에 포함된 상기 1차 입자 및 상기 2차 입자는 적어도 하기의 조건을 만족함으로써 상기 양극 활물질 내 입자 밀도를 향상시킬 수 있다. 이에 따라 상기 양극 활물질의 전기화학적 특성을 향상시킬 수 있다.Here, the primary particles and the secondary particles included in the positive active material may improve the particle density in the positive active material by satisfying at least the following conditions. Accordingly, the electrochemical properties of the positive active material may be improved.

상기 양극 활물질에 있어서, 상기 2차 입자의 중심부로부터 상기 2차 입자의 표면부까지의 거리를 R, 상기 2차 입자의 중심부로부터의 거리가 4/5R 내지 R인 영역을 제1 영역(R1), 상기 2차 입자의 중심부로부터의 거리가 0 내지 2/5R인 영역을 제2 영역(R2)이라고 정의하기로 한다.In the positive active material, the distance from the center of the secondary particle to the surface of the secondary particle is R, and the distance from the center of the secondary particle is 4/5R to R, the first region (R 1 ) ), a region in which the distance from the center of the secondary particles is 0 to 2/5R is defined as a second region R 2 .

예를 들어, 상기 2차 입자의 평균 입경이 10μm인 경우, 상기 제1 영역은 상기 2차 입자의 최표면으로부터의 거리가 0 내지 1μm인 영역을 나타내며, 상기 제2 영역은 상기 2차 입자의 정중앙으로부터 0 내지 2μm인 영역을 나타낼 수 있다.For example, when the average particle diameter of the secondary particles is 10 μm, the first region represents a region in which the distance from the outermost surface of the secondary particles is 0 to 1 μm, and the second region is the secondary particle size. A region of 0 to 2 μm from the center may be represented.

이 때, 상기 제1 영역 내 전체 1차 입자의 평균 종횡비(W1)는 바람직하게는 4.083 미만, 보다 바람직하게는 4.0 이하일 수 있다.In this case, the average aspect ratio (W 1 ) of all the primary particles in the first region may be preferably less than 4.083, more preferably less than 4.0.

상기 제1 영역 내 전체 1차 입자의 평균 종횡비(W1)가 상기에서 정의한 수치 범위를 초과할 경우, 상기 2차 입자의 중심부 대비 상기 2차 입자의 표면부에 존재하는 상기 1차 입자의 종횡비가 과도하게 크며, 이에 따라 상기 2차 입자의 표면부에 존재하는 상기 1차 입자의 형상은 상대적으로 로드 형상에 가까울 것이다. When the average aspect ratio (W 1 ) of all the primary particles in the first region exceeds the numerical range defined above, the aspect ratio of the primary particles present on the surface of the secondary particles compared to the center of the secondary particles is excessively large, and accordingly, the shape of the primary particles present in the surface portion of the secondary particles will be relatively close to the rod shape.

또한, 상기 2차 입자의 표면부에 존재하는 상기 1차 입자의 종횡비가 상기에서 정의한 수치 범위를 초과하기 위해서는 상기 2차 입자의 중심부로부터 상기 2차 입자의 표면부를 향해 증가하는 상기 1차 입자의 종횡비 구배의 크기가 과도하게 커야 할 것이다.In addition, in order to exceed the numerical range defined above, the aspect ratio of the primary particles present in the surface portion of the secondary particles increases from the center of the secondary particles toward the surface of the secondary particles. The size of the aspect ratio gradient should be excessively large.

이 경우, 상기 양극 활물질 내 상기 1차 입자의 밀도를 향상시키는 것이 어려울 뿐만 아니라, 상기 양극 활물질을 사용한 리튬 이차전지의 충/방전시 상기 양극 활물질의 비대칭적인 부피 팽창에 기인한 부분적인 스트레인(strain)을 효과적으로 감소시키는 것도 어려울 수 있다. 즉, 상기 2차 입자의 중심부와 상기 2차 입자의 표면부 내 존재하는 상기 1차 입자의 종횡비 차이가 과도하게 커져 충/방전시 상기 1차 입자의 부피 팽창에 따른 스트레인 억제가 어려워짐으로써 상기 양극 활물질의 크랙 가능성이 높아질 수 있다. 이는 상기 양극 활물질의 전기화학적 특성 및/또는 안정성 등을 악화시키는 원인으로 작용할 수도 있다.In this case, not only it is difficult to improve the density of the primary particles in the positive active material, but also partial strain due to asymmetric volume expansion of the positive active material during charging/discharging of a lithium secondary battery using the positive active material. ) can also be difficult to effectively reduce. That is, the difference in the aspect ratio between the central portion of the secondary particle and the primary particle existing in the surface portion of the secondary particle becomes excessively large, making it difficult to suppress strain due to volume expansion of the primary particle during charging/discharging. The possibility of cracking the cathode active material may increase. This may act as a cause of deterioration of the electrochemical properties and/or stability of the positive electrode active material.

또한, 상기 양극 활물질 내 상기 1차 입자의 밀도가 감소함에 따라 상기 양극 활물질의 비표면적이 증가할 수 있다. 상기 양극 활물질의 비표면적이 증가할 경우, 상기 양극 활물질과 리튬 이차전지 내 전해액의 부반응 가능성이 높아져 리튬 이차전지의 수명 및/또는 안정성이 감소될 우려가 있다.In addition, as the density of the primary particles in the positive active material decreases, the specific surface area of the positive active material may increase. When the specific surface area of the positive electrode active material increases, the possibility of a side reaction between the positive electrode active material and the electrolyte solution in the lithium secondary battery increases, thereby reducing the lifespan and/or stability of the lithium secondary battery.

한편, 상기 제2 영역 내 전체 1차 입자의 평균 종횡비(W2)는 바람직하게는 1.842 미만, 보다 바람직하게는 1.8 이하일 수 있다.On the other hand, the average aspect ratio (W 2 ) of all the primary particles in the second region may be preferably less than 1.842, more preferably less than 1.8.

상기 제2 영역 내 전체 1차 입자의 평균 종횡비(W2)가 상기에서 정의한 수치 범위를 초과할 경우, 상기 2차 입자의 중심부에 존재하는 상기 1차 입자의 종횡비가 과도하게 크기 때문에 이는 상기 양극 활물질 내 상기 1차 입자의 밀도를 저하시키는 원인으로 작용할 수 있다.When the average aspect ratio (W 2 ) of all primary particles in the second region exceeds the numerical range defined above, since the aspect ratio of the primary particles present in the center of the secondary particles is excessively large, this is It may act as a cause of lowering the density of the primary particles in the active material.

또한, 상기 제1 영역 내 전체 1차 입자의 평균 종횡비(W1)와 상기 제2 영역 내 전체 1차 입자의 평균 종횡비(W2)의 비(W1/W2)는 2.217 미만인 것이 바람직하다. 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 양극 활물질은 상기 2차 입자 내 포함된 상기 1차 입자들의 종횡비 구배를 조절함으로써 상기 2차 입자의 중심부로부터 상기 2차 입자의 표면부를 향해 상기 1차 입자의 구형도가 감소되는 정도를 줄여 상기 양극 활물질의 전기적 특성을 향상시키는 것을 특징으로 한다.In addition, the ratio (W 1 /W 2 ) of the average aspect ratio (W 1 ) of all the primary particles in the first region to the average aspect ratio (W 2 ) of all the primary particles in the second region is preferably less than 2.217 . As described above, in the positive active material according to the present invention, the spherical shape of the primary particles from the center of the secondary particles toward the surface of the secondary particles by controlling the aspect ratio gradient of the primary particles included in the secondary particles. It is characterized in that the electrical properties of the positive electrode active material are improved by reducing the degree of decrease.

즉, 상기 평균 종횡비(W1)와 상기 평균 종횡비(W2)의 비(W1/W2)가 바람직하게는 2.217 미만, 보다 바람직하게는 2.2 이하가 되도록 함으로써 상기 2차 입자의 중심부로부터 상기 2차 입자의 표면부를 향해 증가하는 상기 1차 입자의 종횡비 구배의 크기를 작게 할 수 있으며, 이에 따라 상기 2차 입자의 중심부로부터 상기 2차 입자의 표면부를 향해 감소하는 상기 1차 입자의 구형도 구배의 크기를 작게 할 수 있다.That is, the ratio (W 1 /W 2 ) of the average aspect ratio (W 1 ) to the average aspect ratio (W 2 ) is preferably less than 2.217, more preferably less than or equal to 2.2, so that It is possible to reduce the size of the gradient of the aspect ratio of the primary particles that increases toward the surface of the secondary particles, and accordingly, the sphericity of the primary particles decreases from the center of the secondary particles toward the surface of the secondary particles. The size of the gradient can be reduced.

마찬가지로, 상기 평균 종횡비(W1)와 상기 평균 종횡비(W2)의 비(W1/W2)가 2.217을 초과할 경우, 상기 2차 입자의 중심부와 상기 2차 입자의 표면부 내 존재하는 상기 1차 입자의 종횡비 차이가 과도하게 커져 충/방전시 상기 1차 입자의 부피 팽창에 따른 크랙 가능성이 높아질 수 있다.Similarly, when the ratio (W 1 /W 2 ) of the average aspect ratio (W 1 ) and the average aspect ratio (W 2 ) exceeds 2.217, the central portion of the secondary particle and the surface portion of the secondary particle exist The difference in the aspect ratio of the primary particles may be excessively large, so that the possibility of cracking due to volume expansion of the primary particles during charging/discharging may increase.

또한, 상기 평균 종횡비(W1)와 상기 평균 종횡비(W2)의 비(W1/W2)는 적어도 1.280 초과일 수 있으며, 이는 적어도 상기 1차 입자의 평균 종횡비가 상기 2차 입자의 중심부로부터 상기 2차 입자의 표면부를 향해 증가하는 구배를 나타냄을 의미할 수 있다. 이와 같이 상기 2차 입자 내 상기 1차 입자가 상기 2차 입자의 중심부로부터 상기 2차 입자의 표면부를 향해 증가하는 종횡비 구배를 나타내되, 상기 제1 영역 내 전체 1차 입자의 평균 종횡비(W1)와 상기 제2 영역 내 전체 1차 입자의 평균 종횡비(W2)의 비(W1/W2)로 나타나는 상기 종횡비 구배의 크기가 1.280 초과 내지 2.217 미만인 범위 내에 존재함으로써 다양한 트레이드-오프(trade-off) 관계에 존재하는 상기 양극 활물질의 전기적 특성들이 최적화될 수 있다.Further, the ratio (W 1 /W 2 ) of the average aspect ratio (W 1 ) to the average aspect ratio (W 2 ) may be at least 1.280, which means that at least the average aspect ratio of the primary particles is a central portion of the secondary particles. It may mean representing a gradient that increases toward the surface of the secondary particles. As such, the primary particles in the secondary particles exhibit an aspect ratio gradient that increases from the center of the secondary particles toward the surface of the secondary particles, and the average aspect ratio (W 1 ) of all primary particles in the first region. ) and the average aspect ratio (W 2 ) of the total primary particles in the second region (W 1 /W 2 ) The size of the aspect ratio gradient represented by the ratio exists in the range of more than 1.280 to less than 2.217, various trade-offs (trade-offs) -off), the electrical properties of the positive active material present in the relationship may be optimized.

한편, 상기 제1 영역 내 1차 입자 중 상기 평균 종횡비(W1)보다 작은 종횡비를 가지는 1차 입자의 비율은 45% 이상일 수 있다. 즉, 상기에 정의한 1차 입자의 비율은 상기 제1 영역 내 1차 입자 중 상기 평균 종횡비(W1)보다 큰 종횡비를 가지는 1차 입자의 비율이 조절되어 상기 제1 영역 내 전체 1차 입자의 평균 종횡비(W1)가 4.083 이상의 값을 가지지 않도록 하기 위한 것이다.Meanwhile, a ratio of primary particles having an aspect ratio smaller than the average aspect ratio (W 1 ) among the primary particles in the first region may be 45% or more. That is, the ratio of the primary particles defined above is adjusted by adjusting the ratio of the primary particles having an aspect ratio greater than the average aspect ratio (W 1 ) among the primary particles in the first region, so that the total number of primary particles in the first region is This is to prevent the average aspect ratio (W 1 ) from having a value of 4.083 or more.

또한, 상기 제1 영역 내 1차 입자 중 상기 평균 종횡비(W1)보다 작은 종횡비를 가지는 1차 입자의 평균 종횡비(W3)와 상기 평균 종횡비(W2)의 비(W3/W2)는 0.984 초과 1.465 미만일 수 있다. 즉, 본원에서 의도한 바에 따른 종횡비 구배 또는 구형도 구배를 가지는 양극 활물질에 있어서, 상기 제1 영역 내 존재하는 상기 1차 입자의 종횡비가 상기 제2 영역 내 존재하는 상기 1차 입자의 종횡비 대비 증가폭이 적어 상기 제1 영역 내 존재하는 상기 1차 입자가 상대적으로 구형에 가까운 형상을 가질 수 있음을 의미한다.In addition, the ratio of the average aspect ratio (W 3 ) to the average aspect ratio (W 2 ) of the primary particles having an aspect ratio smaller than the average aspect ratio (W 1 ) among the primary particles in the first region (W 3 /W 2 ) may be greater than 0.984 and less than 1.465. That is, in the positive active material having an aspect ratio gradient or a sphericity gradient as intended herein, the aspect ratio of the primary particles present in the first region is increased compared to the aspect ratio of the primary particles present in the second region This means that the primary particles present in the first region may have a relatively spherical shape.

한편, 상기 제1 영역 내 1차 입자 중 상기 평균 종횡비(W1)보다 큰 종횡비를 가지는 1차 입자의 평균 종횡비(W4)와 상기 평균 종횡비(W2)의 비(W4/W2)는 1.793 초과 3.076 미만일 수 있다. 이는 본원에서 의도한 바에 따른 종횡비 구배 또는 구형도 구배를 가지는 양극 활물질에 있어서, 상기 제1 영역 내 존재하는 상기 1차 입자 중 상기 제2 영역 내 존재하는 상기 1차 입자의 종횡비 대비 증가폭이 큰 1차 입자라 하더라도 종횡비가 극단적으로 큰 완전한 로드 형상을 가지지 않음을 의미한다.On the other hand, the ratio of the average aspect ratio (W 4 ) to the average aspect ratio (W 2 ) of the primary particles having an aspect ratio greater than the average aspect ratio (W 1 ) among the primary particles in the first region (W 4 /W 2 ) may be greater than 1.793 and less than 3.076. This is, in the positive active material having an aspect ratio gradient or a sphericity gradient as intended herein, a large increase compared to the aspect ratio of the primary particles present in the second region among the primary particles present in the first region This means that even a primary particle does not have a complete rod shape with an extremely large aspect ratio.

상술한 다양한 조건들을 만족하는 상기 1차 입자는 하기의 화학식 1로 표시되는 리튬 복합 산화물로서 정의될 수 있다.The primary particles satisfying the various conditions described above may be defined as a lithium composite oxide represented by Formula 1 below.

[화학식 1][Formula 1]

LiwNi1-(x+y+z+z')CoxM1yM2zNbz'O2 Li w Ni 1-(x+y+z+z') Co x M1 y M2 z Nb z' O 2

(여기서,(here,

M1은 Mn 및 Al로부터 선택되는 적어도 하나이며,M1 is at least one selected from Mn and Al,

M2는 P, Sr, Ba, B, Ti, Zr, Mn, Al, W, Ce, Hf, Ta, Cr, F, Mg, Cr, V, Fe, Zn, Si, Y, Ga, Sn, Mo, Ge, Nd, Gd 및 Cu로부터 선택되는 적어도 하나이며,M2 is P, Sr, Ba, B, Ti, Zr, Mn, Al, W, Ce, Hf, Ta, Cr, F, Mg, Cr, V, Fe, Zn, Si, Y, Ga, Sn, Mo, At least one selected from Ge, Nd, Gd and Cu,

M1과 M2는 서로 상이한 원소이며,M1 and M2 are different elements,

0.5≤w≤1.5, 0≤x≤0.50, 0≤y≤0.20, 0≤z≤0.20, 0<z'≤0.20이다)0.5≤w≤1.5, 0≤x≤0.50, 0≤y≤0.20, 0≤z≤0.20, 0<z'≤0.20)

이 때, 상술한 2차 입자의 표면부 내 전체 1차 입자의 평균 종횡비와 상기 2차 입자의 중심부 내 전체 1차 입자의 평균 종횡비의 차이, 특히 상기 평균 종횡비(W1)와 상기 평균 종횡비(W2)의 비(W1/W2)는 상기 z'이 증가함에 따라 감소할 수 있다. 또한, 상기 평균 종횡비(W1)와 상기 평균 종횡비(W2)의 비(W1/W2)는 상기 z' 뿐만 아니라, 상기 화학식 1로 표시되는 리튬 복합 산화물의 전구체와 금속 도펀트(Nb 함유 원료 물질)의 혼합물에 대한 소성(열처리) 조건을 특이화함으로써 감소될 수도 있다.At this time, the difference between the average aspect ratio of all primary particles in the surface portion of the secondary particles and the average aspect ratio of all primary particles in the center of the secondary particles, in particular, the average aspect ratio (W 1 ) and the average aspect ratio ( The ratio (W 1 /W 2 ) of W 2 ) may decrease as the z′ increases. In addition, the ratio (W 1 /W 2 ) of the average aspect ratio (W 1 ) and the average aspect ratio (W 2 ) is not only z′, but also the precursor of the lithium composite oxide represented by Formula 1 and the metal dopant (Nb containing It can also be reduced by specifying the firing (heat treatment) conditions for the mixture of raw materials).

또한, 상기 2차 입자의 표면부에 존재하는 M2 및/또는 니오븀(Nb)는 상기 2차 입자의 중심부를 향해 감소하는 농도 구배를 나타낼 수 있다. 즉, M2 및/또는 니오븀(Nb)의 농도 구배의 방향은 상기 2차 입자의 표면부로부터 상기 2차 입자의 중심부를 향하는 방향일 수 있다.In addition, M2 and/or niobium (Nb) present in the surface portion of the secondary particles may exhibit a concentration gradient that decreases toward the center of the secondary particles. That is, the direction of the concentration gradient of M2 and/or niobium (Nb) may be a direction from a surface portion of the secondary particle toward a central portion of the secondary particle.

특히, 상기 1차 입자 내 존재하는 리튬 이온 확산 경로(lithium ion diffusion path)는 상기 M2 및/또는 니오븀(Nb)의 농도 구배의 방향과 동일하게, 즉 상기 2차 입자의 중심부로부터 상기 2차 입자의 표면부를 향하는 방향으로 형성될 수 있다. 상기 리튬 이온 확산 경로는 상기 M2 및/또는 니오븀(Nb)의 농도 구배의 방향(또는 상기 2차 입자의 중심부로부터 상기 2차 입자의 표면부를 향하는 방향)과 동일하거나, 적어도 상기 2차 입자의 중심부로부터 상기 2차 입자의 표면부를 연결하는 가상의 직선에 대하여 ±40° 이내의 각도를 이루도록 존재할 수 있다.In particular, the lithium ion diffusion path existing in the primary particle is the same as the direction of the concentration gradient of M2 and/or niobium (Nb), that is, from the center of the secondary particle to the secondary particle. It may be formed in a direction toward the surface of the. The lithium ion diffusion path is the same as the direction of the concentration gradient of M2 and/or niobium (Nb) (or the direction from the center of the secondary particle toward the surface of the secondary particle), or at least the center of the secondary particle. It may exist to form an angle within ±40° with respect to an imaginary straight line connecting the surface portions of the secondary particles.

이와 같이 상기 1차 입자 내 리튬 이온 확산 경로가 상기 2차 입자의 중심부로부터 상기 2차 입자의 표면부를 향하는 방향으로 형성됨에 따라 상기 양극 활물질 내 리튬 이온의 확산성을 향상시킬 수 있으며, 나아가 상기 양극 활물질의 전기적 특성 향상에 기여할 수 있다.As such, as the lithium ion diffusion path in the primary particle is formed in a direction from the center of the secondary particle toward the surface of the secondary particle, the diffusion of lithium ions in the positive active material can be improved, and further, the positive electrode It can contribute to the improvement of the electrical properties of the active material.

또한, 다른 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 양극 활물질은 상기 1차 입자(예를 들어, 상기 1차 입자 사이의 계면) 및/또는 상기 1차 입자가 응집되어 형성된 2차 입자의 표면 중 적어도 일부를 커버하는 코팅층을 포함할 수 있다.In addition, in another embodiment, the positive active material according to the present invention is at least among the surfaces of the primary particles (eg, the interface between the primary particles) and/or the secondary particles formed by aggregation of the primary particles. It may include a coating layer covering a part.

예를 들어, 상기 코팅층은 상기 1차 입자의 노출된 표면 중 적어도 일부를 커버하도록 존재할 수 있다. 특히, 상기 코팅층은 상기 2차 입자의 최외곽에 존재하는 상기 1차 입자의 노출된 표면 중 적어도 일부를 커버하도록 존재할 수 있다.For example, the coating layer may be present to cover at least a portion of the exposed surface of the primary particle. In particular, the coating layer may be present to cover at least a portion of the exposed surface of the primary particles present in the outermost portion of the secondary particles.

이에 따라, 상기 코팅층은 상기 1차 입자 및/또는 상기 1차 입자가 응집되어 형성된 상기 2차 입자의 표면을 연속적 또는 불연속적으로 코팅하는 층으로서 존재할 수 있다. 상기 코팅층이 불연속적으로 존재할 경우, 아일랜드(island) 형태로서 존재할 수 있다.Accordingly, the coating layer may exist as a layer for continuously or discontinuously coating the surface of the primary particles and/or the secondary particles formed by agglomeration of the primary particles. When the coating layer is discontinuous, it may exist in the form of an island.

이와 같이 존재하는 코팅층은 양극 활물질의 물리적 및 전기 화학적 특성 향상에 기여할 수 있다.The coating layer present as described above may contribute to the improvement of physical and electrochemical properties of the positive electrode active material.

또한, 상기 코팅층은 상기 1차 입자 및/또는 상기 1차 입자가 응집되어 형성된 상기 2차 입자와 경계를 형성하지 않는 고용체 형태로서 존재할 수도 있다.In addition, the coating layer may exist in the form of a solid solution that does not form a boundary with the primary particles and/or the secondary particles formed by agglomeration of the primary particles.

상기 코팅층은 하기의 화학식 2로 표시되는 적어도 하나의 산화물을 포함할 수 있다. 즉, 상기 코팅층은 하기의 화학식 2로 표시되는 산화물이 존재하는 영역으로 정의될 수 있다.The coating layer may include at least one oxide represented by Chemical Formula 2 below. That is, the coating layer may be defined as a region in which an oxide represented by the following Chemical Formula 2 exists.

[화학식 2][Formula 2]

LiaM3bOc Li a M3 b O c

(여기서,(here,

M3은 Ni, Mn, Co, Fe, Cu, Nb, Mo, Ti, Al, Cr, Zr, Zn, Na, K, Ca, Mg, Pt, Au, B, P, Eu, Sm, W, Ce, V, Ba, Ta, Sn, Hf, Ce, Gd 및 Nd로부터 선택되는 적어도 하나이며,M3 is Ni, Mn, Co, Fe, Cu, Nb, Mo, Ti, Al, Cr, Zr, Zn, Na, K, Ca, Mg, Pt, Au, B, P, Eu, Sm, W, Ce, At least one selected from V, Ba, Ta, Sn, Hf, Ce, Gd and Nd,

0≤a≤10, 0≤b≤8, 2≤c≤13이다)0≤a≤10, 0≤b≤8, 2≤c≤13)

또한, 상기 코팅층은 하나의 층 내 이종의 산화물이 동시에 존재하거나, 상기의 화학식 2로 표시되는 이종의 산화물이 각각 별개의 층에 존재하는 형태일 수 있다.In addition, the coating layer may have a form in which different kinds of oxides are present in one layer at the same time, or different kinds of oxides represented by Chemical Formula 2 are present in separate layers.

상기의 화학식 2로 표시되는 산화물은 상기의 화학식 1로 표시되는 1차 입자와 물리적 및/또는 화학적으로 결합된 상태일 수 있다. 또한, 상기 산화물은 상기의 화학식 1로 표시되는 1차 입자와 고용체를 형성한 상태로 존재할 수도 있다.The oxide represented by Formula 2 may be physically and/or chemically bonded to the primary particle represented by Formula 1 above. In addition, the oxide may exist in a state in which a solid solution is formed with the primary particle represented by Chemical Formula 1 above.

본 실시예에 따른 양극 활물질은 상기 1차 입자(예를 들어, 상기 1차 입자 사이의 계면) 및/또는 상기 1차 입자가 응집되어 형성된 2차 입자의 표면 중 적어도 일부를 커버하는 코팅층을 포함함으로써 구조적인 안정성이 높아질 수 있다. 또한, 이러한 양극 활물질을 리튬 이차전지에 사용할 경우, 양극 활물질의 고온 저장 안정성 및 수명 특성이 향상될 수 있다. 또한, 상기 산화물은 상기 양극 활물질 내 잔류 리튬을 저감시킴과 동시에 리튬 이온의 이동 경로(pathway)로서 작용함으로써 리튬 이차전지의 효율 특성을 향상시키는데 영향을 줄 수 있다.The positive active material according to this embodiment includes a coating layer covering at least a portion of the surface of the primary particles (eg, the interface between the primary particles) and/or the secondary particles formed by aggregation of the primary particles By doing so, structural stability can be increased. In addition, when such a positive active material is used in a lithium secondary battery, high temperature storage stability and lifespan characteristics of the positive active material may be improved. In addition, the oxide reduces residual lithium in the positive electrode active material and at the same time acts as a movement path of lithium ions, thereby having an effect on improving the efficiency characteristics of the lithium secondary battery.

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

상기 산화물은 리튬과 A로 표시되는 원소가 복합화된 산화물이거나, A의 산화물로서, 상기 산화물은 예를 들어, LiaWbOc, LiaZrbOc, LiaTibOc, LiaNibOc, LiaBbOc, LiaCobOc, LiaAlbOc, CobOc, AlbOc, WbOc, ZrbOc, TibOc 또는 BbOc 등일 수 있으나, 상술한 예는 이해를 돕기 위해 편의상 기재한 것에 불과할 뿐 본원에서 정의된 상기 산화물은 상술한 예에 제한되지 않는다.The oxide is an oxide in which lithium and an element represented by A are complexed, or an oxide of A, wherein the oxide is, for example, Li a W b O c , Li a Zr b O c , Li a Ti b O c , Li a Ni b O c , Li a B b O c , Li a Co b O c , Li a Al b O c , Co b O c , Al b O c , W b O c , Zr b O c , Ti b O It may be c or B b O c , but the above-described examples are merely described for convenience and the oxide defined herein is not limited to the above-described examples.

다른 실시예에 있어서, 상기 산화물은 리튬과 A로 표시되는 적어도 2종의 원소가 복합화된 산화물이거나, 리튬과 A로 표시되는 적어도 2종의 원소가 복합화된 산화물을 더 포함할 수 있다. 리튬과 A로 표시되는 적어도 2종의 원소가 복합화된 산화물은 예를 들어, Lia(W/Ti)bOc, Lia(W/Zr)bOc, Lia(W/Ti/Zr)bOc, Lia(W/Ti/B)bOc 등일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.In another embodiment, the oxide may further include an oxide in which lithium and at least two elements represented by A are complexed, or an oxide in which lithium and at least two elements represented by A are complexed. The oxide in which lithium and at least two elements represented by A are complexed is, for example, Li a (W/Ti) b O c , Li a (W/Zr) b O c , Li a (W/Ti/Zr ) b O c , Li a (W/Ti/B) b O c , etc., but is not necessarily limited thereto.

여기서, 상기 산화물은 상기 2차 입자의 표면부로부터 상기 2차 입자의 중심부를 향해 감소하는 농도 구배를 나타낼 수 있다. 이에 따라, 상기 산화물의 농도는 상기 2차 입자의 최표면으로부터 상기 2차 입자의 중심부를 향해 감소할 수 있다.Here, the oxide may exhibit a concentration gradient that decreases from the surface portion of the secondary particle toward the center of the secondary particle. Accordingly, the concentration of the oxide may decrease from the outermost surface of the secondary particle toward the center of the secondary particle.

상술한 바와 같이, 상기 산화물이 상기 2차 입자의 표면부로부터 상기 2차 입자의 중심부를 향해 감소하는 농도 구배를 나타냄으로써 상기 양극 활물질의 표면에 존재하는 잔류 리튬을 효과적으로 감소시켜 미반응 잔류 리튬에 의한 부반응을 미연에 방지할 수 있다. 또한, 상기 산화물에 의해 상기 양극 활물질의 표면 내측 영역에서의 결정성이 낮아지는 것을 방지할 수 있다. 또한, 전기 화학 반응 중 상기 산화물에 의해 양극 활물질의 전체적인 구조가 붕괴되는 것을 방지할 수 있다.As described above, the oxide exhibits a concentration gradient that decreases from the surface portion of the secondary particle toward the center of the secondary particle, thereby effectively reducing the residual lithium present on the surface of the positive electrode active material to the unreacted residual lithium. side reactions can be prevented in advance. In addition, it is possible to prevent the crystallinity from being lowered in the region inside the surface of the positive electrode active material by the oxide. In addition, it is possible to prevent the overall structure of the positive electrode active material from being collapsed by the oxide during the electrochemical reaction.

추가적으로, 상기 코팅층은 상기의 화학식 2로 표시되는 적어도 하나의 산화물을 포함하는 제1 산화물층과 상기의 화학식 2로 표시되는 적어도 하나의 산화물을 포함하되, 상기 제1 산화물층에 포함된 산화물과 상이한 산화물을 포함하는 제2 산화물층을 포함할 수 있다.Additionally, the coating layer includes a first oxide layer including at least one oxide represented by Chemical Formula 2 and at least one oxide represented by Chemical Formula 2, and is different from the oxide included in the first oxide layer. A second oxide layer including an oxide may be included.

예를 들어, 상기 제1 산화물층은 상기 2차 입자의 최외곽에 존재하는 상기 1차 입자의 노출된 표면 중 적어도 일부를 커버하도록 존재할 수 있으며, 상기 제2 산화물층은 상기 제1 산화물층에 의해 커버되지 않은 상기 1차 입자의 노출된 표면 및 상기 제1 산화물층의 표면 중 적어도 일부를 커버하도록 존재할 수 있다.For example, the first oxide layer may be present to cover at least a portion of the exposed surfaces of the primary particles present in the outermost portion of the secondary particles, and the second oxide layer is on the first oxide layer. It may be present so as to cover at least a portion of the exposed surface of the primary particle and the surface of the first oxide layer that are not covered by the layer.

리튬 이차전지lithium secondary battery

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

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

상기 양극 활물질층은 상기 양극 활물질과 함께 도전재 및 필요에 따라 선택적으로 바인더를 포함하는 양극 슬러리 조성물을 상기 양극 집전체에 도포하여 제조될 수 있다.The positive electrode active material layer may be prepared by applying a positive electrode slurry composition including a conductive material and optionally a binder together with the positive electrode active material to the positive electrode current collector.

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

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

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

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

상기 용매로는 당해 기술분야에서 일반적으로 사용되는 용매일 수 있으며, 디메틸셀폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO), 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol), N-메틸피롤리돈(NMP), 아세톤(acetone) 또는 물 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 용매의 사용량은 슬러리의 도포 두께, 제조 수율을 고려하여 상기 양극 활물질, 도전재 및 바인더를 용해 또는 분산시키고, 이후 양극제조를 위한 도포시 우수한 두께 균일도를 나타낼 수 있는 점도를 갖도록 하는 정도면 충분하다.The solvent may be a solvent 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.

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

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

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

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

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

상기 음극 집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 탄소, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 상기 음극 집전체는 통상적으로 3μm 내지 500μm의 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, calcined carbon, copper or stainless steel surface. Carbon, nickel, titanium, silver, etc. surface-treated, aluminum-cadmium alloy, etc. may be used. In addition, the negative electrode current collector may have a thickness of typically 3 μm to 500 μm, and similarly to the positive electrode current collector, fine irregularities may be formed on the surface of the current collector to strengthen the bonding force of the negative electrode active material. For example, it may be used in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam body, a nonwoven body, and the like.

상기 음극 활물질층은 상기 음극 활물질과 함께 도전재 및 필요에 따라 선택적으로 바인더를 포함하는 음극 슬러리 조성물을 상기 음극 집전체에 도포하여 제조될 수 있다.The negative electrode active material layer may be prepared by applying a negative electrode slurry composition including a conductive material and optionally a binder along with the negative electrode active material to the 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 음극 활물질로서 금속 리튬 박막이 사용될 수도 있다. 또한, 탄소재료는 저결정 탄소 및 고결정성 탄소 등이 모두 사용될 수 있다. 저결정성 탄소로는 연화탄소 (soft carbon) 및 경화탄소 (hard carbon)가 대표적이며, 고결정성 탄소로는 무정형, 판상, 인편상, 구형 또는 섬유형의 천연 흑연 또는 인조 흑연, 키시흑연 (Kish graphite), 열분해 탄소 (pyrolytic carbon), 액정피치계 탄소섬유 (mesophase pitch based carbon fiber), 탄소 미소구체 (meso-carbon microbeads), 액정피치 (Mesophase pitches) 및 석유와 석탄계 코크스 (petroleum or coal tar pitch derived cokes) 등의 고온 소성탄소가 대표적이다.As the anode active material, a compound capable of reversible intercalation and deintercalation of lithium may be used. Specific examples include carbonaceous materials such as artificial graphite, natural graphite, graphitized carbon fiber, and amorphous carbon; metal compounds capable of alloying with lithium, such as Si, Al, Sn, Pb, Zn, Bi, In, Mg, Ga, Cd, Si alloy, Sn alloy, or Al alloy; metal oxides capable of doping and dedoping lithium, such as SiO β (0 < β < 2), SnO 2 , vanadium oxide, and lithium vanadium oxide; Alternatively, a composite including the metallic compound and a carbonaceous material such as a Si-C composite or a Sn-C composite may be used, and any one or a mixture of two or more thereof may be used. In addition, a metal lithium thin film may be used as the negative electrode active material. In addition, as the carbon material, both low crystalline carbon and high crystalline carbon may be used. As low crystalline carbon, soft carbon and hard carbon are representative, and as high crystalline carbon, natural or artificial graphite of amorphous, plate-like, scale-like, spherical or fibrous shape, and Kish graphite (Kish) graphite), pyrolytic carbon, mesophase pitch based carbon fiber, meso-carbon microbeads, liquid crystal pitches (Mesophase pitches), and petroleum and coal tar pitch (petroleum or coal tar pitch) High-temperature calcined carbon such as derived cokes) is a representative example.

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

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

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

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

또한, 다른 실시예에 있어서, 상기 음극 활물질층은 음극 집전체 상에 음극 활물질, 및 선택적으로 바인더 및 도전재를 용매 중에 용해 또는 분산시켜 제조한 음극 슬러리 조성물을 도포하고 건조하거나, 또는 상기 음극 슬러리 조성물을 별도의 지지체 상에 캐스팅한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 음극 집전체 상에 라미네이션함으로써 제조될 수도 있다.In addition, in another embodiment, the negative electrode   active material layer is coated with a negative electrode   slurry composition prepared by dissolving or dispersing the negative electrode   active material, and optionally a binder and a conductive material in a solvent on the negative electrode current collector and drying, or the negative electrode   slurry It can also be prepared by casting the composition on a separate support and then laminating a film obtained by peeling it from the support onto a negative electrode current collector.

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

또한, 본 발명에서 사용되는 전해질로는 리튬 이차전지 제조시 사용 가능한 유기계 액체 전해질, 무기계 액체 전해질, 고체 고분자 전해질, 겔형 고분자 전해질, 고체 무기 전해질, 용융형 무기 전해질 등을 들 수 있으며, 이들로 한정되는 것은 아니다.In addition, examples of the electrolyte used in the present invention include organic liquid electrolytes, inorganic liquid electrolytes, solid polymer electrolytes, gel polymer electrolytes, solid inorganic electrolytes, and molten inorganic electrolytes, 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 탄소수 2 내지 20의 직쇄상, 분지상 또는 환 구조의 탄화수소기이며, 이중결합 방향 환 또는 에테르 결합을 포함할 수 있다) 등의 니트릴류; 디메틸포름아미드 등의 아미드류; 1,3-디옥솔란 등의 디옥솔란류; 또는 설포란(sulfolane)류 등이 사용될 수 있다. 이중에서도 카보네이트계 용매가 바람직하고, 전지의 충방전 성능을 높일 수 있는 높은 이온전도도 및 고유전율을 갖는 환형 카보네이트(예를 들면, 에틸렌카보네이트 또는 프로필렌카보네이트 등)와, 저점도의 선형 카보네이트계 화합물(예를 들면, 에틸메틸카보네이트, 디메틸카보네이트 또는 디에틸카보네이트 등)의 혼합물이 보다 바람직하다. 이 경우 환형 카보네이트와 사슬형 카보네이트는 약 1:1 내지 약 1:9의 부피비로 혼합하여 사용하는 것이 전해액의 성능이 우수하게 나타날 수 있다.The organic solvent may be used without particular limitation as long as it can serve as a medium through which ions involved in the electrochemical reaction of the battery can move. Specifically, as the organic solvent, ester solvents such as methyl acetate, ethyl acetate, γ-butyrolactone, ε-caprolactone; ether-based solvents such as dibutyl ether or tetrahydrofuran; ketone solvents such as cyclohexanone; aromatic hydrocarbon 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-C20 linear, branched or cyclic hydrocarbon group, and may contain a double bond aromatic ring or an ether bond); amides such as dimethylformamide; dioxolanes such as 1,3-dioxolane; Or sulfolanes and the like may be used. Among these, a carbonate-based solvent is preferable, and a cyclic carbonate (eg, ethylene carbonate or propylene carbonate, etc.) having high ionic conductivity and high dielectric constant capable of increasing the charge/discharge performance of the battery, and a low-viscosity linear carbonate-based compound ( For example, a mixture of ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate or diethyl carbonate) is more preferable. In this case, when the cyclic carbonate and the chain carbonate are mixed in a volume ratio of about 1:1 to about 1:9, the electrolyte may exhibit excellent performance.

상기 리튬염은 리튬 이차전지에서 사용되는 리튬 이온을 제공할 수 있는 화합물이라면 특별한 제한 없이 사용될 수 있다. 구체적으로 상기 리튬염은, LiPF6, LiClO4, LiAsF6, LiBF4, LiSbF6, LiAl04, LiAlCl4, LiCF3SO3, LiC4F9SO3, LiN(C2F5SO3)2, LiN(C2F5SO2)2, LiN(CF3SO2)2. LiCl, LiI, 또는 LiB(C2O4)2 등이 사용될 수 있다. 상기 리튬염의 농도는 0.1 내지 2.0 M 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다. 리튬염의 농도가 상기 범위에 포함되면, 전해질이 적절한 전도도 및 점도를 가지므로 우수한 전해질 성능을 나타낼 수 있고, 리튬 이온이 효과적으로 이동할 수 있다.The lithium salt may be used without particular limitation as long as it is a compound capable of providing lithium ions used in a lithium secondary battery. Specifically, the lithium salt is LiPF 6 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAl0 4 , LiAlCl 4 , LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiN(C 2 F 5 SO 3 ) 2 , LiN(C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN(CF 3 SO 2 ) 2. LiCl, LiI, or LiB(C 2 O 4 ) 2 , etc. may be used. The concentration of the lithium salt is preferably used within the range of 0.1 to 2.0 M. When the concentration of the lithium salt is included in the above range, since the electrolyte has an 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 wt%로 포함될 수 있다.In addition to the electrolyte components, the electrolyte includes, for example, haloalkylene carbonate-based compounds such as difluoroethylene carbonate, pyridine, tri Ethyl phosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylene diamine, n-glyme, hexaphosphoric acid triamide, nitrobenzene derivative, sulfur, quinone imine dye, N-substituted oxazolidinone, N,N-substituted imida One or more additives such as jolidine, ethylene glycol dialkyl ether, ammonium salt, pyrrole, 2-methoxyethanol or aluminum trichloride may be further included. In this case, the additive may be included in an amount of 0.1 to 5 wt% based on the total weight of the electrolyte.

상기와 같이 본 발명에 따른 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차전지는 우수한 방전 용량, 출력 특성 및 수명 특성을 안정적으로 나타내기 때문에, 휴대전화, 노트북 컴퓨터, 디지털 카메라 등의 휴대용 기기, 및 하이브리드 전기자동차(hybrid electric vehicle, HEV) 등의 전기 자동차 분야 등에 유용하다.As described above, the lithium secondary battery containing the positive electrode active material according to the present invention stably exhibits excellent discharge capacity, output characteristics and lifespan characteristics, 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, HEV).

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

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

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

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

제조예 1. 양극 활물질의 제조Preparation Example 1. Preparation of positive active material

(1) 실시예 1(1) Example 1

공침법(co-precipitation method)에 의해 구형의 Ni0.80Co0.10Mn0.10(OH)2 수산화물 전구체를 합성하였다. 구체적으로, 90L 급의 반응기에서 황산 니켈, 황산 코발트 및 황산 망간을 80:1:1의 몰비로 혼합한 1.5 M의 복합 전이금속 황산 수용액에 25 wt%의 NaOH와 30 wt%의 NH4OH를 투입하였다. 반응기 내의 pH는 11.5를 유지시켰고 이때의 반응기 온도는 60℃로 유지하였으며, 불활성 가스인 N2를 반응기에 투입하여, 제조된 전구체가 산화되지 않도록 하였다. 합성 교반 완료 후, Filter press (F/P) 장비를 이용하여 세척 및 탈수를 진행하여, Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)2 수산화물 전구체를 수득하였다.A spherical Ni 0.80 Co 0.10 Mn 0.10 (OH) 2 hydroxide precursor was synthesized by a co-precipitation method. Specifically, in a 90L reactor, 25 wt% of NaOH and 30 wt% of NH 4 OH were added to a 1.5 M complex transition metal sulfuric acid aqueous solution in which nickel sulfate, cobalt sulfate and manganese sulfate were mixed in a molar ratio of 80:1:1. was put in. The pH in the reactor was maintained at 11.5, and the reactor temperature at this time was maintained at 60° C., and N 2 , an inert gas, was introduced into the reactor to prevent oxidation of the prepared precursor. After completion of the synthesis stirring, washing and dehydration were performed using a filter press (F/P) equipment, to obtain a Ni 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 (OH) 2 hydroxide precursor.

이어서, 합성된 전구체에 LiOH 및 Nb 함유 원료 물질(Nb2O5)을 첨가한 후 소성하여 리튬 복합 산화물을 제조하였다. 구체적으로, 전구체에 LiOH 및 Nb 함유 원료 물질(Nb2O5)을 혼합한 후 소성로에서 O2 분위기를 유지하며 830℃까지 분당 1℃로 승온하여 15시간 동안 열처리한 후 자연 냉각하여 리튬 복합 산화물을 얻었다. 상기 Nb 함유 원료 물질(Nb2O5)은 소성 전 전체 조성물 중 0.5mol%가 되도록 혼합하였다.Then, LiOH and Nb-containing raw materials (Nb 2 O 5 ) were added to the synthesized precursor and then calcined to prepare a lithium composite oxide. Specifically, after mixing the precursor with LiOH and Nb-containing raw material (Nb 2 O 5 ), maintaining the O 2 atmosphere in the kiln, raising the temperature to 830° C. at 1° C. per minute for 15 hours, followed by natural cooling to lithium composite oxide got The Nb-containing raw material (Nb 2 O 5 ) was mixed so as to be 0.5 mol% of the total composition before firing.

그 다음, 얻어진 리튬 복합 산화물을 소성로에서 O2 분위기를 유지하며 700℃까지 분당 2℃로 승온하여 20시간 동안 열처리한 후 자연 냉각하였다. Thereafter, the obtained lithium composite oxide was heated to 700° C. at 2° C. per minute while maintaining an O 2 atmosphere in the kiln, heat-treated for 20 hours, and then cooled naturally.

(2) 실시예 2(2) Example 2

상기 Nb 함유 원료 물질(Nb2O5)가 소성 전 전체 조성물 중 1.0mol%가 되도록 혼합한 후 소성로에서 O2 분위기를 유지하며 860℃까지 분당 1℃로 승온하여 열처리한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 양극 활물질을 제조하였다.After mixing the Nb-containing raw material (Nb 2 O 5 ) to 1.0 mol% of the total composition before firing, the O 2 atmosphere was maintained in the firing furnace and the temperature was raised at 1° C. per minute to 860° C. Except for heat treatment, Example A positive electrode active material was prepared in the same manner as in 1 .

(2) 실시예 3(2) Example 3

공침법(co-precipitation method)에 의해 구형의 Ni0.94Co0.03Mn0.03(OH)2 수산화물 전구체를 합성한 후, 여기에 LiOH 및 Nb 함유 원료 물질(Nb2O5)을 첨가한 후 소성하여 리튬 복합 산화물을 제조하되, 상기 Nb 함유 원료 물질(Nb2O5)가 소성 전 전체 조성물 중 1.0mol%가 되도록 혼합한 후 소성로에서 O2 분위기를 유지하며 780℃까지 분당 1℃로 승온하여 열처리 한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 양극 활물질을 제조하였다.After synthesizing a spherical Ni 0.94 Co 0.03 Mn 0.03 (OH) 2 hydroxide precursor by the co-precipitation method, LiOH and Nb-containing raw materials (Nb 2 O 5 ) are added thereto, and calcined to lithium A composite oxide was prepared, but the Nb-containing raw material (Nb 2 O 5 ) was mixed so that it became 1.0 mol% of the total composition before firing, and then heat-treated by maintaining the O 2 atmosphere in the firing furnace and raising the temperature to 780° C. per minute at 1° C. Except that, a positive active material was prepared in the same manner as in Example 1.

(2) 비교예 1(2) Comparative Example 1

상기 Nb 함유 원료 물질(Nb2O5)을 소성 전 혼합하지 않고, 소성로에서 O2 분위기를 유지하며 810℃까지 분당 1℃로 승온하여 열처리한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 양극 활물질을 제조하였다.The cathode active material in the same manner as in Example 1, except that the Nb-containing raw material (Nb 2 O 5 ) was not mixed before firing, and the temperature was increased to 1° C. per minute to 810° C. while maintaining the O 2 atmosphere in the firing furnace. was prepared.

(3) 비교예 2(3) Comparative Example 2

상기 Nb 함유 원료 물질(Nb2O5)을 소성 전 전체 조성물 중 2.0mol%가 되도록 혼합한 후 소성로에서 O2 분위기를 유지하며 860℃까지 분당 1℃로 승온하여 열처리한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 양극 활물질을 제조하였다.After mixing the Nb-containing raw material (Nb 2 O 5 ) to 2.0 mol% of the total composition before firing, maintaining the O 2 atmosphere in the firing furnace and heating it up to 860° C. A positive electrode active material was prepared in the same manner as in 1 .

(4) 비교예 3(4) Comparative Example 3

상기 Nb 함유 원료 물질(Nb2O5)가 소성 전 전체 조성물 중 0.5mol%가 되도록 혼합한 후 소성로에서 O2 분위기를 유지하며 760℃까지 분당 1℃로 승온하여 열처리한 것을 제외하고, 실시예 3과 동일한 방법으로 양극 활물질을 제조하였다.After mixing the Nb-containing raw material (Nb 2 O 5 ) to 0.5 mol% of the total composition before firing, the O 2 atmosphere is maintained in the firing furnace and the temperature is raised at 1° C. per minute to 760° C. Except for heat treatment, Example A positive electrode active material was prepared in the same manner as in 3 .

(5) 비교예 4(5) Comparative Example 4

상기 Nb 함유 원료 물질(Nb2O5)가 소성 전 전체 조성물 중 2.0mol%가 되도록 혼합한 후 소성로에서 O2 분위기를 유지하며 820℃까지 분당 1℃로 승온하여 열처리한 것을 제외하고, 실시예 3과 동일한 방법으로 양극 활물질을 제조하였다.After mixing so that the Nb-containing raw material (Nb 2 O 5 ) is 2.0 mol% of the total composition before firing, the O 2 atmosphere is maintained in the firing furnace and the temperature is raised at 1° C. per minute to 820° C. Except for heat treatment, Example A positive electrode active material was prepared in the same manner as in 3 .

(6) 비교예 5(6) Comparative Example 5

합성된 전구체에 LiOH 및 Nb 함유 원료 물질(Nb2O5)을 전체 조성물 중 0.5mol%가 되도록 혼합한 후 소성로에서 O2 분위기를 유지하며 830℃까지 분당 5℃로 승온하여 15시간 동안 열처리한 후 자연 냉각하여 리튬 복합 산화물을 얻은 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 양극 활물질을 제조하였다.After mixing the synthesized precursor with LiOH and Nb-containing raw material (Nb 2 O 5 ) to 0.5 mol% of the total composition, the O 2 atmosphere was maintained in the kiln, and the temperature was raised to 830° C. at 5° C. per minute and heat-treated for 15 hours. Then, a positive active material was prepared in the same manner as in Example 1, except that the lithium composite oxide was obtained by natural cooling.

(7) 비교예 6(7) Comparative Example 6

합성된 전구체에 LiOH 및 Nb 함유 원료 물질(Nb2O5)을 전체 조성물 중 0.5mol%가 되도록 혼합한 후 소성로에서 O2 분위기를 유지하며 830℃까지 분당 1℃로 승온하여 20시간 동안 열처리한 후 자연 냉각하여 리튬 복합 산화물을 얻은 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 양극 활물질을 제조하였다.After mixing LiOH and Nb-containing raw material (Nb 2 O 5 ) in the synthesized precursor to 0.5 mol% of the total composition, the O 2 atmosphere was maintained in the kiln, and the temperature was increased to 830° C. at 1° C. per minute and heat-treated for 20 hours. Then, a positive active material was prepared in the same manner as in Example 1, except that the lithium composite oxide was obtained by natural cooling.

제조예 2. 리튬 이차전지의 제조Preparation Example 2. Preparation of a lithium secondary battery

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

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

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

실험예 1. 양극 활물질의 TEM 분석Experimental Example 1. TEM analysis of positive electrode active material

실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2에 따른 양극 활물질(2차 입자) 각각을 Cross-section Polisher (가속전압 5.0 kV, 4시간 밀링)로 단면처리한 후, 단면 TEM 사진을 얻었다. 여기서, 상기 양극 활물질의 평균 입경은 10μm이며, 단면 TEM 사진 상에서 상기 양극 활물질의 최표면으로부터의 거리가 0 내지 1μm인 영역을 표면부(제1 영역)로 정의하며, 상기 양극 활물질의 정중앙으로부터 0 내지 2μm인 영역을 중심부(제2 영역)로 정의하였다.After cross-sectioning each of the positive active materials (secondary particles) according to Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2 with a cross-section polisher (accelerated voltage 5.0 kV, milling for 4 hours), cross-sectional TEM images were obtained. Here, the average particle diameter of the positive active material is 10 μm, and a region having a distance of 0 to 1 μm from the outermost surface of the positive active material on a cross-sectional TEM photograph is defined as a surface portion (first region), and 0 from the center of the positive active material A region of 2 μm to 2 μm was defined as the central region (second region).

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 양극 활물질의 단면 TEM 사진이며, 도 2 내지 도 5는 상기 도 1에 표시된 영역의 부분 확대 사진이다.1 is a cross-sectional TEM photograph of a cathode active material according to Example 1 of the present invention, and FIGS. 2 to 5 are partially enlarged photographs of the region indicated in FIG. 1 .

도 6은 본 발명의 실시예 1에 따른 양극 활물질의 표면부(제1 영역) 내 1차 입자의 종횡비를 측정한 결과를 나타낸 단면 TEM 사진이며, 도 7은 본 발명의 실시예 1에 따른 양극 활물질의 중심부(제2 영역) 내 1차 입자의 종횡비를 측정한 결과를 나타낸 단면 TEM 사진이다.6 is a cross-sectional TEM photograph showing the result of measuring the aspect ratio of primary particles in the surface portion (first region) of the positive electrode active material according to Example 1 of the present invention, and FIG. 7 is a positive electrode according to Example 1 of the present invention. It is a cross-sectional TEM photograph showing the result of measuring the aspect ratio of the primary particles in the center (second region) of the active material.

도 1 내지 도 7을 참조하면, 실시예 1에 따른 양극 활물질은 상기 2차 입자의 중심부로부터 상기 2차 입자의 표면부를 향해 증가하는 종횡비 구배를 가지되, 상기 제1 영역(1번 구획, 2번 구획 및 4번 구획) 내 존재하는 상기 1차 입자의 형상이 상대적으로 구형에 가까운 것을 확인할 수 있다. 특히, 도 6 및 도 7에 표시된 종횡비 측정 결과를 살펴보면, 상기 제2 영역 내 존재하는 상기 1차 입자 대비 상기 제1 영역 내 존재하는 상기 1차 입자의 종횡비 증가폭이 과도하게 크지 않아, 상기 제1 영역 내 존재하는 상기 1차 입자의 종횡비 내지 구형도가 비교예 1 대비 큰 것을 확인할 수 있다.1 to 7, the positive electrode active material according to Example 1 has an aspect ratio gradient that increases from the center of the secondary particles toward the surface of the secondary particles, and the first region (Section 1, 2 It can be seen that the shape of the primary particles present in the section No. and No. 4) is relatively close to a spherical shape. In particular, looking at the aspect ratio measurement results shown in FIGS. 6 and 7 , the increase in the aspect ratio of the primary particles present in the first region compared to the primary particles present in the second region is not excessively large, so that the first It can be seen that the aspect ratio or sphericity of the primary particles present in the region is larger than that of Comparative Example 1.

도 8는 비교예 1에 따른 양극 활물질의 단면 TEM 사진이며, 도 9 내지 도 12은 상기 도 8에 표시된 영역의 부분 확대 사진이다.8 is a cross-sectional TEM photograph of the positive electrode active material according to Comparative Example 1, and FIGS. 9 to 12 are partially enlarged photographs of the region indicated in FIG. 8 .

도 13은 비교예 1에 따른 양극 활물질의 표면부(제1 영역) 내 1차 입자의 종횡비를 측정한 결과를 나타낸 단면 TEM 사진이며, 도 14는 비교예 1에 따른 양극 활물질의 중심부(제2 영역) 내 1차 입자의 종횡비를 측정한 결과를 나타낸 단면 TEM 사진이다.13 is a cross-sectional TEM photograph showing the result of measuring the aspect ratio of primary particles in the surface portion (first region) of the positive electrode active material according to Comparative Example 1, and FIG. 14 is a central portion (second portion) of the positive active material according to Comparative Example 1. It is a cross-sectional TEM photograph showing the result of measuring the aspect ratio of the primary particles in the region).

도 8 내지 도 12를 참조하면, 비교예 1에 따른 양극 활물질은 상기 2차 입자의 중심부로부터 상기 2차 입자의 표면부를 향해 증가하는 종횡비 구배를 가지며, 특히, 상기 제1 영역(1번 구획, 2번 구획 및 4번 구획) 내 존재하는 상기 1차 입자의 형상은 로드(rod) 형상인 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 13 및 도 14에 표시된 종횡비 측정 결과를 살펴보면, 상기 제2 영역 내 존재하는 상기 1차 입자 대비 상기 제1 영역 내 존재하는 상기 1차 입자의 종횡비의 증가폭이 과도하게 크며, 상기 제1 영역 내 존재하는 상기 1차 입자의 종횡비 내지 구형도는 실시예 1 대비 낮은 것을 확인할 수 있다.8 to 12 , the positive active material according to Comparative Example 1 has an aspect ratio gradient that increases from the center of the secondary particle toward the surface of the secondary particle, and in particular, the first region (Section 1, It can be seen that the shape of the primary particles present in the second compartment and the fourth compartment) is a rod shape. In addition, looking at the aspect ratio measurement results shown in FIGS. 13 and 14 , the increase in the aspect ratio of the primary particles present in the first region compared to the primary particles present in the second region is excessively large, and the first It can be seen that the aspect ratio or sphericity of the primary particles present in the region is lower than in Example 1.

도 15는 비교예 2에 따른 양극 활물질의 단면 TEM 사진이며, 도 16 내지 도 19는 상기 도 15에 표시된 영역의 부분 확대 사진이다.15 is a cross-sectional TEM photograph of the positive electrode active material according to Comparative Example 2, and FIGS. 16 to 19 are partially enlarged photographs of the region indicated in FIG. 15 .

도 20은 비교예 2에 따른 양극 활물질의 표면부(제1 영역) 내 1차 입자의 종횡비를 측정한 결과를 나타낸 단면 TEM 사진이며, 도 21은 비교예 2에 따른 양극 활물질의 중심부(제2 영역) 내 1차 입자의 종횡비를 측정한 결과를 나타낸 단면 TEM 사진이다.20 is a cross-sectional TEM photograph showing the result of measuring the aspect ratio of primary particles in the surface portion (first region) of the positive active material according to Comparative Example 2, and FIG. 21 is a central portion (second part) of the positive active material according to Comparative Example 2. It is a cross-sectional TEM photograph showing the result of measuring the aspect ratio of the primary particles in the region).

도 15 내지 도 19를 참조하면, 비교예 2에 따른 양극 활물질은 상기 2차 입자의 중심부로부터 상기 2차 입자의 표면부를 향해 증가하는 종횡비 구배를 거의 나타내지 않으며, 상기 제1 영역(1번 구획, 2번 구획 및 4번 구획) 내 존재하는 상기 1차 입자의 형상 역시 상기 제2 영역(3번 구획) 내 존재하는 상기 1차 입자와 거의 유사한 것을 확인할 수 있다. 이러한 결과는 도 20 및 도 21에 표시된 종횡비 측정 결과에서도 동일하게 확인할 수 있다.15 to 19 , the positive active material according to Comparative Example 2 hardly exhibits an aspect ratio gradient that increases from the center of the secondary particle toward the surface of the secondary particle, and the first region (Section 1, It can be seen that the shapes of the primary particles present in the second and fourth compartments are also substantially similar to the primary particles present in the second region (the third compartment). These results can also be confirmed in the aspect ratio measurement results shown in FIGS. 20 and 21 .

하기의 표 1 및 표 2에는 제조예에 따라 제조된 양극 활물질의 제1 영역 내 평균 종횡비(W1), 제2 영역 내 평균 종횡비(W2), 상기 제1 영역 내 1차 입자 중 상기 평균 종횡비(W1)보다 작은 종횡비를 가지는 1차 입자의 평균 종횡비(W3) 및 상기 제1 영역 내 1차 입자 중 상기 평균 종횡비(W1)보다 큰 종횡비를 가지는 1차 입자의 평균 종횡비(W4)의 측정 결과를 각각 나타내었다. 상기 평균값들은 각 영역 내 최소 100개의 1차 입자들의 종횡비의 평균값이다.Tables 1 and 2 below show the average aspect ratio (W 1 ) in the first region, the average aspect ratio (W 2 ) in the second region, and the average of the primary particles in the first region of the positive active material prepared according to Preparation Example. The average aspect ratio (W 3 ) of the primary particles having an aspect ratio smaller than the aspect ratio (W 1 ) and the average aspect ratio (W 3 ) of the primary particles having an aspect ratio greater than the average aspect ratio (W 1 ) among the primary particles in the first region 4 ) measurement results are shown respectively. The average values are average values of aspect ratios of at least 100 primary particles in each region.

구분division 실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 실시예 3Example 3 W1 W 1 2.222 2.222 1.8981.898 2.7752.775 W2 W 2 1.478 1.478 1.4011.401 1.6421.642 W1/W2 W 1 /W 2 1.504 1.504 1.3551.355 1.6901.690 W3 W 3 1.596 1.596 1.4001.400 1.9981.998 W3/W2 W 3 /W 2 1.080 1.080 0.9990.999 1.2171.217 W4 W 4 3.043 3.043 2.7172.717 3.8973.897 W4/W2 W 4 /W 2 2.059 2.059 1.9391.939 2.3732.373 PP 56.2%56.2% 58.9%58.9% 57.9%57.9%

W1 : 제1 영역(양극 활물질의 최표면으로부터의 거리가 0 내지 4μm인 영역) 내 전체 1차 입자의 평균 종횡비W 1 : Average aspect ratio of all primary particles in the first region (region in which the distance from the outermost surface of the positive electrode active material is 0 to 4 μm)

W2 : 제2 영역(양극 활물질의 정중앙으로부터 0 내지 2μm인 영역) 내 전체 1차 입자의 평균 종횡비W 2 : Average aspect ratio of all primary particles in the second region (region 0 to 2 μm from the center of the positive electrode active material)

W3 : 제1 영역 내 1차 입자 중 W1보다 작은 종횡비를 가지는 1차 입자의 평균 종횡비W 3 : The average aspect ratio of the primary particles having an aspect ratio smaller than W 1 among the primary particles in the first region

W4 : 제1 영역 내 1차 입자 중 W1보다 큰 종횡비를 가지는 1차 입자의 평균 종횡비W 4 : The average aspect ratio of the primary particles having an aspect ratio greater than W 1 among the primary particles in the first region

P : 제1 영역 내 1차 입자 중 W1보다 작은 종횡비를 가지는 1차 입자의 비율P: ratio of primary particles having an aspect ratio smaller than W 1 among primary particles in the first region

구분division 비교예 1Comparative Example 1 비교예 2Comparative Example 2 비교예 3Comparative Example 3 비교예 4Comparative Example 4 비교예 5Comparative Example 5 비교예 6Comparative Example 6 W1 W 1 4.083 4.083 1.569 1.569 3.8553.855 1.9121.912 1.7461.746 1.6181.618 W2 W 2 1.842 1.842 1.226 1.226 1.7161.716 1.5121.512 1.4101.410 1.3751.375 W1/W2 W 1 /W 2 2.217 2.217 1.280 1.280 2.2472.247 1.2651.265 1.2381.238 1.1771.177 W3 W 3 2.699 2.699 1.206 1.206 2.5192.519 1.4711.471 1.2111.211 1.1951.195 W3/W2 W 3 /W 2 1.465 1.465 0.984 0.984 1.4681.468 0.9730.973 0.8590.859 0.8690.869 W4 W 4 5.666 5.666 2.146 2.146 5.4155.415 2.7112.711 2.2512.251 2.1032.103 W4/W2 W 4 /W 2 3.076 3.076 1.750 1.750 3.1563.156 1.7931.793 1.5961.596 1.5291.529 PP 44.7%44.7% 61.3%61.3% 42.9%42.9% 64.7%64.7% 59.2%59.2% 60.5%60.5%

실험예 2. 리튬 이차전지의 전지 용량 및 수명 특성 평가Experimental Example 2. Evaluation of battery capacity and lifespan characteristics of lithium secondary batteries

제조예 2에 따라 제조된 리튬 이차전지를 전기화학분석장치(Toyo, Toscat-3100)를 이용하여 25℃, 전압범위 3.0V ~ 4.3V, 0.2C ~ 5.0C의 방전율을 적용하여 충방전 실험을 실시하여, 초기 충전용량, 초기 방전용량, 초기 가역 효율 및 율 특성을 측정하였다.The lithium secondary battery prepared according to Preparation Example 2 was subjected to a charge/discharge experiment using an electrochemical analyzer (Toyo, Toscat-3100) by applying a discharge rate of 25°C, a voltage range of 3.0V to 4.3V, and a discharge rate of 0.2C to 5.0C. By carrying out, the initial charge capacity, the initial discharge capacity, the initial reversible efficiency and rate characteristics were measured.

또한, 상술한 방법으로 제조된 리튬 이차전지를 25℃의 온도에서 3.0V ~ 4.4V의 구동 전압 범위 내에서 1C/1C의 조건으로 50회 충/방전을 실시한 후 초기 용량 대비 50사이클째 방전용량의 비율(사이클 용량유지율; capacity retention)을 측정하였다.In addition, the lithium secondary battery manufactured by the above method was charged/discharged 50 times under the conditions of 1C/1C within the driving voltage range of 3.0V to 4.4V at a temperature of 25°C, and then the discharge capacity at the 50th cycle compared to the initial capacity The ratio of (cycle capacity retention rate; capacity retention) was measured.

측정된 전지 용량 및 수명 특성 결과 중, 전구체 조성이 Ni0.8Co0.1Mn0.1인 양극 활물질에 대한 측정 결과는 하기의 표 3 및 표 4에 나타내었고, 전구체 조성이 Ni0.94Co0.03Mn0.03인 양극 활물질에 대한 측정 결과는 하기의 표 5 및 표 6에 나타내었다.Among the measured battery capacity and lifespan characteristics, the measurement results for the positive active material having a precursor composition of Ni 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 are shown in Tables 3 and 4 below, and the positive electrode active material having a precursor composition of Ni 0.94 Co 0.03 Mn 0.03 Measurement results for is shown in Tables 5 and 6 below.

구분division 초기 충전용량
(mAh/g)
initial charge capacity
(mAh/g)
초기 방전용량
(mAh/g)
Initial discharge capacity
(mAh/g)
초기 가역 효율
(%)
Initial reversible efficiency
(%)
실시예 1Example 1 224.9224.9 213.6213.6 95.095.0 실시예 2Example 2 225.0225.0 213.3213.3 94.894.8 비교예 1Comparative Example 1 225.1225.1 210.4210.4 93.593.5 비교예 2Comparative Example 2 225.2225.2 211.5211.5 93.993.9 비교예 5Comparative Example 5 225.3225.3 211.1211.1 93.793.7 비교예 6Comparative Example 6 225.2225.2 210.6210.6 93.593.5

구분division 율 특성(%)Rate Characteristics (%) 수명 특성(%)Life characteristics (%) 0.2C0.2C 0.5C0.5C 1.0C1.0C 1.5C1.5C 2.02.0 5.0C5.0C 50cy50cy 실시예 1Example 1 97.297.2 93.193.1 89.689.6 87.787.7 86.086.0 81.481.4 97.397.3 실시예 2Example 2 97.397.3 93.293.2 89.889.8 88.088.0 86.386.3 81.281.2 97.297.2 비교예 1Comparative Example 1 97.497.4 93.493.4 90.190.1 88.188.1 86.686.6 80.680.6 97.397.3 비교예 2Comparative Example 2 97.797.7 93.893.8 90.290.2 88.388.3 86.786.7 80.980.9 92.092.0 비교예 5Comparative Example 5 97.697.6 93.893.8 90.190.1 88.988.9 86.586.5 80.880.8 93.393.3 비교예 6Comparative Example 6 97.597.5 93.693.6 90.190.1 88.088.0 86.486.4 80.380.3 94.794.7

상기 표 3의 결과를 참고하면, 상기 2차 입자의 중심부 내 존재하는 1차 입자의 평균 종횡비와 상기 2차 입자의 표면부 내 존재하는 1차 입자의 평균 종횡비의 구배 범위가 조절된 실시예 1 및 실시예 2에 따른 양극 활물질이 비교예 1, 비교예 2, 비교예 5 및 비교예 6에 따른 양극 활물질 대비 초기 가역 효율이 우수한 것을 확인할 수 있다.Referring to the results of Table 3, Example 1 in which the gradient range of the average aspect ratio of the primary particles present in the center of the secondary particles and the average aspect ratio of the primary particles present in the surface portion of the secondary particles is adjusted And it can be seen that the positive electrode active material according to Example 2 has excellent initial reversible efficiency compared to the positive electrode active materials according to Comparative Examples 1, 2, 5 and 6, respectively.

또한, 상기 표 4의 결과를 참고하면, 실시예 1 및 실시예 2에 따른 양극 활물질은 양극 활물질 제조 과정에서 Nb 함유 원료 물질이 사용된 비교예 2, 비교예 5 및 비교예 6에 따른 양극 활물질과 달리 Nb 함유 원료 물질이 사용되지 않은 비교예 1에 따른 양극 활물질과 유사한 수준의 수명 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 양극 활물질은 상기 양극 활물질 내 니오븀(Nb)과 같은 금속 원소가 도핑되더라도 상기 2차 입자 내 1차 입자의 평균 종횡비의 구배를 조절함으로써 상기 수명 특성은 유지하면서 용량 특성을 향상시킬 수 있다.In addition, referring to the results of Table 4, the positive active materials according to Examples 1 and 2 were positive active materials according to Comparative Examples 2, 5, and 6 in which Nb-containing raw materials were used in the positive active material manufacturing process. In contrast, it can be seen that the Nb-containing raw material exhibits a similar level of lifespan characteristics to the cathode active material according to Comparative Example 1 in which the Nb-containing raw material is not used. That is, the positive active material according to the embodiment of the present invention is doped with a metal element such as niobium (Nb) in the positive active material by adjusting the gradient of the average aspect ratio of the primary particles in the secondary particles, thereby maintaining the capacity while maintaining the lifespan characteristics characteristics can be improved.

구분division 초기 충전용량
(mAh/g)
initial charge capacity
(mAh/g)
초기 방전용량
(mAh/g)
Initial discharge capacity
(mAh/g)
초기 가역 효율
(%)
Initial reversible efficiency
(%)
실시예 3Example 3 242.8242.8 226.5226.5 93.393.3 비교예 3Comparative Example 3 243.7243.7 222.3222.3 91.291.2 비교예 4Comparative Example 4 243.3243.3 221.4221.4 91.091.0

구분division 율 특성(%)Rate characteristics (%) 수명 특성(%)Life characteristics (%) 0.2C0.2C 0.5C0.5C 1.0C1.0C 1.5C1.5C 2.02.0 5.0C5.0C 50cy50cy 실시예 3Example 3 96.696.6 91.491.4 88.588.5 87.287.2 86.286.2 81.981.9 94.194.1 비교예 3Comparative Example 3 96.696.6 91.591.5 88.888.8 87.487.4 86.386.3 80.180.1 89.389.3 비교예 4Comparative Example 4 96.896.8 91.391.3 88.588.5 87.187.1 86.086.0 80.480.4 90.690.6

전반적으로 실시예 3에 따른 양극 활물질은 Ni0.94Co0.03Mn0.03 조성의 전구체를 사용함에 따라 실시예 1에 따른 양극 활물질의 초기 충전용량이 높은 것을 확인할 수 있다. 다만, 실시예 3에 따른 양극 활물질은 실시예 1에 따른 양극 활물질 대비 초기 비가역 용량이 더 크기 때문에 초기 가역 효율이 낮은 것으로 측정되었다.Overall, the positive active material according to Example 3 uses a precursor having a composition of Ni 0.94 Co 0.03 Mn 0.03 , so it can be seen that the initial charge capacity of the positive active material according to Example 1 is high. However, since the positive active material according to Example 3 had a larger initial irreversible capacity than the positive active material according to Example 1, it was measured that the initial reversible efficiency was low.

한편, 상기 표 5 및 표 6의 결과를 참고하면, 실시예 3에 따른 양극 활물질은 동일 조성의 전구체를 사용한 비교예 3 및 비교예 4에 따른 양극 활물질 대비 초기 가역 효율 및 수명 특성이 우수한 것을 확인할 수 있다. 상기 결과는 표 3 및 표 4의 결과와 마찬가지로, 본 발명의 실시예에 따른 양극 활물질이 상기 양극 활물질 내 니오븀(Nb)과 같은 금속 원소가 도핑되더라도 상기 2차 입자 내 1차 입자의 평균 종횡비의 구배를 조절함으로써 상기 수명 특성은 유지하면서 용량 특성을 향상시킬 수 있기 때문이다.On the other hand, referring to the results of Tables 5 and 6, it can be seen that the positive active material according to Example 3 has superior initial reversible efficiency and lifespan characteristics compared to the positive active materials according to Comparative Examples 3 and 4 using precursors of the same composition. can The results are similar to the results of Tables 3 and 4, even if the positive active material according to an embodiment of the present invention is doped with a metal element such as niobium (Nb) in the positive active material, the average aspect ratio of the primary particles in the secondary particles is This is because, by adjusting the gradient, the capacity characteristics can be improved while maintaining the lifespan characteristics.

이상, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.As mentioned above, although embodiments of the present invention have been described, those of ordinary skill in the art may add, change, delete or add components within the scope that does not depart from the spirit of the present invention described in the claims. The present invention may be variously modified and changed by the present invention, and this will also be included within the scope of the present invention.

Claims (14)

리튬의 인터칼레이션/디인터칼레이션이 가능한 1차 입자 및 상기 1차 입자가 응집된 2차 입자를 포함하며,
상기 1차 입자의 평균 종횡비는 상기 2차 입자의 중심부로부터 상기 2차 입자의 표면부를 향해 증가하는 구배를 가지되,
상기 1차 입자 내 금속 도펀트의 함량이 증가함에 따라 상기 2차 입자의 표면부 내 전체 1차 입자의 평균 종횡비와 상기 2차 입자의 중심부 내 전체 1차 입자의 평균 종횡비의 차이가 감소하며,
상기 2차 입자의 중심부로부터 상기 2차 입자의 표면부까지의 거리를 R, 상기 2차 입자의 중심부로부터의 거리가 4/5R 내지 R인 영역을 제1 영역(R1), 상기 2차 입자의 중심부로부터의 거리가 0 내지 2/5R인 영역을 제2 영역(R2)이라 할 때,
상기 제1 영역 내 전체 1차 입자의 평균 종횡비(W1)와 상기 제2 영역 내 전체 1차 입자의 평균 종횡비(W2)의 비(W1/W2)는 2.217 미만이며,
상기 금속 도펀트는 니오븀(Nb)을 포함하는,
양극 활물질.
Lithium intercalation/deintercalation possible primary particles and secondary particles in which the primary particles are aggregated,
The average aspect ratio of the primary particles has a gradient that increases from the center of the secondary particles toward the surface of the secondary particles,
As the content of the metal dopant in the primary particles increases, the difference between the average aspect ratio of all primary particles in the surface portion of the secondary particles and the average aspect ratio of all primary particles in the center of the secondary particles decreases,
The distance from the center of the secondary particle to the surface of the secondary particle is R, the distance from the center of the secondary particle is 4/5R to R, the first region (R 1 ), the secondary particle When a region in which the distance from the center of is 0 to 2/5R is called a second region (R 2 ),
The ratio (W 1 /W 2 ) of the average aspect ratio (W 1 ) of all the primary particles in the first region to the average aspect ratio (W 2 ) of all the primary particles in the second region is less than 2.217,
The metal dopant comprises niobium (Nb),
positive electrode active material.
제1항에 있어서
상기 평균 종횡비(W1)와 상기 평균 종횡비(W2)의 비(W1/W2)는 1.280 초과인,
양극 활물질.
The method of claim 1
wherein the ratio (W 1 /W 2 ) of the average aspect ratio (W 1 ) to the average aspect ratio (W 2 ) is greater than 1.280,
positive electrode active material.
제1항에 있어서
상기 제1 영역 내 1차 입자 중 상기 평균 종횡비(W1)보다 작은 종횡비를 가지는 1차 입자의 비율은 45% 이상인,
양극 활물질.
The method of claim 1
Among the primary particles in the first region, the ratio of the primary particles having an aspect ratio smaller than the average aspect ratio (W 1 ) is 45% or more,
positive electrode active material.
제3항에 있어서,
상기 제1 영역 내 1차 입자 중 상기 평균 종횡비(W1)보다 작은 종횡비를 가지는 1차 입자의 평균 종횡비(W3)와 상기 평균 종횡비(W2)의 비(W3/W2)는 0.984 초과 1.465 미만인,
양극 활물질.
4. The method of claim 3,
The ratio (W 3 /W 2 ) of the average aspect ratio (W 3 ) of the primary particles having an aspect ratio smaller than the average aspect ratio (W 1 ) to the average aspect ratio (W 2 ) among the primary particles in the first region is 0.984 greater than 1.465;
positive electrode active material.
제3항에 있어서,
상기 제1 영역 내 1차 입자 중 상기 평균 종횡비(W1)보다 큰 종횡비를 가지는 1차 입자의 평균 종횡비(W4)와 상기 평균 종횡비(W2)의 비(W4/W2)는 1.793 초과 3.076 미만인,
양극 활물질.
4. The method of claim 3,
The ratio (W 4 /W 2 ) of the average aspect ratio (W 4 ) of the primary particles having an aspect ratio greater than the average aspect ratio (W 1 ) to the average aspect ratio (W 2 ) among the primary particles in the first region is 1.793 greater than 3.076;
positive electrode active material.
제1항에 있어서
상기 평균 종횡비(W1)는 4.083 미만인,
양극 활물질.
The method of claim 1
wherein the average aspect ratio (W 1 ) is less than 4.083;
positive electrode active material.
제1항에 있어서
상기 평균 종횡비(W2)는 1.842 미만인,
양극 활물질.
The method of claim 1
wherein the average aspect ratio (W 2 ) is less than 1.842,
positive electrode active material.
제1항에 있어서,
상기 1차 입자는 하기의 화학식 1로 표시되는,
양극 활물질.
[화학식 1]
LiwNi1-(x+y+z+z')CoxM1yM2zNbz'O2
(여기서,
M1은 Mn 및 Al로부터 선택되는 적어도 하나이며,
M2는 P, Sr, Ba, B, Ti, Zr, Mn, Al, W, Ce, Hf, Ta, Cr, F, Mg, Cr, V, Fe, Zn, Si, Y, Ga, Sn, Mo, Ge, Nd, Gd 및 Cu로부터 선택되는 적어도 하나이며,
M1과 M2는 서로 상이한 원소이며,
0.5≤w≤1.5, 0≤x≤0.50, 0≤y≤0.20, 0≤z≤0.20, 0<z'≤0.20이다)
The method of claim 1,
The primary particles are represented by the following formula (1),
positive electrode active material.
[Formula 1]
Li w Ni 1-(x+y+z+z') Co x M1 y M2 z Nb z' O 2
(here,
M1 is at least one selected from Mn and Al,
M2 is P, Sr, Ba, B, Ti, Zr, Mn, Al, W, Ce, Hf, Ta, Cr, F, Mg, Cr, V, Fe, Zn, Si, Y, Ga, Sn, Mo, At least one selected from Ge, Nd, Gd and Cu,
M1 and M2 are different elements,
0.5≤w≤1.5, 0≤x≤0.50, 0≤y≤0.20, 0≤z≤0.20, 0<z'≤0.20)
제8항에 있어서,
상기 평균 종횡비(W1)와 상기 평균 종횡비(W2)의 비(W1/W2)는 상기 z'이 증가함에 따라 감소하는,
양극 활물질.
9. The method of claim 8,
The ratio (W 1 /W 2 ) of the average aspect ratio (W 1 ) to the average aspect ratio (W 2 ) decreases as the z' increases,
positive electrode active material.
제1항에 있어서,
상기 1차 입자 사이의 계면 및 상기 2차 입자의 표면으로부터 선택되는 영역 중 적어도 일부를 커버하는 코팅층을 포함하며,
상기 코팅층은 하기의 화학식 2로 표시되는 적어도 하나의 산화물을 포함하는,
양극 활물질.
[화학식 2]
LiaM3bOc
(여기서, M3은 Ni, Mn, Co, Fe, Cu, Nb, Mo, Ti, Al, Cr, Zr, Zn, Na, K, Ca, Mg, Pt, Au, B, P, Eu, Sm, W, Ce, V, Ba, Ta, Sn, Hf, Ce, Gd 및 Nd로부터 선택되는 적어도 하나이며, 0≤a≤10, 0<b≤8, 2≤c≤13이다)
The method of claim 1,
A coating layer covering at least a portion of an area selected from the interface between the primary particles and the surface of the secondary particles,
The coating layer comprises at least one oxide represented by the following Chemical Formula 2,
positive electrode active material.
[Formula 2]
Li a M3 b O c
(where M3 is Ni, Mn, Co, Fe, Cu, Nb, Mo, Ti, Al, Cr, Zr, Zn, Na, K, Ca, Mg, Pt, Au, B, P, Eu, Sm, W , Ce, V, Ba, Ta, Sn, Hf, Ce, Gd, and at least one selected from Nd, 0≤a≤10, 0<b≤8, 2≤c≤13)
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 양극 활물질을 포함하는 양극.
A positive electrode comprising the positive active material according to any one of claims 1 to 10.
제11항에 따른 양극을 사용하는 리튬 이차전지.A lithium secondary battery using the positive electrode according to claim 11. 삭제delete 삭제delete
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KR20240061425A (en) * 2022-10-31 2024-05-08 주식회사 에코프로비엠 Lithium composite oxide and positive electrode active material for secondary battery containing same

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KR101796344B1 (en) * 2014-09-25 2017-11-09 주식회사 엘지화학 Positive electrode material for lithium secondary battery, preparation thereof, and lithium secondary battery comprising the same
CN108028373B (en) * 2015-11-30 2021-02-19 株式会社Lg化学 Positive electrode active material for secondary battery and secondary battery comprising same
KR102194504B1 (en) * 2017-07-14 2020-12-23 한양대학교 산학협력단 Positive active material, method of fabricating of the same, and lithium secondary battery comprising the same

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