KR20110107718A - Positive active material for rechargeable lithium battery, cathod for rechargeable lithium battery, rechargeable lithium battery and method for manufacturing thereof - Google Patents

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Abstract

리튬 이차전지용 양극 활물질, 리튬 이차전지용 양극, 리튬 이차전지 및 이들의 제조방법에 관한 것으로, 입경이 0.1 내지 1㎛인 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 1차 입자로 이루어진, 입경이 20 내지 60㎛인 2차 입자를 포함하는 리튬 이차전지용 양극 활물질을 이용하여, 높은 에너지밀도를 보여주는 양극 활물질을 제공할 수 있으며, 우수한 사이클링 특성을 보이는 리튬 이차전지를 제조할 수 있다.
[화학식 1]
LiMO2
(상기 화학식 1에서, M은 Ni, Co, Mn 또는 이들의 조합이다.)
The present invention relates to a cathode active material for a lithium secondary battery, a cathode for a lithium secondary battery, a lithium secondary battery, and a manufacturing method thereof, wherein the particle diameter is 20 to 1, and includes primary particles including a compound represented by the following Chemical Formula 1 having a particle diameter of 0.1 to 1 μm. By using the positive electrode active material for a lithium secondary battery including secondary particles having a thickness of 60 μm, a positive electrode active material showing high energy density may be provided, and a lithium secondary battery having excellent cycling characteristics may be manufactured.
[Formula 1]
LiMO 2
(In Formula 1, M is Ni, Co, Mn or a combination thereof.)

Description

리튬 이차전지용 양극 활물질, 리튬 이차전지용 양극, 리튬 이차전지 및 이들의 제조방법{POSITIVE ACTIVE MATERIAL FOR RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY, CATHOD FOR RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY, RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}POSITIVE ACTIVE MATERIAL FOR RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY, CATHOD FOR RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY, RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}

리튬 이차전지용 양극 활물질, 리튬 이차전지용 양극, 리튬 이차전지 및 이들의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a cathode active material for a lithium secondary battery, a cathode for a lithium secondary battery, a lithium secondary battery, and a method of manufacturing the same.

최근 휴대용 전자기기의 소형화 및 경량화 추세와 관련하여 이들 기기의 전원으로 사용되는 전지의 고성능화 및 대용량화에 대한 필요성이 높아지고 있다.Recently, with the trend toward miniaturization and light weight of portable electronic devices, the need for high performance and high capacity of batteries used as power sources for these devices is increasing.

전지는 양극과 음극에 전기 화학 반응이 가능한 물질을 사용함으로써 전력을 발생시키는 것이다. 이러한 전지 중 대표적인 예로는 양극 및 음극에서 리튬 이온이 인터칼레이션/디인터칼레이션될 때의 화학전위(chemical potential)의 변화에 의하여 전기 에너지를 생성하는 리튬 이차 전지가 있다.Cells generate electricity by using materials that can electrochemically react to the positive and negative electrodes. A typical example of such a battery is a lithium secondary battery that generates electric energy by a change in chemical potential when lithium ions are intercalated / deintercalated at a positive electrode and a negative electrode.

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

리튬 이차 전지의 양극 활물질로는 리튬 복합금속 화합물이 사용되고 있으며, 그 예로 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiNi1 -xCoxO2(0<x<1), LiMnO2 등의 복합금속 산화물들이 연구되고 있다.As a cathode active material of a lithium secondary battery, a lithium composite metal compound is used. Examples thereof include a composite of LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNiO 2 , LiNi 1- x Co x O 2 (0 <x <1), and LiMnO 2 . Metal oxides are being studied.

상기 양극 활물질 중 LiMn2O4, LiMnO2 등의 Mn계 양극 활물질은 합성하기도 쉽고, 값이 비교적 싸며, 과충전시 다른 활물질에 비하여 열적 안정성이 가장 우수하고, 환경에 대한 오염이 낮아 매력이 있는 물질이기는 하나, 용량이 적다는 단점을 가지고 있다. Among the cathode active materials, Mn-based cathode active materials such as LiMn 2 O 4 and LiMnO 2 are easy to synthesize, are relatively inexpensive, have the best thermal stability compared to other active materials when overcharged, and have low environmental pollution and are attractive. Although it has a disadvantage, the capacity is small.

또한 LiNiO2는 위에서 언급한 양극 활물질 중 가장 높은 방전 용량의 전지 특성을 나타내고 있으나, 합성하기 어려운 단점이 있다. 또한 니켈의 높은 산화상태는 전지 및 전극 수명 저하의 원인이 되며, 자기 방전이 심하고 가역성이 떨어지는 문제가 있다. 아울러, 안정성 확보가 완전하지 않아서 상용화에 어려움을 겪고 있다.In addition, LiNiO 2 exhibits the highest discharge capacity of battery characteristics among the cathode active materials mentioned above, but has a disadvantage in that it is difficult to synthesize. In addition, the high oxidation state of nickel causes a decrease in battery and electrode life, and there is a problem of severe self discharge and inferior reversibility. In addition, it is difficult to commercialize the stability is not perfect.

LiCoO2는 현재 약 10㎛ 입경의 활물질이 보편화 되어 있으나, 이는 충분한 에너지 밀도를 보장하지 않는다.LiCoO 2 is currently common in active materials with a particle size of about 10 μm, but this does not guarantee sufficient energy density.

높은 에너지 밀도를 가지는 양극 활물질을 제공하여 우수한 사이클링 안정성을 가지는 리튬 이차전지를 제공하는 것이다.It is to provide a lithium secondary battery having excellent cycling stability by providing a positive electrode active material having a high energy density.

본 발명의 일 측면에서는, 입경이 0.1 내지 1㎛인 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 1차 입자로 이루어진, 입경이 20 내지 60㎛인 2차 입자를 포함하는 리튬 이차전지용 양극 활물질을 제공한다.In one aspect, the present invention provides a cathode active material for a lithium secondary battery including secondary particles having a particle size of 20 to 60 μm, including primary particles including a compound represented by the following Chemical Formula 1 having a particle size of 0.1 to 1 μm. do.

[화학식 1][Formula 1]

LiMO2 LiMO 2

(상기 화학식 1에서, M은 Ni, Co, Mn 또는 이들의 조합이다.)(In Formula 1, M is Ni, Co, Mn or a combination thereof.)

상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 LiCoO2인 것일 수 있다. The compound represented by Chemical Formula 1 may be LiCoO 2 .

본 발명의 다른 일 측면에서는, 입경이 0.1 내지 1㎛인 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 1차 입자로 이루어진, 입경이 20 내지 60㎛인 2차 입자를 포함하는 리튬 이차전지용 양극 활물질을 포함하는 양극이되, 상기 양극은 전극밀도가 3.5 내지 4.5g/cc인 것인 리튬 이차전지용 양극을 제공한다.In another aspect of the invention, the positive electrode active material for a lithium secondary battery comprising a secondary particle having a particle size of 20 to 60㎛, consisting of primary particles comprising a compound represented by the following formula 1 having a particle diameter of 0.1 to 1㎛ Provided is a positive electrode, the positive electrode provides a lithium secondary battery positive electrode having an electrode density of 3.5 to 4.5g / cc.

[화학식 1][Formula 1]

LiMO2 LiMO 2

(상기 화학식 1에서, M은 Ni, Co, Mn 또는 이들의 조합이다.)(In Formula 1, M is Ni, Co, Mn or a combination thereof.)

상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 LiCoO2인 것일 수 있다. The compound represented by Chemical Formula 1 may be LiCoO 2 .

상기 양극은 공극부피가 15 내지 30부피%인 것일 수 있다. The anode may have a void volume of 15 to 30% by volume.

상기 양극은 상기 양극 활물질 외에 바인더 및 도전재를 더 포함하되, 상기 양극 활물질 88 내지 96중량%, 상기 바인더 2 내지 6중량% 및 상기 도전재 2 내지 6중량%의 범위로 포함하는 것일 수 있다. The positive electrode may further include a binder and a conductive material in addition to the positive electrode active material, and may include 88 to 96% by weight of the positive electrode active material, 2 to 6% by weight of the binder, and 2 to 6% by weight of the conductive material.

본 발명의 또 다른 일 측면에서는, 입경이 0.1 내지 1㎛인 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 1차 입자로 이루어진, 입경이 20 내지 60㎛인 2차 입자를 포함하는 리튬 이차전지용 양극 활물질을 포함하는 양극; 음극 활물질을 포함하는 음극; 상기 양극과 상기 음극을 격리시키는 세퍼레이터; 및 전해액을 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다.In another aspect of the present invention, the cathode active material for a lithium secondary battery including secondary particles having a particle size of 20 to 60㎛, consisting of primary particles comprising a compound represented by the following formula 1 having a particle diameter of 0.1 to 1㎛ Anode comprising a; A negative electrode including a negative electrode active material; A separator separating the positive electrode and the negative electrode; And it provides a lithium secondary battery comprising an electrolyte.

[화학식 1][Formula 1]

LiMO2 LiMO 2

(상기 화학식 1에서, M은 Ni, Co, Mn 또는 이들의 조합이다.)(In Formula 1, M is Ni, Co, Mn or a combination thereof.)

상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 LiCoO2인 것일 수 있다. The compound represented by Chemical Formula 1 may be LiCoO 2 .

상기 양극은 전극밀도가 3.5 내지 4.5g/cc인 것일 수 있다. The anode may have an electrode density of 3.5 to 4.5 g / cc.

상기 양극은 공극부피가 15 내지 30부피%인 것일 수 있다. The anode may have a void volume of 15 to 30% by volume.

상기 양극은 상기 양극 활물질 외에 바인더 및 도전재를 더 포함하되, 상기 양극 활물질 88 내지 96중량%, 상기 바인더 2 내지 6중량% 및 상기 도전재 2 내지 6중량%의 범위로 포함하는 것일 수 있다. The positive electrode may further include a binder and a conductive material in addition to the positive electrode active material, and may include 88 to 96% by weight of the positive electrode active material, 2 to 6% by weight of the binder, and 2 to 6% by weight of the conductive material.

상기 리튬 이차전지는 7C 레이트로 290 사이클 충방전 후 용량 유지율이 최초 용량 대비 70% 이상인 것일 수 있다. The lithium secondary battery may have a capacity retention rate of 70% or more relative to the initial capacity after 290 cycles of charge and discharge at 7C rate.

본 발명의 또 다른 측면에서는, (a) 장축의 길이가 50 내지 250nm인 판형의 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 준비하는 단계; (b) 상기 화합물을 도가니에 적층하는 단계; 및 (c) 상기 도가니에 적층된 화합물을 이용하여 수열조건(hydrothermal) 속에, 입경이 0.1 내지 1㎛인 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 1차 입자로 이루어진, 입경이 20 내지 60㎛인 2차 입자를 포함하는 양극 활물질을 제조하는 단계를 포함하는 리튬 이차전지용 양극 활물질의 제조방법을 제공한다.In another aspect of the invention, (a) preparing a compound represented by the following formula (1) of the plate-shape of the long axis of 50 to 250nm in length; (b) laminating the compound in the crucible; And (c) primary particles comprising a compound represented by the following Chemical Formula 1 having a particle size of 0.1 to 1 μm under hydrothermal conditions using the compound stacked on the crucible, having a particle size of 20 to 60 μm. It provides a method for producing a cathode active material for a lithium secondary battery comprising the step of preparing a cathode active material comprising secondary particles.

[화학식 1][Formula 1]

LiMO2 LiMO 2

(상기 화학식 1에서, M은 Ni, Co, Mn 또는 이들의 조합이다.)(In Formula 1, M is Ni, Co, Mn or a combination thereof.)

상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 LiCoO2인 것일 수 있다. The compound represented by Chemical Formula 1 may be LiCoO 2 .

상기 (a) 단계의 장축의 길이가 50 내지 250nm인 판형의 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은, M 원료물질 및 Li 원료물질을 포함하는 혼합물을 이용하여 수열조건 속에 제조한 것일 수 있다. The compound represented by the formula (1) of the plate-shape of 50 to 250nm in length of the long axis of step (a) may be prepared under hydrothermal conditions using a mixture containing M raw material and Li raw material.

(상기 M은 Ni, Co, Mn 또는 이들의 조합이다.)(M is Ni, Co, Mn, or a combination thereof.)

상기 (a) 단계의 장축의 길이가 50 내지 250nm인 판형의 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은, 상기 M 원료물질 및 상기 Li 원료물질을 포함하는 혼합물을 150 내지 250℃ 온도로 어닐링하는 방법에 의해 제조된 것일 수 있다. The compound represented by the formula (1) of the plate-shape of the long axis of the step (a) is 50 to 250nm by the method of annealing the mixture containing the M raw material and the Li raw material at a temperature of 150 to 250 ℃ It may be prepared.

(상기 M은 Ni, Co, Mn 또는 이들의 조합이다.)(M is Ni, Co, Mn, or a combination thereof.)

상기 (c) 단계의 입경이 0.1 내지 1㎛인 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 1차 입자로 이루어진, 입경이 20 내지 60㎛인 2차 입자를 포함하는 양극 활물질은, 상기 도가니에 적층된 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 800 내지 1000℃에서 어닐링하는 방법에 의해 제조된 것일 수 있다. The positive electrode active material including secondary particles having a particle size of 20 to 60 μm, consisting of primary particles including the compound represented by the following Chemical Formula 1 having a particle size of 0.1 to 1 μm in the step (c), is laminated on the crucible The compound represented by Formula 1 may be prepared by a method of annealing at 800 to 1000 ℃.

[화학식 1][Formula 1]

LiMO2 LiMO 2

(상기 화학식 1에서, M은 Ni, Co, Mn 또는 이들의 조합이다.)(In Formula 1, M is Ni, Co, Mn or a combination thereof.)

상기 (b) 단계의 도가니는 알루미나 도가니 또는 지르코니아 도가니인 것일 수 있다. The crucible of step (b) may be an alumina crucible or a zirconia crucible.

본 발명의 또 다른 측면에서는, (a) 장축의 길이가 50 내지 250nm인 판형의 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 준비하는 단계; (b) 상기 화합물을 도가니에 적층하는 단계; (c) 상기 도가니에 적층된 화합물을 이용하여 수열조건(hydrothermal) 속에, 입경이 0.1 내지 1㎛인 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 1차 입자로 이루어진, 입경이 20 내지 60㎛인 2차 입자를 포함하는 양극 활물질을 제조하는 단계; (d) 상기 양극 활물질, 바인더 및 도전재를 혼합하여 양극 활물질 슬러리를 제조하는 단계; (e) 상기 양극 활물질 슬러리를 양극 집전체의 적어도 일면에 코팅하는 단계; 및 (f) 상기 코팅된 양극 활물질 슬러리를 건조 및 압연시키는 단계를 포함하는 리튬 이차전지용 양극의 제조방법을 제공한다. In another aspect of the invention, (a) preparing a compound represented by the following formula (1) of the plate-shape of the long axis of 50 to 250nm in length; (b) laminating the compound in the crucible; (c) 2 having a particle size of 20 to 60 μm, consisting of primary particles comprising a compound represented by the following Chemical Formula 1 having a particle size of 0.1 to 1 μm under hydrothermal conditions using the compound stacked on the crucible. Preparing a positive electrode active material including tea particles; (d) mixing the cathode active material, the binder, and the conductive material to prepare a cathode active material slurry; (e) coating the cathode active material slurry on at least one surface of a cathode current collector; And (f) drying and rolling the coated positive electrode active material slurry to provide a method of manufacturing a positive electrode for a lithium secondary battery.

[화학식 1][Formula 1]

LiMO2 LiMO 2

(상기 화학식 1에서, M은 Ni, Co, Mn 또는 이들의 조합이다.)(In Formula 1, M is Ni, Co, Mn or a combination thereof.)

상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 LiCoO2인 것일 수 있다. The compound represented by Chemical Formula 1 may be LiCoO 2 .

상기 (a) 단계의 장축의 길이가 50 내지 250nm인 판형의 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은, M 원료물질 및 Li 원료물질을 포함하는 혼합물을 이용하여 수열조건 속에 제조한 것일 수 있다. The compound represented by the formula (1) of the plate-shape of 50 to 250nm in length of the long axis of step (a) may be prepared under hydrothermal conditions using a mixture containing M raw material and Li raw material.

(상기 M은 Ni, Co, Mn 또는 이들의 조합이다.)(M is Ni, Co, Mn, or a combination thereof.)

상기 (a) 단계의 장축의 길이가 50 내지 250nm인 판형의 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은, 상기 M 원료물질 및 상기 Li 원료물질을 포함하는 혼합물을 150 내지 250℃ 온도로 어닐링하는 방법에 의해 제조된 것일 수 있다. The compound represented by the formula (1) of the plate-shape of the long axis of the step (a) is 50 to 250nm by the method of annealing the mixture containing the M raw material and the Li raw material at a temperature of 150 to 250 ℃ It may be prepared.

(상기 M은 Ni, Co, Mn 또는 이들의 조합이다.)(M is Ni, Co, Mn, or a combination thereof.)

상기 (c) 단계의 입경이 0.1 내지 1㎛인 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 1차 입자로 이루어진, 입경이 20 내지 60㎛인 2차 입자를 포함하는 양극 활물질은, 상기 도가니에 적층된 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 800 내지 1000℃에서 어닐링하는 방법에 의해 제조된 것일 수 있다. The positive electrode active material including secondary particles having a particle size of 20 to 60 μm, consisting of primary particles including the compound represented by the following Chemical Formula 1 having a particle size of 0.1 to 1 μm in the step (c), is laminated on the crucible The compound represented by Formula 1 may be prepared by a method of annealing at 800 to 1000 ℃.

[화학식 1][Formula 1]

LiMO2 LiMO 2

(상기 화학식 1에서, M은 Ni, Co, Mn 또는 이들의 조합이다.)(In Formula 1, M is Ni, Co, Mn or a combination thereof.)

상기 제조된 양극의 전극밀도가 3.5 내지 4.5g/cc인 것일 수 있다. The electrode density of the prepared anode may be 3.5 to 4.5g / cc.

상기 제조된 양극의 공극부피가 15 내지 30부피%인 것일 수 있다.The pore volume of the prepared positive electrode may be 15 to 30% by volume.

높은 에너지밀도를 보여주는 양극 활물질을 제공하여, 우수한 사이클링 특성을 보이는 리튬 이차전지를 제조할 수 있다.By providing a cathode active material showing a high energy density, it is possible to manufacture a lithium secondary battery showing excellent cycling characteristics.

도 1은 실시예 1의 XRD 패턴 분석 데이터.
도 2a는 상기 실시예 1에서 제조된 판형인 LiCoO2 물질의 SEM 사진.
도 2b는 상기 실시예 1에서 제조된 판형인 LiCoO2 물질의 TEM 사진.
도 2c는 상기 실시예 1에서 제조된 40㎛ 크기인 2차 입자의 SEM 사진.
도 2d는 상기 실시예 1에서 제조된 40㎛ 크기인 2차 입자의 SEM 사진.
도 3은 실시예 4에서 제조한 반쪽 셀의 상이한 C 레이트에서의 특성을 나타낸 그래프.
도 4는 실시예 4, 실시예 5, 비교예 8 및 비교예 9의 사이클에 따른 방전용량 실험데이터.
도 5는 실시예 4, 실시예 5, 비교예 8, 비교예 9, 비교예 10 및 비교예 11의 사이클에 따른 에너지밀도 실험데이터.
도 6a는 상이한 조건의 C 레이트에 따른 실시예 6의 전지 특성을 나타낸 그래프.
도 6b는 7C 조건에서 사이클에 따른 실시예 6의 전지의 방전용량을 나타낸 그래프.
도 7a는 상기 실시예 6의 290 사이클 후의 양극 활물질의 XRD 분석데이터.
도 7b는 실시예 6의 290 사이클 후의 양극 활물질의 HREM(high resolution electron microscopy) 사진.
1 is XRD pattern analysis data of Example 1.
Figure 2a is a SEM photograph of the LiCoO 2 material of the plate shape prepared in Example 1.
Figure 2b is a TEM photograph of the plate-shaped LiCoO 2 material prepared in Example 1.
Figure 2c is a SEM photograph of the secondary particles of size 40㎛ prepared in Example 1.
FIG. 2d is a SEM photograph of secondary particles having a size of 40 μm prepared in Example 1. FIG.
3 is a graph showing the characteristics at different C rates of the half cells prepared in Example 4. FIG.
4 is a discharge capacity experimental data according to the cycle of Example 4, Example 5, Comparative Example 8 and Comparative Example 9.
5 is an energy density experiment data according to the cycle of Example 4, Example 5, Comparative Example 8, Comparative Example 9, Comparative Example 10 and Comparative Example 11.
6A is a graph showing the battery characteristics of Example 6 at C rates under different conditions.
6B is a graph showing the discharge capacity of the battery of Example 6 with cycles at 7C;
7A is XRD analysis data of a positive electrode active material after 290 cycles of Example 6. FIG.
7B is a high resolution electron microscopy (HREM) photograph of the positive electrode active material after 290 cycles of Example 6. FIG.

이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, it should be understood that the present invention is not limited thereto, and the present invention is only defined by the scope of the following claims.

리튬 이차전지의 양극의 에너지 밀도는 전극 밀도와 관련이 있다. 다시 말하면, 낮은 전극 밀도는 낮은 에너지 밀도를 의미한다. 이차전지가 모바일 기기에 이용될 경우, 모바일 기기의 이용시간은 중요한 특성이기 때문에, 이차전지 전극 중 양극의 에너지 밀도를 향상시키는 것은 매우 중요하다. The energy density of the positive electrode of a lithium secondary battery is related to the electrode density. In other words, low electrode density means low energy density. When a secondary battery is used in a mobile device, since the use time of the mobile device is an important characteristic, it is very important to improve the energy density of the positive electrode among the secondary battery electrodes.

이를 다시 말하면, 에너지 밀도를 향상시키기 위한 방법으로 양극의 전극 밀도를 향상시키는 방법을 생각할 수 있다. 양극의 전극 밀도를 향상시키는 방법으로 단순히 양극 활물질의 입자의 크기를 증가시키는 방법이 있다. In other words, a method for improving the electrode density of the anode can be considered as a method for improving the energy density. As a method of improving the electrode density of the positive electrode, there is a method of simply increasing the size of particles of the positive electrode active material.

하지만, 단순히 입자의 크기 증가된 양극 활물질은 전극과의 접촉하는 면적이 작아지게 되어, 전지의 레이트 특성을 악화시킬 수 있다. However, the positive electrode active material of which the particle size is simply increased may decrease the area of contact with the electrode, which may worsen the rate characteristic of the battery.

따라서, 레이트 특성 및 전극 밀도를 모두 향상시킬 수 있는 가장 좋은 방법은 서브-마이크로 크기의 입자가 모여 이루어진 2차 입자 형태의 양극 활물질을 이용하는 것이다. Therefore, the best way to improve both the rate characteristics and the electrode density is to use the positive electrode active material in the form of secondary particles composed of sub-micro sized particles.

본 발명의 일 구현예에서는, 입경이 0.1 내지 1㎛인 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 1차 입자로 이루어진, 입경이 20 내지 60㎛인 2차 입자를 포함하는 리튬 이차전지용 양극 활물질을 제공한다.In one embodiment of the present invention, the positive electrode active material for a lithium secondary battery including secondary particles having a particle size of 20 to 60㎛, consisting of primary particles comprising a compound represented by the following formula (1) having a particle size of 0.1 to 1㎛ to provide.

[화학식 1][Formula 1]

LiMO2 LiMO 2

(상기 화학식 1에서, M은 Ni, Co, Mn 또는 이들의 조합이다.)(In Formula 1, M is Ni, Co, Mn or a combination thereof.)

0.1 내지 1㎛인 서브-마이크로 1차 입자는 전극과 접촉하는 표면적이 커서, 양극 내로 빠른 리튬 이온의 이동을 촉진시킬 수 있다. 또한, 상기 1차 입자로 이루어진 20 내지 60㎛인 2차 입자인 양극 활물질은 전극 밀도가 향상됨과 동시에 공극부피가 감소되지 않아 전해질 및 이온의 이동이 용이하여 레이트 특성을 악화시키지 않을 수 있다. Sub-micro primary particles of 0.1 to 1 μm have a large surface area in contact with the electrode, which can promote the rapid movement of lithium ions into the anode. In addition, the positive electrode active material, which is a secondary particle having a thickness of 20 to 60 μm, formed of the primary particles, may have an improved electrode density and a decrease in pore volume, thereby facilitating movement of electrolytes and ions, and thus not deteriorating rate characteristics.

상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 LiCoO2일 수 있으며, 상기 제시된 M이 반드시 Co로 한정되는 것은 아니다. 다만, 설명의 편의를 위하여 Co를 선택하여 이하 설명하도록 한다. The compound represented by Chemical Formula 1 may be LiCoO 2 , and M provided above is not necessarily limited to Co. However, for convenience of description, Co will be described below.

일반적으로 LiCoO2는 우수한 전극 밀도 및 에너지 포텐셜로 인해 모바일 기기 등의 전지의 양극 활물질로 많이 쓰이고 있으나, 이러한 크기의 LiCoO2 양극 활물질은 현재까지 보고된 바가 없다. In general, LiCoO 2 is widely used as a cathode active material of a battery such as a mobile device because of the excellent electrode density and energy potential, LiCoO 2 cathode active material of this size has not been reported to date.

본 발명의 다른 일 구현예에서는, 입경이 0.1 내지 1㎛인 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 1차 입자로 이루어진, 입경이 20 내지 60㎛인 2차 입자를 포함하는 리튬 이차전지용 양극 활물질을 포함하는 양극이되, 상기 양극은 전극밀도가 3.5 내지 4.5g/cc인 것인 리튬 이차전지용 양극을 제공한다. In another embodiment of the present invention, the cathode active material for a lithium secondary battery including secondary particles having a particle size of 20 to 60㎛, consisting of primary particles comprising the compound represented by Formula 1 having a particle size of 0.1 to 1㎛ A positive electrode comprising a, the positive electrode provides a lithium secondary battery positive electrode having an electrode density of 3.5 to 4.5g / cc.

입경과 관련된 기재는 상기 본 발명의 일 구현예인 양극 활물질에서 언급한 바와 동일하기에 생략하도록 한다.The description related to the particle size is omitted because it is the same as mentioned in the cathode active material of the embodiment of the present invention.

이러한 양극 활물질을 이용하여 전극을 제조할 경우, 전극밀도는 3.5 내지 4.5g/cc일 수 있다. 전술한 바와 같이 전극밀도가 향상되면 에너지 밀도 역시 향상되기 때문에 전지의 수명을 향상시킬 수 있다. When the electrode is manufactured using the cathode active material, the electrode density may be 3.5 to 4.5 g / cc. As described above, when the electrode density is improved, the energy density is also improved, thereby improving the life of the battery.

상기와 범위와 같은 전극밀도를 달성함과 동시에 상기 양극은 공극부피가 15 내지 30부피%일 수 있다. 공극부피가 상기 범위인 경우, 상업적으로 이용 가능한 전지의 레이트 특성을 얻을 수 있다. 상기 범위보다 작은 공극 부피는 전극으로의 전해질의 낮은 침투를 유발하고, 그로 인해 전지의 레이트 특성을 감소 시킨다. While achieving the same electrode density as in the above range, the anode may have a pore volume of 15 to 30% by volume. When the void volume is in the above range, rate characteristics of a commercially available battery can be obtained. Pore volumes smaller than this range cause low penetration of the electrolyte into the electrode, thereby reducing the rate characteristic of the cell.

상기 양극은 상기 양극 활물질 외에 바인더 및 도전재를 더 포함할 수 있다. The positive electrode may further include a binder and a conductive material in addition to the positive electrode active material.

바인더는 예를 들어, 비닐리덴플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌, 이들의 혼합물 등이 있다. The binder includes, for example, vinylidene fluoride / hexafluoropropylene copolymer, polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polymethyl methacrylate, polytetrafluoroethylene, mixtures thereof, and the like.

도전재는 예를 들어, 카본 블랙, 흑연, 금속 분말 등이 있다. Examples of the conductive material include carbon black, graphite, and metal powder.

또한, 상기 양극은 상기 양극 활물질 88 내지 96중량%, 상기 바인더 2 내지 6중량% 및 상기 도전재 2 내지 6중량%의 범위로 포함할 수 있다. 상기 범위를 만족하여야 전술한 공극부피의 범위를 만족할 수 있다. In addition, the positive electrode may include 88 to 96% by weight of the positive electrode active material, 2 to 6% by weight of the binder and 2 to 6% by weight of the conductive material. The above range must be satisfied to satisfy the above-mentioned range of void volume.

상기 양극은 상기 양극 활물질과, 상기 도전재, 상기 바인더 및 용매를 혼합하여 양극 활물질 슬러리를 제조한 다음, 알루미늄 집전체 상에 직접 코팅 및 건조하여 제조할 수 있다. 또는 상기 양극 활물질 슬러리를 별도의 지지체 상에 캐스팅한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 알루미늄 집전체 상에 라미네이션하여 제조가 가능하다.The positive electrode may be prepared by mixing the positive electrode active material, the conductive material, the binder, and a solvent to prepare a positive electrode active material slurry, and then directly coating and drying the aluminum current collector. Alternatively, the cathode active material slurry may be cast on a separate support, and then the film obtained by peeling from the support may be manufactured by laminating on an aluminum current collector.

용매는 N-메틸피롤리돈, 아세톤, 테트라하이드로퓨란, 데칸 등을 사용할 수 있다. As the solvent, N-methylpyrrolidone, acetone, tetrahydrofuran, decane and the like can be used.

본 발명의 또 다른 일 구현예에서는, 입경이 0.1 내지 1㎛인 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 1차 입자로 이루어진, 입경이 20 내지 60㎛인 2차 입자를 포함하는 리튬 이차전지용 양극 활물질을 포함하는 양극, 음극 활물질을 포함하는 음극, 상기 양극과 상기 음극을 격리시키는 세퍼레이터 및 전해액을 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다. In another embodiment of the present invention, the lithium secondary battery positive electrode comprising secondary particles having a particle diameter of 20 to 60 ㎛ made of primary particles comprising a compound represented by the formula (1) having a particle diameter of 0.1 to 1 ㎛ Provided is a lithium secondary battery including a positive electrode including an active material, a negative electrode including a negative electrode active material, a separator to isolate the positive electrode and the negative electrode, and an electrolyte solution.

양극과 관련된 기재는 상기 본 발명의 일 구현예인 양극에서 언급한 바와 동일하기에 생략하도록 한다.The description related to the positive electrode is omitted as it is the same as mentioned in the positive electrode which is an embodiment of the present invention.

상기 음극은 양극과 마찬가지로 음극 활물질, 바인더 및 용매를 혼합하여 음극 활물질 슬러리를 제조하며, 이를 구리 집전체에 직접 코팅하거나 별도의 지지체 상에 캐스팅하고 이 지지체로부터 박리시킨 음극 활물질 필름을 구리 집전체에 라미네이션하여 제조한다. 이때 음극 활물질 슬러리에는 필요한 경우에는 도전재를 더욱 함유하기도 한다.Like the positive electrode, the negative electrode is mixed with a negative electrode active material, a binder, and a solvent to prepare a negative electrode active material slurry, which is directly coated on a copper current collector or cast on a separate support and peeled from the support to a negative electrode active material film on the copper current collector. It is prepared by lamination. At this time, the negative electrode active material slurry may further contain a conductive material if necessary.

상기 음극 활물질로는 리튬을 인터칼레이션/디인터칼레이션할 수 있는 재료가 사용되고, 예컨대, 리튬 금속이나 리튬 합금, 코크스, 인조 흑연, 천연 흑연, 유기 고분자 화합물 연소체, 탄소 섬유 등을 사용한다. 또한 도전재, 바인더 및 용매는 전술한 양극의 경우와 동일하게 사용된다. As the negative electrode active material, a material capable of intercalating / deintercalating lithium is used, and for example, lithium metal, lithium alloy, coke, artificial graphite, natural graphite, organic polymer compound combustor, carbon fiber, or the like is used. . In addition, a conductive material, a binder, and a solvent are used similarly to the case of the positive electrode mentioned above.

상기 세퍼레이터는 리튬 이차 전지에서 통상적으로 사용되는 것이라면 모두 다 사용가능하며, 일 예로 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드 또는 이들의 2층 이상의 다층막이 사용될 수 있으며, 폴리에틸렌/폴리프로필렌 2층 세퍼레이터, 폴리에틸렌/폴리프로필렌/폴리에틸렌 3층 세퍼레이터, 폴리프로필렌/폴리에틸렌/폴리프로필렌 3층 세퍼레이터 등과 같은 혼합 다층막이 사용될 수 있음은 물론이다.The separator may be used as long as it is commonly used in a lithium secondary battery. For example, polyethylene, polypropylene, polyvinylidene fluoride or two or more multilayer films thereof may be used, and a polyethylene / polypropylene two-layer separator, It goes without saying that a mixed multilayer film such as polyethylene / polypropylene / polyethylene three-layer separator, polypropylene / polyethylene / polypropylene three-layer separator and the like can be used.

상기 리튬 이차 전지에 충전되는 전해질로는 비수성 전해질 또는 공지된 고체 전해질 등이 사용 가능하며, 리튬염이 용해된 것을 사용한다. As the electrolyte to be charged in the lithium secondary battery, a non-aqueous electrolyte or a known solid electrolyte may be used, and a lithium salt is used.

상기 비수성 전해질의 용매는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트, 부틸렌카보네이트, 비닐렌카보네이트 등의 환상 카보네이트; 디메틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트, 디에틸카보네이트 등의 쇄상 카보네이트; 아세트산메틸, 아세트산에틸, 아세트산프로필, 프로피온산메틸, 프로피온산에틸, γ-부티로락톤 등의 에스테르류; 1,2-디메톡시에탄, 1,2-디에톡시에탄, 테트라히드로푸란, 1,2-디옥산, 2-메틸테트라히드로푸란 등의 에테르류; 아세토니트릴 등의 니트릴류; 디메틸포름아미드 등의 아미드류 등을 사용할 수 있다. 이들을 단독또는 복수개 조합하여 사용할 수 있다. 특히, 환상 카보네이트와 쇄상 카보네이트와의 혼합 용매를 바람직하게 사용할 수 있다.Although the solvent of the said non-aqueous electrolyte is not specifically limited, Cyclic carbonate, such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate; Chain carbonates such as dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate and diethyl carbonate; Esters such as methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate and γ-butyrolactone; Ethers such as 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, tetrahydrofuran, 1,2-dioxane and 2-methyltetrahydrofuran; Nitriles such as acetonitrile; Amides, such as dimethylformamide, etc. can be used. These can be used individually or in combination of multiple. In particular, a mixed solvent of a cyclic carbonate and a linear carbonate can be preferably used.

또한 전해질로서, 폴리에틸렌옥시드, 폴리아크릴로니트릴 등의 중합체 전해질에 전해액을 함침한 겔상 중합체 전해질이나, LiI, Li3N 등의 무기 고체 전해질이 가능하다.As the electrolyte, a gel polymer electrolyte in which an electrolyte solution is impregnated with a polymer electrolyte such as polyethylene oxide or polyacrylonitrile, or an inorganic solid electrolyte such as LiI or Li 3 N can be used.

이때 리튬염은 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, LiC4F9SO3, LiSbF6, LiAlO4, LiAlCl4, LiCl, 및 LiI로 이루어진 군에서 선택된 1종이 가능하다.The lithium salt is 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 , LiSbF 6 , LiAlO 4 , LiAlCl 4 , One selected from the group consisting of LiCl and LiI is possible.

상기 리튬 이차전지는 7C 레이트로 290 사이클 충방전 후 용량 유지율이 최초 용량 대비 70% 이상일 수 있다. 즉, 상기와 같은 리튬 이차전지는 7C 레이트와 같은 조건에서도 전술한 바와 같이 높은 에너지 밀도를 가짐과 동시에, 우수한 사이클링 안정성을 가진다. 즉, 많은 수의 사이클 후에도 상기 양극 활물질은 마이크로 구조의 손상이 없음을 알 수 있다. 이에 대한 자료는 후술할 실시예에서 보다 자세히 검토하도록 한다. The lithium secondary battery may have a capacity retention of more than 70% of the initial capacity after 290 cycles of charge and discharge at a 7C rate. That is, the lithium secondary battery as described above has a high energy density and excellent cycling stability as described above even under conditions such as 7C rate. That is, it can be seen that even after a large number of cycles, the cathode active material is free of damage to the microstructure. Data on this will be reviewed in more detail in the following examples.

본 발명의 또 다른 일 구현예에서는, (a) 장축의 길이가 50 내지 250nm인 판형의 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 준비하는 단계, (b) 상기 화합물을 도가니에 적층하는 단계 및 (c) 상기 도가니에 적층된 화합물을 이용하여 수열조건(hydrothermal) 속에, 입경이 0.1 내지 1㎛인 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 1차 입자로 이루어진, 입경이 20 내지 60㎛인 2차 입자를 포함하는 양극 활물질을 제조하는 단계를 포함하는 리튬 이차전지용 양극 활물질의 제조방법을 제공한다. In another embodiment of the present invention, (a) preparing a compound represented by the formula (1) in the form of a plate having a long axis of 50 to 250nm, (b) laminating the compound in the crucible and (c) Secondary particles having a particle size of 20 to 60 μm using primary compounds including the compound represented by Formula 1 having a particle size of 0.1 to 1 μm in hydrothermal conditions using the compound stacked in the crucible It provides a method for producing a cathode active material for a lithium secondary battery comprising the step of preparing a positive electrode active material comprising.

상기 (a) 단계의 장축의 길이가 50 내지 250nm인 판형의 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은, M 원료물질 및 Li 원료물질을 포함하는 혼합물을 이용하여 수열조건 속에 제조할 수 있다. The compound represented by the formula (1) of the plate-shape of 50 to 250nm in length of the long axis of step (a) can be prepared under hydrothermal conditions using a mixture containing M raw material and Li raw material.

(상기 M은 Ni, Co, Mn 또는 이들의 조합이다.)(M is Ni, Co, Mn, or a combination thereof.)

상기 Co 원료물질은 Co(NO3)2·6H2O, CoCl2 및 CoSO4로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나이고, 상기 Li 원료물질은 LiOH, LiCl 및 LiNO3로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. The Co raw material is at least one selected from the group consisting of Co (NO 3 ) 2 · 6H 2 O, CoCl 2 and CoSO 4 , The Li raw material is at least one selected from the group consisting of LiOH, LiCl and LiNO 3 Can be.

상기 Ni 원료물질은 Ni(NO3)2·6H2O, NiCl2 및 NiO4로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나일 수 있다. The Ni raw material may be at least one selected from the group consisting of Ni (NO 3 ) 2 .6H 2 O, NiCl 2, and NiO 4 .

상기 Mn 원료물질은 Mn(NO3)2·6H2O, MnCl2 및 MnSO4로 이루어진 군선택되는 적어도 하나일 수 있다. The Mn raw material may be at least one selected from the group consisting of Mn (NO 3 ) 2 .6H 2 O, MnCl 2 and MnSO 4 .

상기 (a) 단계의 장축의 길이가 50 내지 250nm인 판형의 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은, 상기 M 원료물질 및 Li 원료물질을 포함하는 혼합물을 오토클레이브에서 150 내지 250℃ 온도로 60 내지 80 시간 동안 어닐링하는 방법에 의한 것일 수 있다. 상기 범위를 만족하여야 장축의 길이가 50 내지 250nm인 판형의 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 제조할 수 있다. The compound represented by the formula (1) of the plate-shape of the long axis of the step (a) is 50 to 250nm in length, 60 to 80 at a temperature of 150 to 250 ℃ in a mixture containing the M raw material and Li raw material in an autoclave By annealing for a time. To satisfy the above range can be prepared a compound represented by the formula (1) of the plate-shape of 50 to 250nm long.

상기 (c) 단계의 입경이 0.1 내지 1㎛인 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 1차 입자로 이루어진, 입경이 20 내지 60㎛인 2차 입자를 포함하는 양극 활물질은, 상기 도가니에 적층된 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 800 내지 1000℃에서 2 내지 5시간 동안 어닐링하는 방법에 의한 것일 수 있으며, 상기 범위를 만족하여야 상기 양극 활물질을 제조할 수 있다. The positive electrode active material including secondary particles having a particle size of 20 to 60 μm, including primary particles including the compound represented by Formula 1 having a particle size of 0.1 to 1 μm in the step (c), is laminated to the crucible The compound represented by the following formula (1) may be by the method of annealing at 800 to 1000 ℃ for 2 to 5 hours, the above range must be satisfied to prepare the cathode active material.

상기와 같은 수열합성법은 매스 스케일로 이용 가능하며, 산업에 직접적으로 이용될 수 있는 매우 간단한 방법이다.Such hydrothermal synthesis is available on a mass scale and is a very simple method that can be used directly in industry.

상기 (b) 단계의 도가니는 알루미나 도가니 또는 지르코니아 도가니일 수 있다. The crucible of step (b) may be an alumina crucible or a zirconia crucible.

본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, (a) 장축의 길이가 50 내지 250nm인 판형의 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 준비하는 단계, (b) 상기 화합물을 도가니에 적층하는 단계 및 (c) 상기 도가니에 적층된 화합물을 이용하여 수열조건(hydrothermal) 속에, 입경이 0.1 내지 1㎛인 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 1차 입자로 이루어진, 입경이 20 내지 60㎛인 2차 입자를 포함하는 양극 활물질을 제조하는 단계, (d) 상기 양극 활물질, 바인더 및 도전재를 혼합하여 양극 활물질 슬러리를 제조하는 단계, (e) 상기 양극 활물질 슬러리를 양극 집전체의 적어도 일면에 코팅하는 단계 및 (f) 상기 코팅된 양극 활물질 슬러리를 건조 및 압연시키는 단계를 포함하는 리튬 이차전지용 양극의 제조방법을 제공한다. According to another embodiment of the present invention, (a) preparing a compound represented by the formula (1) in the form of a long axis of 50 to 250nm, (b) laminating the compound in the crucible and (c ) Secondary particles having a particle diameter of 20 to 60 μm, consisting of primary particles containing the compound represented by Formula 1 having a particle size of 0.1 to 1 μm under hydrothermal conditions using the compound stacked on the crucible. Preparing a positive electrode active material comprising a, (d) mixing the positive electrode active material, a binder and a conductive material to prepare a positive electrode active material slurry, (e) coating the positive electrode active material slurry on at least one surface of a positive electrode current collector And (f) drying and rolling the coated positive electrode active material slurry to provide a method of manufacturing a positive electrode for a lithium secondary battery.

양극 활물질과 관련된 기재는 상기 본 발명의 일 구현예인 양극 활물질의 제조방법과 동일하기 때문에 생략하도록 한다.Since the substrate related to the positive electrode active material is the same as the method of manufacturing the positive electrode active material of the embodiment of the present invention, it will be omitted.

상기 제조된 양극의 전극밀도는 3.5 내지 4.5g/cc일 수 있다. 전술한 바와 같이 전극밀도가 향상되면 에너지 밀도 역시 향상되기 때문에 전지의 수명을 향상시킬 수 있다.The electrode density of the prepared anode may be 3.5 to 4.5g / cc. As described above, when the electrode density is improved, the energy density is also improved, thereby improving the life of the battery.

상기 제조된 양극의 공극부피는 15 내지 30부피%일 수 있다. 공극부피가 상기 범위인 경우, 상업적으로 이용 가능한 전지의 레이트 특성을 얻을 수 있다. 상기 범위보다 작은 공극 부피는 전극으로의 전해질의 낮은 침투를 유발하고, 그로 인해 전지의 레이트 특성을 감소 시킨다.The pore volume of the prepared positive electrode may be 15 to 30% by volume. When the void volume is in the above range, rate characteristics of a commercially available battery can be obtained. Pore volumes smaller than this range cause low penetration of the electrolyte into the electrode, thereby reducing the rate characteristic of the cell.

상기 양극은 상기 양극 활물질 외에 바인더 및 도전재를 더 포함할 수 있다. The positive electrode may further include a binder and a conductive material in addition to the positive electrode active material.

상기 바인더는 예를 들어, 비닐리덴플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌, 이들의 혼합물 등이 있다. Such binders include, for example, vinylidene fluoride / hexafluoropropylene copolymer, polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polymethyl methacrylate, polytetrafluoroethylene, mixtures thereof, and the like.

상기 도전재는 예를 들어, 카본 블랙, 흑연, 금속 분말 등이 있다. Examples of the conductive material include carbon black, graphite, metal powder, and the like.

또한, 상기 양극은 상기 양극 활물질 88 내지 96중량%, 상기 바인더 2 내지 6중량% 및 상기 도전재 2 내지 6중량%의 범위로 포함할 수 있다. 상기 범위를 만족하여야 전술한 공극부피의 범위를 만족할 수 있다. In addition, the positive electrode may include 88 to 96% by weight of the positive electrode active material, 2 to 6% by weight of the binder and 2 to 6% by weight of the conductive material. The above range must be satisfied to satisfy the above-mentioned range of void volume.

상기 양극은 상기 양극 활물질과, 상기 도전재, 상기 바인더 및 용매를 혼합하여 양극 활물질 슬러리를 제조한 다음, 알루미늄 집전체 상에 직접 코팅 및 건조하여 제조할 수 있다. 또는 상기 양극 활물질 슬러리를 별도의 지지체 상에 캐스팅한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 알루미늄 집전체 상에 라미네이션하여 제조가 가능하다.The positive electrode may be prepared by mixing the positive electrode active material, the conductive material, the binder, and a solvent to prepare a positive electrode active material slurry, and then directly coating and drying the aluminum current collector. Alternatively, the cathode active material slurry may be cast on a separate support, and then the film obtained by peeling from the support may be manufactured by laminating on an aluminum current collector.

상기 용매는 N-메틸피롤리돈, 아세톤, 테트라하이드로퓨란, 데칸 등을 사용할 수 있다.The solvent may be N-methylpyrrolidone, acetone, tetrahydrofuran, decane and the like.

이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, preferred examples and comparative examples of the present invention are described. However, the following examples are only preferred examples of the present invention and the present invention is not limited to the following examples.

실시예Example

1. 양극 활물질의 제조1. Preparation of positive electrode active material

실시예Example 1: 양극 활물질의 제조 1: Preparation of Positive Electrode Active Material

장축의 길이가 200 Long axis length is 200 nmnm 인 판형의 Phosphorus LiCoOLiCoO 22  of 제조 Produce

Co 원료물질로 Co(NO3)2·6H2O을 사용하였으며, Li 원료물질로 LiOH를 사용하였다. Co(NO3)2·6H2O의 당량적 양을 1-헥산올에 용해하였고, 이후 LiOH 및 올레일아민을 첨가하였다. 모든 과정은 강한 교반(stirring)을 동반하였다(배치 반응기 사이즈는 500g).Co (NO 3 ) 2 · 6H 2 O was used as the Co raw material, and LiOH was used as the Li raw material. Equivalent amounts of Co (NO 3 ) 2 .6H 2 O were dissolved in 1-hexanol, followed by addition of LiOH and oleylamine. All procedures were accompanied by strong stirring (batch reactor size 500 g).

상기 혼합물은 이후 오토클레이브로 이송되었으며 200℃에서 72시간 동안 어닐링되어 파우더를 형성하였다. The mixture was then transferred to an autoclave and annealed at 200 ° C. for 72 hours to form a powder.

이후 상기 파우더는 상온(25℃)으로 냉각되었고, 미반응한 LiOH는 물에 의한 3번의 세척 후 에탄올에 의한 2번의 세척에 의해 제거되었다.The powder was then cooled to room temperature (25 ° C.) and unreacted LiOH was removed by three washes with water and two washes with ethanol.

세척된 파우더는 200℃에서 24시간 동안 진공 건조되었다. 제조된 파우더의 크기는 200 nm(장축의 길이) 이었고, 형태는 판형이었다.
The washed powder was vacuum dried at 200 ° C. for 24 hours. The powder size was 200 nm (length of long axis) and the shape was plate-shaped.

40㎛인 2차 입자 형태의 양극 활물질의 제조Preparation of the positive electrode active material in the form of secondary particles of 40 ㎛

상기 제조된 파우더를 0.5리터 용량의 알루미나 도가니에 밀도 높게 적층한 후, 900℃에서 3시간 동안 어닐링하였다. 상기 과정에 의해 1㎛인 1차 입자가 모여서 이루어진 40㎛의 2차 입자 형태의 LiCoO2 양극 활물질을 얻을 수 있었다.
The powder thus prepared was densely stacked in a 0.5 liter alumina crucible and then annealed at 900 ° C. for 3 hours. By the above procedure, a 40 μm secondary particle type LiCoO 2 positive electrode active material obtained by collecting primary particles having a diameter of 1 μm was obtained.

비교예Comparative example 1: 10㎛ 크기의  1: 10 μm size LiCoOLiCoO 22 양극 활물질의 제조 Preparation of Cathode Active Material

Co3O4 (5㎛, 알파사, 미국)과 LiCO3 (알파사, 미국)를 1:1당량비로 교반 후 1000℃에서 3시간 소성 후 냉각하여 10㎛ 크기의 LiCoO2 양극 활물질을 제조하였다.
Co 3 O 4 (5 μm, Alpha, USA) and LiCO 3 (Alpha, USA) were stirred in a 1: 1 equivalent ratio and then calcined at 1000 ° C. for 3 hours to cool to prepare a 10 μm LiCoO 2 cathode active material. .

비교예Comparative example 2: 카본이 코팅된  2: carbon coated LiFePOLiFePO 44 양극 활물질의 제조 Preparation of Cathode Active Material

FeC2O4·2H2O, (NH4)2HPO4 및 LiNO3를 당량적으로 완전히 물에 용해시켰다.FeC 2 O 4 .2H 2 O, (NH 4 ) 2 HPO 4 and LiNO 3 were equivalently completely dissolved in water.

이후, 700℃에서 10시간 동안 H2/N2 (10/90 부피%)의 혼합가스 조건하에 가열하여 LiFePO4 파우더를 형성하였다. Then, LiFePO 4 powder was formed by heating at 700 ° C. for 10 hours under mixed gas conditions of H 2 / N 2 (10/90 vol%).

형성된 파우더를 상온(25℃)로 냉각한 후, 상기 파우더에 수크로오스 수용액을 혼합하였다. After cooling the formed powder to room temperature (25 ℃), the sucrose aqueous solution was mixed with the powder.

이후, 700℃에서 5시간 동안 어닐링하여 상기 수크로오스가 비결정질의 카본으로 변형되어 상기 파우더 상에 코팅되도록 하였다. After annealing at 700 ° C. for 5 hours, the sucrose was transformed into amorphous carbon and coated on the powder.

제조된 카본이 코팅된 LiFePO4 양극 활물질의 최종 카본 함량은 1.5중량%였다.
The final carbon content of the prepared carbon-coated LiFePO 4 positive electrode active material was 1.5% by weight.

비교예Comparative example 3:  3: LiNiLiNi 00 .8.8 CoCo 00 .15.15 AlAl 00 .05.05 OO 22 양극 활물질의 제조 Preparation of Cathode Active Material

에코프로사(한국)에서 입경 10㎛ LiNi0 .8Co0 .15Al0 .05O2 양극 활물질을 제공받았다.
In diameter 10㎛ Ecopro Inc. (Korea) LiNi 0 .8 Co 0 .15 Al 0 .05 O was the 2 positive active material.

2. 양극의 제조2. Manufacturing of Anode

실시예Example 2: 양극의 제조( 2: preparation of the anode ( 공극부피Void volume : : 20부피20 volumes %, 전극밀도: 4.1g/%, Electrode density: 4.1 g / cccc ))

양극을 제조하기 위한 양극 활물질 슬러리의 제조에서, 양극 활물질은 상기 실시예 1에서 제조한 양극 활물질을 사용하였고, 바인더는 폴리(비닐리덴 플루오라이드)(poly(vinylidene fluoride), PVDF)를 사용하였고, 도전재는 수퍼 P 카본 블랙을 사용하였으며, 용매는 N-메틸-2-피롤리덴(N-methyl-2-pyrrolidene, NMP)을 사용하였다. In the preparation of the positive electrode active material slurry for producing a positive electrode, the positive electrode active material was used as the positive electrode active material prepared in Example 1, the binder was used poly (vinylidene fluoride) (poly (vinylidene fluoride), PVDF), Super P carbon black was used as the conductive material, and N-methyl-2-pyrrolidene (NMP) was used as the solvent.

상기 슬러리의 혼합비는 92:4:4중량%(활물질:바인더:도전재)이었다. The mixing ratio of the slurry was 92: 4: 4 wt% (active material: binder: conductive material).

이후, 상기 슬러리를 알루미늄 집전체 상에 직접 코팅 및 건조하여 양극을 제조하였다. 건조 후 극판을 롤프레스(roll press, 1ton/cm2)로 2회 압연을 실시하였다. Thereafter, the slurry was directly coated and dried on an aluminum current collector to prepare a positive electrode. After drying, the electrode plate was rolled twice using a roll press (roll press, 1 ton / cm 2 ).

기공도 측정기(mercury porosimeter, Micromeritics Pore Sizer 9320)를 이용하여 측정한, 제조된 양극의 공극부피는 20부피%였으며, 전극밀도는 4.1g/cc였다. 4.1g/cc의 전극밀도는 3Wh/cc에 상응하며, 우수한 값에 해당한다.
The pore volume of the prepared anode, measured using a porosity meter (Mercury porosimeter, Micromeritics Pore Sizer 9320), was 20% by volume, and the electrode density was 4.1g / cc. The electrode density of 4.1 g / cc corresponds to 3 Wh / cc, which corresponds to an excellent value.

실시예Example 3: 양극의 제조( 3: production of anode ( 공극부피Void volume : : 28부피28 volumes %, 전극밀도: 3.5g/%, Electrode density: 3.5 g / cccc ))

슬러리의 혼합비를 88:6:6중량%(활물질:바인더:도전재)로 한 점을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 양극을 제조하였다.A positive electrode was prepared in the same manner as in Example 2, except that the mixing ratio of the slurry was 88: 6: 6 wt% (active material: binder: conductive material).

제조된 양극의 공극부피는 28부피%였으며, 전극밀도는 3.5g/cc였다.
The pore volume of the prepared positive electrode was 28% by volume, and the electrode density was 3.5g / cc.

비교예Comparative example 4: 양극의 제조( 4: preparation of the anode ( 공극부피Void volume 20부피20 volumes %, 전극밀도 3.5g/%, Electrode density 3.5g / cccc ))

양극 활물질을 상기 비교예 1에서 제조된 양극 활물질을 사용한 점 및 슬러리의 혼합비를 96:2:2중량%(활물질:바인더:도전재)로 한 점을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 양극을 제조하였다. The positive electrode active material in the same manner as in Example 2 except for using the positive electrode active material prepared in Comparative Example 1 and the mixing ratio of the slurry to 96: 2: 2% by weight (active material: binder: conductive material) Was prepared.

제조된 양극의 공극부피는 20부피%였으며, 전극밀도는 3.5g/cc였다.
The pore volume of the prepared positive electrode was 20% by volume, and the electrode density was 3.5g / cc.

비교예Comparative example 5: 양극의 제조( 5: production of anode ( 공극부피Void volume 15부피15 volumes %, 전극밀도 3.8g/%, Electrode density 3.8 g / cccc ))

양극 활물질을 상기 비교예 1에서 제조된 양극 활물질을 사용한 점, 슬러리의 혼합비를 96:2:2중량%(활물질:바인더:도전재)로 한 점 및 압연을 3회 실시한 점을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 양극을 제조하였다.
Except that the positive electrode active material was used in the positive electrode active material prepared in Comparative Example 1, the mixing ratio of the slurry was 96: 2: 2% by weight (active material: binder: conductive material) and the rolling was performed three times. A positive electrode was prepared in the same manner as in Example 2.

비교예Comparative example 6: 양극의 제조( 6: Preparation of the anode 공극부피Void volume 20부피20 volumes %, 전극밀도 2.6g/%, Electrode density 2.6 g / cccc ))

양극 활물질을 상기 비교예 2에서 제조된 양극 활물질을 사용한 점 및 상기 슬러리의 혼합비를 90:3:7중량%(활물질:바인더:도전재)로 한 점을 제외하고, 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 양극을 제조하였다. The same method as in Example 2, except that the positive electrode active material using the positive electrode active material prepared in Comparative Example 2 and the mixing ratio of the slurry to 90: 3: 7% by weight (active material: binder: conductive material). A positive electrode was prepared.

제조된 양극의 공극부피는 20부피%였으며, 전극밀도는 2.6g/cc였다.
The pore volume of the prepared positive electrode was 20% by volume, and the electrode density was 2.6g / cc.

비교예Comparative example 7: 양극의 제조( 7: Preparation of anode 공극부피Void volume 20부피20 volumes %, 전극밀도 3.3g/%, Electrode density 3.3g / cccc ))

양극 활물질을 상기 비교예 3에서 제조된 양극 활물질을 사용한 점 및 상기 슬러리의 혼합비를 92:4:4중량%(활물질:바인더:도전재)로 한 점을 제외하고, 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 양극을 제조하였다. The same method as in Example 2, except that the positive electrode active material using the positive electrode active material prepared in Comparative Example 3 and the mixing ratio of the slurry to 92: 4: 4% by weight (active material: binder: conductive material) A positive electrode was prepared.

제조된 양극의 공극부피는 20부피%였으며, 전극밀도는 3.3g/cc였다.
The pore volume of the prepared anode was 20% by volume and the electrode density was 3.3g / cc.

3. 반쪽 셀의 제조3. Preparation of Half Cells

실시예Example 4: 반쪽 셀의 제조 4: Preparation of Half Cells

코인 형태의 반쪽 셀(2016-사이즈)은 상기 실시예 2에서 제조된 양극, 리튬-카운터 전극, 15mm 두께 마이크로-공극 폴리에틸렌 세퍼레이터 및 에틸렌카보네이트(ethylene carbonate, EC)/디메틸카보네이트(dimethyl carbonate, DMC)(1:1 부피%, LG Chem., Korea) 내 1M LiPF6 전해질을 이용하여 제작하였다.
Coin-shaped half cells (2016-size) were fabricated in Example 2, the anode, lithium-counter electrode, 15 mm thick micro-porous polyethylene separator and ethylene carbonate (EC) / dimethyl carbonate (DMC). (1: 1 volume%, LG Chem., Korea) was prepared using 1M LiPF 6 electrolyte.

실시예Example 5: 반쪽 셀의 제조 5: Preparation of Half Cells

실시예 2에서 제조된 양극 대신에 실시예 3에서 제조된 양극을 사용한 점을 제외하고는 실시예 4와 동일한 방법으로 반쪽 셀을 제작하였다.
A half cell was manufactured in the same manner as in Example 4, except that the positive electrode prepared in Example 3 was used instead of the positive electrode prepared in Example 2.

비교예Comparative example 8: 반쪽 셀의 제조 8: Preparation of Half Cells

실시예 2에서 제조된 양극 대신에 비교예 4에서 제조된 양극을 사용한 점을 제외하고는 실시예 4와 동일한 방법으로 반쪽 셀을 제작하였다.
A half cell was manufactured in the same manner as in Example 4, except that the positive electrode prepared in Comparative Example 4 was used instead of the positive electrode prepared in Example 2.

비교예Comparative example 9: 반쪽 셀의 제조 9: Preparation of Half Cells

실시예 2에서 제조된 양극 대신에 비교예 5에서 제조된 양극을 사용한 점을 제외하고는 실시예 4와 동일한 방법으로 반쪽 셀을 제작하였다.
A half cell was manufactured in the same manner as in Example 4, except that the positive electrode prepared in Comparative Example 5 was used instead of the positive electrode prepared in Example 2.

비교예Comparative example 10: 반쪽 셀의 제조 10: Preparation of Half Cells

실시예 2에서 제조된 양극 대신에 비교예 6에서 제조된 양극을 사용한 점을 제외하고는 실시예 4와 동일한 방법으로 반쪽 셀을 제작하였다.
A half cell was manufactured in the same manner as in Example 4, except that the positive electrode prepared in Comparative Example 6 was used instead of the positive electrode prepared in Example 2.

비교예Comparative example 11: 반쪽 셀의 제조 11: Preparation of Half Cells

실시예 2에서 제조된 양극 대신에 비교예 7에서 제조된 양극을 사용한 점을 제외하고는 실시예 4와 동일한 방법으로 반쪽 셀을 제작하였다.
A half cell was prepared in the same manner as in Example 4 except that the positive electrode prepared in Comparative Example 7 was used instead of the positive electrode prepared in Example 2.

4. 파우치 형태의 리튬 이차전지의 제조4. Preparation of Pouch Type Lithium Secondary Battery

실시예Example 6: 파우치 형태의 리튬 이차전지의 제조 6: Preparation of Pouch Type Lithium Secondary Battery

상기 실시예 2에서 제조한 양극, 음극 대 양극이 1.15:1의 치수비인 천연 그라파이트 음극(이러한 비율에서, 4.35V(vs. 그라파이트)에서의 음극 상에 리튬 증착은 일어나지 않음), 폴리에틸렌 세퍼레이터, 에틸렌카보네이트와 디에틸카보네이트(3:4의 부피비)에 1몰의 LiPF6을 혼합한 전해질을 사용하여 파우치 형태의 리튬 이차전지를 제조하였다. A natural graphite negative electrode having a dimension ratio of 1.15: 1 in the positive electrode, the negative electrode to the positive electrode prepared in Example 2 (in this ratio, lithium deposition does not occur on the negative electrode at 4.35 V (vs. graphite)), polyethylene separator, ethylene A pouch-type lithium secondary battery was manufactured using an electrolyte in which 1 mol of LiPF 6 was mixed with carbonate and diethyl carbonate (3: 4 by volume).

제조과정은 건조-룸(100ppm 이하의 습기가 포함)에서 수행되었다. The manufacturing process was carried out in a dry-room (containing less than 100 ppm moisture).

상기 리튬 이차전지의 크기는 20 cm2 이고(장축 5cm, 단축 4cm), 높이는 0.3 cm이고, 표준 용량은 820mAh로 세팅되었다.
The lithium secondary battery had a size of 20 cm 2 (5 cm long, 4 cm short), a height of 0.3 cm, and a standard capacity of 820 mAh.

실험예Experimental Example

1. One. XRDXRD 패턴 pattern

상기 실시예 1에서 제조된, 판형인 LiCoO2 물질 및 40㎛ 크기인 2차 입자의 XRD 패턴을 각각 분석하였다. The XRD patterns of the plate-shaped LiCoO 2 material prepared in Example 1 and the secondary particles having a size of 40 μm were analyzed, respectively.

그 결과는 도 1에서 알 수 있다. The result can be seen in FIG.

도 1에서 알 수 있듯이, 그러나, 판형인 LiCoO2 물질의 적분비는 2.4인 반면에, 40㎛ 크기인 2차 입자 (003) 내지 (104)의 적분비는 3.5였다. 이는 900℃에서 어닐링된 40㎛ 크기인 2차 입자는 c-축에 따른 구조의 매우 강한 배향성을 나타냄을 의미한다. As can be seen in FIG. 1, however, the integral ratio of the LiCoO 2 material, which is plate-shaped, is 2.4, while the integral ratio of secondary particles 003 to 104, which are 40 μm in size, is 3.5. This means that the 40 μm sized secondary particles annealed at 900 ° C. exhibit very strong orientation of the structure along the c-axis.

판형인 LiCoO2 물질의 측정된 격자 상수 a 및 c의 값은 각각 2.813Å 및 14.042Å이었다(c/a = 4.991). 상기 a 및 c 값은 내부층(헥사고날 단위 셀 내 c-축의 1/3)과 헥사고날 셀 내의 내부층의 이웃층(금속-금속 거리) a-축 사이의 거리를 나타낸다. 상기 40㎛ 크기인 2차 입자는 a=2.810 및 c=14.072(c/a=5.01)을 보여주며, 이는 c-축을 따라서 매우 크게 이각되어 있음을 나타낸다. The measured lattice constants a and c of the plate-shaped LiCoO 2 materials were 2.813 Å and 14.042 각각, respectively (c / a = 4.991). The a and c values represent the distance between the inner layer (1/3 of the c-axis in the hexagonal unit cell) and the a-axis of the neighboring layer (metal-metal distance) of the inner layer in the hexagonal cell. The secondary particles having a size of 40 μm show a = 2.810 and c = 14.072 (c / a = 5.01), indicating very large deviations along the c-axis.

이것은 3a 사이트에서 리튬의 인터칼레이션을 좀더 촉진함을 의미한다. 격자 상수(viz. c/a 비율)의 변경은, c-축에 따른 결정 배향성의 증가를 유도한 900 oC 에서의 어닐링에 기인하는 것으로 보인다.
This means that lithium promotes more intercalation at the 3a site. Changes in lattice constant (viz. C / a ratio) resulted in an increase in crystal orientation along the c-axis of 900. o seems to be due to annealing in C.

2. 2. SEMSEM  And TEMTEM 사진 Picture

도 2a 및 2b는 상기 실시예 1에서 제조된 판형인 LiCoO2 물질의 SEM 및 TEM 사진이다. 2A and 2B are SEM and TEM images of the plate-shaped LiCoO 2 material prepared in Example 1 above.

이는 장축의 길이가 250nm 미만의 크기를 가지는 판형임을 보여준다.This shows that the length of the major axis is a plate with a size of less than 250 nm.

도 2c 및 2d는 상기 실시예 1에서 제조된 40㎛ 크기인 2차 입자의 SEM 사진이다.2c and 2d are SEM images of the secondary particles having a size of 40 μm prepared in Example 1.

어닐링 과정 동안 판형인 LiCoO2 물질은 큰 2차 입자로 뭉치고 각각의 판형인 LiCoO2 물질은 1㎛ 크기의 입자로 변한다. 상기 2차 입자의 크기는 약 40μm이다. 당업자에게 알려진 바에 의하면, LiCoO2 양극 활물질에 관하여, 이러한 종류의 형태는 보고된 바가 없다.
During the annealing process, the plate-shaped LiCoO 2 material aggregates into large secondary particles and each plate-shaped LiCoO 2 material turns into particles of 1 μm size. The size of the secondary particles is about 40 μm. As known to those skilled in the art, with respect to LiCoO 2 positive electrode active material, this kind of form has not been reported.

3. 3. 실시예Example 4에서 제조한 셀의 특성 실험 Characteristic experiment of the cell prepared in 4

도 3은 실시예 4에서 제조한 반쪽 셀의 상이한 C 레이트에서의 특성을 나타낸 그래프이다. 3 is a graph showing the characteristics at different C rates of the half cells prepared in Example 4. FIG.

실시예 4의 첫 방전용량은 0.2C 레이트에서 3 내지 4.5V, 185mAh/g 이었다. 또한, 첫 방전용량은 5 및 7C 레이트에서 173 및 165 mAh/g로 감소하였다.
The first discharge capacity of Example 4 was 3 to 4.5V and 185 mAh / g at 0.2C rate. In addition, the initial discharge capacity was reduced to 173 and 165 mAh / g at 5 and 7C rates.

4. 4. 실시예Example 4,  4, 실시예Example 5,  5, 비교예Comparative example 8 및  8 and 비교예Comparative example 9의 사이클에 따른 방전용량 실험 Discharge Capacity Experiment with 9 Cycles

도 4는 실시예 4, 실시예 5, 비교예 8 및 비교예 9의 사이클에 따른 방전용량 실험데이터이다. 4 is discharge data experimental data according to cycles of Example 4, Example 5, Comparative Example 8 and Comparative Example 9.

상기 실시예 4 및 실시예 5는 전극밀도에 관계 없이 0.2C에서 185mAh/g의 동일한 방전용량을 보였다. Example 4 and Example 5 showed the same discharge capacity of 185mAh / g at 0.2C regardless of the electrode density.

비교예 8 및 9는 7C에서 사이클수가 증가함에 의해 급격히 방전용량이 감소하나, 실시예 4 및 5는 감소 폭이 현저히 작은 것을 알 수 있다. 이는 실시예 4 및 5의 사이클에 대한 안정성을 나타낸다.
In Comparative Examples 8 and 9, the discharge capacity is drastically decreased due to the increase in the number of cycles at 7C. However, it is understood that Examples 4 and 5 are significantly smaller in the reduction range. This shows stability to the cycles of Examples 4 and 5.

5. 5. 실시예Example 4,  4, 실시예Example 5,  5, 비교예Comparative example 8,  8, 비교예Comparative example 9,  9, 비교예Comparative example 10 및  10 and 비교예Comparative example 11의 사이클에 따른 에너지밀도 실험 Energy density experiment according to 11 cycles

도 5는 실시예 4, 실시예 5, 비교예 8, 비교예 9, 비교예 10 및 비교예 11의 사이클에 따른 에너지밀도 실험데이터이다. 실험 조건은 7C 레이트이다.5 is energy density experimental data according to cycles of Example 4, Example 5, Comparative Example 8, Comparative Example 9, Comparative Example 10 and Comparative Example 11. Experimental conditions are 7C rate.

레이트 조건이 7C인 경우가 5C 인 경우 보다 각 셀의 특성 차이가 더 벌어지게 된다. 따라서, 상기 실험은 조건이 더욱 혹독한 조건인 7C에서 수행하였다. In the case where the rate condition is 7C, the difference in characteristics of each cell is wider than in the case of 5C. Thus, the experiment was performed at 7C, where the conditions are more severe.

48 사이클 후, 실시예 4의 유지용량은 149mAh/g이며, 이는 2.1Wh/cc 에너지 밀도에 해당한다. After 48 cycles, the holding capacity of Example 4 is 149 mAh / g, which corresponds to a 2.1 Wh / cc energy density.

한편, 비교예 9의 첫 번째 방전용량은 133mAh/g였으며, 48 사이클 후, 25mAh/g로 급격하게 감소하였다. 이는 0.35Wh/cc에 대응한다. 이러한 결과는 40 사이클 이후에, 실시예 4의 경우가 비교예 9의 경우보다 5.7배 큰 에너지 밀도를 가짐을 나타낸다. On the other hand, the first discharge capacity of Comparative Example 9 was 133 mAh / g, after 48 cycles, it was sharply reduced to 25 mAh / g. This corresponds to 0.35 Wh / cc. This result indicates that after 40 cycles, the case of Example 4 has an energy density 5.7 times larger than that of Comparative Example 9.

40 사이클 후의 실시예 5의 에너지 밀도는 2.3Wh/cc로 실시예 4의 경우보다 증가되었다. 그러나, 동일한 전극밀도를 가진 비교예 8은 40 사이클 후에 1.25Wh/cc의 에너지밀도를 가지는 것으로 나타났다.The energy density of Example 5 after 40 cycles was 2.3 Wh / cc, which was higher than that of Example 4. However, Comparative Example 8 with the same electrode density was found to have an energy density of 1.25 Wh / cc after 40 cycles.

또한, 첫 방전 시 비교예 10의 에너지 밀도는 0.9Wh/cc(110mAh/g)였고, 30 사이클 후에는 0.75Wh/cc로 감소하였다. 한편, 비교예 11은 첫 방전 시 1.5Wh/cc(125mAh/g)를 나타내었고, 30 사이클 후에의 에너지 밀도는 1.25Wh/cc로 감소하였다.In addition, the energy density of Comparative Example 10 during the first discharge was 0.9 Wh / cc (110 mAh / g), and decreased to 0.75 Wh / cc after 30 cycles. Meanwhile, Comparative Example 11 exhibited 1.5 Wh / cc (125 mAh / g) at the first discharge, and the energy density after 30 cycles was reduced to 1.25 Wh / cc.

상기 실시예 4 및 5의 사이클에 따른 에너지밀도의 안정성이 현저히 우수함을 알 수 있었다.
It was found that the stability of the energy density according to the cycles of Examples 4 and 5 was remarkably excellent.

6. 6. 실시예Example 6에서 제조한 전지의 특성 평가 Evaluation of characteristics of the battery manufactured in 6

도 6a는 상이한 조건의 C 레이트에 따른 전지 특성을 나타낸 그래프이다. 6A is a graph showing battery characteristics at different C rates under different conditions.

도 6a에서 알 수 있듯이, 실시예 6에서 제조한 전지의 방전용량은 0.2, 3 및 7C 레이트에서 각각 169, 164 및 158mAh/g이었다. 즉, 0.2C에서의 방전용량이 7C에서도 93% 유지된 것을 알 수 있다. As can be seen in FIG. 6A, the discharge capacities of the battery prepared in Example 6 were 169, 164 and 158 mAh / g at 0.2, 3 and 7C rates, respectively. That is, it can be seen that the discharge capacity at 0.2C was maintained at 93% even at 7C.

도 6b는 7C 조건에서 사이클에 따른 방전용량을 나타낸 그래프이다. Figure 6b is a graph showing the discharge capacity according to the cycle at 7C conditions.

290 사이클 후 방전용량은 첫 사이클의 방전용량에 78%에 해당한다. The discharge capacity after 290 cycles corresponds to 78% of the discharge capacity of the first cycle.

상기와 같이 까다로운 조건에서 테스트된 이러한 우수한 레이트 특성은 보고된 바가 없다.
No such good rate characteristics have been reported tested under these demanding conditions.

7. 7. 실시예Example 6의 290 사이클 후의 양극 활물질의 구조 분석 Structural analysis of the positive electrode active material after 290 cycles of 6

사이클에 따라 양극 내의 양극 활물질의 구조적 파괴 여부를 분석하기 위해 상기 실시예 6의 290 사이클 후의 양극을 추출하였으며, 이를 XRD 및 HREM 사진 분석하였다. 분석 결과는 도 7a 및 7b에 나타난다.In order to analyze the structural destruction of the positive electrode active material in the positive electrode according to the cycle, the positive electrode after 290 cycles of Example 6 was extracted, and XRD and HREM images were analyzed. The analysis results are shown in FIGS. 7A and 7B.

도 7a는 상기 실시예 6의 290 사이클 후의 양극 활물질의 XRD 분석데이터이다.7A is XRD analysis data of the positive electrode active material after 290 cycles of Example 6. FIG.

상기 XRD 패턴은 이차 상의 형태를 보여주지 않았으며, (003) 내지 (104)의 인텐시티 비율은 3.2로 측정되었다. 이는 초기 전극의 값과 유사하다. 상기 결과는 사이클 동안에 활물질의 마이크로구조의 손상이 없음을 나타낸다.The XRD pattern did not show the shape of the secondary phase, and the intensity ratio of (003) to (104) was measured as 3.2. This is similar to the value of the initial electrode. The results indicate that there is no damage to the microstructure of the active material during the cycle.

도 7b는 실시예 6의 290 사이클 후의 양극 활물질의 HREM 사진이다. 도 7b의 오른쪽 상단 사진은 상기 양극 활물질의 회절패턴을 나타낸다. 7B is a HREM photograph of the positive electrode active material after 290 cycles of Example 6. FIG. 7B shows a diffraction pattern of the cathode active material.

상기 HREM 사진은 분명하게 잘 발달된 층상을 및 4.31 Å의 d spacing 값을 보여준다. 4.31 Å의 d spacing 값은 헥사고날 층상의 (003) 플레인에 해당한다. The HREM photograph clearly shows well developed stratification and d spacing value of 4.31 mm 3. The d spacing value of 4.31 ms corresponds to the (003) plane of the hexagonal stratification.

도 7b의 삽입 사진은 완벽한 헥사고날 단일 결정상의 존재를 보여준다.The inset of FIG. 7B shows the presence of a complete hexagonal single crystal phase.

따라서, 전지 특성의 감소는 예를 들어, 그라파이트, 전해질 및 전지 밸런스 등의 다른 요소에 원인이 있는 것으로 보인다.Thus, the decrease in cell characteristics appears to be attributable to other factors such as, for example, graphite, electrolytes and cell balance.

본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.The present invention is not limited to the above embodiments, but may be manufactured in various forms, and a person skilled in the art to which the present invention pertains has another specific form without changing the technical spirit or essential features of the present invention. It will be appreciated that the present invention may be practiced as. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.

Claims (25)

입경이 0.1 내지 1㎛인 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 1차 입자로 이루어진, 입경이 20 내지 60㎛인 2차 입자를 포함하는 리튬 이차전지용 양극 활물질.
[화학식 1]
LiMO2
(상기 화학식 1에서, M은 Ni, Co, Mn 또는 이들의 조합이다.)
A cathode active material for lithium secondary battery comprising secondary particles having a particle size of 20 to 60 μm, including primary particles including a compound represented by the following Chemical Formula 1 having a particle diameter of 0.1 to 1 μm.
[Formula 1]
LiMO 2
(In Formula 1, M is Ni, Co, Mn or a combination thereof.)
제 1 항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 LiCoO2인 것인 리튬 이차전지용 양극 활물질.
The method of claim 1,
The compound represented by Formula 1 is LiCoO 2 positive electrode active material for a lithium secondary battery.
입경이 0.1 내지 1㎛인 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 1차 입자로 이루어진, 입경이 20 내지 60㎛인 2차 입자를 포함하는 리튬 이차전지용 양극 활물질을 포함하는 양극이되,
상기 양극은 전극밀도가 3.5 내지 4.5g/cc인 것인 리튬 이차전지용 양극.
[화학식 1]
LiMO2
(상기 화학식 1에서, M은 Ni, Co, Mn 또는 이들의 조합이다.)
A cathode including a cathode active material for a lithium secondary battery including secondary particles having a particle diameter of 20 to 60 μm, including primary particles including a compound represented by the following Chemical Formula 1 having a particle diameter of 0.1 to 1 μm,
The positive electrode is a lithium secondary battery positive electrode having an electrode density of 3.5 to 4.5g / cc.
[Formula 1]
LiMO 2
(In Formula 1, M is Ni, Co, Mn or a combination thereof.)
제 3 항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 LiCoO2인 것인 리튬 이차전지용 양극.
The method of claim 3, wherein
The compound represented by Formula 1 is LiCoO 2 positive electrode for a lithium secondary battery.
제 3 항에 있어서,
상기 양극은 공극부피가 15 내지 30부피%인 것인 리튬 이차전지용 양극.
The method of claim 3, wherein
The positive electrode is a lithium secondary battery positive electrode having a void volume of 15 to 30% by volume.
제 3 항에 있어서,
상기 양극은 상기 양극 활물질 외에 바인더 및 도전재를 더 포함하되,
상기 양극 활물질 88 내지 96중량%, 상기 바인더 2 내지 6중량% 및 상기 도전재 2 내지 6중량%의 범위로 포함하는 것인 리튬 이차전지용 양극.
The method of claim 3, wherein
The positive electrode further includes a binder and a conductive material in addition to the positive electrode active material,
88 to 96% by weight of the positive electrode active material, 2 to 6% by weight of the binder and 2 to 6% by weight of the conductive material.
입경이 0.1 내지 1㎛인 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 1차 입자로 이루어진, 입경이 20 내지 60㎛인 2차 입자를 포함하는 리튬 이차전지용 양극 활물질을 포함하는 양극;
음극 활물질을 포함하는 음극;
상기 양극과 상기 음극을 격리시키는 세퍼레이터; 및
전해액;
을 포함하는 리튬 이차전지.
[화학식 1]
LiMO2
(상기 화학식 1에서, M은 Ni, Co, Mn 또는 이들의 조합이다.)
A positive electrode including a positive active material for a lithium secondary battery including secondary particles having a particle diameter of 20 to 60 μm, including primary particles including a compound represented by the following Chemical Formula 1 having a particle diameter of 0.1 to 1 μm;
A negative electrode comprising a negative electrode active material;
A separator separating the positive electrode and the negative electrode; And
Electrolyte solution;
Lithium secondary battery comprising a.
[Formula 1]
LiMO 2
(In Formula 1, M is Ni, Co, Mn or a combination thereof.)
제 7 항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 LiCoO2인 것인 리튬 이차전지.
The method of claim 7, wherein
The compound represented by Formula 1 is LiCoO 2 It is a lithium secondary battery.
제 7 항에 있어서,
상기 양극은 전극밀도가 3.5 내지 4.5g/cc인 것인 리튬 이차전지.
The method of claim 7, wherein
The positive electrode is a lithium secondary battery having an electrode density of 3.5 to 4.5g / cc.
제 7 항에 있어서,
상기 양극은 공극부피가 15 내지 30부피%인 것인 리튬 이차전지.
The method of claim 7, wherein
The positive electrode has a pore volume of 15 to 30% by volume lithium secondary battery.
제 7 항에 있어서,
상기 양극은 상기 양극 활물질 외에 바인더 및 도전재를 더 포함하되,
상기 양극 활물질 88 내지 96중량%, 상기 바인더 2 내지 6중량% 및 상기 도전재 2 내지 6중량%의 범위로 포함하는 것인 리튬 이차전지.
The method of claim 7, wherein
The positive electrode further includes a binder and a conductive material in addition to the positive electrode active material,
88 to 96% by weight of the positive electrode active material, 2 to 6% by weight of the binder and 2 to 6% by weight of the conductive material.
제 7 항에 있어서,
상기 리튬 이차전지는 7C 레이트로 290 사이클 충방전 후 용량 유지율이 최초 용량 대비 70% 이상인 것인 리튬 이차전지.
The method of claim 7, wherein
The lithium secondary battery is a lithium secondary battery that has a capacity retention of more than 70% of the initial capacity after 290 cycles of charge and discharge at 7C rate.
(a) 장축의 길이가 50 내지 250nm인 판형의 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 준비하는 단계;
(b) 상기 화합물을 도가니에 적층하는 단계; 및
(c) 상기 도가니에 적층된 화합물을 이용하여 수열조건(hydrothermal) 속에, 입경이 0.1 내지 1㎛인 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 1차 입자로 이루어진, 입경이 20 내지 60㎛인 2차 입자를 포함하는 양극 활물질을 제조하는 단계;
를 포함하는 리튬 이차전지용 양극 활물질의 제조방법.
[화학식 1]
LiMO2
(상기 화학식 1에서, M은 Ni, Co, Mn 또는 이들의 조합이다.)
(a) preparing a compound represented by the following Chemical Formula 1 having a long axis of 50 to 250 nm in length;
(b) laminating the compound in the crucible; And
(c) 2 having a particle size of 20 to 60 μm, consisting of primary particles comprising a compound represented by the following Chemical Formula 1 having a particle size of 0.1 to 1 μm under hydrothermal conditions using the compound stacked on the crucible. Preparing a positive electrode active material including tea particles;
Method for producing a cathode active material for a lithium secondary battery comprising a.
[Formula 1]
LiMO 2
(In Formula 1, M is Ni, Co, Mn or a combination thereof.)
제 13 항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 LiCoO2인 것인 리튬 이차전지용 양극 활물질의 제조방법.
The method of claim 13,
The compound represented by Formula 1 is LiCoO 2 The method for producing a cathode active material for a lithium secondary battery.
제 13 항에 있어서,
상기 (a) 단계의 장축의 길이가 50 내지 250nm인 판형의 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은, M 원료물질 및 Li 원료물질을 포함하는 혼합물을 이용하여 수열조건 속에 제조한 것인 리튬 이차전지용 양극 활물질의 제조방법.
(상기 M은 Ni, Co, Mn 또는 이들의 조합이다.)
The method of claim 13,
The compound represented by the formula (1) of the plate-shape of 50 to 250nm in length of the long axis of the step (a) is prepared in a hydrothermal condition using a mixture containing M raw material and Li raw material positive electrode for a lithium secondary battery Method for producing an active material.
(M is Ni, Co, Mn, or a combination thereof.)
제 13 항에 있어서,
상기 (a) 단계의 장축의 길이가 50 내지 250nm인 판형의 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은, 상기 M 원료물질 및 상기 Li 원료물질을 포함하는 혼합물을 150 내지 250℃ 온도로 어닐링하는 방법에 의해 제조된 것인 리튬 이차전지용 양극 활물질의 제조방법.
(상기 M은 Ni, Co, Mn 또는 이들의 조합이다.)
The method of claim 13,
The compound represented by the formula (1) of the plate-shape of the long axis of the step (a) is 50 to 250nm by the method of annealing the mixture containing the M raw material and the Li raw material at a temperature of 150 to 250 ℃ Method for producing a cathode active material for a lithium secondary battery that is prepared.
(M is Ni, Co, Mn, or a combination thereof.)
제 13 항에 있어서,
상기 (c) 단계의 입경이 0.1 내지 1㎛인 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 1차 입자로 이루어진, 입경이 20 내지 60㎛인 2차 입자를 포함하는 양극 활물질은, 상기 도가니에 적층된 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 800 내지 1000℃에서 어닐링하는 방법에 의해 제조된 것인 리튬 이차전지용 양극 활물질의 제조방법.
[화학식 1]
LiMO2
(상기 화학식 1에서, M은 Ni, Co, Mn 또는 이들의 조합이다.)
The method of claim 13,
The positive electrode active material including secondary particles having a particle size of 20 to 60 μm, consisting of primary particles including the compound represented by the following Chemical Formula 1 having a particle size of 0.1 to 1 μm in the step (c), is laminated on the crucible Method of producing a cathode active material for a lithium secondary battery that is prepared by the method of annealing the compound represented by the following formula (1) at 800 to 1000 ℃.
[Formula 1]
LiMO 2
(In Formula 1, M is Ni, Co, Mn or a combination thereof.)
제 13 항에 있어서,
상기 (b) 단계의 도가니는 알루미나 도가니 또는 지르코니아 도가니인 것인 리튬 이차전지용 양극 활물질의 제조방법.
The method of claim 13,
The crucible of step (b) is an alumina crucible or zirconia crucible is a method of manufacturing a positive electrode active material for a lithium secondary battery.
(a) 장축의 길이가 50 내지 250nm인 판형의 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 준비하는 단계;
(b) 상기 화합물을 도가니에 적층하는 단계;
(c) 상기 도가니에 적층된 화합물을 이용하여 수열조건(hydrothermal) 속에, 입경이 0.1 내지 1㎛인 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 1차 입자로 이루어진, 입경이 20 내지 60㎛인 2차 입자를 포함하는 양극 활물질을 제조하는 단계;
(d) 상기 양극 활물질, 바인더 및 도전재를 혼합하여 양극 활물질 슬러리를 제조하는 단계;
(e) 상기 양극 활물질 슬러리를 양극 집전체의 적어도 일면에 코팅하는 단계; 및
(f) 상기 코팅된 양극 활물질 슬러리를 건조 및 압연시키는 단계;
를 포함하는 리튬 이차전지용 양극의 제조방법.
[화학식 1]
LiMO2
(상기 화학식 1에서, M은 Ni, Co, Mn 또는 이들의 조합이다.)
(a) preparing a compound represented by the following Chemical Formula 1 having a long axis of 50 to 250 nm in length;
(b) laminating the compound in the crucible;
(c) 2 having a particle size of 20 to 60 μm, consisting of primary particles comprising a compound represented by the following Chemical Formula 1 having a particle size of 0.1 to 1 μm under hydrothermal conditions using the compound stacked on the crucible. Preparing a positive electrode active material including tea particles;
(d) mixing the cathode active material, the binder, and the conductive material to prepare a cathode active material slurry;
(e) coating the cathode active material slurry on at least one surface of a cathode current collector; And
(f) drying and rolling the coated positive electrode active material slurry;
Method for producing a positive electrode for a lithium secondary battery comprising a.
[Formula 1]
LiMO 2
(In Formula 1, M is Ni, Co, Mn or a combination thereof.)
제 19 항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 LiCoO2인 것인 리튬 이차전지용 양극의 제조방법.
The method of claim 19,
The compound represented by Formula 1 is LiCoO 2 The method for producing a positive electrode for a lithium secondary battery.
제 19 항에 있어서,
상기 (a) 단계의 장축의 길이가 50 내지 250nm인 판형의 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은, M 원료물질 및 Li 원료물질을 포함하는 혼합물을 이용하여 수열조건 속에 제조한 것인 리튬 이차전지용 양극의 제조방법.
(상기 M은 Ni, Co, Mn 또는 이들의 조합이다.)
The method of claim 19,
The compound represented by the formula (1) of the plate-shape of 50 to 250nm in length of the long axis of the step (a) is prepared in a hydrothermal condition using a mixture containing M raw material and Li raw material positive electrode for a lithium secondary battery Manufacturing method.
(M is Ni, Co, Mn, or a combination thereof.)
제 19 항에 있어서,
상기 (a) 단계의 장축의 길이가 50 내지 250nm인 판형의 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은, 상기 M 원료물질 및 상기 Li 원료물질을 포함하는 혼합물을 150 내지 250℃ 온도로 어닐링하는 방법에 의해 제조된 것인 리튬 이차전지용 양극의 제조방법.
(상기 M은 Ni, Co, Mn 또는 이들의 조합이다.)
The method of claim 19,
The compound represented by the formula (1) of the plate-shape of the long axis of the step (a) is 50 to 250nm by the method of annealing the mixture containing the M raw material and the Li raw material at a temperature of 150 to 250 ℃ Method for producing a positive electrode for a lithium secondary battery will be prepared.
(M is Ni, Co, Mn, or a combination thereof.)
제 19 항에 있어서,
상기 (c) 단계의 입경이 0.1 내지 1㎛인 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 1차 입자로 이루어진, 입경이 20 내지 60㎛인 2차 입자를 포함하는 양극 활물질은, 상기 도가니에 적층된 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 800 내지 1000℃에서 어닐링하는 방법에 의해 제조된 것인 리튬 이차전지용 양극의 제조방법.
[화학식 1]
LiMO2
(상기 화학식 1에서, M은 Ni, Co, Mn 또는 이들의 조합이다.)
The method of claim 19,
The positive electrode active material including secondary particles having a particle size of 20 to 60 μm, consisting of primary particles including the compound represented by the following Chemical Formula 1 having a particle size of 0.1 to 1 μm in the step (c), is laminated on the crucible Method for producing a positive electrode for a lithium secondary battery which is prepared by the method of annealing the compound represented by the following formula (1) at 800 to 1000 ℃.
[Formula 1]
LiMO 2
(In Formula 1, M is Ni, Co, Mn or a combination thereof.)
제 19 항에 있어서,
상기 제조된 양극의 전극밀도가 3.5 내지 4.5g/cc인 것인 리튬 이차전지용 양극의 제조방법.
The method of claim 19,
The electrode density of the prepared positive electrode is a manufacturing method of a lithium secondary battery positive electrode that is 3.5 to 4.5g / cc.
제 19 항에 있어서,
상기 제조된 양극의 공극부피가 15 내지 30부피%인 것인 리튬 이차전지용 양극의 제조방법.
The method of claim 19,
Method for producing a cathode for a lithium secondary battery that the pore volume of the prepared positive electrode is 15 to 30% by volume.
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