KR102650968B1 - Cathode active material precursor, cathode active material formed therefrom, preparation method thereof, cathode and lithium battery containing cathode active material - Google Patents
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Abstract
복수개의 일차 입자의 응집체를 포함하는 적어도 하나의 이차 입자를 포함하며, 상기 이차 입자는 층상(layered) 결정 구조를 갖는 니켈계 리튬전이금속 산화물을 포함하며, 상기 일차 입자는 400nm 초과의 사이즈를 갖는 일차 입자(제1일차입자), 150nm 미만의 사이즈를 갖는 일차 입자(제2일차입자) 및 150nm 내지 400nm의 사이즈를 갖는 일차 입자(제3일차입자)를 포함하며, 상기 제3일차입자의 면적이 일차입자의 총면적을 기준으로 하여 80% 이상이며, 이차입자는 양극 활물질의 총면적에 대하여 10% 이하의 기공도를 갖는 양극활물질, 그 제조방법, 이를 포함하는 양극과 리튬전지와, 양극 활물질 전구체가 제시된다.At least one secondary particle comprising an aggregate of a plurality of primary particles, wherein the secondary particle includes a nickel-based lithium transition metal oxide having a layered crystal structure, and wherein the primary particle has a size of more than 400 nm. It includes primary particles (first primary particles), primary particles with a size of less than 150 nm (second primary particles), and primary particles with a size of 150 nm to 400 nm (third primary particles), and the area of the third primary particles is A cathode active material with a porosity of 80% or more based on the total area of the primary particles, and the secondary particles have a porosity of 10% or less with respect to the total area of the cathode active material, a method of manufacturing the same, a cathode and lithium battery containing the same, and a cathode active material precursor. is presented.
Description
양극활물질 전구체, 이로부터 얻어진 양극 활물질, 그 제조방법, 이를 포함한 양극 및 리튬전지에 관한 것이다.It relates to a cathode active material precursor, a cathode active material obtained therefrom, a method of manufacturing the same, and a cathode and lithium battery including the same.
각종 기기의 소형화, 고성능화에 부합하기 위하여 리튬전지의 소형화, 경량화 외에 고에너지 밀도화가 중요해지고 있다. 이러한 중요성에 부합하는 리튬 전지를 구현하기 위하여 고용량을 가지는 니켈계 양극 활물질이 검토되고 있다. In order to meet the miniaturization and high performance of various devices, high energy density in addition to miniaturization and weight reduction of lithium batteries is becoming important. In order to implement lithium batteries that meet this importance, nickel-based positive electrode active materials with high capacity are being examined.
또한, 종래의 니켈계 양극활물질은 높은 표면 잔류 리튬 함량 및 양이온 믹싱(mixing)에 의한 부반응에 의하여 수명 특성이 저하되고 열적 안정성도 만족할만한 수준에 도달하지 못한다. In addition, conventional nickel-based positive electrode active materials have reduced lifespan characteristics due to high surface residual lithium content and side reactions caused by cation mixing, and thermal stability does not reach a satisfactory level.
한 측면은 비표면적과 평균입경이 큰 양극 활물질 전구체와 이로부터 형성되어 균일한 크기 입자 분포를 갖는 양극 활물질 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.One aspect is to provide a positive electrode active material precursor having a large specific surface area and average particle diameter, a positive electrode active material formed therefrom and having a uniform size particle distribution, and a method for manufacturing the same.
다른 한 측면은 상기 양극활물질을 포함하는 양극을 제공하는 것이다.Another aspect is to provide a positive electrode containing the positive electrode active material.
또 다른 한 측면은 상기 양극을 포함하여 초기 효율이 개선된 리튬 전지를 제공하는 것이다.Another aspect is to provide a lithium battery with improved initial efficiency including the positive electrode.
또 다른 측면은 상기 양극 활물질 전구체를 제공하는 것이다.Another aspect is providing the positive electrode active material precursor.
한 측면에 따라according to one side
복수개의 일차 입자의 응집체를 포함하는 적어도 하나의 이차 입자를 포함하며, 상기 이차 입자는 층상(layered) 결정 구조를 갖는 니켈계 리튬전이금속 산화물을 포함하며, At least one secondary particle comprising an aggregate of a plurality of primary particles, wherein the secondary particle includes a nickel-based lithium transition metal oxide having a layered crystal structure,
상기 일차 입자는 400nm 초과의 사이즈를 갖는 제1일차입자, 150nm 미만의 사이즈를 갖는 제2일차입자 및 150nm 내지 400nm의 사이즈를 갖는 제3일차입자를 포함하며,The primary particles include first primary particles having a size of more than 400 nm, second primary particles having a size of less than 150 nm, and third primary particles having a size of 150 nm to 400 nm,
상기 제3일차입자의 면적이 일차입자의 총면적을 기준으로 하여 80% 이상이며, 이차입자는 양극 활물질의 총면적에 대하여 10% 이하의 기공도를 갖는 양극활물질이 제공된다.A positive electrode active material is provided in which the area of the third primary particles is 80% or more based on the total area of the primary particles, and the secondary particles have a porosity of 10% or less with respect to the total area of the positive electrode active material.
다른 한 측면에 따라 상술한 양극활물질을 포함하는 양극이 제공된다.According to another aspect, a positive electrode containing the above-described positive electrode active material is provided.
또 다른 한 측면에 따라, 상술한 양극을 포함하는 리튬전지가 제공된다.According to another aspect, a lithium battery including the above-described positive electrode is provided.
또 다른 한 측면에 따라 니켈계 리튬전이금속산화물의 수직면상 전구체이며 비표면적이 8 내지 25m2/g이며, 평균입경(D50)이 13.7㎛ 이상, 예를 들어 15㎛ 이상인 양극 활물질 전구체가 제공된다.According to another aspect, a positive electrode active material precursor is provided, which is a vertical precursor of nickel-based lithium transition metal oxide, has a specific surface area of 8 to 25 m 2 /g, and has an average particle diameter (D50) of 13.7 ㎛ or more, for example, 15 ㎛ or more. .
또 다른 측면에 따라 상술한 양극 활물질 전구체 및 리튬 전구체를 혼합하고 이를 1차 열처리하는 단계;According to another aspect, mixing the above-described positive electrode active material precursor and lithium precursor and performing a primary heat treatment thereof;
상기 1차 열처리된 생성물을 물로 세정하고 건조하는 단계;Washing the first heat-treated product with water and drying it;
건조된 생성물을 2차 열처리하는 단계를 포함하여 상술한 양극 활물질을 얻고 상기 2차 열처리가 1차 열처리에 비하여 낮은 온도에서 실시되는 양극활물질의 제조방법이 제공된다. A method for producing a positive electrode active material is provided, including the step of secondary heat treatment of the dried product to obtain the above-described positive electrode active material, and the secondary heat treatment is performed at a lower temperature than the primary heat treatment.
일구현예에 따른 양극 활물질을 이용하면 초기효율이 개선되고 용량특성이 향상된 리튬전지를 제조할 수 있다. By using the positive electrode active material according to one embodiment, a lithium battery with improved initial efficiency and improved capacity characteristics can be manufactured.
도 1a은 일구현예에 따른 양극 활물질 전구체로부터 얻어진 양극 활물질의 일차입자 및 이차입자 상태를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 1b는 일반적인 양극 활물질 전구체로부터 얻어진 양극 활물질의 일차입자 및 이차입자 상태를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2a는 일구현예에 따른 양극 활물질의 1차 사이클 충방전을 실시하기 전 , 후의 양극 활물질의 일차 입자 상태를 보여주는 도면이다.
도 2b는 일반적인 양극 활물질의 1차 사이클 충방전을 실시하기 전, 후의 양극 활물질의 일차 입자 상태를 보여주는 도면이다.
도 3a 내지 도 3j는 각각 제조예 1 내지 제조예 5에 따라 얻은 양극 활물질 전구체의 표면 상태에 대한 전계 방출 시차주사현미경(Field emission
scanning electron microscope: FE-SEM) 사진이다.
도 4a 내지 도 4h는 각각 비교제조예 1 내지 4에 따라 얻은 양극 활물질 전구체의 표면 상태에 대한 FE-SEM 사진이다.
도 5a 내지 도 5e는 각각 실시예 1 내지 실시예 5에 따라 얻은 양극 활물질 의 표면 상태에 대한 전계 방출 시차주사현미경(Field emission
scanning electron microscope: FE-SEM) 사진이다.
도 5f 내지 도 5i는 각각 비교예 1 내지 실시예 5에 따라 얻은 양극 활물질의 표면 상태에 대한 전계 방출 시차주사현미경 (Field emission
scanning electron microscope: FE-SEM) 사진이다.
도 6a 및 도 6b는 제작예 1에 따라 제조된 리튬전지에 있어서 실시예 1의 양극 활물질에 대한 X선 회절 분석 결과, 측정횟수(number of measurements)에 따른 a축 및 c축 상수의 변화를 나타낸 것이다.
도 6c 및 도 6d는 비교제작예 1에 따라 제조된 리튬전지에 있어서 비교예 1의 양극 활물질에 대한 X선 회절 분석 결과, a축 및 c축 상수의 변화를 나타낸 것이다.
도 7은 일구현예에 따른 리튬전지의 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.Figure 1a schematically shows the primary particle and secondary particle states of a positive electrode active material obtained from a positive electrode active material precursor according to an embodiment.
Figure 1b schematically shows the primary and secondary particle states of a positive electrode active material obtained from a common positive electrode active material precursor.
FIG. 2A is a diagram showing the state of primary particles of the positive electrode active material before and after the first cycle charge/discharge of the positive electrode active material according to one embodiment.
Figure 2b is a diagram showing the state of primary particles of a general positive electrode active material before and after the first cycle charge/discharge of the positive electrode active material.
3A to 3J are field emission differential scanning microscopy images of the surface state of the positive electrode active material precursor obtained according to Preparation Examples 1 to 5, respectively.
This is a scanning electron microscope (FE-SEM) photo.
Figures 4a to 4h are FE-SEM photographs of the surface state of the positive electrode active material precursor obtained according to Comparative Preparation Examples 1 to 4, respectively.
5A to 5E are field emission differential scanning microscopy images of the surface state of the positive electrode active material obtained according to Examples 1 to 5, respectively.
This is a scanning electron microscope (FE-SEM) photo.
5F to 5I are field emission differential scanning microscopy images of the surface state of the positive electrode active material obtained according to Comparative Examples 1 to 5, respectively.
This is a scanning electron microscope (FE-SEM) photo.
Figures 6a and 6b show changes in a-axis and c-axis constants according to the number of measurements as a result of will be.
Figures 6c and 6d show changes in a-axis and c-axis constants as a result of X-ray diffraction analysis of the positive electrode active material of Comparative Example 1 in the lithium battery manufactured according to Comparative Production Example 1.
Figure 7 schematically shows the structure of a lithium battery according to an embodiment.
이하에서 예시적인 구현예들에 따른 양극 활물질 전구체, 이로부터 얻어진 양극 활물질, 그 제조방법, 이를 포함하는 양극과 리튬전지에 관하여 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, a positive electrode active material precursor according to example embodiments, a positive electrode active material obtained therefrom, a manufacturing method thereof, and a positive electrode and lithium battery including the same will be described in more detail.
복수개의 일차 입자의 응집체를 포함하는 적어도 하나의 이차 입자를 포함하며, 상기 이차 입자는 층상(layered) 결정 구조를 갖는 니켈계 리튬전이금속 산화물을 포함하며, 상기 일차 입자는 400nm 초과의 사이즈를 갖는 일차 입자(제1일차입자), 150nm 미만의 사이즈를 갖는 일차 입자(제2일차입자) 및 150nm 내지 400nm의 사이즈를 갖는 일차 입자(제3일차입자)를 포함하며, 상기 제3일차입자의 면적이 일차입자의 총면적을 기준으로 하여 80% 이상이며, 이차입자는 양극 활물질의 총면적에 대하여 10% 이하의 기공도를 갖는 양극활물질이 제공된다.At least one secondary particle comprising an aggregate of a plurality of primary particles, wherein the secondary particle includes a nickel-based lithium transition metal oxide having a layered crystal structure, and wherein the primary particle has a size of more than 400 nm. It includes primary particles (first primary particles), primary particles with a size of less than 150 nm (second primary particles), and primary particles with a size of 150 nm to 400 nm (third primary particles), and the area of the third primary particles is A positive electrode active material is provided in which the primary particles have a porosity of 80% or more based on the total area, and the secondary particles have a porosity of 10% or less based on the total area of the positive electrode active material.
상기 제1일차입자의 면적이 일차입자의 총면적을 기준으로 하여 20% 이하이며, 제2일차입자의 면적이 일차입자의 총면적을 기준으로 하여 9% 이하이며, 이차입자는 양극 활물질의 총면적에 대하여 1 내지 10%의 기공도를 갖는다. The area of the first primary particles is 20% or less based on the total area of the primary particles, the area of the second primary particles is 9% or less based on the total area of the primary particles, and the secondary particles are based on the total area of the positive electrode active material. It has a porosity of 1 to 10%.
상기 입자의 면적은 SEM을 이용하여 평가할 수 있다. 그리고 기공도는 Barrett, Joyner, and Halenda의 method(i.e., a BJH surface area)에 따른 질소 등온선(nitrogen isotherms)를 이용하여 측정가능하다. 그리고 표면적은 Brunauer, Emmet, and Teller (i.e. a BET surface area)의 method를 이용하여 정해질 수 있다.The area of the particles can be evaluated using SEM. And porosity can be measured using nitrogen isotherms according to the method of Barrett, Joyner, and Halenda (i.e., a BJH surface area). And the surface area can be determined using the method of Brunauer, Emmet, and Teller (i.e. a BET surface area).
상기 일차 입자는 90% 이상의 입자 균일도를 갖고, 상기 제1일차입자의 면적이 일차입자의 총면적을 기준으로 하여 2.1 내지 19.2%, 예를 들어 2.1 내지 15%이며, 제2일차입자의 면적이 일차입자의 총면적을 기준으로 하여 0.1% 내지 8.6%, 예를 들어 0.1 내지 5%, 예를 들어 0.1 내지 3%, 예를 들어 0.1 내지 1.5%이다. The primary particles have a particle uniformity of 90% or more, the area of the first primary particles is 2.1 to 19.2%, for example, 2.1 to 15%, based on the total area of the primary particles, and the area of the second primary particles is 2.1 to 15% based on the total area of the primary particles. 0.1% to 8.6%, such as 0.1 to 5%, such as 0.1 to 3%, such as 0.1 to 1.5%, based on the total area of the particles.
상기 이차 입자는 양극 활물질의 총면적에 대하여 1.5 내지 7%의 기공도를 갖는다. 그리고 각 입자의 입자 크기는 SEM을 이용하여 측정 한 후 입자 크기 분포를 측정하여 입자 균일도를 정정한다.The secondary particles have a porosity of 1.5 to 7% based on the total area of the positive electrode active material. Then, the particle size of each particle is measured using SEM, and then the particle size distribution is measured to correct particle uniformity.
일구현예에 따른 양극 활물질은 비표면적과 평균입경이 큰 양극 활물질 전구체로부터 형성되어 균일한 입자 분포, 예를 들어 균일한 일차 입자 사이즈 분포를 갖는다.The positive electrode active material according to one embodiment is formed from a positive active material precursor having a large specific surface area and average particle diameter and has uniform particle distribution, for example, uniform primary particle size distribution.
고용량 니켈계 양극을 실제적으로 구현하기 위해서는, 첫충전과정에서 빠져나간 리튬이 다시 돌아오지 못하는 성질에 기인한 비가역성을 극복해야 하며, 동시에 대립 양극 활물질과 소립 양극 활물질의 혼합을 통한 높은 극판밀도를 얻을 필요성이 있다. 그러나, 고용량 니켈계 양극은 일반적으로 비가역성이 나쁘고, 평균입경이 큰 대입경 활물질을 이용하여 제작하면 비용량이 더욱 감소할 수 있다. 본 명세서에서는 이러한 문제점을 개선할 수 있는 양극 활물질을 제공한다.In order to practically implement a high-capacity nickel-based positive electrode, it is necessary to overcome the irreversibility caused by the inability of lithium that escapes during the first charging process to return, and at the same time, achieve high electrode density through mixing opposing positive electrode active materials and small-grain positive electrode active materials. There is a need. However, high-capacity nickel-based anodes generally have poor irreversibility, and when manufactured using a large-diameter active material with a large average particle diameter, the specific capacity can be further reduced. This specification provides a positive electrode active material that can improve these problems.
니켈의 함량이 80몰% 이상인 니켈 리치(rich) 양극 활물질은 초기 효율이 80 내지 85% 정도로 개선이 요구된다. 첫번째 사이클에서 충전량 대비 방전량이 80-85% 수준이 되어 충전시 음극에 흡수된 리튬이온을 방전시 양극에서 재대로 수용하지 못하기 때문에 양극 활물질을 함유한 리튬전지의 용량이 감소하게 된다. 이러한 문제점을 해결하여 리튬전지의 초기효율을 향상시키기 위하여 양극 활물질의 일차 입자의 사이즈를 작게 유지하면서 일차입자를 균일도를 개선한다. Nickel-rich positive electrode active materials with a nickel content of 80 mol% or more require improvement in initial efficiency to about 80 to 85%. In the first cycle, the discharge amount compared to the charge amount reaches 80-85%, and the lithium ions absorbed in the negative electrode during charging cannot be properly accommodated in the positive electrode during discharge, so the capacity of the lithium battery containing the positive electrode active material decreases. In order to solve this problem and improve the initial efficiency of the lithium battery, the size of the primary particles of the positive electrode active material is kept small and the uniformity of the primary particles is improved.
일구현예에 따른 양극 활물질은 400nm 초과의 사이즈를 갖는 제1일차 입자와 150nm 미만의 사이즈를 갖는 제2일차 입자를 상술한 범위로 유지하면서 입자 균일도가 90% 이상으로 제어하여 초기 효율이 개선되고, 높은 극판밀도가 적용되어 용량이 개선된 리튬전지를 제조할 수 있다. The positive electrode active material according to one embodiment improves initial efficiency by controlling the particle uniformity to 90% or more while maintaining the first primary particles with a size of more than 400 nm and the second primary particles with a size of less than 150 nm within the above-mentioned range. , lithium batteries with improved capacity can be manufactured by applying high electrode density.
도 1a는 일구현예에 따른 양극 활물질에서 일차입자 (10) 및 이차입자 (11) 상태를 나타낸 것이고 도 1b는 도 1a와의 비교를 위하여 일반적인 양극 활물질 전구체인 판상형 양극 활물질 전구체를 이용하여 얻어진 양극 활물질의 일차입자 (10) 및 이차입자 (12) 상태를 나타낸 것이다. 도 1b의 이차입자 (12)의 입자들은 도 1a의 양극 활물질의 이차입자 (11)의 입자들보다 평균 크기가 크고 균일도가 작다.FIG. 1A shows the states of primary particles (10) and secondary particles (11) in a positive electrode active material according to an embodiment, and FIG. 1B shows a positive electrode active material obtained using a plate-shaped positive electrode active material precursor, which is a common positive electrode active material precursor, for comparison with FIG. 1A. This shows the primary particle (10) and secondary particle (12) states. The particles of the secondary particles 12 in FIG. 1B have a larger average size and less uniformity than the particles of the secondary particles 11 of the positive electrode active material in FIG. 1A.
이를 참조하면, 비표면적이 작은 판상형 양극 활물질 전구체를 리튬 전구체와 혼합하고 이를 열처리하면 도 1b에 나타난 바와 같이 큰 사이즈 및/또는 비균일한(non-uniform) 일차입자를 함유한 양극 활물질이 얻어진다. Referring to this, when a plate-shaped positive electrode active material precursor with a small specific surface area is mixed with a lithium precursor and heat-treated, a positive electrode active material containing large-sized and/or non-uniform primary particles is obtained, as shown in FIG. 1b. .
이에 비하여 비표면적이 8 내지 25m2/g이며 평균입경이 13.7㎛ 이상, 예를 들어 15㎛ 이상으로 반응성이 우수한 양극 활물질 전구체를 리튬 전구체와 혼합하고 이를 열처리하여 도 1a에 보여지는 것과 같이 대립일차입자가 생성되지 않으면서 입자 사이즈가 작고 입자 균일도가 우수한 일차입자를 함유한 양극 활물질을 얻을 수 있다. In comparison, a highly reactive positive electrode active material precursor with a specific surface area of 8 to 25 m 2 /g and an average particle diameter of 13.7 ㎛ or more, for example, 15 ㎛ or more, is mixed with a lithium precursor and heat-treated to obtain the primary difference as shown in FIG. 1a. It is possible to obtain a positive electrode active material containing primary particles with small particle size and excellent particle uniformity without generating particles.
양극 활물질 전구체의 비표면적은 예를 들어 10 내지 20m2/g, 예를 들어 11.76 내지 19.92m2/g이다. 그리고 양극 활물질 전구체의 평균입경은 13.7㎛ 이상, 예를 들어 15㎛ 이상, 예를 들어 17㎛ 이상, 예를 들어 15 내지 19.7㎛이다.The specific surface area of the positive electrode active material precursor is, for example, 10 to 20 m 2 /g, for example 11.76 to 19.92 m 2 /g. And the average particle diameter of the positive electrode active material precursor is 13.7 μm or more, for example, 15 μm or more, for example, 17 μm or more, for example, 15 to 19.7 μm.
일구현예에 따른 양극 활물질 전구체는 수직 면상 구조(vertical plate network structure) 형상을 갖는다. The positive electrode active material precursor according to one embodiment has a vertical plate network structure shape.
본 명세서에서 용어 "수직 면상 구조"는 플레이트 입자들이 전구체의 표면을 향해 성장한 것으로, 각 입자들간의 교차에 의해 표면에서 그물망 형태로 관측될 수 있다. 보다 구체적으로, 입자구조를 살펴보면 플레이트 입자의 두께가 플레이트 입자의 장축길이보다 작은 것을 의미할 수 있다. 한쪽 축 방향(즉 두께 방향)의 길이가 다른 방향의 장축길이에 비하여 작은 구조체를 의미한다. 여기에서 장축길이는 플레이트 입자의 가장 넓은 면을 기준으로 하여 최대 길이를 의미할 수 있다.As used herein, the term “vertical planar structure” refers to plate particles growing toward the surface of a precursor, and can be observed in the form of a mesh on the surface due to the intersection between individual particles. More specifically, looking at the particle structure, it may mean that the thickness of the plate particle is smaller than the major axis length of the plate particle. It refers to a structure in which the length of one axis direction (i.e., thickness direction) is smaller than the length of the major axis in the other direction. Here, the major axis length may mean the maximum length based on the widest side of the plate particle.
양극 활물질 전구체의 장축길이는 150 내지 2,000nm, 예를 들어 150 내지 1,500nm이다. 그리고 양극 활물질 전구체의 단축길이는 10 내지 100nm, 예를 들어 10 내지 50nm이다. 양극 활물질 전구체의 형상과 장축길이 및 단축길이는 SEM 분석을 통하여 확인가능하다. 양극 활물질 전구체의 어스펙트비는 5 내지 500, 예를 들어 10 내지 250, 예를 들어 20 내지 100이며, 어스펙트비는 장축 길이/단축 길이를 나타낸다.The major axis length of the positive electrode active material precursor is 150 to 2,000 nm, for example, 150 to 1,500 nm. And the minor axis length of the positive electrode active material precursor is 10 to 100 nm, for example, 10 to 50 nm. The shape and major and minor axis length of the positive electrode active material precursor can be confirmed through SEM analysis. The aspect ratio of the positive electrode active material precursor is 5 to 500, for example 10 to 250, for example 20 to 100, and the aspect ratio represents the major axis length/minor axis length.
이차입자는 양극 활물질의 총부피를 기준으로 하여 10% 이하의 기공도, 예를 들어 1 내지 10%, 예를 들어 1.5 내지 7%. 예를 들어 2 내지 6%, 예를 들어 1.8 내지 2.5%의 기공도를 갖는다. 이러한 기공도를 가질 때 방전시에 리튬 이온이 충분히 삽입가능하여 초기 효율이 향상된 리튬전지를 제조할 수 있다. 도 1b의 양극 활물질을 이용하는 경우에는 도 2b에 보여주고 있듯이 큰사이즈 및/또는 비균일한 일차 입자를 함유하는 이차입자 (12)를 함유하고 있고 1차 충전시 도 1a의 경우와 마찬가지로 충전용량은 유사하지만 1차 방전시 충분한 리튬을 받아들이지 못하여 초기효율이 감소된다. 예를 들어, 도 2a에 도시된 바와 같이, 충전된(charged) 1차 입자 (10a)는 1 차 방전 후에 방전된 입자 (10b)로 전환된다. 이와 대조적으로, 도 2b에 도시된 바와 같이, 충전된 1차 입자 (10a)의 일부만이 1 차 방전 후에 방전된 입자 (10b)로 전환된다.The secondary particles have a porosity of 10% or less, for example, 1 to 10%, for example, 1.5 to 7%, based on the total volume of the positive electrode active material. For example, it has a porosity of 2 to 6%, for example 1.8 to 2.5%. When this porosity is present, lithium ions can be sufficiently inserted during discharge, making it possible to manufacture a lithium battery with improved initial efficiency. When using the positive electrode active material of FIG. 1b, as shown in FIG. 2b, it contains secondary particles 12 containing large-sized and/or non-uniform primary particles, and during primary charging, as in the case of FIG. 1a, the charging capacity is It is similar, but initial efficiency is reduced because it does not accept enough lithium during the first discharge. For example, as shown in FIG. 2A, charged primary particles 10a are converted to discharged particles 10b after primary discharge. In contrast, as shown in FIG. 2B, only a portion of the charged primary particles 10a are converted to discharged particles 10b after the primary discharge.
도 1a의 양극 활물질은 도 1b의 양극 활물질에 비하여 대립 및/또는 비균일한 일차입자를 함유하지 않는다. 따라서 도 1a의 양극 활물질을 이용하면 도 2a에 나타난 바와 같이 방전시에 리튬 이온이 충분히 삽입 가능하여 초기 효율이 향상된 리튬전지를 제조할 수 있다.The positive electrode active material of FIG. 1A does not contain conflicting and/or non-uniform primary particles compared to the positive electrode active material of FIG. 1B. Therefore, by using the positive electrode active material of FIG. 1A, a lithium battery with improved initial efficiency can be manufactured by allowing sufficient insertion of lithium ions during discharge, as shown in FIG. 2A.
일구현예에 따른 리튬전지의 초기 효율은 93% 이상, 예를 들어 95% 이상, 예를 들어 95 내지 99%이다. The initial efficiency of the lithium battery according to one embodiment is 93% or more, for example, 95% or more, for example, 95 to 99%.
일구현예에 따른 양극 활물질은 표면 잔류 리튬의 함량이 감소하여 양극활물질의 열화가 억제되고 가스 발생이 감소하여 리튬전지의 열적 안정성이 향상될 수 있다. 그리고 일차 입자들의 충방전에 따른 부피 변화를 수용하여 일차 입자들의 균열 또는 파괴를 억제함에 의하여 장기간 충방전 후에도 양극 활물질의 기계적 강도 저하를 억제할 수 있다. 그리고 층상(layered) 결정 구조를 갖는 니켈계 리튬전이금속 산화물과 전해액의 부반응을 효율적으로 억제할 수 있고, 리튬전지의 내부 저항이 감소되어 리튬전지의 사이클 특성이 개선될 수 있다.The positive electrode active material according to one embodiment reduces the content of residual lithium on the surface, thereby suppressing deterioration of the positive electrode active material and reducing gas generation, thereby improving the thermal stability of the lithium battery. In addition, by accommodating volume changes due to charging and discharging of primary particles and suppressing cracking or destruction of primary particles, a decrease in the mechanical strength of the positive electrode active material can be suppressed even after long-term charging and discharging. In addition, side reactions between the nickel-based lithium transition metal oxide having a layered crystal structure and the electrolyte can be efficiently suppressed, and the internal resistance of the lithium battery is reduced, thereby improving the cycle characteristics of the lithium battery.
상기 층상(layered) 결정 구조를 갖는 니켈계 리튬전이금속 산화물은 암염 층상구조(R-3m 공간군)에 속한다. 상술한 결정 구조를 가짐으로써 양극 활물질을 포함하는 리튬전지의 사이클 특성 및 열안정성이 더 개선될 수 있다.The nickel-based lithium transition metal oxide having the layered crystal structure belongs to the rock salt layered structure (R-3m space group). By having the above-described crystal structure, the cycle characteristics and thermal stability of a lithium battery including a positive electrode active material can be further improved.
상기 용어 "입계(grain boundary)"는 두 개의 인접된 일차 입자의 interface를 말한다. 이 때 상기 일차 입자간의 계면은 이차 입자의 내부에 존재한다.The term “grain boundary” refers to the interface of two adjacent primary particles. At this time, the interface between the primary particles exists inside the secondary particles.
용어 "일차 입자"는 서로 함께 응집되어 이차 입자를 형성하며, 일차 입자는 로드(rod)형, 사각형 또는 그 조합 형태까지 다양한 형태를 가질 수 있다. 그리고 용어 "이차 입자"는 더 이상 응집되지 않은 입자를 말하며, 구형 특성을 갖고 있다. The term “primary particles” refers to agglomerates together to form secondary particles, and the primary particles may have various shapes, including rod-shaped, square, or a combination thereof. And the term "secondary particles" refers to particles that are no longer agglomerated and have spherical properties.
본 명세서에서 용어 "사이즈"는 입자가 구형인 경우 평균입경을 나타내며 입자가 비구형인 경우에는 장축길이를 나타낼 수 있다. 입자 사이즈는 예를 들어 SEM을 이용하여 측정될 수 있다.In this specification, the term "size" may represent the average particle diameter when the particle is spherical, and may represent the major axis length when the particle is non-spherical. Particle size can be measured using SEM, for example.
양극 활물질에서 니켈계 리튬전이금속산화물이 포함하는 전이금속 중에서 니켈의 함량이 80mol% 이상, 예를 들어 90mol% 이상, 예를 들어 또는 95mol% 이상일 수 있다. 니켈의 함량이 상술한 범위를 갖는 니켈계 리튬전이금속산화물을 이용하면 고용량화된 리튬전지를 제작할 수 있다.In the positive electrode active material, the nickel content among the transition metals included in the nickel-based lithium transition metal oxide may be 80 mol% or more, for example, 90 mol% or more, for example, or 95 mol% or more. A high-capacity lithium battery can be manufactured by using a nickel-based lithium transition metal oxide with a nickel content within the above-mentioned range.
층상(layered) 결정 구조를 갖는 니켈계 리튬전이금속 산화물은 하기 화학식 1 내지 4로 표시되는 화합물 중에서 선택된 하나일 수 있다.The nickel-based lithium transition metal oxide having a layered crystal structure may be one selected from compounds represented by the following formulas 1 to 4.
[화학식 1][Formula 1]
LixNi1 -y-z- αCoyMnzMeαO2 Li x Ni 1 -yz- α Co y Mn z Me α O 2
화학식 1중, 1≤x≤1.1, 0≤y≤0.2, 0≤z≤0.2, 0≤α≤0.05In formula 1, 1≤x≤1.1, 0≤y≤0.2, 0≤z≤0.2, 0≤α≤0.05
Me이 Zr, Al, Mg, Ti, Cu, W 및 B로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속이며, y+z+α≤0.3이고,Me is one or more metals selected from the group consisting of Zr, Al, Mg, Ti, Cu, W and B, and y+z+α≤0.3,
[화학식 2] [Formula 2]
LixCo1 - yMyO2 - αXα Li x Co 1 - y M y O 2 - α
[화학식 3][Formula 3]
LixNi1 - yMeyO2 - αXα Li x Ni 1 - y Me y O 2 - α
[화학식 4][Formula 4]
LixNi1 -y- zMnyMazO2 - αXα Li x Ni 1 -y- z Mn y Ma z O 2 - α
화학식 2 내지 4 중, x, y, α, 및 Me는 서로 독립적으로 선택될 수 있고, 1≤x≤1.1, 0≤y≤0.9, 0<z≤0.2, 0≤α≤2이며,M이 Ni, Mn, Zr, Al, Mg, Ag, Mo, Ti, V, Cr, Fe, Cu 및 B로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속이며, Me가 Co, Zr, Al, Mg, Ag, Mo, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Cu 및 B로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속이며, Ma가 Co, Zr, Al, Mg, Ag, Mo, Ti, V, Cr, Fe, Cu 및 B로 이루어진 군에서 선택된 하나의 금속이며, X가 F, S 및 P 로 이루어진 군에서 선택되는 원소이다.In Formulas 2 to 4, x, y, α, and Me may be selected independently of each other, 1≤x≤1.1, 0≤y≤0.9, 0<z≤0.2, 0≤α≤2, and M is One or more metals selected from the group consisting of Ni, Mn, Zr, Al, Mg, Ag, Mo, Ti, V, Cr, Fe, Cu, and B, and Me is Co, Zr, Al, Mg, Ag, Mo, Ti , V, Cr, Mn, Fe, Cu, and B, and Ma is a group consisting of Co, Zr, Al, Mg, Ag, Mo, Ti, V, Cr, Fe, Cu, and B. It is a metal selected from , and X is an element selected from the group consisting of F, S, and P.
화학식 2 내지 4에서 x는 1.00 내지 1.09, 예를 들어 1.03 내지 1.09이며, 예를 들어 1.03, 1.06 또는 1.09이다.In formulas 2 to 4 x is 1.00 to 1.09, for example 1.03 to 1.09, for example 1.03, 1.06 or 1.09.
상기 층상(layered) 결정 구조를 갖는 니켈계 리튬전이금속 산화물은 하기 화학식 5 내지 7로 표시되는 화합물 중에서 선택된 하나이다. The nickel-based lithium transition metal oxide having a layered crystal structure is one selected from compounds represented by the following formulas 5 to 7.
[화학식 5][Formula 5]
Li[Li1-aMea]O2 +d Li[Li 1-a Me a ]O 2 +d
화학식 5 중, 0.8≤a<1, 0≤d≤0.1이며,In Formula 5, 0.8≤a<1, 0≤d≤0.1,
상기 Me가 Ni, Co, Mn, Al, V, Cr, Fe, Zr, Re, B, Ge, Ru, Sn, Ti, Nb, Mo 및 Pt로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속이며,wherein Me is one or more metals selected from the group consisting of Ni, Co, Mn, Al, V, Cr, Fe, Zr, Re, B, Ge, Ru, Sn, Ti, Nb, Mo and Pt,
[화학식 6][Formula 6]
Li[Li1-x-y-zMaxMbyMcz]O2+d Li[Li 1-xyz Ma x Mb y Mc z ]O 2+d
화학식 6 중, 0.8≤x+y+z<1, 0<x<1, 0<y<1, 0<z<1, 0≤d≤0.1이며,In Formula 6, 0.8≤x+y+z<1, 0<x<1, 0<y<1, 0<z<1, 0≤d≤0.1,
상기 Ma, Mb, Mc가 서로 독립적으로 Mn, Co, Ni, 및 Al로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속이며,Ma, Mb, and Mc are independently one or more metals selected from the group consisting of Mn, Co, Ni, and Al,
[화학식 7][Formula 7]
Li[Li1-x-y-zNixCoyMnz]O2+d Li[Li 1-xyz Ni x Co y Mn z ]O 2+d
화학식 7 중, 0.8≤x+y+z<1; 0<x<1, 0<y<1, 0<z<1, 0≤d≤0.1이다.In Formula 7, 0.8≤x+y+z<1; 0<x<1, 0<y<1, 0<z<1, 0≤d≤0.1.
상기 층상(layered) 결정 구조를 갖는 니켈계 리튬전이금속 산화물은 예를 들어 하기 화학식 8로 표시되는 화합물일 수 있다.For example, the nickel-based lithium transition metal oxide having the layered crystal structure may be a compound represented by the following formula (8).
[화학식 8][Formula 8]
aLi2MnO3-(1-a)LiMO2 aLi 2 MnO 3 -(1-a)LiMO 2
화학식 8 중, 0<a<1이며,In Formula 8, 0<a<1,
M은 니켈(Ni), 코발트(Co), 망간(Mn), 바나듐(V), 크롬(Cr), 철(Fe), 지르코늄(Zr), 레늄(Re), 알루미늄(Al), 보론(B), 게르마늄(Ge), 루테늄(Ru), 주석(Sn), 티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo) 및 백금(Pt) 중에서 선택된 2 이상의 원소이다.M is nickel (Ni), cobalt (Co), manganese (Mn), vanadium (V), chromium (Cr), iron (Fe), zirconium (Zr), rhenium (Re), aluminum (Al), and boron (B ), germanium (Ge), ruthenium (Ru), tin (Sn), titanium (Ti), niobium (Nb), molybdenum (Mo), and platinum (Pt).
상기 층상(layered) 결정 구조를 갖는 니켈계 리튬전이금속 산화물은 하기 화학식 9로 표시되는 화합물일 수 있다.The nickel-based lithium transition metal oxide having the layered crystal structure may be a compound represented by the following formula (9).
[화학식 9][Formula 9]
LixNi1 -y- zMyCozO2 Li x Ni 1 -y- z M y Co z O 2
화학식 9중, 0.90≤x≤1.1, 0≤y≤0.2, 0<z≤0.2, 0.8≤1-y-z≤0.99이다.In Formula 9, 0.90≤x≤1.1, 0≤y≤0.2, 0<z≤0.2, 0.8≤1-y-z≤0.99.
M은 망간(Mn), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti) 및 칼슘(Ca)으로 이루어진 군으로부터 선택된다.M is selected from the group consisting of manganese (Mn), aluminum (Al), titanium (Ti), and calcium (Ca).
화학식 9에서는 1-y-z은 예를 들어 0.8 내지 0.91이다. In Formula 9, 1-y-z is, for example, 0.8 to 0.91.
화학식 9에서 x는 1.0 내지 1.09이며, 예를 들어 1.03 내지 1.09이며, 예를 들어 1.03, 1.06 또는 1.09이다.In formula 9 x is 1.0 to 1.09, for example 1.03 to 1.09, for example 1.03, 1.06 or 1.09.
니켈계 리튬전이금속 산화물은 예를 들어 Li1 . 03[Ni0.91Co0.06Mn0.03]O2 , Li1.03[Ni0.88Co0.08Mn0.04]O2, Li1 . 03[Ni0.8Co0.15Mn0.05]O2 , Li1 . 03[Ni0.85Co0.10Mn0.05]O2, Li1.03[Ni0.91Co0.05Mn0.04]O2, Li1 . 05[Ni0.91Co0.06Mn0.03]O2 , Li1 . 05[Ni0.88Co0.08Mn0.04]O2 , Li1.05[Ni0.8Co0.15Mn0.05]O2, Li1 . 05[Ni0.85Co0.10Mn0.05]O2, Li1 . 05[Ni0.91Co0.05Mn0.04]O2, Li1 .06[Ni0.91Co0.06Mn0.03]O2, Li1 . 06[Ni0.88Co0.08Mn0.04]O2 , Li1 . 06[Ni0.8Co0.15Mn0.05]O2 , Li1.06[Ni0.85Co0.10Mn0.05]O2, Li1 . 06[Ni0.91Co0.05Mn0.04]O2 ; Li1 . 09[Ni0.91Co0.06Mn0.03]O2 , Li1.09[Ni0.88Co0.08Mn0.04]O2, Li1 . 09[Ni0.8Co0.15Mn0.05]O2 , Li1 . 09[Ni0.85Co0.10Mn0.05]O2, 또는 Li1.09[Ni0.91Co0.05Mn0.04]O2이다.Nickel-based lithium transition metal oxide is, for example, Li 1 . 03 [Ni 0.91 Co 0.06 Mn 0.03 ]O 2 , Li 1.03 [Ni 0.88 Co 0.08 Mn 0.04 ]O 2 , Li 1 . 03 [Ni 0.8 Co 0.15 Mn 0.05 ]O 2 , Li 1 . 03 [Ni 0.85 Co 0.10 Mn 0.05 ]O 2 , Li 1.03 [Ni 0.91 Co 0.05 Mn 0.04 ]O 2 , Li 1 . 05 [Ni 0.91 Co 0.06 Mn 0.03 ]O 2 , Li 1 . 05 [Ni 0.88 Co 0.08 Mn 0.04 ]O 2 , Li 1.05 [Ni 0.8 Co 0.15 Mn 0.05 ]O 2 , Li 1 . 05 [Ni 0.85 Co 0.10 Mn 0.05 ]O 2 , Li 1 . 05 [Ni 0.91 Co 0.05 Mn 0.04 ]O 2, Li 1.06 [Ni 0.91 Co 0.06 Mn 0.03 ] O 2 , Li 1 . 06 [Ni 0.88 Co 0.08 Mn 0.04 ]O 2 , Li 1 . 06 [Ni 0.8 Co 0.15 Mn 0.05 ]O 2 , Li 1.06 [Ni 0.85 Co 0.10 Mn 0.05 ]O 2 , Li 1 . 06 [Ni 0.91 Co 0.05 Mn 0.04 ]O 2 ; Li 1 . 09 [Ni 0.91 Co 0.06 Mn 0.03 ]O 2 , Li 1.09 [Ni 0.88 Co 0.08 Mn 0.04 ]O 2 , Li 1 . 09 [Ni 0.8 Co 0.15 Mn 0.05 ]O 2 , Li 1 . 09 [Ni 0.85 Co 0.10 Mn 0.05 ]O 2 , or Li 1.09 [Ni 0.91 Co 0.05 Mn 0.04 ]O 2 .
양극활물질에서 일차 입자의 평균 입경은 0.01 내지 1 ㎛, 예를 들어 0.2 내지 0.4㎛일 수 있으나 반드시 이러한 범위로 한정되지 않으며 향상된 충방전 특성을 제공할 수 있는 범위 내에서 조절될 수 있다.The average particle diameter of the primary particles in the positive electrode active material may be 0.01 to 1 ㎛, for example, 0.2 to 0.4 ㎛, but is not necessarily limited to this range and can be adjusted within a range that can provide improved charge and discharge characteristics.
양극 활물질에서 일차 입자가 응집된 이차 입자의 평균 입경은 약 1㎛ 내지 약 30㎛, 예를 들어 10 내지 20㎛, 예를 들어 약 13㎛ 내지 약 15㎛일 수 있으나 반드시 이러한 범위로 한정되지 않으며 향상된 충방전 특성을 제공할 수 있는 범위 내에서 조절될 수 있다.The average particle diameter of the secondary particles in which the primary particles are aggregated in the positive electrode active material may be about 1㎛ to about 30㎛, for example, 10 to 20㎛, for example, about 13㎛ to about 15㎛, but is not necessarily limited to this range. It can be adjusted within a range that can provide improved charge/discharge characteristics.
일구현예에 의하면, 양극활물질에서 입계가 약 50nm 내지 약 1000nm의 평균 입계 길이를 가지며, 약 1nm 내지 200nm의 평균 입계 두께를 가지며, 길이의 방향이 인접하는 일차 입자의 표면에 대하여 평행이며, 두께의 방향이 인접하는 일차 입자의 표면에 대하여 수직일 수 있다. 이러한 평균 입계 길이 및 평균 입계 두께의 범위 내에서 더욱 향상된 충방전 특성을 제공할 수 있다. According to one embodiment, the grain boundaries in the positive electrode active material have an average grain boundary length of about 50 nm to about 1000 nm, an average grain boundary thickness of about 1 nm to 200 nm, the direction of the length is parallel to the surface of the adjacent primary particle, and the thickness The direction may be perpendicular to the surface of the adjacent primary particle. Within this range of average grain boundary length and average grain boundary thickness, further improved charge and discharge characteristics can be provided.
다른 일구현예에 따라 양극 활물질의 제조방법이 제공된다.According to another embodiment, a method for manufacturing a positive electrode active material is provided.
상기 제조방법은 양극 활물질 전구체와 리튬 전구체를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계를 포함하며, 양극 활물질 전구체는 약 8 square meters per gram 내지 약 25 square meters per gram의 비표면적을 가지며, 평균 입자 직경이 약 13.7 ㎛이상이고, 상기 양극 활물질 전구체가 니켈 함유 리튬 전이 금속 산화물의 수직 면상 네트워크-구조 전구체(vertical plate network-structured precursor)이다. 상기 혼합물을 열처리하여 제 1 생성물(first product)을 생성시키는 단계; 제 1 생성물을 물로 세정하여 세정된 생성물을 제조하는 단계; 세정된 생성물을 건조시켜 건조된 생성물을 생성시키는 단계; 및 상기 건조된 생성물을 열처리하여 양극 활물질을 제조하는 단계를 포함하되, 상기 제2열처리 온도는 상기 열처리 된 제1열처리온도보다 낮다.The manufacturing method includes preparing a mixture by mixing a positive electrode active material precursor and a lithium precursor, wherein the positive electrode active material precursor has a specific surface area of about 8 square meters per gram to about 25 square meters per gram and an average particle diameter of about. 13.7 ㎛ or more, and the positive electrode active material precursor is a vertical plate network-structured precursor of nickel-containing lithium transition metal oxide. heat-treating the mixture to produce a first product; washing the first product with water to produce a washed product; drying the washed product to produce a dried product; and manufacturing a positive electrode active material by heat treating the dried product, wherein the second heat treatment temperature is lower than the first heat treatment temperature.
다른 일구현예에 따라 양극 활물질은 상술한 양극 활물질의 전구체 및 리튬 전구체를 혼합하고 이를 1차 열처리하는 단계; 상기 1차 열처리된 생성물을 물로 세정하고 건조하는 단계; 건조된 생성물을 2차 열처리하는 단계를 포함하여 제조할 수 있다.According to another embodiment, the positive electrode active material includes the steps of mixing the above-described positive electrode active material precursor and a lithium precursor and performing a first heat treatment thereof; Washing the first heat-treated product with water and drying it; It can be manufactured including the step of secondary heat treatment of the dried product.
상기 과정에 따라 얻어진 합성된 활물질의 잔류리튬을 제거하기 위해, 세정/코팅 및 열처리를 추가로 진행할 수 있고, 탈수처리된 LiOH를 원료물질로 사용하여, 열처리시간 단축 및 생산량 증가 효과를 얻을 수 있다. 세정후 열처리는 예를 들어 150 내지 800℃ 범위에서 코팅 물질에 따라 넓은 범위에서 수행할 수 있다.To remove residual lithium from the synthesized active material obtained according to the above process, additional cleaning/coating and heat treatment can be performed, and by using dehydrated LiOH as a raw material, the heat treatment time can be shortened and the production volume increased. . Heat treatment after cleaning can be performed in a wide range, for example in the range of 150 to 800°C, depending on the coating material.
상기 양극 활물질 전구체는 양극 활물질 전구체 형성용 금속 원료, 착화제 및 pH 조절제를 혼합하여 얻은 혼합물의 pH를 제어한 다음, 반응을 실시하여 제조될 수 있다.The positive electrode active material precursor may be manufactured by controlling the pH of the mixture obtained by mixing a metal raw material for forming the positive active material precursor, a complexing agent, and a pH adjuster, and then performing a reaction.
상기 1차 열처리 및 2차 열처리는 산화성 가스 분위기하에서 실시하며 산화성 가스 분위기는 산소 또는 공기를 이용하여 구현된다. The first heat treatment and the second heat treatment are performed in an oxidizing gas atmosphere, and the oxidizing gas atmosphere is implemented using oxygen or air.
1차 열처리 및 2차 열처리는 예를 들어 600 내지 900℃, 예를 들어 730 내지 760℃, 예를 들어 740 내지 750℃에서 실시한다. 2차 열처리는 1차 열처리에 비하여 낮은 온도에서 실시할 수 있다.The primary heat treatment and secondary heat treatment are carried out at, for example, 600 to 900°C, for example 730 to 760°C, for example 740 to 750°C. Secondary heat treatment can be performed at a lower temperature than primary heat treatment.
1차 열처리는 예를 들어 650 내지 800℃, 예를 들어 700 내 750℃, 예를 들어 730 내지 750℃에서 20 내지 30시간 동안 실시될 수 있다. 2차 열처리는 예를 들어 650 내지 800℃, 예를 들어 700 내 750℃에서 10 내지 30시간 동안 실시될 수 있다.The primary heat treatment may be carried out at, for example, 650 to 800°C, for example 700 to 750°C, for example 730 to 750°C for 20 to 30 hours. The secondary heat treatment may be performed at, for example, 650 to 800°C, for example, 700 to 750°C for 10 to 30 hours.
일구현예에 의하면, 1차 열처리는 730 내지 750℃에서 20 내지 30시간 동안 실시하며 2차 열처리는 720℃에서 24시간동안 실시할 수 있다. According to one embodiment, the first heat treatment may be performed at 730 to 750°C for 20 to 30 hours, and the second heat treatment may be performed at 720°C for 24 hours.
상기 1차 및 2차 열처리시 승온속도는 0.5 내지 10℃/min, 예를 들어 1 내지 2℃/min의 범위로 제어한다. The temperature increase rate during the first and second heat treatments is controlled in the range of 0.5 to 10°C/min, for example, 1 to 2°C/min.
상기 1차 열처리된 생성물을 물로 세정하고 건조하는 단계에서 건조는 50 내지 150℃에서 실시될 수 있다. 물로 세정 및 건조하는 단계를 통하여 양극 활물질 표면에 존재하는 잔류리튬을 효율적으로 제거할 수 있다.In the step of washing and drying the first heat-treated product with water, drying may be performed at 50 to 150°C. Residual lithium present on the surface of the positive electrode active material can be efficiently removed through washing and drying with water.
1차 열처리온도에서 열처리를 유지하는 시간은 1차 열처리온도에 따라 달라지지만, 예를 들어 2 내지 20 시간, 예를 들어 5 내지 15 시간 범위이다.The time for maintaining the heat treatment at the primary heat treatment temperature varies depending on the primary heat treatment temperature, but ranges from 2 to 20 hours, for example from 5 to 15 hours.
2차 열처리온도는 1차 열처리온도에 비하여 낮은 온도이므로 1차 열처리온도에서 2차 열처리온도로 낮추는 속도(강온속도)는 예를 들어 1 내지 10℃/min이다. 이러한 열처리 온도에 도달하도록 강온속도를 0.5 내지 10℃/min, 예를 들어 약 0.8 내지 2.5℃/min의 범위로 제어한다. Since the secondary heat treatment temperature is lower than the primary heat treatment temperature, the rate of lowering from the primary heat treatment temperature to the secondary heat treatment temperature (temperature reduction rate) is, for example, 1 to 10°C/min. To reach this heat treatment temperature, the temperature lowering rate is controlled in the range of 0.5 to 10°C/min, for example, about 0.8 to 2.5°C/min.
상기 과정에 따라 얻은 양극 활물질은 압연후 밀도가 2.8g/cc 이상, 예를 들어 2.9 내지 3.1g/cc이다. The positive electrode active material obtained according to the above process has a density of 2.8 g/cc or more, for example, 2.9 to 3.1 g/cc after rolling.
건조한 후 코발트 함유 염 등을 이용하여 양극 활물질 표면에 리튬코발트산화물 코팅막을 형성할 수 있다. After drying, a lithium cobalt oxide coating film can be formed on the surface of the positive electrode active material using a cobalt-containing salt, etc.
상술한 양극 활물질 전구체는 상술한 양극 활물질을 제조할 때 사용되는 수산화물, 탄산염, 옥살산염 등을 이용할 수 있다.The above-mentioned positive electrode active material precursor may be hydroxide, carbonate, oxalate, etc. used in manufacturing the above-mentioned positive electrode active material.
이러한 양극 활물질 전구체는 예를 들어 코발트 전구체, 니켈 전구체, 망간 전구체를 혼합하고 여기에 용매를 혼합하여 금속 전구체 혼합물을 얻는다. 이 전구체 혼합물의 공침 반응을 실시하여 침전물을 형성하고 이를 열처리하여 목적하는 양극 활물질 전구체를 얻을 수 있다.This positive electrode active material precursor is obtained by mixing, for example, a cobalt precursor, a nickel precursor, and a manganese precursor and mixing a solvent thereto to obtain a metal precursor mixture. A coprecipitation reaction of this precursor mixture is performed to form a precipitate, which is then heat-treated to obtain the desired positive electrode active material precursor.
상기 용매로는 물을 이용한다. 상기 금속 전구체 혼합물은 용매로서 물을 함유하여 금속 전구체 수용액일 수 있다.Water is used as the solvent. The metal precursor mixture may contain water as a solvent and may be an aqueous metal precursor solution.
상기 금속 전구체 혼합물의 공침 반응시 암모니아수와 같은 착화제를 부가하고 수산화나트륨 수용액과 같은 pH 조절제를 이용하여 반응 혼합물의 pH를 제어한다.During the coprecipitation reaction of the metal precursor mixture, a complexing agent such as aqueous ammonia is added and the pH of the reaction mixture is controlled using a pH adjuster such as aqueous sodium hydroxide solution.
암모니아수의 농도는 예를 들어 20 내지 35중량%, 예를 들어 28중량%이다. 그리고 수산화나트륨 용액의 농도는 예를 들어 15 내지 40 중량%, 예를 들어 20 내지 35 중량%이다. The concentration of ammonia water is for example 20 to 35% by weight, for example 28% by weight. And the concentration of the sodium hydroxide solution is for example 15 to 40% by weight, for example 20 to 35% by weight.
양극 활물질 전구체의 입형과 비표면적, 평균입경 등의 사이즈와 같은 물성은 전구체 제조시 금속 전구체의 농도, 암모니아수와 같은 착화제와 전이금속의 혼합비, 반응온도, 교반기 속도, 반응시간 및 pH 범위의 영향을 받는다.Physical properties such as size, particle shape, specific surface area, and average particle diameter of the positive electrode active material precursor are influenced by the concentration of the metal precursor when manufacturing the precursor, the mixing ratio of transition metal and complexing agent such as ammonia water, reaction temperature, stirrer speed, reaction time, and pH range. receive
일구현예에 의하면, 상기 공침반응의 온도는 30 내지 50℃, 예를 들어 40 내지 45℃이고 착화제와, 금속 전구체 혼합물에서 금속의 혼합비는 예를 들어 1:0.3 내지 1:0.55, 예를 들어 1:0.45 내지 1:0.5 몰비이다. 여기에서 금속은 양극 활물질 제조시 양극 활물질에서 리튬 이외에 함유된 니켈, 코발트 및 망간과 같은 전이금속을 지칭한다. According to one embodiment, the temperature of the coprecipitation reaction is 30 to 50° C., for example, 40 to 45° C., and the mixing ratio of the complexing agent and the metal in the metal precursor mixture is, for example, 1:0.3 to 1:0.55, for example. For example, the molar ratio is 1:0.45 to 1:0.5. Here, metal refers to transition metals such as nickel, cobalt, and manganese contained in the positive electrode active material in addition to lithium when manufacturing the positive electrode active material.
코발트 전구체, 니켈 전구체, 망간 전구체와 같은 금속 전구체의 농도는 예를 들어 0.5 내지 1.0M, 예를 들어 0.75 내지 1M이다. 그리고 반응 혼합물의 pH 범위는 예를 들어 10 내지 11이고 반응 혼합물의 교반속도는 300 내지 500rpm(revolutions per minute)이다. 반응시간은 상술한 조건에 따라 가변적이지만 예를 들어 11 내지 30시간 범위, 예를 16 내지 26시간이다.The concentration of metal precursors such as cobalt precursor, nickel precursor, manganese precursor is for example 0.5 to 1.0M, for example 0.75 to 1M. And the pH range of the reaction mixture is, for example, 10 to 11 and the stirring speed of the reaction mixture is 300 to 500 rpm (revolutions per minute). The reaction time varies depending on the conditions described above, but ranges from 11 to 30 hours, for example from 16 to 26 hours.
코발트 전구체, 니켈 전구체, 망간 전구체는 각각 코발트, 니켈, 망간을 함유한 클로라이드, 설페이트, 나이트레이트 등을 사용할 수 있다. As the cobalt precursor, nickel precursor, and manganese precursor, chloride, sulfate, and nitrate containing cobalt, nickel, and manganese can be used, respectively.
상술한 양극 활물질 전구체 제조시 열처리후 물을 이용한 수세 과정 및 건조과정을 거칠 수 있다. When manufacturing the above-described positive electrode active material precursor, heat treatment may be followed by a washing process using water and a drying process.
일구현예에 따른 양극 활물질의 압연밀도는 2.7g/cc 이상이며, 예를 들어 2.7 내지 3.08g/cc이다. The rolling density of the positive electrode active material according to one embodiment is 2.7 g/cc or more, for example, 2.7 to 3.08 g/cc.
일구현예에 따른 양극 활물질은 양극 제조시 대입경 양극 활물질로 사용될 수 있다. 소입경 양극 활물질과 혼합되어 바이모달 양극 활물질로 이용될 수 있다. 대입경 양극 활물질과 소입경 양극 활물질의 혼합물인 바이모달 양극 활물질의 압연밀도는 3.3g/cc 이상이며, 예를 들어 3.5 내지 4.0g/cc, 예를 들어 3.6 내지 4.00g/cc, 예를 들어 3.6 내지 4.0g/cc이다.The positive electrode active material according to one embodiment may be used as a large particle diameter positive electrode active material when manufacturing a positive electrode. It can be mixed with a small particle size positive electrode active material and used as a bimodal positive electrode active material. The rolling density of the bimodal positive electrode active material, which is a mixture of a large particle size positive electrode active material and a small particle size positive electrode active material, is 3.3 g/cc or more, for example 3.5 to 4.0 g/cc, for example 3.6 to 4.00 g/cc, for example. It is 3.6 to 4.0 g/cc.
상기 소입경 양극 활물질의 평균입경은 예를 들어 2 내지 5㎛이다. 그리고 대입경 양극 활물질의 평균입경은 15㎛ 이상, 예를 들어 16 내지 25㎛일 수 있다. 대입경 양극 활물질과 소입경 양극 활물질의 혼합중량비는 1:99 내지 99:1이며, 예를 들어 1:9 내지 9:1이며, 예를 들어 6:4 내지 7:3이다. The average particle diameter of the small-diameter positive electrode active material is, for example, 2 to 5 μm. And the average particle diameter of the large particle diameter positive active material may be 15㎛ or more, for example, 16 to 25㎛. The mixing weight ratio of the large particle size positive electrode active material and the small particle size positive active material is 1:99 to 99:1, for example, 1:9 to 9:1, for example, 6:4 to 7:3.
일구현예에 따른 리튬전지는 3.5V에서 방전한 후, 양극 활물질의 X선 회절 분석으로부터 얻어진 결정 격자 상수 a는 방전하기 이전의 양극 활물질의 결정격자 상수 a 대비 0.1 내지 0.5%로 감소하고 c축 상수가 0.1 내지 0.5%로 증가할 수 있다. In the lithium battery according to one embodiment, after discharging at 3.5V, the crystal lattice constant a obtained from The constant can be increased from 0.1 to 0.5%.
다른 일구현예에 따른 양극은 상술한 양극 활물질을 포함할 수 있다.A positive electrode according to another embodiment may include the positive electrode active material described above.
양극은 예를 들어, 상술한 양극 활물질, 도전제, 결합제 및 용매를 혼합하여 양극 활물질 조성물을 준비한다. 상기 양극 활물질 조성물을 알루미늄 집전체상에 직접 코팅 및 건조하여 양극 활물질층이 형성된 양극을 제조할 수 있다. 다르게는, 상기 양극 활물질 조성물을 별도의 지지체상에 캐스팅한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 상기 알루미늄 집전체 상에 라미네이션하여 양극 활물질층이 형성된 양극을 제조할 수 있다.For example, a positive electrode active material composition is prepared by mixing the above-described positive electrode active material, conductive agent, binder, and solvent. The positive electrode active material composition can be directly coated and dried on an aluminum current collector to manufacture a positive electrode with a positive electrode active material layer. Alternatively, the positive electrode active material composition may be cast on a separate support, and then the film obtained by peeling from the support may be laminated on the aluminum current collector to produce a positive electrode with a positive active material layer formed thereon.
도전제로는 카본 블랙, 흑연 미립자, 천연 흑연, 인조 흑연, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 탄소섬유; 탄소나노튜브; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유 또는 금속 튜브; 폴리페닐렌 유도체와 같은 전도성 고분자 등이 사용될 수 있으나 이들로 한정되지 않으며 당해 기술 분야에서 도전제로 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다.Conductive agents include carbon black, graphite particles, natural graphite, artificial graphite, acetylene black, Ketjen black, and carbon fiber; carbon nanotubes; Metal powder or metal fiber or metal tube such as copper, nickel, aluminum, silver, etc.; Conductive polymers such as polyphenylene derivatives may be used, but are not limited to these, and any conductive agent that can be used in the relevant technical field can be used.
결합제로는 비닐리덴플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 전술한 고분자들의 혼합물, 스티렌 부타디엔 고무계 폴리머 등이 사용될 수 있으며, 용매로는 N-메틸피롤리돈(NMP), 아세톤, 물 등이 사용될 수 있으나 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해기술 분야에서 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다.Binders include vinylidene fluoride/hexafluoropropylene copolymer, polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polymethyl methacrylate, polytetrafluoroethylene (PTFE), mixtures of the above polymers, and styrene butadiene rubber. Polymers, etc. may be used, and solvents such as N-methylpyrrolidone (NMP), acetone, water, etc. may be used, but are not necessarily limited to these and any solvent that can be used in the art is possible.
상기 양극활물질, 도전제, 결합제 및 용매의 함량은 리튬 전지에서 통상적으로 사용하는 수준이다. 리튬전지의 용도 및 구성에 따라 상기 도전제, 결합제 및 용매 중 하나 이상이 생략될 수 있다.The contents of the positive electrode active material, conductive agent, binder, and solvent are levels commonly used in lithium batteries. Depending on the use and configuration of the lithium battery, one or more of the conductive agent, binder, and solvent may be omitted.
또한, 상기 양극은 상술한 양극 활물질 외에 다른 일반적인 양극 활물질을 추가적으로 포함할 수 있다.Additionally, the positive electrode may additionally include other general positive electrode active materials in addition to the positive electrode active materials described above.
상기 일반적인 양극 활물질은 리튬함유 금속산화물로서, 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이면 제한 없이 모두 사용될 수 있다. 예를 들어, 코발트, 망간, 니켈, 및 이들의 조합에서 선택되는 금속과 리튬과의 복합 산화물 중 1종 이상의 것을 사용할 수 있으며, 그 구체적인 예로는, LiaA1 - bBbD2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 및 0 ≤ b ≤ 0.5이다); LiaE1 - bBbO2 - cDc(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05이다); LiE2 - bBbO4 - cDc(상기 식에서, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05이다); LiaNi1 -b- cCobBcDα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤ 2이다); LiaNi1 -b- cCobBcO2 - αFα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNi1 -b- cCobBcO2 - αF2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNi1 -b- cMnbBcDα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤ 2이다); LiaNi1 -b- cMnbBcO2 - αFα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNi1 -b- cMnbBcO2 - αF2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNibEcGdO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0.001 ≤ d ≤ 0.1이다.); LiaNibCocMndGeO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0 ≤ d ≤0.5, 0.001 ≤ e ≤ 0.1이다.); LiaNiGbO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaCoGbO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaMnGbO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaMn2GbO4(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); QO2; QS2; LiQS2; V2O5; LiV2O5; LiIO2; LiNiVO4; Li(3-f)J2(PO4)3(0 ≤ f ≤ 2); Li(3-f)Fe2(PO4)3(0 ≤ f ≤ 2); LiFePO4의 화학식 중 어느 하나로 표현되는 화합물을 사용할 수 있다:The general positive electrode active material is a lithium-containing metal oxide, and any material commonly used in the industry can be used without limitation. For example, one or more types of complex oxides of lithium and a metal selected from cobalt, manganese, nickel, and combinations thereof can be used, and specific examples thereof include Li a A 1 - b B b D 2 (above where 0.90 ≤ a ≤ 1, and 0 ≤ b ≤ 0.5); Li a E 1 - b B b O 2 - c D c (in the above formula, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05); LiE 2 - b B b O 4 - c D c (in the above formula, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05); Li a Ni 1 -b- c Co b B c D α (wherein 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤ 2); Li a Ni 1 -b- c Co b B c O 2 - α F α (wherein 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α <2); Li a Ni 1 -b- c Co b B c O 2 - α F 2 (wherein 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α <2); Li a Ni 1 -b- c Mn b B c D α (wherein 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤ 2); Li a Ni 1 -b- c Mn b B c O 2 - α F α (wherein 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α <2); Li a Ni 1 -b- c Mn b B c O 2 - α F 2 (wherein 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α <2); Li a Ni b E c G d O 2 (In the above formula, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0.001 ≤ d ≤ 0.1); Li a Ni b Co c Mn d GeO 2 (In the above formula, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0 ≤ d ≤0.5, 0.001 ≤ e ≤ 0.1); Li a NiG b O 2 (in the above formula, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0.001 ≤ b ≤ 0.1); Li a CoG b O 2 (in the above formula, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0.001 ≤ b ≤ 0.1); Li a MnG b O 2 (in the above formula, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0.001 ≤ b ≤ 0.1); Li a Mn 2 G b O 4 (in the above formula, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0.001 ≤ b ≤ 0.1); QO 2 ; QS 2 ; LiQS 2 ; V 2 O 5 ; LiV 2 O 5 ; LiIO 2 ; LiNiVO 4 ; Li (3-f) J 2 (PO 4 ) 3 (0 ≤ f ≤ 2); Li (3-f) Fe 2 (PO 4 ) 3 (0 ≤ f ≤ 2); Compounds represented by any of the chemical formulas of LiFePO 4 can be used:
상기 화학식에 있어서, A는 Ni, Co, Mn, 또는 이들의 조합이고; B는 Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, 희토류 원소 또는 이들의 조합이고; D는 O, F, S, P, 또는 이들의 조합이고; E는 Co, Mn, 또는 이들의 조합이고; F는 F, S, P, 또는 이들의 조합이고; G는 Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V, 또는 이들의 조합이고; Q는 Ti, Mo, Mn, 또는 이들의 조합이고; I는 Cr, V, Fe, Sc, Y, 또는 이들의 조합이며; J는 V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, 또는 이들의 조합이다.In the above formula, A is Ni, Co, Mn, or a combination thereof; B is Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, a rare earth element, or a combination thereof; D is O, F, S, P, or a combination thereof; E is Co, Mn, or a combination thereof; F is F, S, P, or a combination thereof; G is Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V, or a combination thereof; Q is Ti, Mo, Mn, or a combination thereof; I is Cr, V, Fe, Sc, Y, or a combination thereof; J is V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, or a combination thereof.
물론 상기 양극화합물 표면에 코팅막을 갖는 것도 사용할 수 있고, 또는 상기 화합물과 코팅막을 갖는 화합물을 혼합하여 사용할 수도 있다. 이 코팅막은 코팅 원소의 옥사이드, 하이드록사이드, 코팅 원소의 옥시하이드록사이드, 코팅 원소의 옥시카보네이트, 또는 코팅 원소의 하이드록시카보네이트의 코팅 원소 화합물을 포함할 수 있다. 이들 코팅막을 이루는 화합물은 비정질 또는 결정질일 수 있다. 상기 코팅막에 포함되는 코팅 원소로는 Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, V, Sn, Ge, Ga, B, As, Zr 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 코팅막 형성 공정은 상기 화합물에 이러한 원소들을 사용하여 양극 활물질의 물성에 악영향을 주지 않는 방법(예를 들어 스프레이 코팅, 침지법 등)으로 코팅할 수 있으면 어떠한 코팅 방법을 사용하여도 무방하며, 이에 대하여는 당해 분야에 종사하는 사람들에게 잘 이해될 수 있는 내용이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.Of course, a cathode compound having a coating film on the surface can be used, or a mixture of the above compound and a compound having a coating film can be used. This coating film may include a coating element compound of an oxide, hydroxide, oxyhydroxide of the coating element, oxycarbonate of the coating element, or hydroxycarbonate of the coating element. The compounds that make up these coating films may be amorphous or crystalline. Coating elements included in the coating film may include Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, V, Sn, Ge, Ga, B, As, Zr, or mixtures thereof. For the coating film formation process, any coating method may be used as long as the above compounds can be coated with these elements in a manner that does not adversely affect the physical properties of the positive electrode active material (e.g., spray coating, dipping method, etc.). Since this is well-understood by people working in the field, detailed explanation will be omitted.
다른 일구현예에 따르면 상기 양극은 일구현예에 따른 양극활물질을 대입경 양극 활물질로서 사용하고 이를 소입경 양극 활물질을 함께 사용하여 제조할 수 있다. 이와 같이 양극은 바이모달 양극 활물질을 함유할 수 있다.According to another embodiment, the positive electrode can be manufactured by using the positive electrode active material according to the embodiment as a large particle size positive electrode active material and using it together with a small particle size positive electrode active material. In this way, the positive electrode may contain a bimodal positive electrode active material.
또 다른 구현예에 따른 리튬전지는 상기 양극활물질을 포함하는 양극, 음극 및 이들 사이에 배치된 전해질을 채용한다. 리튬전지는 다음과 같은 방법으로 제조될 수 있다.A lithium battery according to another embodiment employs a positive electrode containing the positive electrode active material, a negative electrode, and an electrolyte disposed between them. Lithium batteries can be manufactured in the following way.
먼저, 상술한 양극 제조방법에 따라 양극이 제조된다.First, an anode is manufactured according to the anode manufacturing method described above.
다음으로, 음극이 다음과 같이 제조될 수 있다. 음극은 양극활물질 대신에 음극 활물질을 사용하는 것을 제외하고는 양극과 동일한 방법으로 제조될 수 있다. 또한, 음극 활물질 조성물에서 도전제, 결합제 및 용매는 양극의 경우와 동일한 것을 사용할 수 있다.Next, the cathode can be manufactured as follows. The negative electrode can be manufactured in the same manner as the positive electrode except that a negative electrode active material is used instead of the positive electrode active material. Additionally, the conductive agent, binder, and solvent in the negative electrode active material composition may be the same as those for the positive electrode.
예를 들어, 음극 활물질, 도전제, 결합제 및 용매를 혼합하여 음극활물질 조성물을 제조하며, 이를 구리 집전체에 직접 코팅하여 음극을 제조할 수 있다. 다르게는, 상기 음극활물질 조성물을 별도의 지지체상에 캐스팅하고 이 지지체로부터 박리시킨 음극활물질 필름을 구리 집전체에 라미네이션하여 음극을 제조할 수 있다.For example, a negative electrode active material composition is prepared by mixing a negative electrode active material, a conductive agent, a binder, and a solvent, and the negative electrode can be manufactured by coating the composition directly on a copper current collector. Alternatively, the negative electrode can be manufactured by casting the negative electrode active material composition on a separate support and laminating the negative electrode active material film peeled from the support to a copper current collector.
또한, 상기 음극 활물질은 당해 기술분야에서 리튬전지의 음극활물질로 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다. 예를 들어, 리튬 금속, 리튬과 합금 가능한 금속, 전이금속 산화물, 비전이금속산화물 및 탄소계 재료로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.Additionally, the negative electrode active material may be any material that can be used as a negative electrode active material for a lithium battery in the art. For example, it may include one or more selected from the group consisting of lithium metal, metal alloyable with lithium, transition metal oxide, non-transition metal oxide, and carbon-based material.
예를 들어, 상기 리튬과 합금가능한 원소는 Si, Sn, Al, Ge, Pb, Bi, Sb Si-Y 합금(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 내지 16족 원소, 전이금속, 희토류 원소 또는 이들의 조합 원소이며, Si는 아님), Sn-Y 합금(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 내지 16족 원소, 전이금속, 희토류 원소 또는 이들의 조합 원소이며, Sn은 아님) 등일 수 있다. 상기 원소 Y로는 Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Tl, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Po, 또는 이들의 조합일 수 있다.For example, elements alloyable with lithium include Si, Sn, Al, Ge, Pb, Bi, Sb Si-Y alloy (where Y is an alkali metal, alkaline earth metal, group 13 to 16 element, transition metal, rare earth element) or a combination element thereof, but not Si), a Sn-Y alloy (wherein Y is an alkali metal, an alkaline earth metal, a Group 13 to Group 16 element, a transition metal, a rare earth element, or a combination element thereof, but not Sn), etc. You can. The element Y includes Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Tl, Ge, P, As, Sb, Bi, S, It may be Se, Te, Po, or a combination thereof.
예를 들어, 상기 전이금속 산화물은 리튬 티탄 산화물, 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물 등일 수 있다.For example, the transition metal oxide may be lithium titanium oxide, vanadium oxide, lithium vanadium oxide, etc.
예를 들어, 상기 비전이금속 산화물은 SnO2, SiOx(0<x<2) 등일 수 있다. For example, the non-transition metal oxide may be SnO 2 , SiO x (0<x<2), etc.
상기 탄소계 재료로는 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 상기 결정질 탄소는 무정형, 판상, 린편상(flake), 구형 또는 섬유형의 천연 흑연 또는 인조 흑연과 같은 흑연일 수 있으며, 상기 비정질 탄소는 소프트 카본(soft carbon: 저온 소성 탄소) 또는 하드 카본(hard carbon), 메조페이스 피치(mesophase pitch) 탄화물, 소성된 코크스 등일 수 있다.The carbon-based material may be crystalline carbon, amorphous carbon, or a mixture thereof. The crystalline carbon may be amorphous, plate-shaped, flake-shaped, spherical or fibrous, such as natural graphite or artificial graphite, and the amorphous carbon may be soft carbon (low-temperature sintered carbon) or hard carbon. carbon), mesophase pitch carbide, calcined coke, etc.
상기 음극 활물질, 도전제, 결합제 및 용매의 함량은 리튬 전지에서 통상적으로 사용하는 수준이다.The contents of the negative electrode active material, conductive agent, binder, and solvent are levels commonly used in lithium batteries.
다음으로, 상기 양극과 음극 사이에 삽입될 세퍼레이터가 준비된다. 상기 세퍼레이터는 리튬 전지에서 통상적으로 사용되는 것이라면 모두 사용가능하다. 전해질의 이온 이동에 대하여 저저항이면서 전해액 함습 능력이 우수한 것이 사용될 수 있다. 예를 들어, 유리 섬유, 폴리에스테르, 테프론, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 이들의 조합물 중에서 선택된 것으로서, 부직포 또는 직포 형태이어도 무방하다. 예를 들어, 리튬이온전지에는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등과 같은 권취 가능한 세퍼레이터가 사용되며, 리튬이온폴리머전지에는 유기전해액 함침 능력이 우수한 세퍼레이터가 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 세퍼레이터는 하기 방법에 따라 제조될 수 있다.Next, a separator to be inserted between the anode and the cathode is prepared. Any separator commonly used in lithium batteries can be used. An electrolyte that has low resistance to ion movement and has excellent electrolyte moisturizing ability can be used. For example, it is selected from glass fiber, polyester, Teflon, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene (PTFE), or a combination thereof, and may be in the form of non-woven or woven fabric. For example, a rollable separator such as polyethylene or polypropylene may be used in a lithium ion battery, and a separator with excellent organic electrolyte impregnation ability may be used in a lithium ion polymer battery. For example, the separator can be manufactured according to the following method.
고분자 수지, 충진제 및 용매를 혼합하여 세퍼레이터 조성물이 준비된다. 상기 세퍼레이터 조성물이 전극 상부에 직접 코팅 및 건조되어 세퍼레이터가 형성될 수 있다. 또는, 상기 세퍼레이터 조성물이 지지체상에 캐스팅 및 건조된 후, 상기 지지체로부터 박리시킨 세퍼레이터 필름이 전극 상부에 라미네이션되어 세퍼레이터가 형성될 수 있다.A separator composition is prepared by mixing polymer resin, filler, and solvent. The separator composition may be directly coated and dried on the top of the electrode to form a separator. Alternatively, after the separator composition is cast and dried on a support, a separator film peeled from the support is laminated on the electrode to form a separator.
상기 세퍼레이터 제조에 사용되는 고분자 수지는 특별히 한정되지 않으며, 전극판의 결합재에 사용되는 물질들이 모두 사용될 수 있다. 예를 들어, 비닐리덴플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트 또는 이들의 혼합물 등이 사용될 수 있다.The polymer resin used to manufacture the separator is not particularly limited, and any materials used in the binder of the electrode plate can be used. For example, vinylidene fluoride/hexafluoropropylene copolymer, polyvinylidene fluoride (PVDF), polyacrylonitrile, polymethyl methacrylate, or mixtures thereof may be used.
다음으로 전해질이 준비된다.Next, the electrolyte is prepared.
예를 들어, 상기 전해질은 유기 전해질일 수 있다. 또한, 상기 전해질은 고체일 수 있다. 예를 들어, 보론산화물, 리튬옥시나이트라이드 등일 수 있으나 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 고체전해질로 사용될 수 있은 것이라면 모두 사용 가능하다. 상기 고체 전해질은 스퍼터링 등의 방법으로 상기 음극상에 형성될 수 있다.For example, the electrolyte may be an organic electrolyte. Additionally, the electrolyte may be solid. For example, it may be boron oxide, lithium oxynitride, etc., but it is not limited to these, and any solid electrolyte that can be used in the art can be used. The solid electrolyte may be formed on the cathode by a method such as sputtering.
유기 전해질은 유기용매에 리튬염이 용해되어 제조될 수 있다.Organic electrolytes can be prepared by dissolving lithium salt in an organic solvent.
상기 유기용매는 당해 기술분야에서 유기 용매로 사용될 수 있는 것이라면 모두 사용될 수 있다. 예를 들어, 프로필렌카보네이트, 에틸렌카보네이트, 플루오로에틸렌카보네이트, 부틸렌카보네이트, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트, 메틸프로필카보네이트, 에틸프로필카보네이트, 메틸이소프로필카보네이트, 디프로필카보네이트, 디부틸카보네이트, 벤조니트릴, 아세토니트릴, 테트라히드로퓨란, 2-메틸테트라히드로퓨란, γ-부티로락톤, 디옥소란, 4-메틸디옥소란, N,N-디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, 디메틸설폭사이드, 디옥산, 1,2-디메톡시에탄, 설포란, 디클로로에탄, 클로로벤젠, 니트로벤젠, 디에틸렌글리콜, 디메틸에테르 또는 이들의 혼합물 등이다.The organic solvent may be any organic solvent that can be used in the art. For example, propylene carbonate, ethylene carbonate, fluoroethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, methyl propyl carbonate, ethyl propyl carbonate, methyl isopropyl carbonate, dipropyl carbonate, dibutyl carbonate. , benzonitrile, acetonitrile, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, γ-butyrolactone, dioxolane, 4-methyldioxolane, N,N-dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide , dioxane, 1,2-dimethoxyethane, sulfolane, dichloroethane, chlorobenzene, nitrobenzene, diethylene glycol, dimethyl ether, or mixtures thereof.
상기 리튬염도 당해 기술분야에서 리튬염으로 사용될 수 있는 것이라면 모두사용될 수 있다. 예를 들어, LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, LiC4F9SO3, LiAlO2, LiAlCl4, LiN(CxF2x + 1SO2)(CyF2y + 1SO2)(단 x,y는 자연수), LiCl, LiI 또는 이들의 혼합물 등이다.The above lithium salt can also be used as long as it can be used as a lithium salt in the art. For example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAsF 6 , LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , Li(CF 3 SO 2 ) 2 N, LiC 4 F 9 SO 3 , LiAlO 2 , LiAlCl 4 , LiN(C x F 2x + 1 SO 2 )(C y F 2y + 1 SO 2 ) (where x and y are natural numbers), LiCl, LiI, or mixtures thereof.
도 7에서 보여지는 바와 같이 상기 리튬전지 (1)는 양극 (3), 음극 (2) 및 세퍼레이터 (4)를 포함한다. 상술한 양극 (3), 음극 (2) 및 세퍼레이터 (4)가 와인딩되거나 접혀서 전지 케이스 (5)에 수용된다. 이어서, 상기 전지 케이스 (5)에 유기 전해질이 주입되고 캡(cap) 어셈블리 (6)로 밀봉되어 리튬전지 (1)가 완성된다. 상기 전지케이스는 원통형, 각형, 박막형 등일 수 있다. 예를 들어, 상기 리튬전지는 대형박막형전지일 수 있다. 상기 리튬전지는 리튬이온전지일 수 있다.As shown in FIG. 7, the lithium battery 1 includes a positive electrode 3, a negative electrode 2, and a separator 4. The above-described positive electrode (3), negative electrode (2), and separator (4) are wound or folded and accommodated in the battery case (5). Next, an organic electrolyte is injected into the battery case 5 and sealed with a cap assembly 6 to complete the lithium battery 1. The battery case may be cylindrical, prismatic, thin film, etc. For example, the lithium battery may be a large thin film type battery. The lithium battery may be a lithium ion battery.
상기 양극 및 음극 사이에 세퍼레이터가 배치되어 전지구조체가 형성될 수 있다. 상기 전지구조체가 바이셀 구조로 적층된 다음, 유기 전해액에 함침되고, 얻어진 결과물이 파우치에 수용되어 밀봉되면 리튬이온폴리머전지가 완성된다.A separator may be disposed between the anode and the cathode to form a battery structure. The battery structure is stacked in a bi-cell structure, then impregnated with an organic electrolyte solution, and the resulting product is placed in a pouch and sealed to complete the lithium ion polymer battery.
또한, 상기 전지구조체는 복수개 적층되어 전지팩을 형성하고, 이러한 전지팩이 고용량 및 고출력이 요구되는 모든 기기에 사용될 수 있다. 예를 들어, 노트북, 스마트폰, 전기차량 등에 사용될 수 있다.Additionally, a plurality of the battery structures are stacked to form a battery pack, and this battery pack can be used in all devices that require high capacity and high output. For example, it can be used in laptops, smartphones, electric vehicles, etc.
또한, 상기 리튬전지는 수명특성 및 고율특성이 우수하므로 전기차량(electric vehicle, EV)에 사용될 수 있다. 예를 들어, 플러그인하이브리드차량(plug-in hybrid electric vehicle, PHEV) 등의 하이브리드차량에 사용될 수 있다. 또한, 많은 양의 전력 저장이 요구되는 분야에 사용될 수 있다. 예를 들어, 전기 자전거, 전동 공구 등에 사용될 수 있다.In addition, the lithium battery has excellent lifespan characteristics and high rate characteristics, so it can be used in electric vehicles (EV). For example, it can be used in hybrid vehicles such as plug-in hybrid electric vehicles (PHEV). Additionally, it can be used in fields that require large amounts of power storage. For example, it can be used in electric bicycles, power tools, etc.
이하의 하기 실시예 및 비교예를 통하여 보다 상세하게 설명하기로 하되, 하기 실시예로서 발명의 범위가 한정되는 것을 의미하는 것은 아니다.It will be described in more detail through the following examples and comparative examples, but the scope of the invention is not limited to the following examples.
<양극 활물질 전구체의 제조><Manufacture of positive electrode active material precursor>
제조예Manufacturing example 1 One
후술하는 공침법을 통해 양극 활물질 전구체를 합성하였다. 하기 제조예에서 Ni 설페이트, Co 설페이트, 및 Mn 설페이트가 용융된 금속 전구체 용액(metal solution)의 농도 및 NH4OH/Me (Ni, Co and Mn) 비율과, 반응온도, 교반기속도와 반응시간 및 수산화나트륨(NaOH)의 첨가량 조절을 통한 pH 조절을 통해 입형과 사이즈를 제어하였다The positive electrode active material precursor was synthesized through the coprecipitation method described later. In the following preparation example, the concentration and NH 4 OH/Me (Ni, Co and Mn) ratio of the metal precursor solution in which Ni sulfate, Co sulfate, and Mn sulfate are melted, reaction temperature, stirrer speed, reaction time, and The particle shape and size were controlled by adjusting the pH by adjusting the amount of sodium hydroxide (NaOH) added.
10L 배치식 반응기에 NiSO4(H2O)6, CoSO4 및 MnSO4 H2O를 85:10:5의 몰비로 물에 첨가하여 약 0.75M의 금속 전구체 수용액을 제조하였다. 상기 수용액에 암모니아수를 부가하고 이 혼합물을 약 40℃에서 교반하면서 반응을 시작한 후 수산화나트륨 수용액을 pH 제어기를 이용하여 천천히 적가하여 반응 혼합물의 pH를 약 11로 제어하였다. 이 pH 범위에서 반응기의 반응 혼합물을 교반속도 약 300rpm로 교반하면서 이의 반응을 약 16시간 동안 실시하여 상기 전구체 수용액으로부터 니켈코발트망간(Ni0.85Co0.10Mn0.05) 하이드록사이드를 침전시켰다. 약 0.75M의 전구체 수용액을 암모니아수와 상기 0.75M의 금속 전구체 수용액에 함유된 금속의 총함량에 대한 혼합몰비는 약 1:0.45였다. NiSO 4 (H 2 O) 6 , CoSO 4 and MnSO 4 H 2 O were added to water in a 10L batch reactor at a molar ratio of 85:10:5 to prepare a metal precursor aqueous solution of about 0.75M. Aqueous ammonia was added to the aqueous solution and the reaction was started while stirring the mixture at about 40°C. Then, aqueous sodium hydroxide solution was slowly added dropwise using a pH controller to control the pH of the reaction mixture to about 11. In this pH range, the reaction was performed for about 16 hours while stirring the reaction mixture in the reactor at a stirring speed of about 300 rpm to precipitate nickel cobalt manganese (Ni 0.85 Co 0.10 Mn 0.05 ) hydroxide from the aqueous precursor solution. The mixing molar ratio of about 0.75M aqueous precursor solution with aqueous ammonia and the total content of metal contained in the 0.75M aqueous metal precursor solution was about 1:0.45.
상기 과정에 따라 얻은 침전물을 여과, 수세 및 약 150℃에서 건조시켜 수직면상 구조를 갖는 양극 활물질 전구체인 니켈코발트망간 하이드록사이드 분말을 제조하였다. 제조예 1에 따라 양극 활물질 전구체 제조시 조건을 하기 표 1에 나타내었다.The precipitate obtained according to the above process was filtered, washed with water, and dried at about 150° C. to prepare nickel cobalt manganese hydroxide powder, which is a positive electrode active material precursor with a vertical structure. The conditions for producing the positive electrode active material precursor according to Preparation Example 1 are shown in Table 1 below.
제조예Manufacturing example 2 내지 2 to 제조예Manufacturing example 5, 5, 비교제조예Comparative manufacturing example 1 내지 1 to 제조예Manufacturing example 4 4
하기 표 1에 나타난 조건에 따라 실시한 것을 제외하고는, 제조예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 양극 활물질 전구체를 제조하였다.A positive electrode active material precursor was prepared in the same manner as Preparation Example 1, except that it was carried out according to the conditions shown in Table 1 below.
(Ni/Co/Mn) Furtherance
(Ni/Co/Mn)
속도 (rpm)stirring
speed (rpm)
<양극 활물질의 제조><Manufacture of positive electrode active material>
상기 과정에 따라 얻은 양극 활물질 전구체에, LiOH-H2O를 Li/Me(전이금속) 비율이 1.03이 되도록 혼합하여 원료물질을 준비하였다. 준비된 원료물질은 산소분위기에서 RHK 전기로를 활용하여 열처리하여 합성하였다. 합성조건은 하기와 같다. Raw materials were prepared by mixing LiOH-H 2 O with the positive electrode active material precursor obtained according to the above process so that the Li/Me (transition metal) ratio was 1.03. The prepared raw materials were synthesized by heat treatment using a RHK electric furnace in an oxygen atmosphere. The synthesis conditions are as follows.
실시예Example 1: 양극 활물질의 제조 1: Preparation of positive electrode active material
제조예 1에 따라 얻은 양극 활물질 전구체 분말 및 LiOH-H2O를 Li/Me(전이금속) 비율이 1.03이 되도록 혼합한 후, 노(furnace)에 넣고 건조 공기를 흘려주면서 약 750℃(T1)에서 30시간 동안 1차 열처리를 실시하였다. The positive electrode active material precursor powder and LiOH-H 2 O obtained according to Preparation Example 1 were mixed so that the Li/Me (transition metal) ratio was 1.03, then placed in a furnace and heated at about 750°C (T1) while blowing dry air. The first heat treatment was performed for 30 hours.
이어서 상기 열처리된 생성물을 물로 세정하고 약 150℃에서 건조한 다음 이를 산화성 가스인 O2 분위기에서 720℃(T2)에서 2차 열처리를 24시간 동안 실시하였다. The heat-treated product was then washed with water, dried at about 150°C, and then subjected to secondary heat treatment at 720°C (T2) in an oxidizing gas O 2 atmosphere for 24 hours.
실시예 1에 따라 양극 활물질 제조시 이용된 제조공정 조건을 하기 표 2에 나타내었다.The manufacturing process conditions used when manufacturing the positive electrode active material according to Example 1 are shown in Table 2 below.
실시예Example 2 내지 5 2 to 5
1차 열처리시 하기 표 2의 조건에 따라 실시한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 양극 활물질을 제조하였다. 표 2에서 "승온속도"는 1차 열처리를 위하여 노(furnace)의 반응온도를 올리는 속도를 나타내고, "유지구간온도"는 1차 열처리 온도(T1)를 나타내고 "유지시간"은 1차 열처리온도에서 1차 열처리를 지속하는 시간을 나타낸다. 그리고 "강온속도"는 1차 열처리온도에서 2차 열처리온도로 조절하기 위하여 온도를 감소시키는 속도를 나타낸다.A positive electrode active material was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the first heat treatment was performed according to the conditions in Table 2 below. In Table 2, “temperature increase rate” represents the rate of raising the reaction temperature of the furnace for the first heat treatment, “holding section temperature” represents the first heat treatment temperature (T1), and “holding time” represents the first heat treatment temperature. Indicates the duration of the first heat treatment. And “temperature reduction rate” refers to the speed at which the temperature is reduced to adjust from the primary heat treatment temperature to the secondary heat treatment temperature.
실시예Example 6 6
하기 표 2에서 승온속도 및 유지시간을 , 각각 0.8℃/min 및 9시간으로 변화시킨 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 양극 활물질을 제조하였다.A positive electrode active material was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the temperature increase rate and holding time in Table 2 below were changed to 0.8°C/min and 9 hours, respectively.
비교예Comparative example 1 내지 1 to 비교예Comparative example 4 4
하기 표 2의 조건에 따라 실시한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 양극 활물질을 제조하였다.A positive electrode active material was manufactured in the same manner as in Example 1, except that it was carried out according to the conditions in Table 2 below.
(Ni/Co/Mn) Furtherance
(Ni/Co/Mn)
(℃/min) Temperature increase rate
(℃/min)
온도 (℃) Maintenance section
Temperature (℃)
(hr) Holding time
(hr)
<리튬 전지(half cell)의 제조><Manufacture of lithium battery (half cell)>
제작예Production example 1: 리튬 전지(half cell)의 제조 1: Manufacturing of lithium battery (half cell)
실시예 1에서 제조된 양극활물질, 탄소 도전제(Denka Black), 및 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF)을 92:4:4의 중량비로 혼합한 혼합물을 N-메틸-피롤리돈(NMP)과 함께 마노 유발에서 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 15㎛ 두께의 알루미늄 집전체 위에 상기 슬러리를 바코팅(bar coating)하고 상온에서 건조한 후 진공, 120℃의 조건에서 다시 한번 건조하고, 압연 및 펀칭하여 55㎛ 두께의 양극을 제조하였다.A mixture of the positive electrode active material prepared in Example 1, a carbon conductive agent (Denka Black), and polyvinylidene fluoride (PVdF) at a weight ratio of 92:4:4 was mixed with N-methyl-pyrrolidone (NMP). A slurry was prepared by mixing together in an agate mortar. The slurry was bar coated on a 15㎛ thick aluminum current collector, dried at room temperature, dried again under vacuum and 120°C, and rolled and punched to produce a 55㎛ thick positive electrode.
상기에서 제조된 양극을 사용하여, 리튬 금속을 상대 전극으로 하고, PTFE 세퍼레이터(separator)과 1.15M LiPF6가 EC(에틸렌 카보네이트), EMC(에틸메틸카보네이트) 및 DMC(디메틸 카보네이트)(3:4:3 부피비)에 녹아있는 용액을 전해질로 사용하여 코인 셀을 각각 제조하였다.Using the positive electrode prepared above, lithium metal was used as the counter electrode, and a PTFE separator and 1.15M LiPF 6 were added to EC (ethylene carbonate), EMC (ethylmethyl carbonate), and DMC (dimethyl carbonate) (3:4). Each coin cell was manufactured using a solution dissolved in (:3 volume ratio) as an electrolyte.
제작예Production example 2 내지 6: 리튬전지의 제조 2 to 6: Manufacturing of lithium battery
실시예 1에서 제조된 양극활물질 대신 실시예 2 내지 6에 따라 제조된 양극 활물질을 사용한 것을 제외하고는 제작예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 리튬전지를 제조하였다.A lithium battery was manufactured in the same manner as Production Example 1, except that the positive electrode active material prepared in Examples 2 to 6 was used instead of the positive electrode active material prepared in Example 1.
비교제작예Comparative production example 1 내지 5: 리튬 전지(half cell)의 제조 1 to 5: Preparation of lithium battery (half cell)
실시예 1에서 제조된 양극활물질 대신 비교예 1 내지 5에 따라 제조된 양극 활물질을 각각 사용한 것을 제외하고는 제작예 1과 동일한 방법으로 리튬전지(half cell)을 제조하였다.A lithium battery (half cell) was manufactured in the same manner as Manufacturing Example 1, except that the cathode active materials prepared according to Comparative Examples 1 to 5 were used instead of the cathode active materials prepared in Example 1.
평가예Evaluation example 1: One: 전계방출형Field emission type 전자주사현미경scanning electron microscope (Field Emission Scanning Electron Microscope :FE-(Field Emission Scanning Electron Microscope :FE- SEMSEM ) 이미지 분석) Image analysis
1) 제조예 1-5 및 비교제조예 1 내지 41) Preparation Examples 1-5 and Comparative Preparation Examples 1 to 4
제조예 1-5, 및 비교제조예 1 내지 4에 따라 얻은 양극 활물질 전구체에 To the positive electrode active material precursor obtained according to Preparation Examples 1-5 and Comparative Preparation Examples 1 to 4
대한 FE-SEM 분석을 실시하였다. FE-SEM 분석은 Hitachi-S4300을 이용하였다.FE-SEM analysis was performed. FE-SEM analysis was performed using Hitachi-S4300.
제조예 1에 따라 제조된 양극 활물질 전구체의 FE-SEM분석 결과를 각각 도 3a 및 도 3b에 나타내었다. 그리고 제조예 2의 양극 활물질 전구체의 FE-SEM분석 결과는 도 3c 및 도 3d에 나타내었다. 그리고 도 3e 및 도 3f는 제조예 3의 양극 활물질 전구체에 대한 것이고, 도 3g 및 도 3h는 제조예 4의 양극 활물질 전구체에 대한 것이다. 그리고 도 3i 및 도 3j는 제조예 5의 양극 활물질 전구체에 대한 것이다.The FE-SEM analysis results of the positive electrode active material precursor prepared according to Preparation Example 1 are shown in Figures 3A and 3B, respectively. And the FE-SEM analysis results of the positive electrode active material precursor of Preparation Example 2 are shown in FIGS. 3C and 3D. And FIGS. 3E and 3F are for the positive electrode active material precursor of Preparation Example 3, and FIGS. 3G and 3H are for the positive electrode active material precursor of Preparation Example 4. And Figures 3i and 3j show the positive electrode active material precursor of Preparation Example 5.
비교제조예 1 내지 4에 따라 제조된 양극 활물질 전구체에 대한 FE-SEM분석 결과를 각각 도 4a 내지 도 4h에 각각 나타내었다. The FE-SEM analysis results for the positive electrode active material precursors prepared according to Comparative Preparation Examples 1 to 4 are shown in FIGS. 4A to 4H, respectively.
이를 참조하여, 제조예 1 내지 5의 양극 활물질 전구체는 수직 면상 구조를 갖고 있는데 비하여, 비교제조예 1 내지 4의 양극 활물질 전구체는 균일성이 저하된(less uniform) 구조를 나타냈다. 여기에서 균일성이 저하된 구조는 전구체가 끈(stripe)과 같은 구조로 덮여 있어, 밀도는 높으나 낮은 비표면적을 지닌다. 특히 끈과 같은 구조는 플레이트 입자에 비해 장축과 단축의 비율이 현저히 낮으며, 전구체 내부 및 표면에 기공도가 작아 반응성이 낮은 성질을 나타낸다.With reference to this, the positive electrode active material precursors of Preparation Examples 1 to 5 had a vertical planar structure, whereas the positive electrode active material precursors of Comparative Preparation Examples 1 to 4 showed a less uniform structure. Here, the structure with reduced uniformity has a high density but low specific surface area because the precursor is covered with a stripe-like structure. In particular, the string-like structure has a significantly lower ratio of the long axis to the short axis compared to plate particles, and the porosity inside and on the surface of the precursor is small, showing low reactivity.
2) 실시예 1-5 및 비교예 1-42) Examples 1-5 and Comparative Examples 1-4
실시예 1 내지 5에 따라 제조된 양극 활물질과 비교예 1 내지 4에 따라 Positive electrode active materials prepared according to Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4
제조된 양극활물질의 FE-SEM 분석 결과를 실시하였다. FE-SEM analysis results of the manufactured positive electrode active material were performed.
도 5a 내지 도 5e는 각각 실시예 1 내지 실시예 5에 따라 얻은 양극 활물질의 표면 상태에 대한 전계 방출 시차주사현미경(Field emission 5A to 5E are field emission differential scanning microscopy images of the surface state of the positive electrode active material obtained according to Examples 1 to 5, respectively.
scanning electron microscope: FE-SEM) 사진이다. 그리고 도 5f 내지 도 5i는 각각 비교예 1 내지 비교예 4에 따라 얻은 양극 활물질의 표면 상태에 대한 전계 방출 시차주사현미경(Field emission scanning electron microscope: FE-SEM) 사진이다.This is a scanning electron microscope (FE-SEM) photo. And FIGS. 5F to 5I are field emission scanning electron microscope (FE-SEM) photographs of the surface state of the positive electrode active material obtained according to Comparative Examples 1 to 4, respectively.
비교예 1 내지 4에 따라 제조된 양극활물질의 단면을 보면 일차입자의 사이즈 분포가 넓고 기공도가 낮은 반면, 수직 면상구조 전구체를 활용하여 만들어진 실시예 1 내지 실시예 5의 양극 활물질은 크기가 균일한 일차입자들의 구성으로 이차입자가 생성되며, 특히 일차입자들간에 기공도가 존재하였다. Looking at the cross section of the cathode active materials prepared according to Comparative Examples 1 to 4, the size distribution of primary particles is wide and the porosity is low, while the cathode active materials of Examples 1 to 5 made using vertical planar structure precursors are uniform in size. Secondary particles were created from the composition of one primary particle, and in particular, porosity existed between the primary particles.
이를 참조하면, 제조예 1 내지 5의 비표면적이 커서 반응성이 우수한 Referring to this, Preparation Examples 1 to 5 have a large specific surface area and excellent reactivity.
침상형 양극 활물질 전구체를 이용하면, 일차 입자 사이즈가 균일하고 작은 도 5a 내지 도 5d의 양극 활물질을 얻을 수 있었다. 이에 비하여 비교제조예 1 내지 4의 양극 활물질 전구체는 판상형으로서 비표면적이 도 3a 내지 도 3j의 양극 활물질 전구체에 비하여 작아 양극 활물질과 동일한 합성조건에 따라 실시하는 경우와 비교하여 일차 입자 사이즈가 크고 불균일해진다는 것을 알 수 있었다.By using a needle-type positive electrode active material precursor, the positive electrode active materials of FIGS. 5A to 5D with uniform and small primary particle sizes could be obtained. In comparison, the positive electrode active material precursors of Comparative Preparation Examples 1 to 4 are plate-shaped and have a smaller specific surface area than the positive electrode active material precursors of FIGS. 3A to 3J, and the primary particle size is large and non-uniform compared to the case where the positive electrode active material is synthesized under the same conditions as the positive electrode active material. I could tell it was going to happen.
평가예 2: 양극 활물질 전구체의 Brunauer-Emmett-Teller(BET) 비표면적 , 평균입경 장축 길이 및 단축길이 측정 Evaluation Example 2: Measurement of Brunauer-Emmett-Teller (BET) specific surface area , average particle diameter, major axis length, and minor axis length of positive electrode active material precursor
제조예 1-5, 및 비교제조예 1-4에 따라 얻은 양극 활물질 전구체에 대한 For the positive electrode active material precursor obtained according to Preparation Example 1-5 and Comparative Preparation Example 1-4
BET 비표면적과 평균입경(D50), 장축길이, 단축길이 및 모폴로지를 조사하였고 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다. BET 비표면적은 Mountech Macsorb를 이용하여 측정하였다. 그리고 BET측정전 표면 이물제거를 위한 전처리를 낮은 온도에서 진행해야 전구체 비표면적 변화가 없어 정확한 값을 측정할 수 있다. 상기 전구체의 전처리는 전구체의 변화를 막기 위하여 저온인 약 150℃에서 실시하였다.BET specific surface area, average particle diameter (D50), major axis length, minor axis length, and morphology were investigated and the results are shown in Table 3 below. BET specific surface area was measured using Mountech Macsorb. In addition, pretreatment to remove surface impurities before measuring BET must be performed at a low temperature to ensure accurate measurement without any change in the specific surface area of the precursor. Pretreatment of the precursor was performed at a low temperature of about 150°C to prevent changes in the precursor.
형상precursor
shape
(m2/g)BET specific surface area
( m2 /g)
(㎛)Average particle size (D50)
(㎛)
(nm)
Major axis length
(nm)
(nm) Shortened length
(nm)
(수직 면상 구조)Vertical Plate Network Structure
(vertical plane structure)
표 3을 참조하여, 제조예 1 내지 5에 따라 제조된 양극 활물질 전구체는 BET 비표면적이 8.52m2/g 이상이고, 평균입경이 13.7㎛ 이상이었다. 이에 비하여 비교제조예 1 내지 3에 따라 제조된 양극 활물질 전구체는 BET 비표면적이 7.29m2/g 이하로서 제조예 1 내지 5의 양극 활물질에 비하여 작게 나타났다. 그리고 비교제조예 4에 따라 제조된 양극 활물질 전구체는 BET 비표면적은 크지만 평균입경이 9.73㎛로서 제조예 1 내지 5의 양극 활물질에 비하여 매우 작게 나타났다. Referring to Table 3, the positive electrode active material precursors prepared according to Preparation Examples 1 to 5 had a BET specific surface area of 8.52 m 2 /g or more and an average particle diameter of 13.7 ㎛ or more. In comparison, the positive electrode active material precursor prepared according to Comparative Preparation Examples 1 to 3 had a BET specific surface area of 7.29 m 2 /g or less, which was smaller than that of the positive electrode active material of Preparation Examples 1 to 5. In addition, the positive electrode active material precursor prepared according to Comparative Preparation Example 4 had a large BET specific surface area, but the average particle diameter was 9.73㎛, which was very small compared to the positive electrode active materials of Preparation Examples 1 to 5.
또한 제조예 1 내지 5의 양극 활물질 전구체는 비교제조예 1 내지 3의 양극 활물질 전구체와 비교하여 수직면상구조를 나타내어 그 모폴로지가 다르다는 것을 알 수 있었다. In addition, the positive electrode active material precursors of Preparation Examples 1 to 5 showed a vertical plane structure compared to the positive electrode active material precursors of Comparative Preparation Examples 1 to 3, indicating that their morphologies were different.
평가예Evaluation example 3: 양극 활물질의 3: Of positive electrode active material 모폴로지Morphology 및 입경 분포 특성 and particle size distribution characteristics
상기 평가예 1의 양극 활물질에 대한 FE-SEM 분석결과에 기초하여 실시예 1 내지 5의 양극 활물질과 비교예 1 내지 4의 양극 활물질의 기공도, 400nm 초과의 사이즈를 갖는 제1일차 입자의 면적, 150nm 미만의 사이즈를 갖는 제2일차 입자의 면적 및 150nm 내지 400nm의 사이즈를 갖는 제3일차입자(제3일차입자의 면적) 및 이차입자의 평균입경을 조사하였고 그 결과는 하기 표 4와 같다.Based on the FE-SEM analysis results for the positive electrode active material of Evaluation Example 1, the porosity of the positive electrode active materials of Examples 1 to 5 and the positive electrode active materials of Comparative Examples 1 to 4, and the area of the first primary particles having a size exceeding 400 nm. , the area of the second primary particles with a size of less than 150 nm, the average particle diameter of the third primary particles (area of the third primary particles) and the secondary particles with a size of 150 nm to 400 nm were investigated, and the results are shown in Table 4 below. .
(D50)(㎛)Average particle size of secondary particles
(D50)(㎛)
구조vertical plane
structure
구조vertical plane
structure
표 4를 참조하여, 실시예 1 내지 3의 양극 활물질은 비교예 1의 양극 활물질과 비교하여 400nm 이상의 사이즈를 갖는 대립 일차입자가 감소된다는 것을 알 수 있었다. 그리고 실시예 1 내지 5의 양극 활물질은 일차입자들의 총면적과 비교하여 제3일차입자의 면적이 80% 이상이고, 제1일차 입자의 면적이 20% 이하, 제2일차입자의 면적이 9% 이하로 일차입자의 사이즈가 작고 균일하게 분포하는 것을 알 수 있었다.한편, BET 비표면적이 11 m2/g 이상인 양극 활물질 전구체로부터 얻은 비교예 4의 양극 활물질도 비교예 1 내지 3의 양극 활물질에 비교하여 400nm 초과의 사이즈를 갖는 대립 일차입자가 감소된다는 것을 알 수 있었다. 그러나 비교예 4의 양극 활물질은 하기 표 5에 나타난 바와 같이 압연밀도 및 부피량 용량 특성이 만족스럽지 않아 실제적으로 적용하기가 곤란하였다.Referring to Table 4, it was found that the positive electrode active materials of Examples 1 to 3 had a reduced number of opposing primary particles with a size of 400 nm or more compared to the positive active material of Comparative Example 1. And the positive electrode active materials of Examples 1 to 5 have an area of 3rd primary particles of 80% or more, an area of 1st primary particles of 20% or less, and an area of 2nd primary particles of 9% or less compared to the total area of primary particles. It was found that the size of the primary particles was small and evenly distributed. Meanwhile, the positive electrode active material of Comparative Example 4 obtained from a positive electrode active material precursor with a BET specific surface area of 11 m 2 /g or more was also compared to the positive electrode active materials of Comparative Examples 1 to 3. As a result, it was found that the number of primary particles with a size exceeding 400 nm was reduced. However, the positive electrode active material of Comparative Example 4 had unsatisfactory rolling density and volumetric capacity characteristics, as shown in Table 5 below, making it difficult to apply in practice.
평가예Evaluation example 4: X선 회절 분석 4: X-ray diffraction analysis
실시예 1의 양극 활물질과 비교예 1의 양극 활물질에 대한 인-시튜(In-situ) XRD(X-ray Diffraction) 분석을 실시하였고, 분석 결과는 도 6a 내지 도 6d에 나타난 바와 같다.In-situ
리튬전지에 있어서, 첫번째 충전 및 방전에 따른 결정 격자 상수 a축 및 c축 변화를 조사하여 도 6a 내지 도 6d에 나타내었다.In the lithium battery, changes in the crystal lattice constants a-axis and c-axis during the first charge and discharge were investigated and are shown in Figures 6A to 6D.
도 6a 내지 도 6b는 제작예 1에 따라 제조된 리튬전지에 있어서 실시예 1의 양극 활물질에 대한 X선 회절 분석 결과, a축 및 c축 상수의 변화를 나타낸 것이다. 그리고 도 6c 내지 도 6d는 비교제작예 1에 따라 제조된 리튬전지에 있어서 비교예 1의 양극 활물질에 대한 X선 회절 분석 결과, a축 및 c축 상수의 변화를 나타낸 것이다. 이 때, 도6a-d의 x축은 XRD 분석(측정) 횟수에 해당하는 것으로 1~21번은 충전, 22~40번은 방전과정이 진행되었고 그 과정에서의 격자상수의 변화를 나타낸다. 특히, 3.5V 부근의 방전용량증가부분은 36~40번 측정결과에 해당한다.Figures 6A and 6B show changes in a-axis and c-axis constants as a result of X-ray diffraction analysis of the positive electrode active material of Example 1 in the lithium battery manufactured according to Production Example 1. And Figures 6C to 6D show changes in a-axis and c-axis constants as a result of X-ray diffraction analysis of the positive electrode active material of Comparative Example 1 in the lithium battery manufactured according to Comparative Production Example 1. At this time, the x-axis of Figures 6a-d corresponds to the number of XRD analysis (measurement) times. 1 to 21 were charging, 22 to 40 were discharging, and the change in lattice constant during the process was indicated. In particular, the increase in discharge capacity around 3.5V corresponds to measurement results 36 to 40.
이를 참조하면, 방전말단의 ~3.5V 부근에서 a축 증가 및 c축 감소가 크게 일어나는데, 초기효율이 높은 시편의 격자(lattice) 변화가 더 큰 것을 알 수 있다. 해당결과는 1차 입자 사이즈의 분포에 따라 방전시 격자 변화가 영향을 크게 받을 수 있음을 지시하고 있으며, 1차입자가 큰 활물질의 경우, 응력분산이 어려워 방전효율이 떨어진다는 것을 지지하고 있다.Referring to this, the a-axis increase and c-axis decrease significantly occur around ~3.5V at the discharge end, and it can be seen that the lattice change of the specimen with high initial efficiency is greater. The results indicate that the lattice change during discharge can be greatly affected by the distribution of primary particle size, and support that in the case of active materials with large primary particles, stress distribution is difficult and discharge efficiency is reduced.
평가예Evaluation example 5: 5: 충방전charge/discharge 특성 characteristic
제작예 1 내지 5 및 비교제작예 1 내지 4에 따라 제조된 리튬전지를 25℃에서 0.1C rate의 전류로 전압이 4.35V(vs. Li)에 이를 때까지 정전류 충전하였다. 이어서, 방전시에 전압이 2.8V(vs. Li)에 이를 때까지 0.1C rate의 정전류로 방전하였다(1st 사이클, 화성(formation) 사이클). 상기 C rate는 셀의 방전율을 의미하며, 상기 셀의 전체 용량을 1 시간의 총 방전 시간, 예를 들어 1.6 ampere-hours의 방전용량을 갖는 배터리의 C 비율 1.6 amperes가 된다.The lithium batteries manufactured according to Production Examples 1 to 5 and Comparative Production Examples 1 to 4 were charged at a constant current of 0.1C rate at 25°C until the voltage reached 4.35V (vs. Li). Subsequently, the discharge was performed at a constant current of 0.1C rate until the voltage reached 2.8V (vs. Li) (1 st cycle, formation cycle). The C rate refers to the discharge rate of the cell, and the total capacity of the cell is 1 hour of total discharge time, for example, the C rate of a battery with a discharge capacity of 1.6 ampere-hours is 1.6 amperes.
1st 사이클을 거친 리튬전지를 25℃에서 0.33C rate의 전류로 전압이 4.35V(vs. Li)에 이를 때까지 정전류 충전하고, 이어서 정전압 모드에서 4.35V를 유지하면서 0.05C rate의 전류에서 컷오프(cut-off)하였다. 이어서, 방전시에 전압이 2.8V(vs. Li)에 이를 때까지 0.2C rate의 정전류로 방전하였다(2nd 사이클).A lithium battery that has undergone 1 st cycle is charged at a constant current of 0.33C rate at 25°C until the voltage reaches 4.35V (vs. Li), and then cut off at a current of 0.05C rate while maintaining 4.35V in constant voltage mode. (cut-off). Subsequently, the discharge was performed at a constant current of 0.2C rate until the voltage reached 2.8V (vs. Li) (2 nd cycle).
2nd 사이클을 거친 리튬전지를 25℃에서 0.33C rate의 전류로 전압이 4.35V(vs. Li)에 이를 때까지 정전류 충전하고, 이어서 정전압 모드에서 4.35V를 유지하면서 0.05C rate의 전류에서 컷오프(cut-off)하였다. 이어서, 방전시에 전압이 2.8V(vs. Li)에 이를 때까지 1C rate의 정전류로 방전하였다(3rd 사이클).A lithium battery that has undergone 2 nd cycles is charged at a constant current of 0.33C rate at 25°C until the voltage reaches 4.35V (vs. Li), and then cut-off at a current of 0.05C while maintaining 4.35V in constant voltage mode. (cut-off). Subsequently, the discharge was performed at a constant current of 1C rate until the voltage reached 2.8V (vs. Li) (3 rd cycle).
3rd 사이클을 거친 리튬전지를 51th 사이클까지 동일한 조건으로 반복(50회 반복)하였다.The lithium battery that had gone through the 3rd cycle was repeated under the same conditions up to the 51st cycle (repeated 50 times).
상기 모든 충방전 사이클에서 하나의 충전/방전 사이클 후 10분간의 정지 시간을 두었다.In all of the above charge/discharge cycles, a 10-minute pause was allowed after one charge/discharge cycle.
상기 충방전 실험 결과의 일부를 하기 표 5에 나타내었다. 그리고 하기 표 5에는 양극 활물질의 압연밀도 및 부피당 용량을 나타내었다.Some of the results of the charge and discharge experiment are shown in Table 5 below. And Table 5 below shows the rolling density and capacity per volume of the positive electrode active material.
(%)initial efficiency
(%)
밀도
(g/cc)rolling
density
(g/cc)
(mAh/c)capacity per volume
(mAh/c)
(%)Capacity maintenance rate
(%)
표 5에 나타난 바와 같이 제작예 1 내지 5의 리튬전지는 비교제작예 1 내지 3의 리튬전지에 비하여 초기효율이 향상되었다.As shown in Table 5, the initial efficiency of the lithium batteries of Production Examples 1 to 5 was improved compared to the lithium batteries of Comparative Production Examples 1 to 3.
제작예 1의 리튬전지는 비교제작예 1의 리튬전지와 비교하여 초기효율과 부피당 용량이 향상되었다. 그리고 비교제작예 4의 리튬전지는 제작예 1의 리튬전지와 비교하여 초기효율은 동등한 수준이지만 제작예 1의 리튬전지에서 사용된 양극 활물질의 압연밀도 및 부피용량당 용량 특성과 비교하여 더 저하된 결과를 나타냈다.The lithium battery of Production Example 1 had improved initial efficiency and capacity per volume compared to the lithium battery of Comparative Production Example 1. In addition, the lithium battery of Comparative Production Example 4 had an equivalent initial efficiency compared to the lithium battery of Production Example 1, but was further deteriorated compared to the rolling density and capacity characteristics per volume of the positive electrode active material used in the lithium battery of Production Example 1. The results were shown.
또한 제작예 6의 리튬전지에 대한 초기효율 및 부피당 용량을 상기 제작예 1의 리튬전지와 동일한 방법에 따라 평가하였다.In addition, the initial efficiency and capacity per volume of the lithium battery of Production Example 6 were evaluated according to the same method as that of the lithium battery of Production Example 1.
평가 결과, 제작예 6의 리튬전지는 제작예 1의 리튬전지와 비교하여 동등한 수준의 초기효율 및 부피당 용량을 나타낸다는 것을 알 수 있었다.As a result of the evaluation, it was found that the lithium battery of Production Example 6 showed equivalent initial efficiency and capacity per volume compared to the lithium battery of Production Example 1.
1: 리튬전지 2: 음극
3: 양극 4: 세퍼레이터
5: 전지케이스 6: 캡 어셈블리1: Lithium battery 2: Cathode
3: Anode 4: Separator
5: Battery case 6: Cap assembly
Claims (21)
상기 일차 입자는 400nm 초과의 사이즈를 갖는 제1일차입자, 150nm 미만의 사이즈를 갖는 제2일차입자 및 150nm 내지 400nm의 사이즈를 갖는 제3일차입자를 포함하며,
상기 제3일차입자의 면적이 일차입자의 총면적을 기준으로 하여 80% 이상이며, 이차입자는 양극 활물질의 총면적에 대하여 10% 이하의 기공도를 갖는 양극활물질.At least one secondary particle comprising an aggregate of a plurality of primary particles, wherein the secondary particle includes a nickel-based lithium transition metal oxide having a layered crystal structure,
The primary particles include first primary particles having a size of more than 400 nm, second primary particles having a size of less than 150 nm, and third primary particles having a size of 150 nm to 400 nm,
A positive electrode active material in which the area of the tertiary primary particles is 80% or more based on the total area of the primary particles, and the secondary particles have a porosity of 10% or less based on the total area of the positive electrode active material.
상기 제1일차입자의 면적이 일차입자의 총면적을 기준으로 하여 20% 이하이며, 제2일차입자의 면적이 일차입자의 총면적을 기준으로 하여 9% 이하이며, 이차입자는 양극 활물질의 총면적에 대하여 1 내지 10%의 기공도를 갖는 양극활물질.According to paragraph 1,
The area of the first primary particles is 20% or less based on the total area of the primary particles, the area of the second primary particles is 9% or less based on the total area of the primary particles, and the secondary particles are based on the total area of the positive electrode active material. A positive electrode active material having a porosity of 1 to 10%.
상기 일차 입자는 90% 이상의 입자 균일도를 갖고,
상기 제1일차입자의 면적이 일차입자의 총면적을 기준으로 하여 2.1 내지 19.2%이며, 제2일차입자의 면적이 일차입자의 총면적을 기준으로 하여 0.1% 내지 8.6%이고, 상기 이차 입자는 양극 활물질의 총면적에 대하여 1.5 내지 7%의 기공도를 갖는 양극활물질.According to paragraph 1,
The primary particles have particle uniformity of 90% or more,
The area of the first primary particles is 2.1 to 19.2% based on the total area of the primary particles, the area of the second primary particles is 0.1% to 8.6% based on the total area of the primary particles, and the secondary particles are the positive electrode active material. A positive electrode active material having a porosity of 1.5 to 7% relative to the total area.
상기 층상(layered) 결정 구조를 갖는 니켈계 리튬전이금속 산화물을 포함하는 적어도 하나의 이차 입자의 평균입경은 15 내지 30㎛인 양극활물질.According to paragraph 1,
A positive electrode active material wherein at least one secondary particle containing the nickel-based lithium transition metal oxide having the layered crystal structure has an average particle diameter of 15 to 30 ㎛.
상기 제3일차입자의 면적은 80 내지 95%인 양극활물질.According to paragraph 1,
A positive electrode active material in which the area of the third primary particles is 80 to 95%.
상기 층상(layered) 결정 구조를 갖는 니켈계 리튬전이금속 산화물은 암염 층상구조(R-3m 공간군)에 속하는 양극활물질.According to paragraph 1,
The nickel-based lithium transition metal oxide having the layered crystal structure is a positive electrode active material belonging to the rock salt layered structure (R-3m space group).
상기 층상(layered) 결정 구조를 갖는 니켈계 리튬전이금속 산화물은 하기 화학식 1 내지 4로 표시되는 화합물 중에서 선택된 하나인 양극활물질:
[화학식 1]
LixNi1-y-z-αCoyMnzMeαO2
화학식 1중, 1≤x≤1.1, 0≤y≤0.2, 0≤z≤0.2, 0≤α≤0.05
Me이 Zr, Al, Mg, Ti, Cu, W 및 B로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속이며, y+z+α≤0.3이고,
[화학식 2]
LixCo1-yMyO2-αXα
[화학식 3]
LixNi1-yMeyO2-αXα
[화학식 4]
LixNi1-y-zMnyMazO2-αXα
화학식 2 내지 4 중, x, y, α, 및 Me는 서로 독립적으로 선택될 수 있고, 1≤x≤1.1, 0≤y≤0.9, 0<z≤0.2, 0≤α≤2이며, M이 Ni, Mn, Zr, Al, Mg, Ag, Mo, Ti, V, Cr, Fe, Cu 및 B로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속이며, Me가 Co, Zr, Al, Mg, Ag, Mo, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Cu 및 B로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속이며, Ma가 Co, Zr, Al, Mg, Ag, Mo, Ti, V, Cr, Fe, Cu 및 B로 이루어진 군에서 선택된 하나의 금속이며, X가 F, S 및 P 로 이루어진 군에서 선택되는 원소이다.According to claim 1,
The nickel-based lithium transition metal oxide having a layered crystal structure is a positive electrode active material selected from the compounds represented by the following formulas 1 to 4:
[Formula 1]
Li x Ni 1-yz-α Co y Mn z Me α O 2
In formula 1, 1≤x≤1.1, 0≤y≤0.2, 0≤z≤0.2, 0≤α≤0.05
Me is one or more metals selected from the group consisting of Zr, Al, Mg, Ti, Cu, W and B, and y+z+α≤0.3,
[Formula 2]
Li x Co 1-y M y O 2- α
[Formula 3]
Li x Ni 1-y Me y O 2- α
[Formula 4]
Li x Ni 1-yz Mn y Ma z O 2- α
In Formulas 2 to 4, x, y, α, and Me may be selected independently of each other, 1≤x≤1.1, 0≤y≤0.9, 0<z≤0.2, 0≤α≤2, and M is One or more metals selected from the group consisting of Ni, Mn, Zr, Al, Mg, Ag, Mo, Ti, V, Cr, Fe, Cu, and B, and Me is Co, Zr, Al, Mg, Ag, Mo, Ti , V, Cr, Mn, Fe, Cu, and B, and Ma is a group consisting of Co, Zr, Al, Mg, Ag, Mo, Ti, V, Cr, Fe, Cu, and B. It is a metal selected from , and X is an element selected from the group consisting of F, S, and P.
상기 층상(layered) 결정 구조를 갖는 니켈계 리튬전이금속 산화물은 하기 화학식 5 내지 7로 표시되는 화합물 중에서 선택된 하나인 양극활물질:
[화학식 5]
Li[Li1-aMea]O2 +d
화학식 5 중, 0.8≤a<1, 0≤d≤0.1이며,
상기 Me가 Ni, Co, Mn, Al, V, Cr, Fe, Zr, Re, B, Ge, Ru, Sn, Ti, Nb, Mo 및 Pt로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속이며,
[화학식 6]
Li[Li1-x-y-zMaxMbyMcz]O2+d
화학식 6 중, 0.8≤x+y+z<1, 0<x<1, 0<y<1, 0<z<1, 0≤d≤0.1이며,
상기 Ma, Mb, Mc가 서로 독립적으로 Mn, Co, Ni, 및 Al로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속이며,
[화학식 7]
Li[Li1-x-y-zNixCoyMnz]O2+d
화학식 7 중, 0.8≤x+y+z<1; 0<x<1, 0<y<1, 0<z<1, 0≤d≤0.1이다.According to paragraph 1,
The nickel-based lithium transition metal oxide having a layered crystal structure is a positive electrode active material selected from the compounds represented by the following formulas 5 to 7:
[Formula 5]
Li[Li 1-a Me a ]O 2 +d
In Formula 5, 0.8≤a<1, 0≤d≤0.1,
wherein Me is one or more metals selected from the group consisting of Ni, Co, Mn, Al, V, Cr, Fe, Zr, Re, B, Ge, Ru, Sn, Ti, Nb, Mo and Pt,
[Formula 6]
Li[Li 1-xyz Ma x Mb y Mc z ]O 2+d
In Formula 6, 0.8≤x+y+z<1, 0<x<1, 0<y<1, 0<z<1, 0≤d≤0.1,
Ma, Mb, and Mc are independently one or more metals selected from the group consisting of Mn, Co, Ni, and Al,
[Formula 7]
Li[Li 1-xyz Ni x Co y Mn z ]O 2+d
In Formula 7, 0.8≤x+y+z<1;0<x<1,0<y<1,0<z<1, 0≤d≤0.1.
상기 층상(layered) 결정 구조를 갖는 니켈계 리튬전이금속 산화물은 하기 화학식 8로 표시되는 양극활물질:
[화학식 8]
aLi2MnO3-(1-a)LiMO2
화학식 8 중, 0<a<1이며,
M은 니켈(Ni), 코발트(Co), 망간(Mn), 바나듐(V), 크롬(Cr), 철(Fe), 지르코늄(Zr), 레늄(Re), 알루미늄(Al), 보론(B), 게르마늄(Ge), 루테늄(Ru), 주석(Sn), 티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo) 및 백금(Pt) 중에서 선택된 2 이상의 원소이다.According to paragraph 1,
The nickel-based lithium transition metal oxide having a layered crystal structure is a positive electrode active material represented by the following formula (8):
[Formula 8]
aLi 2 MnO 3 -(1-a)LiMO 2
In Formula 8, 0<a<1,
M is nickel (Ni), cobalt (Co), manganese (Mn), vanadium (V), chromium (Cr), iron (Fe), zirconium (Zr), rhenium (Re), aluminum (Al), and boron (B ), germanium (Ge), ruthenium (Ru), tin (Sn), titanium (Ti), niobium (Nb), molybdenum (Mo), and platinum (Pt).
상기 층상(layered) 결정 구조를 갖는 니켈계 리튬전이금속 산화물은 하기 화학식 9로 표시되는 화합물인 양극활물질:
[화학식 9]
LixNi1 -y- zMyCozO2
화학식 9중, 0.90≤x≤1.1, 0≤y≤0.2, 0<z≤0.2, 0.7≤1-y-z≤0.99이다.
M은 망간(Mn), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti) 및 칼슘(Ca)으로 이루어진 군으로부터 선택된다.According to paragraph 1,
The nickel-based lithium transition metal oxide having a layered crystal structure is a positive electrode active material that is a compound represented by the following formula (9):
[Formula 9]
Li x Ni 1 -y- z M y Co z O 2
In Formula 9, 0.90≤x≤1.1, 0≤y≤0.2, 0<z≤0.2, 0.7≤1-yz≤0.99.
M is selected from the group consisting of manganese (Mn), aluminum (Al), titanium (Ti), and calcium (Ca).
상기 층상(layered) 결정 구조를 갖는 니켈계 리튬전이금속 산화물은 하기 화학식 9a로 표시되는 화합물인 양극활물질:
[화학식 9a]
LixNi1 -y- zMnxCoyO2
화학식 5a중 0.80≤x≤1.1, 0≤y≤0.2, 0<z≤0.2, 0.8≤1-y-z≤0.99이다.According to paragraph 1,
The nickel-based lithium transition metal oxide having a layered crystal structure is a positive electrode active material that is a compound represented by the following Chemical Formula 9a:
[Formula 9a]
Li x Ni 1 -y- z Mn x Co y O 2
In Formula 5a, 0.80≤x≤1.1, 0≤y≤0.2, 0<z≤0.2, 0.8≤1-yz≤0.99.
상기 층상(layered) 결정 구조를 갖는 니켈계 리튬전이금속 산화물은 Li1.03[Ni0.91Co0.06Mn0.03]O2, Li1 . 03[Ni0.88Co0.08Mn0.04]O2 , Li1 . 03[Ni0.8Co0.15Mn0.05]O2 , Li1.03[Ni0.85Co0.10Mn0.05]O2, Li1 . 03[Ni0.91Co0.05Mn0.04]O2 , Li1 . 05[Ni0.91Co0.06Mn0.03]O2 , Li1.05[Ni0.88Co0.08Mn0.04]O2, Li1 . 05[Ni0.8Co0.15Mn0.05]O2 , Li1 . 05[Ni0.85Co0.10Mn0.05]O2, Li1.05[Ni0.91Co0.05Mn0.04]O2, Li1 . 06[Ni0.91Co0.06Mn0.03]O2 , Li1 . 06[Ni0.88Co0.08Mn0.04]O2 , Li1.06[Ni0.8Co0.15Mn0.05]O2, Li1 . 06[Ni0.85Co0.10Mn0.05]O2, Li1 . 06[Ni0.91Co0.05Mn0.04]O2 ; Li1.09[Ni0.91Co0.06Mn0.03]O2, Li1 . 09[Ni0.88Co0.08Mn0.04]O2 , Li1 . 09[Ni0.8Co0.15Mn0.05]O2 , Li1.09[Ni0.85Co0.10Mn0.05]O2, 또는 Li1 . 09[Ni0.91Co0.05Mn0.04]O2인 양극활물질.According to clause 11,
The nickel-based lithium transition metal oxide having the layered crystal structure is Li 1.03 [Ni 0.91 Co 0.06 Mn 0.03 ]O 2, Li 1 . 03 [Ni 0.88 Co 0.08 Mn 0.04 ]O 2 , Li 1 . 03 [Ni 0.8 Co 0.15 Mn 0.05 ]O 2 , Li 1.03 [Ni 0.85 Co 0.10 Mn 0.05 ]O 2 , Li 1 . 03 [Ni 0.91 Co 0.05 Mn 0.04 ]O 2 , Li 1 . 05 [Ni 0.91 Co 0.06 Mn 0.03 ]O 2 , Li 1.05 [Ni 0.88 Co 0.08 Mn 0.04 ]O 2 , Li 1 . 05 [Ni 0.8 Co 0.15 Mn 0.05 ]O 2 , Li 1 . 05 [Ni 0.85 Co 0.10 Mn 0.05 ]O 2 , Li 1.05 [Ni 0.91 Co 0.05 Mn 0.04 ]O 2 , Li 1 . 06 [Ni 0.91 Co 0.06 Mn 0.03 ]O 2 , Li 1 . 06 [Ni 0.88 Co 0.08 Mn 0.04 ]O 2 , Li 1.06 [Ni 0.8 Co 0.15 Mn 0.05 ]O 2 , Li 1 . 06 [Ni 0.85 Co 0.10 Mn 0.05 ]O 2 , Li 1 . 06 [Ni 0.91 Co 0.05 Mn 0.04 ]O 2 ; Li 1.09 [Ni 0.91 Co 0.06 Mn 0.03 ]O 2, Li 1 . 09 [Ni 0.88 Co 0.08 Mn 0.04 ]O 2 , Li 1 . 09 [Ni 0.8 Co 0.15 Mn 0.05 ]O 2 , Li 1.09 [Ni 0.85 Co 0.10 Mn 0.05 ]O 2 , or Li 1 . 09 [Ni 0.91 Co 0.05 Mn 0.04 ]O 2 Phosphorus Cathode active material.
상기 양극 활물질은 대입경 양극 활물질이며, 상기 양극 활물질은 소입경 양극 활물질을 더 포함하며, 대입경 양극 활물질과 소입경 양극 활물질이 혼합된 양극 활물질의 압연밀도가 3.3g/cc 이상인 양극 활물질.According to paragraph 1,
The positive electrode active material is a large particle size positive electrode active material, the positive electrode active material further includes a small particle size positive electrode active material, and the positive electrode active material is a mixture of the large particle size positive electrode active material and the small particle size positive electrode active material, and the positive electrode active material has a rolling density of 3.3 g/cc or more.
상기 리튬전지의 초기 효율이 93% 이상이고, 압연후 양극의 밀도가 2.8g/cc 이상인 리튬전지.According to clause 15,
A lithium battery having an initial efficiency of 93% or more and a density of the positive electrode after rolling of 2.8 g/cc or more.
상기 리튬전지의 3.5V에서 방전한 후, 양극 활물질의 X선 회절 분석으로부터 얻어진 결정 격자 상수 a는 방전하기 이전의 양극 활물질의 결정격자 상수 a 대비 0.1 내지 0.5%로 감소하고 c축 상수가 0.1 내지 0.5%로 증가하는 리튬전지. According to clause 15,
After discharging the lithium battery at 3.5V, the crystal lattice constant a obtained from Lithium batteries increasing by 0.5%.
상기 양극 활물질 전구체는 니켈계 리튬전이금속산화물의 수직면상 전구체이며 비표면적이 8 내지 25m2/g이며, 평균입경(D50)이 13.7㎛ 이상인 양극 활물질 전구체.It is a positive electrode active material precursor used in manufacturing the positive electrode active material of claim 1,
The positive electrode active material precursor is a vertical precursor of nickel-based lithium transition metal oxide, has a specific surface area of 8 to 25 m 2 /g, and an average particle diameter (D50) of 13.7 μm or more.
상기 양극 활물질 전구체의 장축길이는 150 내지 200nm이고 단축길이는 10 내지 100nm인 양극 활물질 전구체.According to clause 18,
The cathode active material precursor has a major axis length of 150 to 200 nm and a minor axis length of 10 to 100 nm.
상기 1차 열처리된 생성물을 물로 세정하고 건조하는 단계;
건조된 생성물을 2차 열처리하는 단계를 포함하여 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항의 양극 활물질을 얻고 상기 2차 열처리가 1차 열처리에 비하여 낮은 온도에서 실시되며,
상기 양극 활물질 전구체는 니켈계 리튬전이금속산화물의 수직면상 전구체이며 비표면적이 8 내지 25m2/g이며, 평균입경(D50)이 13.7㎛ 이상인 양극활물질의 제조방법.Mixing a positive electrode active material precursor and a lithium precursor and performing primary heat treatment on them;
Washing the first heat-treated product with water and drying it;
Obtaining the positive electrode active material of any one of claims 1 to 13, including the step of secondary heat treatment of the dried product, and the secondary heat treatment is performed at a lower temperature than the primary heat treatment,
The positive electrode active material precursor is a vertical precursor of nickel-based lithium transition metal oxide and has a specific surface area of 8 to 25 m 2 /g and an average particle diameter (D50) of 13.7 μm or more.
상기 양극 활물질 전구체가 양극 활물질 전구체 형성용 금속 원료, 착화제 및 pH 조절제를 혼합하여 얻은 혼합물의 pH를 제어한 다음, 반응을 실시하여 제조되는 양극 활물질의 제조방법.According to clause 20,
A method of producing a positive electrode active material in which the positive electrode active material precursor is manufactured by controlling the pH of a mixture obtained by mixing a metal raw material for forming a positive electrode active material precursor, a complexing agent, and a pH adjuster, and then performing a reaction.
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Citations (2)
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JP2008293988A (en) | 2001-04-20 | 2008-12-04 | Gs Yuasa Corporation:Kk | Positive electrode active material and method of manufacturing the same, positive electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery, and nonaqueous secondary battery |
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---|---|---|---|---|
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