KR102448301B1 - Cobalt oxide for lithium secondary battery, preparing method thereof, lithium cobalt oxide formed therefrom, and lithium secondary battery including positive electrode comprising the lithium cobalt oxide - Google Patents

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Abstract

X선 회절 분석의 2θ가 19±1°인 제1피크에 대한 2θ가 31.3±1°인 제2피크의 세기비가 0.8 내지 1.2이고, 탭 밀도가 2.8 내지 3.0g/cc인 리튬이차전지용 산화코발트(Co3O4), 그 제조방법, 상기 산화코발트로부터 얻어진 리튬이차전지용 리튬코발트산화물 및 이를 포함한 양극을 구비한 리튬이차전지가 제공된다.In the X-ray diffraction analysis, the intensity ratio of the second peak having 2θ of 31.3±1° to the first peak of 2θ of 19±1° is 0.8 to 1.2, and cobalt oxide for lithium secondary batteries having a tap density of 2.8 to 3.0 g/cc (Co 3 O 4 ), a manufacturing method thereof, a lithium cobalt oxide for a lithium secondary battery obtained from the cobalt oxide, and a lithium secondary battery having a positive electrode including the same are provided.

Description

리튬이차전지용 산화코발트, 그 제조방법, 이로부터 형성된 리튬코발트산화물 및 이를 포함한 양극을 구비한 리튬이차전지{Cobalt oxide for lithium secondary battery, preparing method thereof, lithium cobalt oxide formed therefrom, and lithium secondary battery including positive electrode comprising the lithium cobalt oxide}Cobalt oxide for lithium secondary battery, manufacturing method thereof, lithium cobalt oxide formed therefrom, and lithium secondary battery having a positive electrode including the same electrode comprising the lithium cobalt oxide}

리튬이차전지용 산화코발트, 그 제조방법, 이로부터 형성된 리튬코발트산화물및 이를 포함한 양극을 구비한 리튬이차전지에 관한 것이다.It relates to a lithium secondary battery having cobalt oxide for a lithium secondary battery, a manufacturing method thereof, a lithium cobalt oxide formed therefrom, and a positive electrode including the same.

리튬 이차 전지는 고전압 및 고에너지 밀도를 갖고 있어 다양한 용도에 사용된다. 예를 들어, 전기자동차(HEV, PHEV) 등의 분야는 고온에서 작동할 수 있고, 많은 양의 전기를 충전하거나 방전하여야 하므로 방전용량이 우수한 리튬이차전지가 요구된다.Lithium secondary batteries have a high voltage and high energy density, and thus are used for various purposes. For example, in the field of electric vehicles (HEV, PHEV), etc., a lithium secondary battery having excellent discharge capacity is required because it can operate at a high temperature and has to charge or discharge a large amount of electricity.

리튬코발트산화물은 부피당 에너지 밀도가 매우 우수하여 양극 활물질로서 많이 이용된다. 이러한 리튬코발트산화물의 용량을 더 개선하기 위해서는 이 물질의 밀도를 높이는 것이 요구된다.Lithium cobalt oxide is widely used as a cathode active material because of its excellent energy density per volume. In order to further improve the capacity of such lithium cobalt oxide, it is required to increase the density of this material.

한 측면은 밀도가 개선된 리튬이차전지용 산화코발트 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.One aspect is to provide a cobalt oxide for a lithium secondary battery having an improved density and a method for manufacturing the same.

다른 측면은 상술한 산화코발트로부터 형성된 리튬코발트산화물과 이를 포함한 양극을 채용하여 셀 성능이 향상된 리튬이차전지를 제공하는 것이다.Another aspect is to provide a lithium secondary battery with improved cell performance by employing a lithium cobalt oxide formed from the above-described cobalt oxide and a positive electrode including the same.

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한 측면에 따라,According to one aspect,

X선 회절 분석의 2θ가 19±1°인 제1피크에 대한 2θ가 31.3±1°인 제2피크의 세기비가 0.8 내지 1.2이고, 탭 밀도가 2.8 내지 3.0g/cc인 리튬이차전지용 산화코발트(Co3O4)가 제공된다.In the X-ray diffraction analysis, the intensity ratio of the second peak having 2θ of 31.3±1° to the first peak of 2θ of 19±1° is 0.8 to 1.2, and cobalt oxide for lithium secondary batteries having a tap density of 2.8 to 3.0 g/cc (Co 3 O 4 ) is provided.

다른 한 측면에 따라 코발트 전구체 및 침전제를 함유하는 혼합물의 침전반응을 실시하며, 상기 침전반응이 산화성 가스 분위기하에서 반응하여 상술한 산화코발트(Co3O4)를 제조하는 단계를 포함하는 리튬이차전지용 산화코발트의 제조방법이 제공된다.Conducting a precipitation reaction of a mixture containing a cobalt precursor and a precipitating agent according to another aspect, wherein the precipitation reaction reacts in an oxidizing gas atmosphere to prepare the above-described cobalt oxide (Co 3 O 4 ) For lithium secondary batteries comprising the steps of: A method for producing cobalt oxide is provided.

또 다른 측면에 따라 하기 화학식 1로 표시되며, 구형 입자 형상을 갖고, 펠렛밀도가 3.98 내지 4.2g/cc이며, 평균 입경(D50)이 23 내지 28㎛이며 입경(D90)은 35 내지 45㎛이고, 입경(D10)은 10 내지 13㎛인 리튬이차전지용 리튬코발트산화물이 제공된다.According to another aspect, it is represented by Formula 1 below, has a spherical particle shape, has a pellet density of 3.98 to 4.2 g/cc, an average particle diameter (D50) of 23 to 28 μm, and a particle diameter (D90) of 35 to 45 μm, and , the particle diameter (D10) is provided with a lithium cobalt oxide for a lithium secondary battery of 10 to 13㎛.

[화학식 1][Formula 1]

LiaCobOc Li a Co b O c

상기 화학식 1중, 0.9≤a≤1.1, 0.98≤b≤1.00, 1.9≤c≤2.1이다.In Formula 1, 0.9≤a≤1.1, 0.98≤b≤1.00, and 1.9≤c≤2.1.

또 다른 측면에 따라 상술한 리튬코발트산화물을 함유하는 양극을 구비한 리튬이차전지가 제공된다.According to another aspect, there is provided a lithium secondary battery having a positive electrode containing the above-described lithium cobalt oxide.

일구현예에 따른 산화코발트를 이용하면, 밀도가 개선된 리튬코발트산화물을 제조할 수 있다. 이러한 리튬코발트산화물을 함유한 전극은 밀도 특성이 개선되며 이를 채용하면 수명 특성 및 율속 특성이 우수한 리튬이차전지를 제작할 수 있다.When cobalt oxide according to an embodiment is used, lithium cobalt oxide having an improved density can be prepared. An electrode containing such lithium cobalt oxide has improved density characteristics, and by employing it, a lithium secondary battery having excellent lifespan characteristics and rate-limiting characteristics can be manufactured.

도 1a은 일구현예에 따른 리튬이차전지의 모식도이다.
도 1b는 일구현예에 따른 리튬코발트산화물의 제조과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 1c는 리튬코발트산화물의 일반적인 제조과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 각각 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 산화코발트(Co3O4)에 대한 X선 회절 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 3은 제작예 1 및 비교제작예 1에 따라 제조된 양극에서 프레스 갭에 따른 양극 밀도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 제작예 1에 따라 제작된 코인셀에 대한 용량유지율 변화를 나타낸 것이다.
도 5a 및 도 5b는 실시예 1에 따라 제조된 산화코발트의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 6a 및 도 6b는 비교예 1에 따라 제조된 산화코발트의 SEM 사진이다.
1A is a schematic diagram of a lithium secondary battery according to an embodiment.
1B is a view for explaining a manufacturing process of lithium cobalt oxide according to an embodiment.
1C is a view for explaining a general manufacturing process of lithium cobalt oxide.
2a and 2b show the results of X-ray diffraction analysis for cobalt oxide (Co 3 O 4 ) prepared according to Example 1 and Comparative Example 1, respectively.
3 is a graph showing the results of measuring the density of the positive electrode according to the press gap in the positive electrode prepared according to Preparation Example 1 and Comparative Preparation Example 1.
4 shows a change in capacity retention rate for a coin cell manufactured according to Preparation Example 1. FIG.
5A and 5B are scanning electron microscope (SEM) pictures of cobalt oxide prepared according to Example 1. FIG.
6a and 6b are SEM images of cobalt oxide prepared according to Comparative Example 1.

이하에서 예시적인 구현예들에 따른 리튬이차전지용 산화코발트, 그 제조방법및 이로부터 형성된 리튬코발트산화물을 포함하는 양극을 구비한 리튬이차전지에 관하여 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, a lithium secondary battery having a positive electrode including a lithium cobalt oxide for a lithium secondary battery according to exemplary embodiments, a method for manufacturing the same, and a lithium cobalt oxide formed therefrom will be described in more detail.

X선 회절 분석의 2θ가 19±1°인 제1피크에 대한 2θ가 31.3±1°인 제2피크의 세기비가 0.8 내지 1.2이고, 탭 밀도는 2.8 내지 3.0g/cc 인 리튬이차전지용 산화코발트(Co3O4)가 제공된다.In X-ray diffraction analysis, the intensity ratio of the second peak having 2θ of 31.3±1° to the first peak of 2θ of 19±1° is 0.8 to 1.2, and the tap density is 2.8 to 3.0 g/cc of cobalt oxide for lithium secondary batteries. (Co 3 O 4 ) is provided.

제1피크는 산화코발트의 (111) 결정면(crystal plane)에 대한 것이고, 제2피크는 산화코발트의 (220) 결정면에 대한 것이다.The first peak is for the (111) crystal plane of cobalt oxide, and the second peak is for the (220) crystal plane of cobalt oxide.

상기 제1피크에 대한 제2피크의 세기비는 예를 들어 1.0이다.The intensity ratio of the second peak to the first peak is, for example, 1.0.

기존의 리튬코발트 산화물의 전구체인 산화코발트는 평균입경이 5 내지 7㎛의 소립자이다. 이러한 산화코발트를 이용하여 대입경의 리튬코발트산화물을 제조하는 경우, 탄산리튬, 수산화리튬과 같은 리튬전구체를 산화코발트 1몰을 기준으로 하여 1.04 내지 1.05의 과량으로 투입하게 된다. 이와 같이 과량의 리튬 전구체를 사용하는 경우에는 과량의 리튬을 제거하는 공정을 반드시 거쳐야 해서 리튬코발트산화물의 제조비용이 상승된다. Cobalt oxide, a precursor of conventional lithium cobalt oxide, has an average particle diameter of 5 to 7 μm. In the case of producing lithium cobalt oxide having a large particle size using such cobalt oxide, lithium precursors such as lithium carbonate and lithium hydroxide are added in an excess of 1.04 to 1.05 based on 1 mole of cobalt oxide. As such, when an excess lithium precursor is used, a process of removing excess lithium must be performed, thereby increasing the manufacturing cost of lithium cobalt oxide.

리튬코발트산화물은 도 1c에 나타난 바와 같은 일반적인 제조방법에 따라 얻을 수 있다. 먼저 공침 반응에 의하여 얻은 CoOOH를 열처리하여 산화코발트(Co3O4)를 제조한다. 제조된 산화코발트에 리튬 전구체를 부가하고 이를 열처리하여 리튬코발트산화물을 얻는다. 이어서 리튬코발트산화물을 분쇄하고 잔류 리튬을 제거하는 후처리 공정 및 체질 공정(sieving process)을 거치게 된다.Lithium cobalt oxide can be obtained according to a general manufacturing method as shown in FIG. 1C. First, CoOOH obtained by the co-precipitation reaction is heat-treated to prepare cobalt oxide (Co 3 O 4 ). A lithium precursor is added to the prepared cobalt oxide and heat-treated to obtain lithium cobalt oxide. Then, the lithium cobalt oxide is pulverized and subjected to a post-treatment process and a sieving process to remove residual lithium.

일구현예에 따른 리튬코발트산화물의 제조방법에 따르면, 도 1b에 나타난 바와 같이 코발트 전구체의 침전반응을 진행하며, 상기 침전반응 중 산화를 가속화하기 위하여 산소를 주입하여 산화코발트를 제조한다. 이렇게 제조된 산화코발트에 리튬 전구체를 부가하고 이를 열처리하여 리튬코발트산화물을 제조한다. 일구현예에 따른 산화코발트는 산화 침전법에 의하여 제조된다. 일구현예에 따른 산화코발트는 산화 침전법을 이용하여 도 1c에 나타난 종래의 산화 코발트의 제조방법과 달리 열처리 단계를 거치지 않아도 무방하므로 산화코발트의 제조비용이 매우 절감된다. 그리고 열처리 단계를 거치지 않음으로서 기공이 없는 고밀도의 산화코발트를 얻을 수 있다. 이러한 고밀도의 산화코발트를 이용하면, 전극 밀도가 개선된 전극을 제조하는 것이 가능해진다. According to the manufacturing method of lithium cobalt oxide according to one embodiment, as shown in FIG. 1B, a precipitation reaction of a cobalt precursor is performed, and oxygen is injected to accelerate oxidation during the precipitation reaction to prepare cobalt oxide. A lithium precursor is added to the thus prepared cobalt oxide and heat-treated to prepare lithium cobalt oxide. Cobalt oxide according to an embodiment is prepared by an oxidative precipitation method. Unlike the conventional method for producing cobalt oxide shown in FIG. 1C, cobalt oxide according to an embodiment does not need to go through a heat treatment step, so that the manufacturing cost of cobalt oxide is very reduced. And by not going through the heat treatment step, it is possible to obtain high-density cobalt oxide without pores. By using such a high-density cobalt oxide, it becomes possible to manufacture an electrode having an improved electrode density.

이어서, 산화코발트에 리튬 전구체를 혼합하고 이를 열처리하여 목적하는 리튬코발트산화물을 얻을 수 있다. 산화코발트 및 리튬 전구체의 함량은 화학식 1의 화합물을 얻을 수 있도록 화학양론적으로 조절되며, 리튬 전구체를 목적물을 제조하기에 화학양론적으로 필요한 함량만큼만 부가하며 과잉으로 사용되지 않는다. 예를 들어 화학식 1의 화합물이 LiCoO2이고, 이러한 화합물을 제조할 때 산화코발트 및 리튬 전구체는 예를 들어 약 1:1 몰비로 사용된다. 그 후, 리튬코발트산화물의 분쇄 및 체질(sieving) 작업을 거치게 된다. Then, a lithium precursor is mixed with cobalt oxide and heat-treated to obtain a desired lithium cobalt oxide. The content of the cobalt oxide and the lithium precursor is stoichiometrically adjusted to obtain the compound of Formula 1, and the lithium precursor is added only as stoichiometrically necessary to prepare the target, and is not used in excess. For example, the compound of Formula 1 is LiCoO2, and when preparing such a compound, cobalt oxide and a lithium precursor are used, for example, in a molar ratio of about 1:1. After that, the lithium cobalt oxide is pulverized and sieved.

일구현예에 따른 산화코발트의 평균입경(D50)은 15 내지 18㎛, 예를 들어 16 내지 17㎛이다. 이와 같이 일구현예에 따른 산화코발트의 평균입경이 상술한 바와 같이 큰 사이즈를 갖기 때문에 종래의 리튬코발트산화물과 같이 리튬 전구체를 과량으로 투입하지 않아도 대입경 리튬코발트산화물을 용이하게 제조할 수 있다.The average particle diameter (D50) of the cobalt oxide according to an embodiment is 15 to 18 μm, for example, 16 to 17 μm. As described above, since the average particle diameter of the cobalt oxide according to the embodiment has a large size as described above, it is possible to easily prepare a large particle diameter lithium cobalt oxide without using an excessive amount of a lithium precursor as in the conventional lithium cobalt oxide.

X선 회절 분석의 2θ가 19±1인 제1피크에 대한 2θ가 31.3±1°인 제2피크의 세기비는 Co3O4내의 Co3 +와 Co2 +의 비율에 대한 정보를 준다. 일구현예에 따른 산화코발트(Co3O4)에서 Co2 +(tet)와 Co3 +(oct)의 원자비는 1:2.1 내지 1:2.25이다.The intensity ratio of the second peak with 2θ of 31.3±1° to the first peak with 2θ of 19±1 in X-ray diffraction analysis gives information on the ratio of Co 3+ and Co 2+ in Co 3 O 4 . In cobalt oxide (Co 3 O 4 ) according to an embodiment, Co 2 + (tet) and The atomic ratio of Co 3 + (oct) is 1:2.1 to 1:2.25.

상기 산화코발트로부터 형성된 리튬코발트산화물은 펠렛밀도가 3.98 내지 4.2g/cc이다. 산화코발트의 탭밀도는 예를 들어 2.8 내지 3.0g/cc으로 우수하다. 산화코발트의 펠렛밀도 및 탭밀도가 상기 범위일 때 밀도 특성이 우수한 전극을 제조할 수 있다. The lithium cobalt oxide formed from the cobalt oxide has a pellet density of 3.98 to 4.2 g/cc. The tap density of cobalt oxide is excellent, for example, 2.8 to 3.0 g/cc. When the pellet density and tap density of cobalt oxide are within the above ranges, an electrode having excellent density characteristics can be manufactured.

일구현예에 따른 리튬코발트산화물을 이용하여 형성된 양극의 밀도는 4.05 내지 4.15g/cc으로 우수하다. 이와 같이 전극 밀도가 개선된 전극을 이용하면 수명 특성 및 율속 특성이 우수한 리튬이차전지를 제조할 수 있다. 만약 산화코발트와 이로부터 형성된 리튬코발트산화물의 펠렛밀도가 향상되지 않은 상태에서 과도한 프레스 등을 통하여 전극 극판 밀도만을 높이는 경우에는 전극판이 부러지거나 전해질의 함침이 불리해지는 등의 문제가 발생하여 리튬이차전지의 수명과 전기화학적 특성이 저하될 수 있다. 그러나 일구현예에 따른 산화코발트의 탭밀도 및 리튬코발트산화물의 펠렛밀도가 개선되어 이를 이용하여 프레스하는 경우 상술한 문제점이 발생되는 것을 미연에 예방할 수 있고 리튬코발트산화물의 전기화학적 특성도 우수하다.The density of the positive electrode formed using lithium cobalt oxide according to an embodiment is excellent in 4.05 to 4.15 g/cc. By using the electrode having improved electrode density as described above, a lithium secondary battery having excellent lifespan characteristics and rate-rate characteristics can be manufactured. If only the electrode plate density is increased through excessive pressing in a state where the pellet density of cobalt oxide and lithium cobalt oxide formed therefrom is not improved, problems such as breaking of the electrode plate or impregnation of the electrolyte become disadvantageous, and lithium secondary battery lifespan and electrochemical properties may be reduced. However, since the tap density of cobalt oxide and the pellet density of lithium cobalt oxide according to an embodiment are improved, it is possible to prevent the above-mentioned problems from occurring in advance when pressing using them, and the electrochemical properties of lithium cobalt oxide are also excellent.

또한 리튬코발트산화물 제조시, 리튬 전구체를 과잉으로 사용하기 않기 때문에 과잉의 리튬 전구체에서 기인된 잔류 리튬의 함량이 작다. 잔류 리튬의 함량은 예를 들어 500ppm 이하이다. 여기에서 잔류리튬의 함량은 적정법에 의하여 정해진 것이다. In addition, since the lithium precursor is not used in excess during the production of lithium cobalt oxide, the content of residual lithium resulting from the excess lithium precursor is small. The content of residual lithium is, for example, 500 ppm or less. Here, the content of residual lithium is determined by a titration method.

일구현예에 따른 리튬코발트산화물의 평균 입경(D50)은 23 내지 28㎛, 입경(D90)은 35 내지 45㎛이고, 입경(D10)은 10 내지 13㎛이다.The lithium cobalt oxide according to an embodiment has an average particle diameter (D50) of 23 to 28 μm, a particle diameter (D90) of 35 to 45 μm, and a particle diameter (D10) of 10 to 13 μm.

본 명세서에서 "D50", "D90", "D10"은 각각 전체 부피를 100%로 하여 입경 분포의 누적곡선을 구할 때 이 누적 곡선에서 부피 백분율 50%, 90% 및 10%에 이르는 점의 입경으로서, 입경이 작은 쪽부터 누적하여 체적이 50%, 90% 및 10%가 되는 곳에서의 입경을 의미한다.In the present specification, "D50", "D90", and "D10" are the particle diameters of points reaching 50%, 90%, and 10% of the volume percentage in the cumulative curve when the cumulative curve of the particle size distribution is obtained with the total volume being 100%, respectively. As , it means the particle size where the volume becomes 50%, 90%, and 10% by accumulating from the smaller particle size.

일구현예에 따른 리튬코발트산화물은 하기 화학식 1로 표시되는 구형 입자 형상을 갖는 화합물이며, 펠렛밀도가 3.98 내지 4.2g/cc이며, 평균 입경(D50)이 23 내지 28㎛이며 D90은 35 내지 45㎛이고, D10은 10 내지 13㎛이다.Lithium cobalt oxide according to an embodiment is a compound having a spherical particle shape represented by the following Chemical Formula 1, a pellet density of 3.98 to 4.2 g/cc, an average particle diameter (D50) of 23 to 28 μm, and D90 of 35 to 45 μm, and D10 is 10 to 13 μm.

[화학식 1][Formula 1]

LiaCobOc Li a Co b O c

상기 화학식 1중, 0.9≤a≤1.1, 0.98≤b≤1.00, 1.9≤c≤2.1이다.In Formula 1, 0.9≤a≤1.1, 0.98≤b≤1.00, and 1.9≤c≤2.1.

일구현예에 따른 리튬코발트산화물은 펠렛밀도가 크고 입자 형상이 구형이고 구형화도가 양호하여 비표면적을 최소화할 수 있다. 이러한 리튬코발트산화물을 이용하면, 고온 충방전 조건에서도 화학적 안정성이 우수한 양극과 이러한 양극을 채용하면 용량 및 율속 특성이 개선된 리튬이차전지를 제조할 수 있다.Lithium cobalt oxide according to an embodiment has a high pellet density, a spherical particle shape, and a good sphericity, so that a specific surface area can be minimized. When such lithium cobalt oxide is used, a positive electrode having excellent chemical stability even under high-temperature charging and discharging conditions and a lithium secondary battery having improved capacity and rate-rate characteristics can be manufactured by employing such a positive electrode.

상기 리튬코발트산화물의 펠렛밀도가 상기 범위를 벗어나는 경우에는 이를 포함한 양극을 구비한 리튬이차전지의 율속 및 용량 특성이 저하될 수 있다.When the pellet density of the lithium cobalt oxide is out of the above range, the rate and capacity characteristics of the lithium secondary battery including the positive electrode may be deteriorated.

상기 화학식 1로 표시되는 리튬코발트산화물은 예로 들어 LiCoO2이다.The lithium cobalt oxide represented by Formula 1 is, for example, LiCoO 2 .

상기 리튬코발트산화물은 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 보론(B), 알루미늄(Al) 및 불소(F) 중에서 선택된 하나 이상의 원소를 더 포함할 수 있다. 이러한 원소를 더 함유한 리튬코발트산화물을 이용하여 양극을 제조하면, 리튬이차전지의 전기화학적 특성이 더 향상될 수 있다.The lithium cobalt oxide is one or more elements selected from magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), titanium (Ti), zirconium (Zr), boron (B), aluminum (Al) and fluorine (F). may include more. If the positive electrode is manufactured using lithium cobalt oxide containing more of these elements, the electrochemical properties of the lithium secondary battery may be further improved.

이하, 일구현예에 따른 리튬이차전지용 산화코발트의 제조방법을 보다 상세하게 살펴보기로 한다.Hereinafter, a method of manufacturing cobalt oxide for a lithium secondary battery according to an embodiment will be described in more detail.

코발트 전구체인 황산코발트, 침전제 및 용매를 포함하는 혼합물의 침전반응을 실시하며, 침전반응중 산화를 가속시키기 위하여 산소와 같은 산화성 가스를 주입하여 산화성 가스 분위기하에서 실시한다. A precipitation reaction of a mixture containing cobalt sulfate, a cobalt precursor, a precipitating agent, and a solvent is performed, and an oxidizing gas such as oxygen is injected to accelerate oxidation during the precipitation reaction in an oxidizing gas atmosphere.

상기 침전반응시, 혼합물에 킬레이트화제를 선택적으로 부가할 수 있다. 킬레이트화제로는 당해기술분야에서 통상적으로 사용되는 것이라면 모두 다 사용 가능하다. 킬레이트화제는 예를 들어 암모니아, 암모니아 설페이트 등을 사용한다.During the precipitation reaction, a chelating agent may be optionally added to the mixture. As the chelating agent, any one commonly used in the art may be used. Chelating agents are used, for example, ammonia, ammonia sulfate, and the like.

침전 반응은 60 내지 80℃에서 진행된다. 침전 반응이 상술한 온도 범위에서 The precipitation reaction proceeds at 60 to 80°C. The precipitation reaction is carried out in the above-mentioned temperature range.

진행될 때 밀도 특성이 우수한 산화코발트를 얻을 수 있다.During the process, cobalt oxide having excellent density characteristics can be obtained.

상기 혼합물의 pH는 11 내지 12 범위로 조절한다 혼합물의 pH를 11 내지 12 범위일 때 목적하는 입자 상태를 갖는 산화코발트를 얻을 수 있다.The pH of the mixture is adjusted in the range of 11 to 12. When the pH of the mixture is in the range of 11 to 12, cobalt oxide having a desired particle state can be obtained.

침전제는 혼합물의 pH 조절제로서 예를 들어 수산화나트륨 용액, 탄산나트륨 용액 등을 사용한다. As a precipitating agent, a sodium hydroxide solution, sodium carbonate solution, etc. are used as a pH adjusting agent of a mixture.

상기 용매로는 물 등을 사용한다. 용매의 함량은 코발트 전구체 100 중량부를 기준으로 하여 100 내지 3000 중량부이다. 용매의 함량이 상기 범위일 때, 각 성분이 균일하게 혼합된 혼합물을 얻을 수 있다.As the solvent, water or the like is used. The content of the solvent is 100 to 3000 parts by weight based on 100 parts by weight of the cobalt precursor. When the content of the solvent is within the above range, a mixture in which each component is uniformly mixed can be obtained.

상술한 과정에 따라 얻어진 산화코발트는 종래의 제조방법에 따라 얻어진 산화코발트에 비하여 펠렛밀도가 개선된다. 이러한 산화코발트를 이용하면 대입경을 갖는 고밀도의 리튬코발트산화물을 얻을 수 있다. 이러한 리튬코발트산화물을 이용하면 전극 밀도가 개선된 양극을 제조할 수 있다. The cobalt oxide obtained according to the above-described process has improved pellet density compared to the cobalt oxide obtained by the conventional manufacturing method. When such cobalt oxide is used, a high-density lithium cobalt oxide having a large particle size can be obtained. By using such lithium cobalt oxide, a positive electrode having an improved electrode density can be manufactured.

상기 과정에 따라 얻은 산화코발트로부터 리튬코발트산화물을 제조하는 방법을 살펴 보면 다음과 같다.A method for preparing lithium cobalt oxide from cobalt oxide obtained according to the above process is as follows.

상기 산화코발트에 리튬 전구체를 혼합하고 이 혼합물의 열처리를 실시한다. A lithium precursor is mixed with the cobalt oxide, and heat treatment of the mixture is performed.

상기 리튬 전구체로는 수산화리튬, 플루오르화리튬, 탄산리튬, 또는 그 혼합물을 사용한다. 리튬 전구체의 함량은 상기 화학식 1의 리튬코발트산화물을 얻을 수 있도록 화학양론적으로 제어된다. 예를 들어 리튬코발트산화물(LiCoO2)을 제조하고자 하는 경우, 리튬 전구체의 함량은 산화코발트 1몰을 기준으로 하여 약 1.0몰이다.As the lithium precursor, lithium hydroxide, lithium fluoride, lithium carbonate, or a mixture thereof is used. The content of the lithium precursor is stoichiometrically controlled to obtain the lithium cobalt oxide of Formula 1 above. For example, when preparing lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), the content of the lithium precursor is about 1.0 mole based on 1 mole of cobalt oxide.

상기 열처리는 온도 1000 내지 1200℃에서 실시된다. 상기 열처리 온도가 상기 범위일 때 리튬코발트산화물의 펠렛밀도가 우수하다.The heat treatment is performed at a temperature of 1000 to 1200 °C. When the heat treatment temperature is in the above range, the pellet density of lithium cobalt oxide is excellent.

열처리를 실시하여 얻은 결과물을 분쇄한 다음 체질(sieving)을 실시하여 목적하는 평균입경 및 펠렛밀도를 갖는 리튬코발트산화물을 얻을 수 있다. Lithium cobalt oxide having a desired average particle diameter and pellet density can be obtained by pulverizing the resultant obtained by performing heat treatment and then performing sieving.

일구현예에 따른 산화코발트의 평균입경(D50)은 15 내지 18㎛이고, 입경(D90)은 23 내지 25㎛이고, 입경(D10)은 5 내지 7㎛이다. According to an embodiment, the average particle diameter (D50) of the cobalt oxide is 15 to 18 μm, the particle diameter (D90) is 23 to 25 μm, and the particle diameter (D10) is 5 to 7 μm.

이하, 상술한 리튬코발트산화물을 리튬이차전지용 양극 활물질로서 이용한 리튬 이차 전지를 제조하는 과정을 살펴 보기로 하되, 양극, 음극, 리튬염 함유 비수전해질, 및 세퍼레이터를 갖는 리튬이차전지의 제조방법을 기술하기로 한다.Hereinafter, a process for manufacturing a lithium secondary battery using the above-described lithium cobalt oxide as a positive electrode active material for a lithium secondary battery will be described, but a method for manufacturing a lithium secondary battery having a positive electrode, a negative electrode, a lithium salt-containing nonaqueous electrolyte, and a separator is described. decide to do

양극 및 음극은 집전체상에 양극 활물질층 형성용 조성물 및 음극 활물질층 형성용 조성물을 각각 도포 및 건조하여 제작된다. The positive electrode and the negative electrode are prepared by respectively coating and drying a composition for forming a positive electrode active material layer and a composition for forming a negative electrode active material layer on a current collector.

상기 양극 활물질 형성용 조성물은 양극 활물질, 도전제, 바인더 및 용매를 혼합하여 제조되는데, 상기 양극 활물질로서 상술한 리튬코발트산화물을 이용한다.The composition for forming the cathode active material is prepared by mixing a cathode active material, a conductive agent, a binder and a solvent, and the above-described lithium cobalt oxide is used as the cathode active material.

상기 바인더는, 활물질과 도전제 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 양극 활물질의 총중량 100중량부를 기준으로 1 내지 50 중량부로 첨가된다. 이러한 바인더의 비제한적인 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 부티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다. 그 함량은 양극 활물질의 총중량 100 중량부를 기준으로 하여 1 내지 5 중량부를 사용한다. 바인더의 함량이 상기 범위일 때 집전체에 대한 활물질층의 결착력이 양호하다.The binder is a component that assists in bonding the active material and the conductive agent and bonding to the current collector, and is added in an amount of 1 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the total weight of the positive electrode active material. Non-limiting examples of such binders include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoro ethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene ter polymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butyrene rubber, fluororubber, various copolymers, and the like. The content is used in an amount of 1 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the total weight of the positive electrode active material. When the content of the binder is within the above range, the binding force of the active material layer to the current collector is good.

상기 도전제로는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본계 물질; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다. The conductive agent 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-based substances such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer 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.

상기 도전제의 함량은 양극 활물질의 총중량 100 중량부를 기준으로 하여 1 내지 5 중량부를 사용한다. 도전제의 함량이 상기 범위일 때 최종적으로 얻어진 전극의 전도도 특성이 우수하다.The amount of the conductive agent is 1 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the total weight of the positive electrode active material. When the content of the conductive agent is within the above range, the conductivity characteristics of the finally obtained electrode are excellent.

상기 용매의 비제한적 예로서, N-메틸피롤리돈 등을 사용한다.As a non-limiting example of the solvent, N-methylpyrrolidone and the like are used.

상기 용매의 함량은 양극 활물질 100 중량부를 기준으로 하여 10 내지 200 중량부를 사용한다. 용매의 함량이 상기 범위일 때 활물질층을 형성하기 위한 작업이 용이하다.The amount of the solvent is 10 to 200 parts by weight based on 100 parts by weight of the positive electrode active material. When the content of the solvent is within the above range, the operation for forming the active material layer is easy.

상기 양극 집전체는 3 내지 500 ㎛의 두께로서, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 열처리 탄소, 또는 알루미늄이나 스테리인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.The positive electrode current collector has a thickness of 3 to 500 μm, and is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical change in the battery, for example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, heat-treated carbon, Alternatively, a surface treated with carbon, nickel, titanium, silver, etc. on the surface of aluminum or stainless steel may be used. The current collector may increase the adhesive force of the positive electrode active material by forming fine irregularities on its surface, and various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam body, and a nonwoven body are possible.

이와 별도로 음극 활물질, 바인더, 도전제, 용매를 혼합하여 음극 활물질층 형성용 조성물을 준비한다.Separately, a composition for forming a negative electrode active material layer is prepared by mixing a negative electrode active material, a binder, a conductive agent, and a solvent.

상기 음극 활물질은 리튬 이온을 흡장 및 방출할 수 있는 물질이 사용된다. 상기 음극 활물질의 비제한적인 예로서, 흑연, 탄소와 같은 탄소계 재료, 리튬 금속, 그 합금, 실리콘 옥사이드계 물질 등을 사용할 수 있다. 본 발명의 일구현예에 따르면 실리콘 옥사이드를 사용한다. As the negative active material, a material capable of occluding and releasing lithium ions is used. Non-limiting examples of the negative active material include graphite, carbon-based materials such as carbon, lithium metal, alloys thereof, silicon oxide-based materials, and the like. According to an embodiment of the present invention, silicon oxide is used.

상기 바인더는 음극 활물질의 총중량 100중량부를 기준으로 1 내지 50 중량부로 첨가된다. 이러한 바인더의 비제한적인 예는 양극과 동일한 종류를 사용할 수 있다.The binder is added in an amount of 1 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the total weight of the negative active material. As a non-limiting example of such a binder, the same kind as the positive electrode may be used.

도전제는 음극 활물질의 총중량 100 중량부를 기준으로 하여 1 내지 5 중량부를 사용한다. 도전제의 함량이 상기 범위일 때 최종적으로 얻어진 전극의 전도도 특성이 우수하다.The conductive agent is used in an amount of 1 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the total weight of the negative active material. When the content of the conductive agent is within the above range, the conductivity characteristics of the finally obtained electrode are excellent.

상기 용매의 함량은 음극 활물질의 총중량 100 중량부를 기준으로 하여 10 내지 200 중량부를 사용한다. 용매의 함량이 상기 범위일 때 음극 활물질층을 형성하기 위한 작업이 용이하다.The amount of the solvent is 10 to 200 parts by weight based on 100 parts by weight of the total weight of the negative active material. When the content of the solvent is within the above range, the operation for forming the anode active material layer is easy.

상기 도전제 및 용매는 양극 제조시와 동일한 종류의 물질을 사용할 수 있다.The conductive agent and the solvent may be the same type of material as that of the positive electrode.

상기 음극 집전체로는, 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 열처리 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.As the negative electrode current collector, it is generally made to have a thickness of 3 to 500 μm. Such a negative current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change in the battery. For example, copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, heat-treated carbon, or a surface of copper or stainless steel. Carbon, nickel, titanium, silver, etc. surface-treated, aluminum-cadmium alloy, etc. may be used. In addition, like the positive electrode current collector, the bonding strength of the negative electrode active material may be strengthened by forming fine irregularities on the surface, and may be used in various forms such as a film, sheet, foil, net, porous body, foam, non-woven body, and the like.

상기 과정에 따라 제작된 양극과 음극 사이에 세퍼레이터를 개재한다.A separator is interposed between the positive electrode and the negative electrode manufactured according to the above process.

상기 세퍼레이터는 기공 직경이 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛인 것을 사용한다. 구체적인 예로서, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등의 올레핀계 폴리머; 또는 유리섬유로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 세퍼레이터를 겸할 수도 있다.The separator has a pore diameter of 0.01 to 10 μm and a thickness of generally 5 to 300 μm. Specific examples include olefin-based polymers such as polypropylene and polyethylene; Alternatively, a sheet or non-woven fabric made of glass fiber is used. When a solid electrolyte such as a polymer is used as the electrolyte, the solid electrolyte may also serve as a separator.

리튬염 함유 비수계 전해질은, 비수 전해액과 리튬으로 이루어져 있다. 비수 전해질로는 비수 전해액, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다. The lithium salt-containing non-aqueous electrolyte consists of a non-aqueous electrolyte and lithium. As the non-aqueous electrolyte, a non-aqueous electrolyte, an organic solid electrolyte, an inorganic solid electrolyte, and the like are used.

상기 비수 전해액으로는, 비제한적인 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부티로 락톤, 1,2-디메톡시에탄, 2-메틸 테트라하이드로퓨란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소란, N,N-포름아미드, N,N-디메틸포름아미드, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소란 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.Examples of the non-aqueous electrolyte include, but are not limited to, N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, gamma-butyrolactone, 1, 2-dimethoxyethane, 2-methyl tetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxolane, N,N-formamide, N,N-dimethylformamide, acetonitrile, nitromethane, methyl formate, acetic acid Methyl, phosphoric acid triester, trimethoxy methane, dioxolane derivative, sulfolane, methyl sulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate derivative, tetrahydrofuran derivative, ether, pyro An aprotic organic solvent such as methyl pionate or ethyl propionate may be used.

상기 유기 고체 전해질로는, 비제한적인 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴 등이 사용될 수 있다.Examples of the organic solid electrolyte include, but are not limited to, polyethylene derivatives, polyethylene oxide derivatives, polypropylene oxide derivatives, phosphoric acid ester polymers, polyvinyl alcohol, polyvinylidene fluoride, and the like.

상기 무기 고체 전해질로는, 비제한적인 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등이 사용될 수 있다.Examples of the inorganic solid electrolyte include, but are not limited to, Li 3 N, LiI, Li 5 NI 2 , Li 3 N-LiI-LiOH, Li 2 SiS 3 , Li 4 SiO 4 , Li 4 SiO 4 -LiI- LiOH, Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 and the like may be used.

상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 비제한적인 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2) 2NLi, (FSO2) 2NLi, 리튬클로로보레이트, 저급 지방족 카르복실산 리튬, 테트라페닐 붕산 리튬 등이 사용될 수 있다.The lithium salt is a material readily soluble in the non-aqueous electrolyte, and includes, but is not limited to, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4 , LiBF 4 , LiB 10 Cl 10 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiAlCl 4 , CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, (FSO 2 ) 2 NLi, lithium chloroborate, lithium lower aliphatic carboxylate, lithium tetraphenyl borate and the like can be used.

도 1는 일구현예에 따른 리튬이차전지 (10)의 대표적인 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다. 1 is a cross-sectional view schematically showing a representative structure of a lithium secondary battery 10 according to an embodiment.

도 1을 참조하여, 상기 리튬이차전지 (10)는 양극 (13), 음극 (12) 및 상기 양극 (13)와 음극 (12) 사이에 배치된 세퍼레이터 (14), 상기 양극 (13), 음극 (12) 및 세퍼레이터 (14)에 함침된 전해질(미도시), 전지 케이스(15), 및 상기 전지 케이스 (15)를 봉입하는 캡 조립체 (16)를 주된 부분으로 하여 구성되어 있다. 이러한 리튬이차전지 (10)는, 양극 (13), 음극 (12) 및 세퍼레이터 (14)를 차례로 적층한 다음 스피럴 상으로 권취된 상태로 전지 케이스 (15)에 수납하여 구성될 수 있다. 상기 전지 케이스 (15)는 캡 조립체 (16)과 함께 실링되어 리튬이차전지 (10)을 완성한다.Referring to FIG. 1 , the lithium secondary battery 10 includes a positive electrode 13 , a negative electrode 12 , and a separator 14 disposed between the positive electrode 13 and the negative electrode 12 , the positive electrode 13 , and the negative electrode (12) and an electrolyte (not shown) impregnated in the separator 14, a battery case 15, and a cap assembly 16 for enclosing the battery case 15 as main parts. The lithium secondary battery 10 may be configured by sequentially stacking the positive electrode 13 , the negative electrode 12 , and the separator 14 , and then storing the positive electrode 13 , the negative electrode 12 , and the separator 14 in the battery case 15 in a spirally wound state. The battery case 15 is sealed together with the cap assembly 16 to complete the lithium secondary battery 10 .

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

실시예Example 1: 산화코발트 및 1: cobalt oxide and 리튬코발트산화물의lithium cobalt oxide 제조 Produce

약 1.5M의 황산코발트 수용액 및 침전제인 3.0M의 NaOH 용액을 각각 준비하여 이 용액을 반응기에 동시에 투입한 다음, 반응 혼합물의 pH를 약 11.5으로 조절하여 약 70℃에서 침전반응을 실시하였다.About 1.5M of cobalt sulfate aqueous solution and 3.0M of NaOH solution as a precipitating agent were prepared, respectively, and these solutions were simultaneously introduced into the reactor, and then the pH of the reaction mixture was adjusted to about 11.5, and the precipitation reaction was carried out at about 70°C.

상기 침전반응 중 산화를 가속화시키기 위하여 산소를 주입하였고 반응 방법은 완전 흐름 혼합형(continuous flow stirred-tank reactor: CSTR)식으로 진행하였다. 이러한 과정을 거쳐 얻어진 구형 Co3O4의 평균입경(D50)은 약 15㎛이었다. 이를 원심분리기에서 탈이온수를 이용하여 세정 공정을 거쳐 SO4 함량이 100ppm 이하가 되는 지점까지 반복적으로 실시하였다.Oxygen was injected to accelerate oxidation during the precipitation reaction, and the reaction method was performed in a continuous flow stirred-tank reactor (CSTR) type. The average particle diameter (D50) of the spherical Co 3 O 4 obtained through this process was about 15 μm. This was repeatedly performed through a washing process using deionized water in a centrifuge until the SO 4 content became 100 ppm or less.

약 270mesh의 체를 통하여 체질 (seiving) 작업을 실시하여 고밀도의 산화코발트(Co3O4)를 얻었다. A sieving operation was performed through a sieve of about 270 mesh to obtain high-density cobalt oxide (Co 3 O 4 ).

상기 산화코발트 및 탄산리튬을 믹서(mixer)에서 5분 동안 1:1 혼합 몰비로 건식 혼합하고 이를 약 1100℃에서 열처리를 10시간 동안 실시하여 리튬코발트산화물(LiCoO2)을 얻었다.The cobalt oxide and lithium carbonate were dry mixed at a 1:1 mixing molar ratio for 5 minutes in a mixer, and heat treatment was performed at about 1100° C. for 10 hours to obtain lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ).

열처리 후 제트밀 2000rpm으로 진행 후 325메쉬로 체질(sieving) 작업을 진행하였다.After heat treatment, the jet mill was operated at 2000 rpm, and then sieving was performed with a 325 mesh.

실시예Example 2 2

산화코발트 제조를 위한 침전 반응시 반응온도가 약 80℃로 변화된 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 산화코발트(Co3O4) 및 리튬 코발트 산화물(LiCoO2)을 얻었다.Cobalt oxide (Co 3 O 4 ) and lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) were obtained in the same manner as in Example 1, except that the reaction temperature was changed to about 80° C. during the precipitation reaction for preparing cobalt oxide.

비교예comparative example 1 One

약 1.5M의 황산코발트 수용액, 침전제인 3.0M의 NH4HCO3 용액 및 킬레트화제인 NH4OH 수용액을 각각 준비하여 이 세 용액을 반응기에 동시에 투입한 다음, 반응 혼합물의 pH를 약 11.2으로 조절하여 침전반응을 약 40℃에서 실시하여 침전물 CoOOH를 형성하였다. About 1.5M aqueous cobalt sulfate solution, 3.0M NH 4 HCO 3 solution as a precipitating agent, and NH 4 OH aqueous solution as a chelating agent were prepared, respectively, and these three solutions were simultaneously introduced into the reactor, and then the pH of the reaction mixture was adjusted to about 11.2. The precipitation reaction was carried out at about 40° C. to form a precipitate CoOOH.

얻어진 침전물을 여과, 세척 및 120℃에서 밤새 건조하는 공정을 거친 후, 이를 약 800℃에서 1차 열처리하여 산화코발트(Co3O4)를 얻었다. 산화코발트의 평균입경은 약 5.4㎛이었다.After the obtained precipitate was filtered, washed and dried overnight at 120° C., it was subjected to primary heat treatment at about 800° C. to obtain cobalt oxide (Co 3 O 4 ). The average particle diameter of the cobalt oxide was about 5.4 μm.

상기 산화코발트 및 탄산리튬을 믹서(mixer)에서 1:1.04 몰비로 5분 동안 건식 혼합하고 이를 약 1100℃에서 2차 열처리를 10시간 동안 실시하였다. 2차 열처리후 제트밀 2000rpm으로 진행하여 분쇄를 실시하였다. 이어서 잔류 리튬 후처리를 실시하고 체질(sieving)을 실시하여 리튬 코발트 산화물(LiCoO2)을 얻었다.The cobalt oxide and lithium carbonate were dry-mixed at a molar ratio of 1:1.04 in a mixer for 5 minutes, and secondary heat treatment was performed at about 1100° C. for 10 hours. After the secondary heat treatment, pulverization was carried out at 2000 rpm with a jet mill. Subsequently, residual lithium post-treatment was performed and sieving was performed to obtain lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ).

제작예Production example 1 One

상기 실시예 1에 따라 제조된 리튬코발트산화물(LiCoO2)을 이용하여 코인셀을 다음과 같이 제작하였다. A coin cell was manufactured using the lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) prepared according to Example 1 as follows.

실시예 1에 따라 얻은 리튬코발트산화물(LiCoO2) 96g, 폴리비닐리덴플루오라이드 2g 및 용매인 N-메틸피롤리돈 47g, 도전제인 카본블랙 2g의 혼합물을 혼합하여하여 균일하게 분산된 양극 활물질층 형성용 슬러리를 제조 하였다, A cathode active material layer uniformly dispersed by mixing 96 g of lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) obtained according to Example 1, 2 g of polyvinylidene fluoride, 47 g of N-methylpyrrolidone as a solvent, and 2 g of carbon black as a conductive agent A forming slurry was prepared,

상기 과정에 따라 제조된 슬러리를 닥터 블래이드를 사용하여 알루미늄 박상에 코팅하여 얇은 극판 형태로 만든 후, 이를 135℃에서 3시간 이상 건조시킨 후, 압연과 진공 건조 과정을 거쳐 양극을 제작하였다.The slurry prepared according to the above process was coated on an aluminum foil using a doctor blade to form a thin electrode plate, dried at 135° C. for 3 hours or more, and then a positive electrode was manufactured by rolling and vacuum drying.

상기 양극과 리튬 금속 대극을 사용하여 2032 타입의 코인셀(coin cell)을 제조하였다. 상기 양극과 리튬 금속 대극 사이에는 다공질 폴리에틸렌(PE) 필름으로 이루어진 세퍼레이터(두께: 약 16㎛)를 개재하고, 전해질을 주입하여 코인셀을 제작하였다. A 2032 type coin cell was manufactured using the positive electrode and the lithium metal counter electrode. A separator (thickness: about 16 μm) made of a porous polyethylene (PE) film was interposed between the positive electrode and the lithium metal counter electrode, and electrolyte was injected to fabricate a coin cell.

이 때, 상기 전해질은 에틸렌카보네이트(EC)와 에틸메틸카보네이트(EMC)를 3:5의 부피비로 혼합한 용매에 용해된 1.1M LiPF6가 포함된 용액을 사용하였다.At this time, as the electrolyte, a solution containing 1.1M LiPF 6 dissolved in a solvent in which ethylene carbonate (EC) and ethylmethyl carbonate (EMC) were mixed in a volume ratio of 3:5 was used.

제작예Production example 2 2

실시예 1에 따라 얻은 리튬코발트산화물(LiCoO2) 대신 실시예 2에 따라 얻은 리튬코발트산화물(LiCoO2)을 사용한 것을 제외하고는, 제작예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 코인셀을 제작하였다.A coin cell was manufactured in the same manner as in Preparation Example 1, except that lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) obtained according to Example 2 was used instead of lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) obtained according to Example 1 .

비교제작예Comparative production example 1 One

실시예 1에 따라 얻은 리튬코발트산화물(LiCoO2) 대신 비교예 1에 따라 얻은 리튬코발트산화물(LiCoO2)을 사용한 것을 제외하고는, 제작예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 코인셀을 제작하였다.A coin cell was manufactured in the same manner as in Preparation Example 1, except that lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) obtained according to Comparative Example 1 was used instead of lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) obtained according to Example 1 .

평가예evaluation example 1: One: XRDXRD 분석 analysis

실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 산화코발트(Co3O4)에 대한 X선 회절 분석을 실시하였다.X-ray diffraction analysis was performed on cobalt oxide (Co 3 O 4 ) prepared according to Example 1 and Comparative Example 1.

상기 분석 결과를 각각 도 2a 및 도 2b에 나타내었다. The analysis results are shown in FIGS. 2A and 2B, respectively.

실시예 1에 따라 제조된 산화코발트는 도 2a에 나타난 바와 같이 X선 회절 분석의 2θ가 약 19°인 제1피크에 대한 2θ가 31.3°인 제2피크의 세기비가 약 1이었다. 이에 비하여 도 2b에 나타난 바와 같이 비교예 1에 따라 제조된 산화코발트는 2θ가 약 19°인 제1피크에 대한 2θ가 31.3°인 제2피크의 세기비가 약 2이었다. 이와 같이 실시예 1의 산화코발트는 비교예 1의 경우와 달리 제1피크에 대한 제2피크의 세기비가 달라짐을 알 수 있었다. 그리고 X선 회절 분석을 통하여 얻어진 각 파라미터를 조사하여 이를 하기 표 1에 나타내었다.In the cobalt oxide prepared according to Example 1, as shown in FIG. 2a, the intensity ratio of the second peak having 2θ of 31.3° to the first peak having 2θ of about 19° in X-ray diffraction analysis was about 1. In contrast, as shown in FIG. 2b , in the cobalt oxide prepared according to Comparative Example 1, the intensity ratio of the second peak having 2θ of 31.3° to the first peak having 2θ of about 19° was about 2. As such, it was found that the cobalt oxide of Example 1 was different from the case of Comparative Example 1 in that the intensity ratio of the second peak to the first peak was different. And each parameter obtained through X-ray diffraction analysis was investigated, and it is shown in Table 1 below.

SampleSample a(Å)a(Å) x(O)=y(O)=z(O)x(O)=y(O)=z(O) Co2+ (tet)Co 2+ (tet) Co3+ (oct)Co 3+ (oct) RB R B 실시예 1Example 1 8.08218.0821 0.26170.2617 0.4800.480 1.0721.072 8.88.8 비교예 1Comparative Example 1 8.08118.0811 0.26130.2613 0.5100.510 1.0231.023 7.87.8

RB는 실제 XRD 패턴(pattern)에 대한 핏팅(fitting)의 정확도를 나타내고, a는 구조내의 a축이고, x(O)=y(O)=z(O)는 구조 내에서 산소(Oxygen)의 위치 좌표를 나타낸다. 그리고 oct는 옥타헤드럴(Octahedral)의 약어이고, tet는 테트라헤드럴(tetrahedral)의 약어이다.R B represents the accuracy of fitting to the actual XRD pattern, a is the a-axis in the structure, and x(O) = y(O) = z(O) is the amount of oxygen in the structure. Indicates position coordinates. And oct is an abbreviation for Octahedral, and tet is an abbreviation for tetrahedral.

표 1을 참조하여, 실시예 1의 산화코발트는 Co3 + (oct)가 Co2 + (tet)에 비하여 상대적으로 많이 관찰되어 Co2 + (tet)와 Co3 + (oct)가 거의 1:2.23 원자비로 나타났다. 이에 비하여, 비교예 1의 경우는 Co2 + (tet)와 Co3 + (oct)가 거의 1:2 원자비를 나타냈다.Referring to Table 1, in the cobalt oxide of Example 1, Co 3 + (oct) was observed relatively more than Co 2 + (tet), so that Co 2 + (tet) and Co 3 + (oct) was almost 1:2.23 atomic ratio. In contrast, in Comparative Example 1, Co 2 + (tet) and Co 3 + (oct) had an atomic ratio of about 1:2.

평가예 2: 펠렛밀도(pellet density) 및 전극 밀도(electrode density)Evaluation Example 2: Pellet density and electrode density

실시예 1 및 비교예 1에 따라 얻은 리튬코발트산화물의 펠렛밀도를 측정하여 하기 표 2에 나타내었다. 여기에서 펠렛밀도는 펠렛밀도 시험기를 이용하여 측정하며, 직경 1.273 Cm의 원형 모드내 양극 활물질 3 g을 투입하고 1500 kgf/cm2 압력을 가하여 구한 것이다.The pellet density of lithium cobalt oxide obtained according to Example 1 and Comparative Example 1 was measured and shown in Table 2 below. Here, the pellet density is measured using a pellet density tester, and 3 g of a positive active material in a circular mode with a diameter of 1.273 Cm is added and 1500 kgf/cm 2 obtained by applying pressure.

구분division 펠렛밀도(g/cc)Pellet density (g/cc) 실시예 1Example 1 3.983.98 비교예 1Comparative Example 1 3.873.87

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 실시예 1에 따라 제조된 리튬코발트산화물은 비교예 1에 따라 제조된 리튬코발트산화물과 비교하여 펠렛밀도가 증가하였다.As shown in Table 2, the lithium cobalt oxide prepared according to Example 1 had an increased pellet density compared to the lithium cobalt oxide prepared according to Comparative Example 1.

또한 제작예 1 및 비교제작예 1에 따라 제조된 양극의 밀도를 측정하였고, 그 결과는 하기 표 3 및 도 3과 같다. 양극의 밀도는 양극의 중량을 양극 부피로 나누어 계산한다.In addition, the density of the positive electrode prepared according to Preparation Example 1 and Comparative Preparation Example 1 was measured, and the results are shown in Table 3 and FIG. 3 below. The density of the anode is calculated by dividing the weight of the anode by the volume of the anode.

구분division 양극 밀도(g/cc)Anode Density (g/cc) 제작예 1Production example 1 4.094.09 비교제작예 1Comparative Production Example 1 4.004.00

상기 표 3 및 도 3에 나타난 바와 같이, 제작예 1에 따라 제조된 양극은 비교제작예 1에 따라 제조된 전극에 비하여 양극 밀도가 개선되었다.As shown in Table 3 and FIG. 3, the positive electrode prepared according to Preparation Example 1 had improved anode density compared to the electrode prepared according to Comparative Preparation Example 1.

평가예 3: 충방전 실험(초기 충방전 효율 및 용량유지율)Evaluation Example 3: Charge/discharge experiment (initial charge/discharge efficiency and capacity retention rate)

제작예 1 및 비교제작예 1에 따라 제작된 코인셀에 있어서, 충방전 특성을 충방전기로 하기 조건에서 평가하였다.In the coin cells manufactured according to Preparation Example 1 and Comparative Preparation Example 1, the charging/discharging characteristics were evaluated under the following conditions with a charger/discharger.

상기 실시예 1 및 비교제작예 1에서 각각 제조된 코인셀을 25에서 0.1C rate의 전류로 전압이 4.55V(vs. Li)에 이를 때까지 정전류 충전하고, 이어서 정전압 모드에서 4.55V를 유지하면서 0.05C rate의 전류에서 컷오프(cut-off)하였다. 이어서, 방전시에 전압이 3.0V(vs. Li)에 이를 때까지 0.1C rate의 정전류로 방전하였다(화성단계, 1st 사이클).The coin cells prepared in Example 1 and Comparative Preparation Example 1 were charged with a constant current at a current of 25 to 0.1C rate until the voltage reached 4.55V (vs. Li), and then maintained at 4.55V in the constant voltage mode. A cut-off was performed at a current of 0.05C rate. Then, it was discharged at a constant current of 0.1C rate until the voltage reached 3.0V (vs. Li) during discharge (Hwaseong phase, 1 st cycle).

상기 화성단계의 1st 사이클을 거친 리튬전지를 25에서 0.2C rate의 전류로 전압이 4.55V(vs. Li)에 이를 때까지 정전류 충전하고, 이어서 정전압 모드에서 4.55V를 유지하면서 0.05C rate의 전류에서 컷오프(cut-off)하였다. 이어서, 방전시에 전압이 3.0V(vs. Li)에 이를 때까지 0.2C rate의 정전류로 방전하였다(화성단계, 2nd 사이클).The lithium battery that has undergone the 1st cycle of the formation step is charged with a constant current from 25 to a current of 0.2C rate until the voltage reaches 4.55V (vs. Li), and then, while maintaining 4.55V in the constant voltage mode, at a rate of 0.05C A cut-off was made in current. Then, it was discharged at a constant current of 0.2C rate until the voltage reached 3.0V (vs. Li) during discharge (Hwaseong stage, 2nd cycle).

상기 화성단계를 거친 리튬전지를 25℃에서 1.0C rate의 전류로 전압이 4.55V(vs. Li)에 이를 때까지 정전류 충전하였다. 이어서 정전압 모드에서 4.35V를 유지하면서 0.05C rate의 전류에서 컷오프(cut-off)하였다. 이어서, 방전시에 전압이 3.0V(vs. Li)에 이를 때까지 1.0C rate의 정전류로 방전하는 사이클을 50th 사이클까지 반복하였다.The lithium battery that had undergone the formation step was charged with a constant current at 25°C at a rate of 1.0C until the voltage reached 4.55V (vs. Li). Then, while maintaining 4.35V in the constant voltage mode, a cut-off was performed at a current of 0.05C rate. Then, a cycle of discharging at a constant current of 1.0C rate until the voltage reached 3.0V (vs. Li) during discharging was repeated until 50th cycle.

초기 충방전 효율(Initial charge efficiency: I.C.E)은 하기 식 1에 따라 계산하였고 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.Initial charge efficiency (I.C.E) was calculated according to Equation 1 below, and the results are shown in Table 4 below.

[식 1] [Equation 1]

초기 충방전 효율[%]=[1st 사이클 방전용량/1st 사이클 충전용량]×100Initial charge/discharge efficiency [%] = [1 st cycle discharge capacity/1 st cycle charge capacity] × 100

또한 제작예 1에 따라 제조된 코인셀의 용량유지율은 도 5에 나타난 바와 같다.In addition, the capacity retention ratio of the coin cell manufactured according to Preparation Example 1 is as shown in FIG. 5 .

구분division 충전용량 (mAh/g)Charging capacity (mAh/g) 방전용량 (mAh/g)Discharge capacity (mAh/g) I.C.E (%)I.C.E (%) 제작예 1Production Example 1 223223 219219 9898 비교제작예 1Comparative Production Example 1 220220 216216 9898

표 4에 나타난 바와 같이, 제작예 1에 따라 제조된 코인셀은 비교제작예 1의 경우와 거의 동등한 초기 효율 특성을 나타냈다. As shown in Table 4, the coin cell manufactured according to Preparation Example 1 exhibited almost the same initial efficiency characteristics as that of Comparative Preparation Example 1.

또한 도 4에 나타난 바와 같이, 제작예 1에 따라 제조된 코인셀은 용량유지율이 우수하다는 것을 알 수 있었다. In addition, as shown in FIG. 4 , it was found that the coin cell manufactured according to Preparation Example 1 had excellent capacity retention.

평가예evaluation example 4: 4: 율속rate 특성 characteristic

상기 제작예 1-2 및 비교제작예 1에 따라 제조한 각각의 코인셀을 1st 사이클에서 0.1C의 속도로 4.5V까지 정전류 충전하고, 0.1C의 속도로 3.0 V까지 정전류 방전하였다.Each coin cell prepared according to Preparation Example 1-2 and Comparative Preparation Example 1 was charged with a constant current to 4.5V at a rate of 0.1C in the 1st cycle, and discharged with a constant current to 3.0V at a rate of 0.1C.

2nd 사이클은 0.5C의 속도로 4.5V까지 정전류 충전하고, 이어서 4.6V로 유지하면서 전류가 0.05C가 될 때까지 정전압 충전하였으며 0.2C의 속도로 3.0 V까지 정전류 방전하였다.In the 2nd cycle, constant current charging was performed to 4.5V at a rate of 0.5C, followed by constant voltage charging until the current reached 0.05C while maintaining 4.6V, followed by constant current discharge to 3.0V at a rate of 0.2C.

3rd 사이클은 0.5C의 속도로 4.5V까지 정전류 충전하고 이어서 4.6V로 유지하면서 전류가 0.05C가 될 때까지 정전압 충전하였으며 1.0C의 속도로 3.0 V까지 정전류 방전하였다.In the 3rd cycle, constant current charging was performed at a rate of 0.5C to 4.5V, followed by constant voltage charging until the current reached 0.05C while maintaining 4.6V, followed by constant current discharge at a rate of 1.0C to 3.0V.

4th 사이클은 0.5C의 속도로 4.5V까지 정전류 충전하고 이어서 4.6V로 유지하면서 전류가 0.05C가 될 때까지 정전압 충전하였으며 2.0C의 속도로 3.0 V까지 정전류 방전하였다.4th The cycle was followed by constant current charging to 4.5V at a rate of 0.5C, constant voltage charging until the current reached 0.05C while maintaining 4.6V, and constant current discharging to 3.0V at a rate of 2.0C.

상기 제작예 1 및 비교제작예 1에 따라 제조된 코인셀의 율속 특성을 하기 표 5에 각각 나타내었다. The rate-rate characteristics of the coin cells prepared according to Preparation Example 1 and Comparative Preparation Example 1 are respectively shown in Table 5 below.

하기 표 5에서 율속 특성은 하기 식 2 및 3에 의하여 계산될 수 있다. In Table 5 below, the rate characteristic can be calculated by Equations 2 and 3 below.

[식 2][Equation 2]

율속 특성(1C/0.1C)(%) = (3rd 사이클에서의 방전용량)/(1st 사이클에서의 방전용량 )X100 Rate characteristic (1C/0.1C)(%) = (discharge capacity in 3rd cycle)/(discharge capacity in 1st cycle)X100

[식 3][Equation 3]

율속 특성(2C/0.2C)(%) = (4th 사이클에서의 방전용량)/(2nd 사이클에서의 방전용량) X100 Rate characteristic (2C/0.2C)(%) = (discharge capacity at 4th cycle)/(discharge capacity at 2nd cycle) X100

구분division 율속 특성(1C/0.1C)(%)Rate characteristic (1C/0.1C)(%) 율속 특성(2C/0.2C)(%)Rate characteristic (2C/0.2C)(%) 제작예 1Production Example 1 8888 8585 비교제작예 1Comparative Production Example 1 8686 8383

상기 표 5에 나타난 바와 같이, 제작예 1에 따라 제조된 코인셀은 비교제작예 1의 경우와 비교하여 율속 특성이 개선되었다.As shown in Table 5, the coin cell prepared according to Preparation Example 1 had improved rate-rate characteristics compared to Comparative Preparation Example 1.

평가예evaluation example 5: 주사전자현미경( 5: Scanning electron microscope ( SEMSEM ))

실시예 1 및 비교예 1에 따라 얻은 산화코발트에 대한 주사전자현미경 분석을 실시하였다. 실시예 1의 산화코발트의 주사전자현미경 사진은 도 5a 내지 도 5c에 나타난 바와 같고, 비교예 1의 산화코발트의 주사전자현미경 사진은 도 6a 및 도 6b에 나타난 바와 같다. A scanning electron microscope analysis was performed on the cobalt oxide obtained according to Example 1 and Comparative Example 1. The scanning electron micrograph of the cobalt oxide of Example 1 is as shown in FIGS. 5A to 5C, and the scanning electron micrograph of the cobalt oxide of Comparative Example 1 is as shown in FIGS. 6A and 6B.

이를 참조하면, 실시예 1의 산화코발트는 비교예 1에 따라 얻은 산화코발트와 그 형상이 상이하다는 것을 확인할 수 있었다. 실시예 1의 산화코발트의 1차 입자의 형상은 침상형이고 동시에 스폿(spot)이 포함되어 있고 2차 입자의 형상은 구형이며 입경이 15 내지 17㎛ 범위임 알 수 있었다.Referring to this, it was confirmed that the shape of the cobalt oxide of Example 1 was different from that of the cobalt oxide obtained according to Comparative Example 1. The shape of the primary particles of the cobalt oxide of Example 1 was needle-like, and at the same time it included spots, and the shape of the secondary particles was spherical, and it was found that the particle diameter was in the range of 15 to 17 μm.

평가예evaluation example 6: 입도 분포 테스트 6: Particle size distribution test

1)산화코발트1) Cobalt oxide

실시예 1 및 비교예 1에 따라 얻은 산화코발트의 입도 분포를 분석하였다.The particle size distribution of the cobalt oxide obtained according to Example 1 and Comparative Example 1 was analyzed.

입도 분포 분석은 동적광산란법을 이용하여 측정되었고, 입도 분포를 평가하기 위The particle size distribution analysis was measured using the dynamic light scattering method, and was used to evaluate the particle size distribution.

하여 건식 레이저회절입도분석법으로 입자의 부피에 기초하여 D10, D90, D50를 계산하였다. Thus, D10, D90, and D50 were calculated based on the particle volume by dry laser diffraction particle size analysis.

상기 입도 분포는 하기 표 6에 나타내었다.The particle size distribution is shown in Table 6 below.

구분division D10
(㎛)
D10
(μm)
D90
(㎛)
D90
(μm)
D50
(㎛)
D50
(μm)
탭밀도(g/cc)Tap density (g/cc)
실시예 1Example 1 6.736.73 23.323.3 16.216.2 2.92.9 비교예 1Comparative Example 1 2.62.6 8.88.8 5.45.4 1.71.7

표 6에 나타나 있듯이, 실시예 1에 따라 제조된 산화코발트는 비교예 1에 따라 얻은 산화코발트와 비교하여 평균입경이 크고 탭밀도가 크다는 것을 알 수 있었다. As shown in Table 6, it was found that the cobalt oxide prepared according to Example 1 had a larger average particle diameter and a larger tap density compared to the cobalt oxide obtained according to Comparative Example 1.

2)리튬코발트산화물2) Lithium cobalt oxide

실시예 1 및 비교예 1에 따라 얻은 리튬코발트산화물의 입도 분포를 분석하였다. 입도 분포 분석은 동적광산란법을 이용하여 측정되었고, 입도 분포를 평가하기 위하여 건식 레이저회절입도분석법으로 입자의 부피에 기초하여 D10, D90, D50를 계산하였다. The particle size distribution of lithium cobalt oxide obtained according to Example 1 and Comparative Example 1 was analyzed. The particle size distribution analysis was measured using the dynamic light scattering method, and D10, D90, and D50 were calculated based on the particle volume by dry laser diffraction particle size analysis to evaluate the particle size distribution.

상기 입도 분포는 하기 표 7에 나타내었다.The particle size distribution is shown in Table 7 below.

구분division D10
(㎛)
D10
(μm)
D90
(㎛)
D90
(μm)
D50
(㎛)
D50
(μm)
실시예 1Example 1 12.112.1 37.637.6 2323 비교예 1Comparative Example 1 8.58.5 34.1834.18 17.9317.93

표 7에 나타나 있듯이, 실시예 1에 따라 제조된 리튬코발트산화물은 비교예 1에 따라 얻은 리튬코발트산화물과 비교하여 평균입경이 크다는 것을 알 수 있었다. As shown in Table 7, it was found that the lithium cobalt oxide prepared according to Example 1 had a larger average particle diameter compared to the lithium cobalt oxide obtained according to Comparative Example 1.

상기에서 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although it has been described with reference to the embodiments above, it will be understood by those skilled in the art that various modifications and changes can be made without departing from the spirit and scope of the following claims.

10: 리튬이차전지 12: 음극
13: 양극 14: 세퍼레이터
15: 전지 케이스 16: 캡 어셈블리
10: lithium secondary battery 12: negative electrode
13: positive electrode 14: separator
15: battery case 16: cap assembly

Claims (10)

X선 회절 분석의 2θ가 19±1°인 제1피크에 대한 2θ가 31.3±1°인 제2피크의 세기비가 0.8 내지 1.2이고, 탭 밀도가 2.8 내지 3.0g/cc이며, 산화코발트의 평균입경(D50)은 15 내지 18㎛, 입경(D90)은 23 내지 25㎛이고, 입경(D10)은 5 내지 7㎛인, 리튬이차전지용 산화코발트(Co3O4).The intensity ratio of the second peak having 2θ of 31.3±1° to the first peak having 2θ of 19±1° in X-ray diffraction analysis is 0.8 to 1.2, the tap density is 2.8 to 3.0 g/cc, and the average of cobalt oxide The particle diameter (D50) is 15 to 18㎛, the particle diameter (D90) is 23 to 25㎛, the particle diameter (D10) is 5 to 7㎛, cobalt oxide for a lithium secondary battery (Co 3 O 4 ). 삭제delete 코발트 전구체 및 침전제를 함유하는 혼합물의 침전반응을 실시하며, 상기 침전반응이 산화성 가스 분위기하에서 반응하여 제1항의 산화코발트(Co3O4)를 제조하는 단계를 포함하며, 상기 혼합물의 pH가 11.0 내지 12.0, 온도 60 내지 80℃에서 실시되는 리튬이차전지용 산화코발트의 제조방법.Conducting a precipitation reaction of a mixture containing a cobalt precursor and a precipitating agent, wherein the precipitation reaction is reacted under an oxidizing gas atmosphere to prepare the cobalt oxide (Co 3 O 4 ) of claim 1, wherein the pH of the mixture is 11.0 to 12.0, a method for producing cobalt oxide for a lithium secondary battery carried out at a temperature of 60 to 80 ℃. 제3항에 있어서,
상기 산화성 가스 분위기하에서 반응하는 단계를 실시한 후에,
반응 결과물을 세정하는 단계; 및 체질(sieving) 단계를 더 포함하는 리튬이차전지용 산화코발트의 제조방법.
4. The method of claim 3,
After carrying out the step of reacting in the oxidizing gas atmosphere,
washing the reaction product; and a sieving step.
삭제delete 제3항에 있어서,
상기 코발트 전구체가 황산코발트인 리튬이차전지용 산화코발트의 제조방법.
4. The method of claim 3,
A method for producing cobalt oxide for a lithium secondary battery, wherein the cobalt precursor is cobalt sulfate.
하기 화학식 1로 표시되며, 구형 입자 형상을 갖고, 펠렛밀도가 3.98 내지 4.2g/cc이며, 평균 입경(D50)이 23 내지 28㎛이며 입경(D90)은 35 내지 45㎛이고, 입경(D10)은 10 내지 13㎛인 리튬이차전지용 리튬코발트산화물이며,
상기 리튬코발트산화물이 제1항의 산화코발트와 리튬 전구체의 혼합물을 열처리하여 얻어진 것인, 리튬이차전지용 리튬코발트산화물:
[화학식 1]
LiaCobOc
상기 화학식 1중, 0.9≤a≤1.1, 0.98≤b≤1.00, 1.9≤c≤2.1이다.
It is represented by the following Chemical Formula 1, has a spherical particle shape, has a pellet density of 3.98 to 4.2 g/cc, an average particle diameter (D50) is 23 to 28 μm, and a particle diameter (D90) is 35 to 45 μm, and a particle diameter (D10) is a lithium cobalt oxide for lithium secondary batteries of 10 to 13 μm,
Lithium cobalt oxide for lithium secondary batteries, wherein the lithium cobalt oxide is obtained by heat-treating a mixture of the cobalt oxide and lithium precursor of claim 1 :
[Formula 1]
Li a Co b O c
In Formula 1, 0.9≤a≤1.1, 0.98≤b≤1.00, and 1.9≤c≤2.1.
제7항에 있어서,
상기 리튬코발트산화물은 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 보론(B), 알루미늄(Al) 및 불소(F) 중에서 선택된 하나 이상을 더 포함하는 리튬이차전지용 리튬코발트산화물.
8. The method of claim 7,
The lithium cobalt oxide further comprises one or more selected from magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), titanium (Ti), zirconium (Zr), boron (B), aluminum (Al) and fluorine (F). Lithium cobalt oxide for lithium secondary batteries, including.
제7항 또는 제8항의 리튬코발트산화물을 함유하는 양극을 구비한 리튬이차전지. A lithium secondary battery having a positive electrode containing the lithium cobalt oxide of claim 7 or 8. 제9항에 있어서, 상기 양극의 밀도가 4.05 내지 4.15g/cc인 리튬이차전지.The lithium secondary battery according to claim 9, wherein the positive electrode has a density of 4.05 to 4.15 g/cc.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2001354428A (en) * 2000-06-09 2001-12-25 Nikko Metal Plating Kk Cobalt oxide powder, method for manufacturing the same and lithium cobaltate
JP2006298699A (en) * 2005-04-20 2006-11-02 Seimi Chem Co Ltd Method for manufacturing lithium cobalt composite oxide having large particle size
US20110045352A1 (en) * 2009-08-21 2011-02-24 Cornell University MESOPOROUS Co3O4 NANOPARTICLES, ASSOCIATED METHODS AND APPLICATIONS

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001354428A (en) * 2000-06-09 2001-12-25 Nikko Metal Plating Kk Cobalt oxide powder, method for manufacturing the same and lithium cobaltate
JP2006298699A (en) * 2005-04-20 2006-11-02 Seimi Chem Co Ltd Method for manufacturing lithium cobalt composite oxide having large particle size
US20110045352A1 (en) * 2009-08-21 2011-02-24 Cornell University MESOPOROUS Co3O4 NANOPARTICLES, ASSOCIATED METHODS AND APPLICATIONS

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