KR20120084585A - Cathod active material, method for preparing the same, lithium secondary battery comprising the same - Google Patents

Cathod active material, method for preparing the same, lithium secondary battery comprising the same Download PDF

Info

Publication number
KR20120084585A
KR20120084585A KR1020110006020A KR20110006020A KR20120084585A KR 20120084585 A KR20120084585 A KR 20120084585A KR 1020110006020 A KR1020110006020 A KR 1020110006020A KR 20110006020 A KR20110006020 A KR 20110006020A KR 20120084585 A KR20120084585 A KR 20120084585A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
active material
metal
secondary battery
lithium secondary
lithium
Prior art date
Application number
KR1020110006020A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR101802517B1 (en
Inventor
선양국
김형근
Original Assignee
한양대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한양대학교 산학협력단 filed Critical 한양대학교 산학협력단
Priority to KR1020110006020A priority Critical patent/KR101802517B1/en
Publication of KR20120084585A publication Critical patent/KR20120084585A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101802517B1 publication Critical patent/KR101802517B1/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

PURPOSE: A positive electrode active material, a manufacturing method thereof, and a lithium secondary battery including the same are provided to improve cycle properties, charging and discharging properties, and thermal stability. CONSTITUTION: A positive electrode active material for the lithium secondary battery comprises lithium composite metal oxide which is represented by the following chemical formula 1 : Li_aNi_xCo_yMn_zM_(1-x-y-z)O_(2-δ)Q_δ. The lithium compound metal oxide has a layered structure. The chemical formula 1 satisfies the following: 0.95ΔaΔ1.2, 0.6ΔxΔ0.8, 0.05ΔyΔ0.2, 5.0Δx/yΔ10.0, 2.0Δx/yΔ5.0, 0Δ|2y-z|Δ0.05, x≠y≠z, and 0Δ1-(x+y+z)Δ0.1. M is one or more elements selected from Mg, Al, Cr, V, Ti, Fe, Zr, Zn, Si, Y, Nb, Ga, Sn, Mo, W and a combination thereof. Q is either a halogen element or S, and 0Δ δ Δ0.1.

Description

양극 활물질, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지{CATHOD ACTIVE MATERIAL, METHOD FOR PREPARING THE SAME, LITHIUM SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}Cathode active material, a method of manufacturing the same, and a lithium secondary battery including the same TECHNICAL FIELD, LITHIUM SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME

본 발명은 리튬 이차 전지용 양극 활물질, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 향상된 열적 안정성을 나타내는 리튬 이차 전지용 양극 활물질, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것이다.
The present invention relates to a positive electrode active material for a lithium secondary battery, a method of manufacturing the same, and a lithium secondary battery including the same, and more particularly, to a positive electrode active material for a lithium secondary battery exhibiting improved thermal stability, a method of manufacturing the same, and a lithium secondary battery including the same. will be.

최근 전자, 통신, 컴퓨터 산업 등의 급속한 발전에 힘입어, 캠코더, 휴대폰, 노트북 PC 등 휴대용 전자제품의 사용이 일반화됨으로써, 가볍고 오래 사용할 수 있으며 신뢰성이 높은 전지에 대한 요구가 높아지고 있다.Recently, thanks to the rapid development of the electronics, telecommunications, and computer industries, the use of portable electronic products such as camcorders, mobile phones, notebook PCs, and the like, has increased the demand for light, long-lasting and reliable batteries.

특히, 리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.7V 이상으로서, 니켈-카드뮴 전지나 니켈-수소 전지보다 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 측면에서 이들 휴대용 전자정보 통신기기들을 구동할 동력원으로서 리튬 이차 전지에 대한 수요가 나날이 증가하고 있다.In particular, the lithium secondary battery has an operating voltage of 3.7 V or more, and has a higher energy density per unit weight than a nickel-cadmium battery or a nickel-hydrogen battery. It is increasing day by day.

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.

상기 양극 활물질로는 LiCoO2, LiN1 -xMxO2(x는 0.95 내지 1이고, M은 Al, Co, Ni, Mn 또는 Fe임) 또는 LiMn2O4 등이 사용되고 있으나, 이 중에서 LiCoO2가 부피 에너지 밀도(volumetric energy density)가 높고, 고온 특성, 특히 60℃에서의 사이클 수명 특성 및 90℃에서의 스웰링 특성 등이 우수하여 주로 사용되고 있다.
LiCoO 2 , LiN 1- x M x O 2 (wherein x is 0.95 to 1 and M is Al, Co, Ni, Mn, or Fe) or LiMn 2 O 4 may be used as the cathode active material. It is mainly used because of its high divalent volumetric energy density, high temperature characteristics, in particular, cycle life characteristics at 60 ° C and swelling characteristics at 90 ° C.

그러나, 리튬 이차 전지의 용량이 증가함에 따라 안정성에 관한 연구가 여전히 요구되고 있어, 최근에는 고용량 특성을 갖도록 하기 위해 Ni을 80% 이상 함유하는 Li[Ni1 -x- yCoxMy]O2(1-x-y>0.8)와 고용량과 열적안정성이 우수한 Ni-Co-Mn계인 Li[NixCo1-2xMnx]O2에 대하여 활발히 연구되고 있다. 상기 Ni을 80% 이상 함유하는 Li[Ni1-x-yCoxMy]O2 (1-x-y>0.8)는 LiCoO2를 대체하기 위해 일본에서 연구가 진행되어 왔으나, Ni 함량 증가에 따른 열적 안정성 문제를 해결하지 못해 상업화에 어려움이 있다.However, there is still the requirement of stability with increasing capacity of the lithium secondary battery, in recent years, the Ni-containing more than 80% of Li [Ni 1 -x- y Co x M y] that in order to have a high capacity characteristic O 2 (1-xy> 0.8) and Li [Ni x Co 1-2x Mn x ] O 2 , which is Ni-Co-Mn based on high capacity and thermal stability, has been actively studied. Although Li [Ni 1-xy Co x M y ] O 2 (1-xy> 0.8) containing more than 80% of Ni has been studied in Japan to replace LiCoO 2 , thermal stability with increasing Ni content There is difficulty in commercialization because it cannot solve the problem.

또한, Li[Ni1 -x- yCoxMy]O2계인 Li[Ni1 /3Co1 /3M1 /3]O2는 일본 산요(Sanyo)사가 LiCoO2 와 혼합하여 상업화 중에 있다. 이 재료는 Ni이 2가, Co가 3가, Mn이 4가로 고정된 산화수를 갖도록 구성되어 있기 때문에, 기존의 Ni계 양극 활물질에서 나타나던 열적 안정성 문제가 해결될 수 있을 뿐만 아니라, Mn이 충/방전 중에 4가로 고정되어 있기 때문에 수명 특성 또한 우수하다.In addition, Li [Ni 1 -x- y Co x M y] O 2 sealed Li [Ni 1/3 Co 1 /3 M 1/3] O 2 is Japanese Sanyo (Sanyo) Inc. are being commercialized by mixing LiCoO 2 and . Since the material is configured to have an oxidation number in which Ni is divalent, Co is trivalent, and Mn is tetravalent, the thermal stability problem of the conventional Ni-based positive electrode active material can be solved, and Mn is filled / filled. It is also excellent in life characteristics because it is fixed to tetravalent during discharge.

그러나, Li[Ni1 /3Co1 /3M1 /3]O2는 Co 함량이 높아 가격이 비싸 경제적이지 않고, 탭 밀도가 1.8 내지 2.0 g/cc 정도로 2.5 내지 2.7 정도의 LiCoO2 혹은 다른 양극 활물질에 비하여 낮은 문제가 있었다.
However, Li [Ni 1/3 Co 1/3 M 1/3] O 2 does not economical increase the Co content of the expensive price, a tap density of 2.5 to 2.7 about 1.8 to about 2.0 g / cc LiCoO 2 Or, there was a problem lower than that of other positive electrode active materials.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 열적 안정성이 우수한 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a cathode active material for a lithium secondary battery excellent in thermal stability in order to solve the above problems.

본 발명은 또한, 상기 양극 활물질의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a method for producing the positive electrode active material.

본 발명은 또한, 상기 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
Another object of the present invention is to provide a lithium secondary battery containing the positive electrode active material.

본 발명은 상기와 같은 목적을 위하여 하기 화학식 1로 표시되는 리튬 복합금속 산화물을 포함하고, 상기 리튬 복합금속 산화물은 층상 구조인 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 제공한다.The present invention includes a lithium composite metal oxide represented by the following Chemical Formula 1 for the above purpose, the lithium composite metal oxide provides a cathode active material for a lithium secondary battery having a layered structure.

[화학식 1][Formula 1]

LiaNixCoyMnzM1 -x-y- zO2 Qδ Li a Ni x Co y Mn z M 1 -xy- z O 2 Q δ

(상기 화학식 1에서, 0.95≤a≤1.2이고, 0.6≤x≤0.8, 0.05≤y≤0.2, 5.0≤x/y≤10.0, 2.0≤x/z≤5.0, 0≤│2y-z│≤0.05, x≠y≠z 이고, 0≤1-(x+y+z)≤0.1를 충족하는 범위에 있으며, M은 Mg, Al, Cr, V, Ti, Fe, Zr, Zn, Si, Y, Nb, Ga, Sn, Mo, W 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소이고, Q는 할로겐 원소 또는 S이고, 0≤δ≤0.1 이다)
(In Formula 1, 0.95≤a≤1.2, 0.6≤x≤0.8, 0.05≤y≤0.2, 5.0≤x / y≤10.0, 2.0≤x / z≤5.0, 0≤│2y-z│≤0.05 , x ≠ y ≠ z, and 0≤1- (x + y + z) ≤0.1, where M is Mg, Al, Cr, V, Ti, Fe, Zr, Zn, Si, Y, At least one element selected from the group consisting of Nb, Ga, Sn, Mo, W, and combinations thereof, Q is a halogen element or S, and 0 ≦ δ ≦ 0.1)

본 발명은 또한, 니켈을 포함하는 금속염, 코발트를 포함하는 금속염, 망간을 포함하는 금속염을 준비하는 단계; 상기 니켈을 포함하는 금속염의 사용량의 몰%를 A , 상기 코발트를 포함하는 금속염의 사용량의 몰% 를 B, 상기 망간을 포함하는 금속염의 사용량의 몰% 를 C 라고 할 때, 상기 A, B, C 가 아래 식을 만족하도록 혼합하는 단계 0.6≤A≤0.8, 0.05≤B≤0.2, 5.0≤A/B≤10.0, 2.0≤A/C≤5.0, 0≤│2B-C│≤0.05 ; 비활성 분위기 하에서, 반응기에 상기 금속염의 혼합액, 염기 및 킬레이팅화제를 첨가하고 교반하여 니켈, 코발트 및 망간을 공침시켜 금속 수산화물을 제조하는 단계; 상기 금속 수산화물과 리튬 원료 원료 물질을 1 : 1 내지 1 : 1.10의 몰비로 혼합하고 2 내지 10℃/분의 승온 속도로 1차 열처리하는 단계; 및 상기 1차 열처리 생성물을 2차 열처리하는 단계를 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법을 제공한다.The present invention also includes the steps of preparing a metal salt comprising nickel, metal salt comprising cobalt, manganese salt; When mole% of the amount of the metal salt containing nickel is A, mole% of the amount of the metal salt containing cobalt is B, and mole% of the amount of the metal salt containing manganese is C, said A, B, Mixing C satisfies the following formula: 0.6≤A≤0.8, 0.05≤B≤0.2, 5.0≤A / B≤10.0, 2.0≤A / C≤5.0, 0≤│2B-C│≤0.05; In an inert atmosphere, adding a mixed solution of the metal salt, a base and a chelating agent to the reactor and stirring to co-precipitate nickel, cobalt and manganese to prepare a metal hydroxide; Mixing the metal hydroxide and the lithium raw material at a molar ratio of 1: 1 to 1: 1.10 and performing a first heat treatment at a temperature increase rate of 2 to 10 ° C / min; And it provides a method for producing a cathode active material for a lithium secondary battery comprising the step of secondary heat treatment of the primary heat treatment product.

본 발명은 또한, 상기 양극 활물질을 포함하는 양극; 음극 활물질을 포함하는 음극 및 비수 전해질을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다.
The present invention also includes a positive electrode comprising the positive electrode active material; Provided is a lithium secondary battery including a negative electrode including a negative electrode active material and a nonaqueous electrolyte.

본 발명은 리튬 이차 전지용 양극 활물질, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차 전지는 사이클 특성, 충방전 특성이 우수하고, 높은 열적 안정성을 나타낸다.
The present invention relates to a cathode active material for a lithium secondary battery, a manufacturing method thereof, and a lithium secondary battery including the same. The lithium secondary battery including the cathode active material for a lithium secondary battery according to the present invention has excellent cycle characteristics and charge / discharge characteristics, and Thermal stability.

도 1 내지 도 5는 실시예 1 내지 3 및 비교예 1, 2에서 제조된 최종 활물질 입자들의 표면 사진을 주사전자현미경으로 측정한 결과이다.
도 6은 실시예 1 내지 3 및 비교예 1, 2 에서 제조된 최종 활물질 입자들을 XRD 피크를 측정한 결과이다.
도 7은 실시예 1 내지 3 및 비교예 1, 2 에서 제조된 최종 활물질 입자들을 이용한 전지에 대한 충방전 테스트 결과를 나타낸다.
도 8은 실시예 1 내지 3 및 비교예 1, 2 에서 제조된 최종 활물질 입자들을 이용한 전지에 대한 수명 특성 테스트 결과를 나타낸다.
도 9는 실시예 1 내지 3 및 비교예 1, 2 에서 제조된 최종 활물질 입자들을 이용한 전지에 대한 시차주사열분석기를 이용한 테스트 결과를 나타낸다.
1 to 5 show the surface photographs of the final active material particles prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 by scanning electron microscope.
6 is a result of measuring XRD peaks of the final active material particles prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2.
7 shows charge and discharge test results for batteries using the final active material particles prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2. FIG.
Figure 8 shows the life characteristics test results for the battery using the final active material particles prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1, 2.
9 shows test results using a differential scanning thermal analyzer for batteries using the final active material particles prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2. FIG.

이하, 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, this is presented as an example, by which the present invention is not limited and the present invention is defined only by the scope of the claims to be described later.

본 발명의 일 실시예에 따른 양극활물질은 하기 화학식 1로 표시되는 리튬 복합금속 산화물을 포함하고, 상기 리튬 복합금속 산화물은 층상 구조를 나타낸다. The cathode active material according to an embodiment of the present invention includes a lithium composite metal oxide represented by the following Formula 1, and the lithium composite metal oxide has a layered structure.

[화학식 1][Formula 1]

LiaNixCoyMnzM1 -x-y- zO2 Qδ Li a Ni x Co y Mn z M 1 -xy- z O 2 Q δ

(상기 화학식 1에서, 0.95≤a≤1.2이고, 0.6≤x≤0.8, 0.05≤y≤0.2, 5.0≤x/y≤10, 2.0≤x/z≤5.0, 0≤│2y-z│≤0.05, x≠y≠z이고, 0≤1-(x+y+z)≤0.1를 충족하는 범위에 있으며, M은 Mg, Al, Cr, V, Ti, Fe, Zr, Zn, Si, Y, Nb, Ga, Sn, Mo, W 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소이고, Q는 할로겐 원소 또는 S이고, 0≤δ ≤0.1이다)
(In Formula 1, 0.95≤a≤1.2, 0.6≤x≤0.8, 0.05≤y≤0.2, 5.0≤x / y≤10, 2.0≤x / z≤5.0, 0≤│2y-z│≤0.05 , x ≠ y ≠ z, and 0≤1- (x + y + z) ≤0.1, where M is Mg, Al, Cr, V, Ti, Fe, Zr, Zn, Si, Y, At least one element selected from the group consisting of Nb, Ga, Sn, Mo, W, and combinations thereof, Q is a halogen element or S, and 0 ≦ δ ≦ 0.1)

본 발명의 일 실시예에 따른 양극활물질은 상기 화학식 1에 나타낸 것과 같이 Ni 의 함량이 60 내지 80% 이며, Co 함량이 5 내지 20%이고, Co 함량에 대한 Ni 함량의 비를 5 내지 10, Mn 함량에 대한 Ni 함량의 비를 2 내지 5 가 되도록 조절하고, Co 함량에 대한 Mn 함량의 비를 0≤│2y-z│≤0.05 가 되도록 Ni, Co, Mn 의 함량을 각각 조절함으로써, Ni 을 많이 함유하여 고용량을 나타내면서도 Co 함량을 낮추어 경제성을 확보하고, Ni, Co와 Mn 의 함유율을 조절하여 높은 열적 안정성을 나타낼 수 있게 된다. The positive electrode active material according to an embodiment of the present invention has a Ni content of 60 to 80%, a Co content of 5 to 20%, and a ratio of Ni to a Co content of 5 to 10, as shown in Formula 1 above. By adjusting the ratio of the Ni content to the Mn content to 2 to 5, and adjusting the contents of Ni, Co and Mn so that the ratio of the Mn content to the Co content is 0≤│2y-z│≤0.05, respectively, It contains a lot of high capacity while lowering the Co content to secure economic efficiency, it is possible to exhibit high thermal stability by adjusting the content of Ni, Co and Mn.

본원 발명의 일 실시예에 따른 양극활물질에 있어서, 고용량을 위해 Ni 을 60 내지 80% 로 포함하더라도, Co, Mn 의 함량을 모두 상기와 같이 조절하지 않을 경우 열적 안정성이 감소되고, 결과적으로 수명 특성이 저하되는 문제점이 있을 수 있다. 즉, 또한, 양극 활물질을 구성하는 리튬을 제외한 3가지 원소가 Mn, Co 및 Ni인 경우에만 상기 범위를 만족할 때 원하는 열적 안정성과 높은 용량의 효과를 얻을 수 있으며, 3가지 원소 중 어느 하나라도 다른 원소로 변경되는 경우에는 원하는 효과를 얻을 수 없다.In the positive electrode active material according to an embodiment of the present invention, even if Ni to 60 to 80% for high capacity, the thermal stability is reduced when not controlling both the Co, Mn content as described above, consequently the life characteristics There may be a problem of this deterioration. That is, when the three elements other than lithium constituting the positive electrode active material are Mn, Co, and Ni, the desired thermal stability and high capacity can be obtained when the above range is satisfied, and any one of the three elements is different. If the element is changed to the desired effect is not obtained.

본 발명의 다른 실시예는 상기 양극활물질의 제조 방법에 관한 것이다. Another embodiment of the present invention relates to a method for producing the cathode active material.

본 발명은 먼저, 니켈을 포함하는 금속염, 코발트를 포함하는 금속염, 망간을 포함하는 금속염을 준비, 상기 니켈을 포함하는 금속염의 사용량의 몰%를 A , 상기 코발트를 포함하는 금속염의 사용량의 몰% 를 B, 상기 망간을 포함하는 금속염의 사용량의 몰% 를 C 라고 할 때, 상기 A, B, C 가 아래 식을 만족하도록 혼합한다. The present invention first prepares a metal salt comprising nickel, a metal salt comprising cobalt, a metal salt comprising manganese, molar% of the amount of the metal salt containing nickel A, mol% of the amount of the metal salt containing cobalt When B and molar% of the amount of the metal salt containing manganese are referred to as C, A, B, and C are mixed so as to satisfy the following formula.

0.6≤A≤0.8, 0.05≤B≤0.2, 5.0≤A/B≤10, 2.0≤A/C≤5.0, 0≤│2B-C│≤0.05
0.6≤A≤0.8, 0.05≤B≤0.2, 5.0≤A / B≤10, 2.0≤A / C≤5.0, 0≤│2B-C│≤0.05

상기 니켈 원료 물질로는 니켈 설페이트, 니켈 하이드록사이드, 니켈 나이트레이트, 니켈 아세테이트 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있고, 상기 코발트 원료 물질로는 코발트 설페이트, 코발트 하이드록사이드, 코발트 나이트레이트, 코발트 아세테이트 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 또한, 상기 망간 원료 물질로는 망간 설페이트, 망간 하이드록사이드, 망간 나이트레이트, 망간 아세테이트 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.The nickel raw material may be nickel sulfate, nickel hydroxide, nickel nitrate, nickel acetate or a mixture thereof, and the cobalt raw material may be cobalt sulfate, cobalt hydroxide, cobalt nitrate, cobalt acetate or Mixtures of these can be used. In addition, the manganese raw material may be used manganese sulfate, manganese hydroxide, manganese nitrate, manganese acetate or a mixture thereof.

상기 제조되는 금속 수용액의 농도는 1.5 내지 3 M이 좋고, 1.8 내지 2.4 M일 수도 있다. 금속 수용액의 농도가 상기 범위에 포함되는 경우 구형의 탭밀도가 향상된 활물질을 얻을 수 있는 장점이 있을 수 있다.The concentration of the prepared aqueous metal solution may be 1.5 to 3 M, and may be 1.8 to 2.4 M. When the concentration of the aqueous metal solution is included in the above range may have the advantage of obtaining an active material with improved spherical tap density.

다음 단계로, 비활성 분위기 하에서, 반응기에 상기 금속염의 혼합액, 염기 및 킬레이팅화제를 첨가하고 교반하여 니켈, 코발트 및 망간을 공침반응을 통해 금속 수산화물을 제조한다. Next, under an inert atmosphere, a mixed solution of the metal salt, a base and a chelating agent are added to the reactor and stirred to prepare a metal hydroxide by coprecipitation of nickel, cobalt and manganese.

상기 염기로는 수산화나트륨, 수산화칼륨 또는 이들의 조합 등을 포함하는 수용액을 사용하는 것이 공침 공정에서의 수산화기를 공급하면서, pH 조절을 할 수 있어서 좋다. 이 때, pH는 10 내지 12일 수 있고, 10.5 내지 11.5일 수도 있다. pH가 상기 범위에 포함되는 경우, 적절한 공침 반응이 일어날 수 있으면서, 입자의 금속이 다시 녹아나오는 문제가 없다.As the base, an aqueous solution containing sodium hydroxide, potassium hydroxide or a combination thereof may be used to adjust pH while supplying a hydroxyl group in the coprecipitation step. At this time, the pH may be 10 to 12, may be 10.5 to 11.5. When the pH is in the above range, there is no problem that the metal of the particle melts again while an appropriate coprecipitation reaction can occur.

상기 킬레이팅화제는 입자 형성을 돕는 역할을 하며, 그 예로는 암모니아, 에틸렌다이아민(NH2CH2CH2NH2) 또는 이들의 조합 등을 사용할 수 있다.The chelating agent serves to help form the particles, for example, ammonia, ethylenediamine (NH 2 CH 2 CH 2 NH 2 ) or a combination thereof may be used.

상기 염기는 금속 수용액 몰 농도에 대하여 1.8 내지 2.2배 몰 농도로 사용하는 것이 적절한 반응을 야기할 수 있어 적절하며, 상기 킬레이팅화제는 금속 수용액 몰 농도에 대하여 0.1 내지 0.4배 몰농도로 사용할 수 있고, 0.2 내지 0.3배 몰농도로 사용할 수도 있다.The base is suitable to use a molar concentration of 1.8 to 2.2 times the molar concentration of the aqueous metal solution may cause an appropriate reaction, the chelating agent may be used in a molar concentration of 0.1 to 0.4 times the molar concentration of the aqueous metal solution It may also be used in a 0.2 to 0.3-fold molarity.

상기 비활성 분위기로는 질소 가스 분위기 또는 아르곤 가스 분위기를 사용할 수 있다. As the inert atmosphere, a nitrogen gas atmosphere or an argon gas atmosphere may be used.

또한, 상기 금속 수용액은 0.2 내지 1 리터/시간의 속도로 상기 반응기에 첨가하는 것이 적절하다. 상기 금속 수용액을 상기 범위의 속도로 첨가하는 것이 생성되는 금속 수산화물을 일정한 형태로 얻을 수 있는 효과가 있다.It is also suitable for the aqueous metal solution to be added to the reactor at a rate of 0.2 to 1 liter / hour. Adding the aqueous metal solution at a rate in the above range has the effect of obtaining the resulting metal hydroxide in a constant form.

상기 금속 수용액, 염기 및 킬레이팅화제는 40 내지 60℃의 온도에서 상기 반응기에 첨가하는 것이 적절하다.The aqueous metal solution, base and chelating agent are suitably added to the reactor at a temperature of 40 to 60 ° C.

금속 수용액, 염기 및 킬레이팅화제를 상기 반응기에 첨가하는 온도가 40 내지 60 ℃의 온도일 때, 일정한 크기의 입자를 얻을 수 있는 효과를 얻을 수 있다.When the temperature of the addition of the aqueous metal solution, the base and the chelating agent to the reactor is a temperature of 40 to 60 ℃, the effect of obtaining a particle of a constant size can be obtained.

이어서, 상기 금속 수산화물과 리튬 원료 물질을 1 : 1 내지 1 : 1.10의 몰비로 혼합한다. 상기 금속 수산화물과 리튬 원료 물질은 1 : 1 내지 1 : 1.05 의 몰비로 혼합할 수도 있다. 상기 금속 수산화물과 리튬 원료 물질의 혼합비가 상기 범위에 포함되는 경우 고용량 및 안정한 구조의 효과를 얻을 수 있다. 상기 리튬 원료 물질로는 리튬 카보네이트, 리튬 하이드록사이드, 리튬 나이트레이트, 리튬 아세테이트 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.Subsequently, the metal hydroxide and the lithium raw material are mixed in a molar ratio of 1: 1 to 1: 1.10. The metal hydroxide and the lithium raw material may be mixed in a molar ratio of 1: 1 to 1:05. When the mixing ratio of the metal hydroxide and the lithium raw material is included in the above range, the effect of high capacity and stable structure can be obtained. As the lithium raw material, lithium carbonate, lithium hydroxide, lithium nitrate, lithium acetate, or a mixture thereof may be used.

상기 혼합물을 2 내지 10℃/분의 승온 속도로 1차 열처리(예비소성)하고, 상기 1차 열처리 생성물을 2차 열처리한다. 이때, 상기 승온 속도는 2 내지 5℃/분일 수도 있다.The mixture is first heat treated (prebaked) at a rate of temperature increase of 2 to 10 ° C./min and the first heat treated product is subjected to a second heat treatment. At this time, the temperature increase rate may be 2 to 5 ℃ / min.

또한 상기 1차 열처리 공정은 450 내지 500℃에서 실시하고, 상기 2차 열처리 공정은 800 내지 900℃에서 실시할 수 있다. 또한 상기 1차 열처리 공정은 5 내지 10 시간 동안 실시하고, 상기 2차 열처리 공정은 5 내지 20 시간 동안 실시할 수 있다.In addition, the first heat treatment process may be carried out at 450 to 500 ℃, the second heat treatment process may be carried out at 800 to 900 ℃. In addition, the primary heat treatment process may be performed for 5 to 10 hours, and the secondary heat treatment process may be performed for 5 to 20 hours.

상기 승온 속도, 1차 열처리 공정 및 2차 열처리 공정을 상기 온도 및 시간범위에서 실시하는 경우, 결정 구조가 적절하게 형성되어, 리튬의 삽입과 탈리가 용이하게 일어날 수 있다.When the temperature increase rate, the first heat treatment step, and the second heat treatment step are performed at the temperature and time ranges, a crystal structure is appropriately formed, so that insertion and desorption of lithium may occur easily.

또한, 상기 1차 및 2차 열처리는 CO2 분위기, 산소 분위기 또는 공기 분위기에서 실시할 수 있다.In addition, the primary and secondary heat treatment may be carried out in a CO 2 atmosphere, oxygen atmosphere or air atmosphere.

본 발명의 일 구현예에 따른 양극 활물질은 리튬 이차 전지의 양극에 유용하게 사용될 수 있다. 상기 리튬 이차 전지는 양극과 함께 음극 활물질을 포함하는 음극 및 비수 전해질을 포함한다.The positive electrode active material according to the embodiment of the present invention may be usefully used for the positive electrode of a lithium secondary battery. The lithium secondary battery includes a negative electrode and a nonaqueous electrolyte including a negative electrode active material together with a positive electrode.

상기 양극은 본 발명의 일 구현예에 따른 양극 활물질과, 도전재, 결합재 및 용매를 혼합하여 양극 활물질 조성물을 제조한 다음, 알루미늄 집전체 상에 직접 코팅 및 건조하여 제조한다. 또는 상기 양극 활물질 조성물을 별도의 지지체 상에 캐스팅한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 알루미늄 집전체 상에 라미네이션하여 제조가 가능하다.The positive electrode is prepared by mixing a positive electrode active material, a conductive material, a binder, and a solvent according to an embodiment of the present invention to prepare a positive electrode active material composition, and then directly coating and drying the aluminum current collector. Alternatively, the cathode active material composition 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.

이때 도전재는 카본 블랙, 흑연, 금속 분말을 사용하며, 결합재는 비닐리덴플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌 및 그 혼합물이 가능하다. 또한 용매는 N-메틸피롤리돈, 아세톤, 테트라하이드로퓨란, 데칸 등을 사용한다.The conductive material is carbon black, graphite, metal powder, the binder is vinylidene fluoride / hexafluoropropylene copolymer, polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polymethyl methacrylate, polytetrafluoroethylene And mixtures thereof. In addition, N-methylpyrrolidone, acetone, tetrahydrofuran, decane, etc. are used as a solvent.

이때 양극 활물질, 도전재, 결합재 및 용매의 함량은 리튬 이차 전지에서 통상적으로 사용하는 수준으로 사용된다.In this case, the contents of the positive electrode active material, the conductive material, the binder, and the solvent are used at levels commonly used in a lithium secondary battery.

상기 음극은 양극과 마찬가지로 음극 활물질, 결합제 및 용매를 혼합하여 애노드 활물질 조성물을 제조하며, 이를 구리 집전체에 직접 코팅하거나 별도의 지지체 상에 캐스팅하고 이 지지체로부터 박리시킨 음극 활물질 필름을 구리 집전체에 라미네이션하여 제조한다. 이때 음극 활물질 조성물에는 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 an anode active material composition, and the negative electrode active material film coated on the copper current collector or cast on a separate support and peeled from the support is coated on the copper current collector. It is prepared by lamination. At this time, the negative electrode active material composition 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, 결합제 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, 일예로 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 lithium secondary batteries. 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, 테트라히드로퓨란, 1,2-디옥산, 2-메틸테트라히드로퓨란 등의 에테르류 아세토니트릴 등의 니트릴류 또는 디메틸포름아미드 등의 아미드류 등을 사용할 수 있다. 이들을 단독 또는 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, Chain carbonate methyl acetate, ethyl acetate, such as cyclic carbonate dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, diethyl carbonate, such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, Esters such as propyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate and γ-butyrolactone 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, tetrahydrofuran, 1,2-dioxane, 2-methyltetrahydro Nitriles, such as ether acetonitrile, such as furan, or amides, such as dimethylformamide, etc. can be used. These can be used individually or in combination of two or more. 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.

이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일 뿐 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.

<실시예 1>&Lt; Example 1 >

공침 반응기(용량 4L, 호전 모터의 출력 80W 이상)에 증류수 4리터를 넣은 뒤 질소 가스를 반응기에 0.5리터/분의 속도로 공급함으로써, 용존 산소를 제거하고 반응기의 온도를 50℃로 유지시키면서 1000rpm으로 교반하였다.4 liters of distilled water was added to the coprecipitation reactor (capacity 4L, output power of 80W or more), and nitrogen gas was supplied to the reactor at a rate of 0.5 liters / minute to remove dissolved oxygen and maintain the reactor temperature at 50 ° C at 1000 rpm. Stirred.

니켈 설페이트, 코발트 설페이트 및 망간 설페이트가 65 몰%, 12 몰% 및 23 몰%로 혼합된 2.4M 농도의 금속 수용액을 0.3리터/시간으로, 0.48mol 농도의 암모니아 용액을 0.03리터/시간으로 반응기에 연속적으로 투입하였다. 또한 pH 조정을 위해 4.8mol 농도의 수산화나트륨 용액을 공급하여 pH가 11로 유지되도록 하였다. 임펠러 속도는 1000rpm으로 조절하였다. 유량을 조절하여 용액의 반응기 내의 평균 체류 시간은 6시간 정도가 되도록 하였으며, 반응이 정상상태에 도달한 후에 상기 반응물인 금속 수산화물을 지속적으로 얻을 수 있도록 하였다. 상기 금속 수산화물을 여과하고, 물 세척한 후에 110℃ 온풍 건조기에서 15시간 건조시켰다. 상기 금속 수산화물과 수산화리튬(LiOH)을 1 : 1.06 몰비로 혼합한 후에 공기 분위기 하에서 2℃/분의 승온 속도로 1차 열처리한 후 500℃에서 10시간 유지시켜 1차 열처리(예비 소성)을 수행하였으며, 뒤이어 공기 분위기 하에서, 850℃의 온도로 15시간 2차 열처리(소성)하여 Li1 .06(Ni0 .65Co0 .12Mn0 .23)O2 양극 활물질 분말을 얻었다.0.3M / hour aqueous metal solution of 2.4M concentration mixed with 65 mol%, 12 mol% and 23 mol% nickel sulfate, cobalt sulfate and manganese sulfate and 0.03 liter / hour It was added continuously. In addition, 4.8 mol of sodium hydroxide solution was supplied for pH adjustment so that the pH was maintained at 11. Impeller speed was adjusted to 1000 rpm. The flow rate was adjusted so that the average residence time of the solution in the reactor was about 6 hours. After the reaction reached a steady state, the reactant metal hydroxide was continuously obtained. The metal hydroxide was filtered, washed with water and dried in a 110 ° C. warm air dryer for 15 hours. After mixing the metal hydroxide and lithium hydroxide (LiOH) in a 1: 1.06 molar ratio, the first heat treatment at an elevated temperature rate of 2 ℃ / min in an air atmosphere and then maintained at 500 ℃ for 10 hours to perform the first heat treatment (preliminary firing) It was, subsequently under an air atmosphere, at a temperature of 850 ℃ 15 hours 2 primary heat treatment (sintering) to 1 .06 Li (Ni Co 0 .65 0 .12 0 .23 Mn) 2 O to obtain a positive electrode active material powder.

상기 제조된 양극 활물질과 도전재로 슈퍼-P, 바인더로 폴리비닐리덴 플루오라이드를 각각 85 : 7.5 : 7.5의 중량비로 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 이 슬러리를 20㎛ 두께의 알루미늄박에 균일하게 도포하고, 120℃에서 진공 건조하여 양극을 제조하였다.Slurry was prepared by mixing a poly-vinylidene fluoride as a super-P and a binder as the prepared positive active material and the conductive material at a weight ratio of 85: 7.5: 7.5, respectively. This slurry was uniformly applied to an aluminum foil having a thickness of 20 μm, and vacuum dried at 120 ° C. to prepare a positive electrode.

상기 제조된 양극과 리튬 포일을 상대 전극으로 하며, 다공성 폴리에틸렌막(셀가르드 엘엘씨 제, Celgrad 2300,두께: 25㎛)을 세퍼레이터로 하고, 에틸렌 카보네이트와 디에틸 카보네이트가 부피비로 1:1로 혼합된 용매에 LiPF6 가 1M 농도로 녹아있는 액체 전해액을 사용하여 통상적으로 알려져 있는 제조 공정에 따라 코인 전지를 제조하였다.
The prepared anode and lithium foil were used as counter electrodes, and a porous polyethylene membrane (Celgard ELC, Celgrad 2300, thickness: 25 μm) was used as a separator, and ethylene carbonate and diethyl carbonate were mixed at a volume ratio of 1: 1. LiPF 6 in prepared solvent The coin battery was manufactured according to a commonly known manufacturing process using a liquid electrolyte dissolved at a concentration of 1 M.

<실시예 2><Example 2>

니켈 설페이트를 70 몰%, 코발트 설페이트 및 망간 설페이트가, 10 몰% 및 20 몰%로 혼합된 2.4M 농도의 금속 수용액을 3 리터/시간으로 투입하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 과정으로 전구체 입자를 제조하였다. 이후, 상기 실시예 1에서와 동일하게 리튬염과 혼합 후 소성함으로써 Li1 .06(Ni0 .70Co0 .10Mn0 .20)O2 양극 활물질 분말을 얻었다.
The same procedure as in Example 1, except that the aqueous solution of 2.4M concentration of a mixture of 70 mol% nickel sulfate, cobalt sulfate and manganese sulfate in 10 mol% and 20 mol% was added at 3 liters / hour Precursor particles were prepared. Thereafter, the Example 1 after the same manner as the lithium salt and mixing with the firing by 1 .06 Li (Ni Co 0 .70 0 .10 0 .20 Mn) 2 O to obtain a positive electrode active material powder.

<실시예 3><Example 3>

니켈 설페이트를 75 몰%, 코발트 설페이트 및 망간 설페이트가, 8 몰% 및 17 몰%로 혼합된 2.4M 농도의 금속 수용액을 3 리터/시간으로 투입하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 과정으로 전구체 입자를 제조하였다. 이후, 상기 실시예 1에서와 동일하게 리튬염과 혼합 후 소성함으로써 최종 Li1.06(Ni0.75Co0.08Mn0.17)O2 양극 활물질 분말을 얻었다.
The same procedure as in Example 1, except that the aqueous solution of 2.4M concentration of nickel, 75 mol%, cobalt sulfate and manganese sulfate was mixed in 8 mol% and 17 mol% was added at 3 liters / hour Precursor particles were prepared. Thereafter, the final Li 1.06 (Ni 0.75 Co 0.08 Mn 0.17 ) O 2 positive electrode active material powder was obtained by mixing with a lithium salt and baking the same as in Example 1.

<비교예 1>&Lt; Comparative Example 1 &

니켈 설페이트를 55 몰%, 코발트 설페이트 및 망간 설페이트가, 15 몰% 및 30 몰%로 혼합된 2.4M 농도의 금속 수용액을 3 리터/시간으로 투입하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 과정으로 전구체 입자를 제조하였다. 이후, 상기 실시예 1에서와 동일하게 리튬염과 혼합 후 소성함으로써 최종 활물질 입자를 얻었다.
The same procedure as in Example 1 except that 55 mol% of nickel sulfate, cobalt sulfate and manganese sulfate were added at a rate of 3 liters / hour of an aqueous metal solution at a concentration of 2.4 M mixed with 15 mol% and 30 mol%. Precursor particles were prepared. Then, the final active material particles were obtained by mixing and baking with a lithium salt as in Example 1 above.

<비교예 2>Comparative Example 2

니켈 설페이트를 85 몰%, 코발트 설페이트 및 망간 설페이트가, 5 몰% 및 10 몰%로 혼합된 2.4M 농도의 금속 수용액을 3 리터/시간으로 투입하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 과정으로 전구체 입자를 제조하였다. 이후, 상기 실시예 1에서와 동일하게 리튬염과 혼합 후 소성함으로써 최종 활물질 입자를 얻었다.
The same procedure as in Example 1, except that the aqueous solution of 2.4M of metal mixed with 85 mol% nickel sulfate, cobalt sulfate and manganese sulfate in 5 mol% and 10 mol% was added at 3 liters / hour Precursor particles were prepared. Then, the final active material particles were obtained by mixing and baking with a lithium salt as in Example 1 above.

<< 실험예Experimental Example 1 : 활물질 입자의 단면 사진 확인> 1: check the cross-sectional picture of the active material particles>

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예에서 제조된 최종 활물질 입자들의 표면 사진을 주사전자현미경으로 측정하였으며, 그 결과를 다음 도 1 내지 5에 나타내었다. 각 도면들은 그 배율을 달리하여 측정한 표면사진으로서, 각 입자들이 균일하게 생성된 것을 확인할 수 있다.
Surface photographs of the final active material particles prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples were measured by a scanning electron microscope, and the results are shown in FIGS. 1 to 5. Each figure is a surface photograph measured by varying the magnification, and it can be seen that the particles are uniformly generated.

<< 실험예Experimental Example 2 : 활물질 입자의  2: of active material particles XRDXRD 확인> OK>

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1, 2 에서 제조된 최종 활물질 입자들을 XRD 피크를 측정하였으며, 그 결과를 다음 도 6에 나타내었다.
XRD peaks of the final active material particles prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 were measured, and the results are shown in FIG. 6.

<< 실험예Experimental Example 3 :  3: 충방전Charging and discharging 용량, 및 사이클 특성 측정> Capacity, and cycle characteristic measurement>

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1, 2 에서 제조된 각 활물질들을 이용한 전지에 대하여 충방전 테스트와 사이클 특성을 측정하였으며, 그 결과를 도 7와 도 8에 나타내었다. 상기 충방전은 2.7~4.3V의 사이에서 0.2C의 조건에서 각 샘플마다 10회씩 진행하여, 그 평균값을 취하였다. 또한, 충방전 특성과 사이클 특성 결과를 다음 표 1에 정리하였다. Charge and discharge tests and cycle characteristics of the batteries using the active materials prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 were measured, and the results are shown in FIGS. 7 and 8. The charging and discharging was performed 10 times for each sample under the condition of 0.2C between 2.7 and 4.3V, and the average value was taken. In addition, the charge and discharge characteristics and cycle characteristics results are summarized in Table 1 below.

SampleSample
LiOHLiOH 102%102%
0.2C0.2C
1One stst DischargeDischarge CapacityCapacity (30 (30 oo C) C)
1One stst EfficiencyEfficiency CycleCycle retentionretention
실시예Example 1  One L651223L651223 780780 oo CC -15h -15h 186.0 186.0 mAhmAh /g / g 93.6 % 93.6% 97.5% (5097.5% (50 thth ) ) 실시예Example 2  2 L701020L701020 750750 oo CC -15h -15h 189.4 189.4 mAhmAh /g / g 93.3 % 93.3% 86.8% (5086.8% (50 thth )) 실시예Example 3  3 L750817L750817 750750 oo CC -15h -15h 196.4 196.4 mAhmAh /g / g 94.7 % 94 .7% 비교예Comparative example 1  One L551530L551530 820820 oo CC -15h-15h 174.0 174.0 mAhmAh /g / g 91.7 % 91.7% 99.4% (5099.4% (50 thth ) ) 비교예Comparative example 2  2 L850510L850510 730730 oo CC -15h -15h 192.6 192.6 mAhmAh /g / g 87.6 % 87.6% 84.1% (5084.1% (50 thth ) )

상기 표 1의 결과 및 다음 도 7, 도 8에서와 같이, 본 발명에 따른 Ni,Co, Mn 의 조성비를 갖는 본 발명의 양극 활물질을 포함하는 이차 전지의 경우, 종래 활물질을 사용한 이차 전지와 비교했을 때, 사이클 특성 및 충방전 특성이 더 우수한 것을 확인할 수 있다.
As shown in Table 1 and the following FIGS. 7 and 8, in the case of the secondary battery including the cathode active material of the present invention having a composition ratio of Ni, Co, and Mn according to the present invention, the secondary battery using the conventional active material is compared. When it did, it can confirm that cycling characteristics and a charge / discharge characteristic are more excellent.

<< 실험예Experimental Example 4 :  4 : DSCDSC 측정을 통한  Through measurement 열안정성Thermal stability 평가> Evaluation>

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예에서 제조된 각 양극 활물질을 포함하는 양극 및 비교예의 양극활물질을 포함하는 양극을 4.3V 충전시킨 상태에서, 시차주사열분석기(DSC)를 이용하여 10℃/min 의 속도로 승온시키면서 측정하였으며, 그 결과를 다음 도 9에 나타내었다. 10 ° C./min using a differential scanning thermal analyzer (DSC) in a state where 4.3 V of the positive electrode including each positive electrode active material prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Example and the positive electrode including the positive electrode active material of Comparative Example were charged It was measured while heating up at a rate of, and the results are shown in FIG.

도 9 에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 활물질을 포함하는 경우 상기 DSC에서 발열 피크 온도가 240 ℃ 이상인 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 Ni,Co, Mn 의 조성비를 갖는 양극 활물질을 사용할 경우 높은 열적 안정성을 나타냄을 확인할 수 있다. As shown in Figure 9, in the case of including the active material according to the invention it can be seen that the exothermic peak temperature in the DSC is 240 ℃ or more. That is, when using the positive electrode active material having a composition ratio of Ni, Co, Mn according to the present invention it can be seen that high thermal stability.

Claims (11)

하기 화학식 1로 표시되는 리튬 복합금속 산화물을 포함하고,
상기 리튬 복합금속 산화물은 층상 구조인 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질:
[화학식 1]
LiaNixCoyMnzM1-x-y-zO2-δQδ
(상기 화학식 1에서, 0.95≤a≤1.2이고, 0.6≤x≤0.8, 0.05≤y≤0.2, 5.0≤x/y≤10.0, 2.0≤x/y≤5.0, 0≤│2y-z│≤0.05, x≠y≠z 이고, 0≤1-(x+y+z)≤0.1를 충족하는 범위에 있으며, M은 Mg, Al, Cr, V, Ti, Fe, Zr, Zn, Si, Y, Nb, Ga, Sn, Mo, W 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소이고, Q는 할로겐 원소 또는 S이고, 0≤δ≤0.1 이다)
To include a lithium composite metal oxide represented by the formula (1),
The lithium composite metal oxide has a layered structure positive electrode active material for a lithium secondary battery:
[Formula 1]
Li a Ni x Co y Mn z M 1-xyz O 2-δ Q δ
(In Formula 1, 0.95≤a≤1.2, 0.6≤x≤0.8, 0.05≤y≤0.2, 5.0≤x / y≤10.0, 2.0≤x / y≤5.0, 0≤│2y-z│≤0.05 , x ≠ y ≠ z, and 0≤1- (x + y + z) ≤0.1, where M is Mg, Al, Cr, V, Ti, Fe, Zr, Zn, Si, Y, At least one element selected from the group consisting of Nb, Ga, Sn, Mo, W, and combinations thereof, Q is a halogen element or S, and 0 ≦ δ ≦ 0.1)
제1항에 있어서,
상기 활물질의 평균 입자 크기는 10~15㎛인 것인 양극 활물질.
The method of claim 1,
Average particle size of the active material is 10 ~ 15㎛ positive electrode active material.
니켈을 포함하는 금속염, 코발트를 포함하는 금속염, 망간을 포함하는 금속염을 준비하는 단계;
상기 니켈을 포함하는 금속염의 사용량의 몰%를 A , 상기 코발트를 포함하는 금속염의 사용량의 몰% 를 B, 상기 망간을 포함하는 금속염의 사용량의 몰% 를 C 라고 할 때, 상기 A, B, C 가 아래 식을 만족하도록 혼합하여 금속 수용액을 준비하는 단계;
0.6≤A≤0.8, 0.1≤B≤0.2, 5.0≤A/B≤10, 2≤A/C≤5, 0≤│2B-C│≤0.05
비활성 분위기 하에서, 반응기에 상기 혼합 금속염의 금속 수용액, 염기 및 킬레이팅화제를 첨가하고 교반하여 니켈, 코발트 및 망간을 공침시켜 금속 수산화물을 제조하는 단계;
상기 금속 수산화물과 리튬 원료 원료 물질을 1 : 1 내지 1 : 1.10의 몰비로 혼합하고 2 내지 10℃/분의 승온 속도로 1차 열처리하는 단계; 및
상기 1차 열처리 생성물을 2차 열처리하는 단계를 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
Preparing a metal salt comprising nickel, a metal salt comprising cobalt, and a metal salt comprising manganese;
When mole% of the amount of the metal salt containing nickel is A, mole% of the amount of the metal salt containing cobalt is B, and mole% of the amount of the metal salt containing manganese is C, said A, B, Mixing C to satisfy the following formula to prepare a metal aqueous solution;
0.6≤A≤0.8, 0.1≤B≤0.2, 5.0≤A / B≤10, 2≤A / C≤5, 0≤│2B-C│≤0.05
In an inert atmosphere, adding a metal aqueous solution of the mixed metal salt, a base, and a chelating agent to the reactor and stirring to co-precipitate nickel, cobalt and manganese to prepare a metal hydroxide;
Mixing the metal hydroxide and the lithium raw material at a molar ratio of 1: 1 to 1: 1.10 and performing a first heat treatment at a temperature increase rate of 2 to 10 ° C / min; And
Method of manufacturing a positive electrode active material for a lithium secondary battery comprising the step of secondary heat treatment of the primary heat treatment product.
제3항에 있어서,
상기 금속 수용액의 농도는 1.5 내지 3M인 제조 방법.
The method of claim 3,
The concentration of the aqueous metal solution is 1.5 to 3M.
제3항에 있어서,
상기 염기는 수산화나트륨, 수산화칼륨 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 화합물을 포함하는 수용액인 제조 방법.
The method of claim 3,
The base is an aqueous solution containing a compound selected from the group consisting of sodium hydroxide, potassium hydroxide and combinations thereof.
제3항에 있어서,
상기 금속 수용액은 0.2 내지 1리터/시간의 속도로 상기 반응기에 첨가하는 것인 제조 방법.
The method of claim 3,
The metal aqueous solution is added to the reactor at a rate of 0.2 to 1 liter / hour.
제3항에 있어서,
상기 금속 수용액, 염기 및 킬레이팅화제는 40 내지 60℃의 온도에서 상기 반응기에 첨가하는 것인 제조 방법.
The method of claim 3,
The aqueous metal solution, base and chelating agent are added to the reactor at a temperature of 40 to 60 ℃.
제3항에 있어서,
상기 1차 열처리는 450 내지 500℃에서 실시하는 것인 제조 방법.
The method of claim 3,
The primary heat treatment is carried out at 450 to 500 ° C.
제3항에 있어서,
상기 2차 열처리는 800 내지 900℃에서 실시하는 것인 제조 방법.
The method of claim 3,
The secondary heat treatment is performed at 800 to 900 ° C.
제1항에 따른 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차 전지.A lithium secondary battery comprising the cathode active material according to claim 1. 제10항에 있어서,
상기 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차 전지를 4.3V 충전 상태에서의 시차 주사 열 분석에 의한 발열 피크 온도가 240 ℃ 이상인 것인 리튬 이차 전지.
The method of claim 10,
A lithium secondary battery having an exothermic peak temperature of 240 ° C. or more by differential scanning thermal analysis in a 4.3 V state of charge of a lithium secondary battery including the cathode active material.
KR1020110006020A 2011-01-20 2011-01-20 Cathod active material, method for preparing the same, lithium secondary battery comprising the same KR101802517B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110006020A KR101802517B1 (en) 2011-01-20 2011-01-20 Cathod active material, method for preparing the same, lithium secondary battery comprising the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110006020A KR101802517B1 (en) 2011-01-20 2011-01-20 Cathod active material, method for preparing the same, lithium secondary battery comprising the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120084585A true KR20120084585A (en) 2012-07-30
KR101802517B1 KR101802517B1 (en) 2017-11-30

Family

ID=46715471

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110006020A KR101802517B1 (en) 2011-01-20 2011-01-20 Cathod active material, method for preparing the same, lithium secondary battery comprising the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101802517B1 (en)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015016648A1 (en) * 2013-07-31 2015-02-05 한양대학교 산학협력단 Method for preparing transition metal composite oxide, transition metal composite oxide prepared thereby, and lithium composite oxide prepared using same
KR20150136465A (en) 2013-03-29 2015-12-07 소에이 가가쿠 고교 가부시키가이샤 Conductive paste for solar cell element surface electrodes and method for manufacturing solar cell element
KR20160061335A (en) * 2013-09-26 2016-05-31 우베 고산 가부시키가이샤 Polyimide binder for power storage device, electrode sheet using same, and power storage device
US20180159128A1 (en) * 2016-12-02 2018-06-07 Samsung Sdi Co., Ltd. Nickel-based active material for lithium secondary battery, method of preparing the same, and lithium secondary battery including positive electrode including the nickel-based active material
KR20190129615A (en) * 2018-05-11 2019-11-20 주식회사 엘지화학 Positive electrode active material for lithium secondary battery and producing method thereof, positive electrode and lithum secondary battery comprising the same
EP3787075A4 (en) * 2018-06-20 2021-06-23 Lg Chem, Ltd. Positive electrode active material for lithium secondary battery and lithium secondary battery
EP3783708A4 (en) * 2018-06-20 2021-06-23 Lg Chem, Ltd. Cathode active material for lithium secondary battery and lithium secondary battery
EP3787076A4 (en) * 2018-06-20 2021-06-23 Lg Chem, Ltd. Positive electrode active material for lithium secondary battery and lithium secondary battery
WO2024039167A1 (en) * 2022-08-16 2024-02-22 (주)포스코퓨처엠 Precursor for positive electrode active material for lithium secondary battery, positive electrode active material including same, and method for manufacturing positive active material

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100815583B1 (en) * 2006-10-13 2008-03-20 한양대학교 산학협력단 Positive active material for a lithium secondary battery, method of preparing thereof, and lithium secondary battery comprising the same

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150136465A (en) 2013-03-29 2015-12-07 소에이 가가쿠 고교 가부시키가이샤 Conductive paste for solar cell element surface electrodes and method for manufacturing solar cell element
WO2015016648A1 (en) * 2013-07-31 2015-02-05 한양대학교 산학협력단 Method for preparing transition metal composite oxide, transition metal composite oxide prepared thereby, and lithium composite oxide prepared using same
KR20160061335A (en) * 2013-09-26 2016-05-31 우베 고산 가부시키가이샤 Polyimide binder for power storage device, electrode sheet using same, and power storage device
US20180159128A1 (en) * 2016-12-02 2018-06-07 Samsung Sdi Co., Ltd. Nickel-based active material for lithium secondary battery, method of preparing the same, and lithium secondary battery including positive electrode including the nickel-based active material
US10833329B2 (en) * 2016-12-02 2020-11-10 Samsung Sdi Co., Ltd. Nickel-based active material for lithium secondary battery, method of preparing the same, and lithium secondary battery including positive electrode including the nickel-based active material
US11552294B2 (en) 2016-12-02 2023-01-10 Samsung Sdi Co., Ltd. Nickel-based active material for lithium secondary battery, method of preparing the same, and lithium secondary battery including positive electrode including the nickel-based active material
KR20190129615A (en) * 2018-05-11 2019-11-20 주식회사 엘지화학 Positive electrode active material for lithium secondary battery and producing method thereof, positive electrode and lithum secondary battery comprising the same
EP3787075A4 (en) * 2018-06-20 2021-06-23 Lg Chem, Ltd. Positive electrode active material for lithium secondary battery and lithium secondary battery
EP3783708A4 (en) * 2018-06-20 2021-06-23 Lg Chem, Ltd. Cathode active material for lithium secondary battery and lithium secondary battery
EP3787076A4 (en) * 2018-06-20 2021-06-23 Lg Chem, Ltd. Positive electrode active material for lithium secondary battery and lithium secondary battery
WO2024039167A1 (en) * 2022-08-16 2024-02-22 (주)포스코퓨처엠 Precursor for positive electrode active material for lithium secondary battery, positive electrode active material including same, and method for manufacturing positive active material

Also Published As

Publication number Publication date
KR101802517B1 (en) 2017-11-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102217302B1 (en) Positive electrode additive material for rechargeable lithium battery, method of preparing the same, positive electrode including the same and rechargeable lithium battery including the same
KR101601917B1 (en) Positive active material for rechargeable lithium battery, method for manufacturing the same, and rechargeable lithium battery including the same
JP5489723B2 (en) Positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery and non-aqueous electrolyte secondary battery using the same
US7666551B2 (en) Positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery, production method thereof, and non-aqueous electrolyte secondary battery using the same
KR101802517B1 (en) Cathod active material, method for preparing the same, lithium secondary battery comprising the same
KR101047450B1 (en) Anode active material for lithium secondary battery, preparation method thereof and lithium secondary battery comprising same
JP2000077071A (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP5477472B2 (en) Electrode active material and non-aqueous electrolyte secondary battery equipped with the same
KR101115416B1 (en) Positive active material for rechargeable, method of preparing same, and rechargeable lithium battery including same
KR20180059736A (en) Positive active material for rechargeable lithium battery, method of preparing the same, and rechargeable lithium battery including the same
KR20080031470A (en) Positive electrode active material, positive electrode for nonaqueous electrolyte battery, and nonaqueous electrolyte battery
KR101145951B1 (en) Positive active material for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising the same
KR101646994B1 (en) Positive active material for rechargeable lithium battery, method for manufacturing the same, and rechargeable lithium battery including the same
KR20170076348A (en) Positive active material for rechargeable lithium battery, method of preparing the same, and rechargeable lithium battery including the same
KR20100056106A (en) Cathode active material for a lithium secondary battery, preparation thereof, and a lithium secondary battery containing the same
KR100910264B1 (en) Positive active material for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising same
KR101255539B1 (en) Positive electrode active material for lithium battery and lithium battery using the same
KR101676687B1 (en) Positive active material for rechargeable lithium battery, method for manufacturing the same, and rechargeable lithium battery including the same
JP2020033235A (en) Method for producing transition metal composite hydroxide, and method for producing cathode active material for lithium ion secondary battery
KR101224618B1 (en) Positive active material for rechargeable lithium battery, cathod for rechargeable lithium battery, rechargeable lithium battery and method for manufacturing thereof
KR101609244B1 (en) Positive active material for rechargeable lithium battery, method for manufacturing the same, and rechargeable lithium battery including the same
KR101886323B1 (en) Lithium manganate composite oxide, preparation method thereof and nonaqueous electrolyte secondary battery using the same
KR101627847B1 (en) Positive active material for rechargeable lithium battery, and method for manufacturing the same
KR20140088932A (en) Negative electrode active material for rechargeable lithium battery, method for preparing negative electrode active material for rechargeable lithium battery and rechargeable lithium battery
WO2023176740A1 (en) Positive electrode active material and secondary battery

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant