KR20150025047A - Hollow lithium transition metal oxide particles, preparation method thereof, and cathode active material for lithium secondary battery comprising the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to hollow lithium transition metal oxide particles and to a method for producing the same. The hollow lithium transition metal oxide particles include lithium transition metal oxide particles consisting of secondary particles produced by cohering two or more primary particles, wherein a hollow core unit is included in each secondary particle. The hollow lithium transition metal oxide particles according to an embodiment of the present invention consist of secondary particles produced by cohering primary particles and respectively have a hollow part therein. When the same is applied to a positive pole, the secondary particles are rolled so that the hollow parts are destroyed and the secondary particles are broken. Accordingly, a spring back phenomenon is decreased, and adhesion and processability can be improved.

Description

중공형 리튬 전이금속 산화물 입자, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질 {HOLLOW LITHIUM TRANSITION METAL OXIDE PARTICLES, PREPARATION METHOD THEREOF, AND CATHODE ACTIVE MATERIAL FOR LITHIUM SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hollow lithium transition metal oxide particle, a method for producing the same, and a cathode active material for a lithium secondary battery comprising the same. BACKGROUND ART [0002] Hollow lithium transition metal oxide particles,

본 발명은 중공형 리튬 전이금속 산화물 입자, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질에 관한 것이다.
The present invention relates to a hollow lithium transition metal oxide particle, a method for producing the same, and a cathode active material for a lithium secondary battery comprising the hollow lithium transition metal oxide particle.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 전압을 가지고, 사이클 수명이 길며, 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다.As technology development and demand for mobile devices are increasing, the demand for secondary batteries as energy sources is rapidly increasing. Among such secondary batteries, lithium secondary batteries having high energy density and voltage, long cycle life and low self- It has been commercialized and widely used.

이러한 리튬 이차전지의 음극 활물질로는 탄소재료가 주로 사용되고 있고, 리튬 금속, 황 화합물, 규소 화합물, 주석 화합물 등의 사용도 고려되고 있다. 또한, 양극 활물질로는 주로 리튬 함유 코발트 산화물(LiCoO2)이 사용되고 있고, 그 외에 층상 결정구조의 LiMnO2, 스피넬 결정구조의 LiMn2O4 등의 리튬 함유 망간 산화물과, 리튬 함유 니켈 산화물(LiNiO2)의 사용도 고려되고 있다.As a negative electrode active material of such a lithium secondary battery, a carbon material is mainly used, and use of lithium metal, a sulfur compound, a silicon compound, a tin compound and the like is also considered. In addition, lithium-containing cobalt oxide (LiCoO 2 ) is mainly used as the positive electrode active material, and a lithium-containing manganese oxide such as LiMnO 2 having a layered crystal structure and LiMn 2 O 4 having a spinel crystal structure and a lithium- 2 ) is also considered.

LiCoO2은 우수한 사이클 특성 등 제반 물성이 우수하여 현재 많이 사용되고 있지만, 안전성이 낮으며, 원료로서 코발트의 자원적 한계로 인해 고가이고 전기자동차 등과 같은 분야의 동력원으로 다량 사용함에는 한계가 있다. LiNiO2은 그것의 제조방법에 따른 특성상, 합리적인 비용으로 실제 양산공정에 적용하기에 어려움이 있고, LiMnO2, LiMn2O4 등의 리튬 망간 산화물은 사이클 특성 등이 나쁘다는 단점을 가지고 있다.Although LiCoO 2 has excellent physical properties such as excellent cycle characteristics and is widely used at present, it is low in safety, is expensive due to the resource limit of cobalt as a raw material, and has a limitation in using it as a power source for fields such as electric vehicles. LiNiO 2 is difficult to apply to actual mass production process at a reasonable cost due to its characteristics depending on the production method thereof, and lithium manganese oxides such as LiMnO 2 and LiMn 2 O 4 have poor cycle characteristics.

이에, 최근 리튬 전이금속 인산화물을 양극 활물질로서 이용하는 방법이 연구되고 있다. 리튬 전이금속 인산화물은 크게 나시콘(Nasicon) 구조인 LixM2(PO4)3와 올리빈(Olivine) 구조의 LiMPO4로 구분되고, 기존의 LiCoO2에 비해서 고온 안전성이 우수한 물질로서 연구되고 있다. 현재 나시콘 구조의 화합물 중에서는 Li3V2(PO4)3가 알려져 있고, 올리빈 구조의 화합물 중에서는 LiFePO4와 Li(Mn, Fe)PO4이 가장 널리 연구되고 있다.Recently, a method of using a lithium transition metal phosphate as a cathode active material has been studied. Lithium transition metal phosphates are classified into Nasicon structure Li x M 2 (PO 4 ) 3 and Olivine structure LiMPO 4 , which are superior to conventional LiCoO 2 . Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 is known among the nasicon compounds, and LiFePO 4 and Li (Mn, Fe) PO 4 are the most widely studied compounds of the olivine structure.

상기 올리빈 구조 중 특히 LiFePO4는 리튬 대비 ~3.5 V 전압과 3.6 g/cm3의 높은 용적 밀도를 갖고 이론용량 170 mAh/g의 물질로서, 코발트(Co)에 비해서 고온 안정성이 우수하고, 저가의 Fe를 원료로 하기 때문에 향후 리튬 이차전지용 양극 활물질로의 적용 가능성이 높다.Among the above olivine structures, LiFePO 4 has a high capacity density of ~3.5 V vs. 3.6 g / cm 3 and a theoretical capacity of 170 mAh / g, which is superior to that of cobalt (Co) Fe is used as a raw material, it is highly likely to be applied to a cathode active material for a lithium secondary battery in the future.

그러나, 이러한 LiFePO4는 하기와 같은 문제를 가지고 있어서 실용화에 한계가 있다.However, such LiFePO 4 has the following problems, and thus has a practical limit.

첫째, LiFePO4는 전자 전도율이 낮기 때문에, LiFePO4를 양극 활물질로서 사용하는 경우 전지의 내부 저항이 증가되는 문제가 있다. 이로 인해 전지 회로 폐쇄시에 분극 전위가 증가됨으로써 전지 용량을 감소시킨다.First, since LiFePO 4 has a low electron conductivity, there is a problem that when LiFePO 4 is used as a cathode active material, the internal resistance of the battery increases. As a result, the polarization potential is increased at the time of closing the battery circuit, thereby reducing the battery capacity.

둘째, LiFePO4는 밀도가 통상의 양극 활물질보다 낮으므로, 전지의 에너지 밀도를 충분히 증가시킬 수 없다는 한계가 있다.Second, since LiFePO 4 has a lower density than a conventional cathode active material, there is a limitation that the energy density of the battery can not be sufficiently increased.

셋째로, 리튬이 탈리된 상태의 올리빈 결정 구조는 매우 불안정하므로, 결정 표면의 리튬이 이탈한 부분의 이동 경로가 폐색되어 리튬의 흡장/탈리 속도가 지연되는 문제가 있다.Thirdly, since the olivine crystal structure in the state of lithium removal is very unstable, there is a problem in that the movement path of the portion where lithium disappears from the crystal surface is blocked, and the loading / desorption rate of lithium is delayed.

이에, 올리빈의 결정 직경을 나노 수준으로 줄임으로써 리튬 이온의 이동 거리를 단축시켜 방전 용량을 증가시키는 기술이 제안되었다.Accordingly, a technique has been proposed in which the crystal diameter of olivine is reduced to nano-level to shorten the travel distance of lithium ions to increase the discharge capacity.

그러나, 이와 같이 미세한 입경을 갖는 올리빈 입자를 사용하여 전극을 제조하는 경우, 스프링백(spring back) 현상으로 인해 양극 집전체로부터의 탈리가 쉽게 일어나고, 이러한 탈리를 줄이기 위해 다량의 바인더를 사용해야 한다.However, when the electrode is manufactured using the olivine particles having such a fine particle size, the spring back phenomenon easily causes the separation from the positive electrode current collector, and a large amount of binder should be used to reduce such desorption .

그러나, 다량의 바인더를 사용할 경우, 저항이 증가하며 전압이 감소하는 문제가 발생할 수 있으며, 슬러리의 믹싱 시간이 길어져 공정 효율이 저하되는 문제가 발생한다.
However, when a large amount of binder is used, there may arise a problem that the resistance increases and the voltage decreases, and the mixing time of the slurry is prolonged and the process efficiency is lowered.

따라서, 본 발명은 위와 같은 문제들을 해결하기 위해 안출된 것이다.Accordingly, the present invention has been made in order to solve the above problems.

본 발명의 해결하고자 하는 제1 기술적 과제는 양극 집전체로부터 양극 활물질의 탈리가 최소화되도록 접착력이 향상되고, 양극 제조시 전극 공정성을 향상시킬 수 있는 중공형 리튬 전이금속 산화물 입자를 제공하는 것이다. A first aspect of the present invention is to provide a hollow lithium transition metal oxide particle having improved adhesion strength so as to minimize separation of a cathode active material from a cathode current collector and capable of improving electrode processability in the production of an anode.

본 발명이 이루고자 하는 제2 기술적 과제는 상기 중공형 리튬 전이금속 산화물 입자의 제조방법을 제공하는 것이다.A second object of the present invention is to provide a process for preparing the hollow lithium transition metal oxide particles.

본 발명이 이루고자 하는 제3 기술적 과제는 상기 중공형 리튬 전이금속 산화물 입자를 포함하는 양극 활물질을 제공하는 것이다.A third object of the present invention is to provide a cathode active material comprising the hollow lithium transition metal oxide particles.

본 발명이 이루고자 하는 제4 기술적 과제는 상기 양극 활물질을 포함하는 양극 및 상기 양극의 제조방법을 제공하는 것이다.A fourth object of the present invention is to provide a positive electrode comprising the positive electrode active material and a method of manufacturing the positive electrode.

본 발명이 이루고자 하는 제5 기술적 과제는 상기 양극을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공하는 것이다.
A fifth aspect of the present invention is to provide a lithium secondary battery including the positive electrode.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 리튬 전이금속 산화물 입자를 포함하고, 상기 리튬 전이금속 산화물 입자는 둘 이상의 일차 입자가 응집되어 형성된 이차 입자로 이루어지며, 상기 이차 입자 내부에 중공 코어부를 포함하는 중공형 리튬 전이금속 산화물 입자를 제공한다:In order to solve the above problems, the present invention provides a lithium transition metal oxide particle represented by the following Chemical Formula 1, wherein the lithium transition metal oxide particle is composed of secondary particles formed by aggregation of two or more primary particles, There is provided a hollow lithium transition metal oxide particle comprising a hollow core portion:

화학식 1Formula 1

Li1 + aM11 - xM2x(PO4 -b) Xb Li 1 + a M 1 - x M 2 x (PO 4 -b ) X b

상기 식에서,In this formula,

M1은 Fe, Mn, Co, Ni, Cu, Zn 및 Mg중 선택된 1종 이상의 원소를 나타내고; M1 represents at least one element selected from Fe, Mn, Co, Ni, Cu, Zn and Mg;

M2는 2족 내지 15족으로부터 선택되는 원소 중 M1을 제외한 1종 이상의 원소를 나타내며, M2 represents at least one element selected from the elements selected from Groups 2 to 15 except for M1,

X는 F, S 및 N 중에서 선택된 1종 이상이고,X is at least one selected from F, S and N,

-0.5≤a≤+0.5, 0≤x≤0.5, 0≤b≤0.1이다.-0.5? A? + 0.5, 0? X? 0.5, and 0? B?

또한, 본 발명은 (i) 리튬 전이금속 산화물, 탄소 전구체 및 물을 포함하는 분무액을 분무 챔버 내로 공급하는 단계; 및 (ii) 상기 분무액을 상기 챔버 내에서 분무 건조 및 소성하는 단계를 포함하는 중공형 리튬 전이금속 산화물 입자의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for preparing a spraying composition comprising: (i) supplying a spraying liquid containing a lithium transition metal oxide, a carbon precursor and water into a spraying chamber; And (ii) spray-drying and firing the spray liquid in the chamber. The present invention also provides a method for producing hollow lithium transition metal oxide particles.

또한, 본 발명은 상기 중공형 리튬 전이금속 산화물 입자를 포함하는 양극 활물질을 제공한다.The present invention also provides a cathode active material comprising the hollow lithium transition metal oxide particles.

또한, 본 발명은 상기 양극 활물질을 포함하는 양극을 제공한다.The present invention also provides a positive electrode comprising the positive electrode active material.

아울러, 본 발명은 양극 집전체 상에 상기 중공형 리튬 전이금속 산화물 입자, 바인더 및 도전재를 혼합한 양극 활물질 조성물을 코팅 및 건조하여 양극 활물질 코팅층을 형성하는 단계; 및 상기 양극 활물질 코팅층을 압연하는 단계를 포함하는 양극의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for manufacturing a lithium secondary battery, comprising: forming a cathode active material coating layer on a cathode current collector by coating and drying a cathode active material composition comprising the hollow lithium transition metal oxide particles, a binder, and a conductive material; And rolling the cathode active material coating layer.

나아가, 본 발명은 상기 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다.
Further, the present invention provides a lithium secondary battery comprising the positive electrode, the negative electrode, and the separator interposed between the positive electrode and the negative electrode.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 중공형 리튬 전이금속 산화물 입자는 둘 이상의 일차 입자가 응집된 이차 입자로 이루어지고, 내부에 중공(hollow)이 형성됨으로써, 양극에 적용시 이차 입자가 압연에 의해 중공이 붕괴되면서 이차 입자가 부스러지기 때문에 스프링백(spring back) 현상이 감소하므로, 이로 인해 접착력 및 공정성을 향상시킬 수 있다.
According to one embodiment of the present invention, the hollow lithium transition metal oxide particles are formed of secondary particles in which two or more primary particles are aggregated, and a hollow is formed in the hollow lithium transition metal oxide particles, Since the secondary particles collapse as the hollow collapses, the springback phenomenon is reduced, thereby improving the adhesion and the processability.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중공형 리튬 전이금속 산화물 입자의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에서 제조된 중공형 리튬 철인산화물(LiFePO4) 입자의 단면 SEM 사진을 나타낸 것이다.
도 3는 본 발명의 실시예 1에서 제조된 중공형 리튬 철인산화물(LiFePO4)을 포함하는 양극(실시예 2)의 단면 SEM 사진을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 비교예 1에서 제조된 리튬 철인산화물(LiFePO4)을 포함하는 양극의 단면 SEM 사진(비교예 2)을 나타낸 것이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate exemplary embodiments of the invention and, together with the description of the invention, It should not be construed as limited.
1 is a schematic cross-sectional view of a hollow lithium transition metal oxide particle according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional SEM photograph of the hollow lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) particles prepared in Example 1 of the present invention.
3 is a cross-sectional SEM photograph of the anode (Example 2) including the hollow lithium iron phosphate oxide (LiFePO 4 ) prepared in Example 1 of the present invention.
4 shows a cross-sectional SEM photograph (Comparative Example 2) of a positive electrode containing lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) produced in Comparative Example 1 of the present invention.

이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail in order to facilitate understanding of the present invention.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms and the inventor may appropriately define the concept of the term in order to best describe its invention It should be construed as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 중공형 리튬 전이금속 산화물 입자는, 하기 화학식 1로 표시되는 리튬 전이금속 산화물 입자를 포함하고, 상기 리튬 전이금속 산화물 입자는 둘 이상의 일차 입자가 응집되어 형성된 이차 입자로 이루어지며, 상기 이차 입자 내부에 중공 코어부를 포함할 수 있다:A hollow lithium transition metal oxide particle according to an embodiment of the present invention includes a lithium transition metal oxide particle represented by the following formula (1), wherein the lithium transition metal oxide particle is a secondary particle formed by aggregation of two or more primary particles And may include a hollow core portion within the secondary particle:

화학식 1Formula 1

Li1 + aM11 - xM2x(PO4 -b) Xb Li 1 + a M 1 - x M 2 x (PO 4 -b ) X b

상기 식에서,In this formula,

M1은 Fe, Mn, Co, Ni, Cu, Zn 및 Mg중 선택된 1종 이상의 원소를 나타내고; M1 represents at least one element selected from Fe, Mn, Co, Ni, Cu, Zn and Mg;

M2는 2족 내지 15족으로부터 선택되는 원소 중 M1을 제외한 1종 이상의 원소를 나타내며, M2 represents at least one element selected from the elements selected from Groups 2 to 15 except for M1,

X는 F, S 및 N 중에서 선택된 1종 이상이고,X is at least one selected from F, S and N,

-0.5≤a≤+0.5, 0≤x≤0.5, 0≤b≤0.1이다.-0.5? A? + 0.5, 0? X? 0.5, and 0? B?

도 1에 개략적인 단면도로 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 중공형 리튬 전이금속 산화물 입자는 둘 이상의 일차 입자가 응집되어 형성된 이차 입자를 포함하고, 상기 이차 입자 내부에 중공 코어부를 포함한다.1, a hollow lithium transition metal oxide particle according to an embodiment of the present invention includes secondary particles formed by aggregation of two or more primary particles, and a hollow core portion is formed inside the secondary particles .

상기 리튬 전이금속 산화물은 수십 나노미터 내지 수백 나노미터의 일차 입자로 이루어진 이차 입자를 포함할 수 있다. The lithium transition metal oxide may include secondary particles composed of primary particles of several tens nanometers to several hundreds of nanometers.

일반적으로, 리튬 전이금속 산화물 입자는 둘 이상의 일차 입자가 응집된 이차 입자의 형태로 이루어진 경우, 리튬 전이금속 산화물 입자의 경우 중공 코어부가 없다면, 양극에 적용시 상기 이차 입자가 스프링백(spring back) 현상이 발생할 수 있다. In general, when the lithium transition metal oxide particles are in the form of agglomerated secondary particles of two or more primary particles, in the case of the lithium transition metal oxide particles, the secondary particles are spring back when applied to the anode, A phenomenon may occur.

여기서, 스프링백(spring back) 현상이란, 물체에 압력을 가하여 변형시킨 후, 압력을 제거하면 원상으로 회복되려는 탄력 현상을 의미한다.Here, the spring back phenomenon refers to an elastic phenomenon in which an object is deformed by applying pressure and then restored to its original state when the pressure is removed.

즉, 양극 집전체 상에 리튬 전이금속 산화물 입자를 포함하는 양극 활물질 조성물을 코팅 및 압연하여 양극을 제조하는 경우, 압연 후 상기 리튬 전이금속 산화물의 이차 입자가 조밀한 경우, 원래 형태의 구형의 이차입자 현상으로 회복되려는 스프링백 현상이 일어날 수 있고, 이로 인해 입자와 입자 사이의 공극(틈)이 발생할 수 있다. 이러한 공극 발생으로 인해 양극 집전체와의 접착력이 감소되어 탈리가 생길 수 있을 뿐만 이나라, 상기 공극이 저항으로 작용하여 전극 전도도가 약화될 수 있다.That is, when a cathode is prepared by coating and rolling a cathode active material composition containing a lithium-transition metal oxide particle on a cathode current collector, if secondary particles of the lithium-transition metal oxide after rolling are dense, A springback phenomenon to be recovered by the particle phenomenon may occur, which may cause a gap (gap) between the particle and the particle. Due to the occurrence of such pores, the adhesion with the positive electrode current collector is reduced, so that desorption can occur. As a result, the gap acts as a resistor and the electrode conductivity can be weakened.

이러한 문제를 해결하기 위해서는, 다량의 바인더를 사용하여야 하는데, 다량의 바인더를 사용할 경우, 저항이 증가하고 전압이 감소하는 문제가 발생할 수 있다.In order to solve such a problem, a large amount of binder should be used. However, when a large amount of binder is used, the resistance may increase and the voltage may decrease.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 중공형 리튬 전이금속 산화물 입자는 내부에 중공(hollow)이 형성됨으로써, 양극에 적용시 압연 과정에서 상기 중공형 리튬 전이금속 산화물 입자의 중공이 붕괴되면서 이차 입자가 부스러져지기 때문에, 이차 입자의 형상이 없어지고 일차 입자화 될 수 있다. 이에, 상기 스프링백(spring back) 현상이 감소되므로, 이로 인해 접착력 및 공정 효율성을 향상시킬 수 있다. The hollow lithium transition metal oxide particles according to an embodiment of the present invention are formed into hollows so that when the hollow lithium transition metal oxide particles are rolled in application to the anode, the hollow lithium transition metal oxide particles collapse, So that the shape of the secondary particles is lost and can be converted into primary particles. Accordingly, the spring back phenomenon is reduced, thereby improving the adhesive force and the process efficiency.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 중공형 리튬 전이금속 산화물 입자는 둘 이상의 일차 입자가 응집된 이차 입자의 형태를 가지면서, 중공 코어부를 포함함으로써, 일차 입자의 장점인 높은 전기 전도도 및 밀도를 발휘하여, 접착력을 향상시킬 수 있으면서도, 이차 입자의 장점인 높은 공정 효율성을 모두 만족시킬 수 있다.That is, the hollow lithium transition metal oxide particle according to an embodiment of the present invention includes a hollow core portion having a shape of secondary particles in which two or more primary particles are aggregated, and thus has high electrical conductivity and density, which are advantages of primary particles It is possible to improve the adhesive force and satisfy all of the high process efficiency, which is an advantage of the secondary particles.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 중공형 리튬 전이금속 산화물 입자를 사용하는 경우, 전극 및 전지의 용량, 수명 특성 및 에너지 밀도를 극대화할 수 있다.Therefore, when the hollow lithium transition metal oxide particles according to an embodiment of the present invention are used, the capacity, lifetime characteristics and energy density of the electrode and the battery can be maximized.

본 발명의 일 실시예에 따른 중공형 리튬 전이금속 산화물 입자에 있어서, 상기 중공 코어부의 직경은 4 ㎛ 내지 10 ㎛, 바람직하게는 6 ㎛ 내지 10 ㎛인 것이 바람직하다.In the hollow lithium transition metal oxide particle according to one embodiment of the present invention, it is preferable that the diameter of the hollow core portion is 4 탆 to 10 탆, preferably 6 탆 to 10 탆.

이때, 상기 중공 코어부의 직경이 4 ㎛ 미만인 경우, 전극의 압연 과정 후 스프링백 현상이 일어나 양극 집전체와의 접착력이 감소되어 탈리가 생길 수 있고, 10 ㎛를 초과하는 경우, 이차 입자가 쉽게 부서질 수 있어 공정성 및 생산성에 문제가 생길 수 있다.If the diameter of the hollow core portion is less than 4 탆, springback phenomenon occurs after the rolling process of the electrode, so that the adhesion force with the positive electrode current collector is decreased to cause desorption, and when the diameter exceeds 10 탆, Which can lead to problems in fairness and productivity.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 중공 코어부의 직경의 측정은 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들어 전자현미경사진(SEM)으로 측정 가능할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the measurement of the diameter of the hollow core portion is not particularly limited, but may be measurable by, for example, an electron microscope (SEM).

본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 전이금속 산화물은 올리빈형 구조로서, 상기 화학식 1로 표시되는 산화물일 수 있다. The lithium transition metal oxide according to an embodiment of the present invention is an olivine structure and may be an oxide represented by the above formula (1).

또한, 상기 리튬 전이금속 화합물은 바람직하게는 하기 화학식 2로 표시되는 리튬 철인산화물, 더욱 바람직하게는 LiFePO4 일 수 있다:Further, the lithium transition metal compound may preferably be a lithium iron phosphate represented by the following formula (2), more preferably LiFePO 4 :

화학식 2(2)

Li1 + aFe1 - xMx(PO4 -b) Xb Li 1 + a Fe 1 - x M x (PO 4 -b ) X b

상기 식에서,In this formula,

M은 Al, Mg, Ni, Co, Mn, Ti, Ga, Cu, V, Nb, Zr, Ce, In, Zn 및 Y 중에서 선택된 1종 이상이고,M is at least one selected from Al, Mg, Ni, Co, Mn, Ti, Ga, Cu, V, Nb, Zr, Ce, In,

X는 F, S 및 N 중에서 선택된 1종 이상이며,X is at least one selected from F, S and N,

-0.5≤a≤+0.5, 0≤x≤0.5, 0≤b≤0.1이다.-0.5? A? + 0.5, 0? X? 0.5, and 0? B?

상기 중공형 리튬 전이금속 산화물 입자의 평균 입경(D50)은 15 ㎛ 내지 20 ㎛ 범위인 것이 바람직하다.
The average particle diameter (D 50 ) of the hollow lithium transition metal oxide particles is preferably in the range of 15 탆 to 20 탆.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 일차 입자의 평균 입경(D50)은 10 nm 내지 500 nm 범위, 바람직하게는 100 nm 내지 400 nm인 것이 바람직하다.According to an embodiment of the present invention, the average particle size (D 50 ) of the primary particles is preferably in the range of 10 nm to 500 nm, preferably 100 nm to 400 nm.

상기 일차 입자의 평균 입경이 10 nm 미만으로 지나치게 작으면 제조가 용이하지 않아 공정 효율성을 발휘할 수 없고, 500 nm 초과인 경우에는 리튬 전이금속 산화물 입자의 성형성이 저하되고, 조립화를 제어하기가 곤란한 문제가 발생할 수 있다. If the average particle size of the primary particles is too small, the processability is not feasible. If the average particle size is more than 500 nm, the formability of the lithium transition metal oxide particles is deteriorated. A difficult problem may arise.

본 발명에 있어서, 입자의 평균 입경(D50)은 입경 분포의 50% 기준에서의 입경으로 정의할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 입자의 평균 입경(D50)은 예를 들어, 레이저 회절법(laser diffraction method)을 이용하여 측정할 수 있다. 상기 레이저 회절법은 일반적으로 서브미크론(submicron) 영역에서부터 수 mm 정도의 입경의 측정이 가능하며, 고 재현성 및 고 분해성의 결과를 얻을 수 있다. In the present invention, the average particle diameter (D 50 ) of the particles can be defined as the particle diameter at the 50% of the particle diameter distribution. The average particle diameter (D 50 ) of the particles according to an embodiment of the present invention can be measured using, for example, a laser diffraction method. The laser diffraction method generally enables measurement of a particle diameter of several millimeters from a submicron region, resulting in high reproducibility and high degradability.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 리튬 전이금속 산화물 입자는 둘 이상의 일차 입자가 응집된 이차 입자로서, 다공질의 입자상일 수 있다. The lithium transition metal oxide particle according to an embodiment of the present invention may be a secondary particle in which two or more primary particles are aggregated, and may be a porous particle.

상기 리튬 전이금속 산화물 입자가 일차 입자의 형태로 이루어져 리튬 이차 전지의 양극 활물질로 사용되는 경우, 전극 접착력의 문제는 없으나, 고속 충방전 특성이 떨어진다는 단점이 있다. 이러한 단점을 극복하기 위하여 일차 입자의 직경을 더욱 작은 직경으로 제조할 수도 있으나, 이 경우에는 오히려 비표면적의 증가로 인하여 양극 슬러리 제조 공정시의 문제, 예를 들면 과량의 바인더 사용으로 인한 제품 원가의 증가, 전기 전도성의 저하 등의 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 이러한 일차 입자를 사용하는 경우의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따르는 리튬 전이금속 산화물 입자는 둘 이상의 일차 입자가 응집된 이차 입자 형태일 수 있다. When the lithium transition metal oxide particles are in the form of primary particles and used as a positive electrode active material of a lithium secondary battery, there is no problem of electrode adhesion, but the lithium secondary battery has a disadvantage in that the rapid charge / discharge characteristics are inferior. In order to overcome such disadvantages, the diameter of the primary particles may be reduced to a smaller diameter. In this case, however, the increase of the specific surface area causes problems in the process of manufacturing the anode slurry, for example, There may arise problems such as increase in electric conductivity and decrease in electric conductivity. Therefore, in order to solve the problem of using such primary particles, the lithium transition metal oxide particles according to one embodiment of the present invention may be in the form of secondary particles in which two or more primary particles are aggregated.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 전이금속 산화물 입자에 있어서, 상기 일차 입자 상에 탄소 코팅층을 더 포함할 수 있다. In addition, in the lithium transition metal oxide particle according to an embodiment of the present invention, a carbon coating layer may be further formed on the primary particles.

탄소 코팅층이 더 포함되는 경우, 상기 탄소 코팅층은 리튬 전이금속 산화물 입자의 일차 입자를 둘러싸듯 피복될 수 있다.When the carbon coating layer is further included, the carbon coating layer may be coated so as to surround the primary particles of the lithium transition metal oxide particles.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 일차 입자 상에 탄소 코팅층을 형성함으로써, 전기 전도도를 더욱 향상시킬 수 있다. According to an embodiment of the present invention, by forming a carbon coating layer on the primary particles, the electric conductivity can be further improved.

상기 탄소 코팅층은 당류를 포함하는 것이 바람직하며, 상기 당류는 글루코스, 프락토스, 갈락토오스, 수크로스, 말토오스 및 락토오스로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 포함할 수 있다. The carbon coating layer preferably includes a saccharide. The saccharide may include any one selected from the group consisting of glucose, fructose, galactose, sucrose, maltose, and lactose, or a mixture of two or more thereof.

상기 탄소 코팅층의 두께는 5 nm 내지 100 nm, 바람직하게는 5 nm 내지 50 nm일 수 있다. 상기 탄소 코팅층의 두께가 5 nm 미만인 경우 상기 탄소 코팅층으로 인한 전기 전도도의 상승 효과가 미미할 수 있다. 한편, 상기 탄소 코팅층의 두께가 100 nm를 초과하는 경우, 리튬 이온의 이동성이 장애가 되어 저항이 증가할 수 있다. The thickness of the carbon coating layer may be 5 nm to 100 nm, preferably 5 nm to 50 nm. If the thickness of the carbon coating layer is less than 5 nm, the effect of increasing the electrical conductivity due to the carbon coating layer may be insignificant. On the other hand, when the thickness of the carbon coating layer is more than 100 nm, the resistance of the lithium ion mobility may be increased and the resistance may increase.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 리튬 전이금속 산화물 입자의 비표면적(BET)은 30 ㎡/g 이하, 바람직하게는 6 ㎡/g 내지 30 ㎡/g인 것이 바람직하다.According to an embodiment of the present invention, the lithium transition metal oxide particles preferably have a specific surface area (BET) of 30 m 2 / g or less, and preferably 6 m 2 / g to 30 m 2 / g.

상기 리튬 전이금속 산화물 입자의 비표면적이 상기 범위를 벗어나는 경우 전극의 접착력이 저하될 수 있으며, 상기 리튬 전이금속 산화물 입자의 비표면적이 상기 범위를 벗어나는 경우 충방전시에 있어서의 초기 불가역 용량의 증가를 초래하기 때문에 바람직하지 않다. If the specific surface area of the lithium transition metal oxide particle is out of the above range, the adhesion of the electrode may deteriorate. If the specific surface area of the lithium transition metal oxide particle is out of the above range, an increase in the initial irreversible capacity Which is undesirable.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 리튬 전이금속 산화물 입자의 비표면적은 BET(Brunauer-Emmett-Teller; BET)법으로 측정할 수 있다. 예를 들어, 기공분포 측정기(Porosimetry analyzer; Bell Japan Inc, Belsorp-II mini)를 사용하여 질소 가스 흡착 유통법에 의해 BET 6 점법으로 측정할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the specific surface area of the lithium-transition metal oxide particles can be measured by a BET (Brunauer-Emmett-Teller; BET) method. For example, it can be measured by a BET 6-point method by a nitrogen gas adsorption / distribution method using a porosimetry analyzer (Bell Japan Inc, Belsorp-II mini).

한편, 본 발명에서 전극의 제조시 이차 입자가 붕괴되어 일차 입자화로 복귀된 경우에도 우수한 전기 전도도, 결정 구조의 안정성 및 높은 부피 밀도(bulk density)를 발휘하기 위해서는, 결정화된 상태의 일차 입자를 사용하여 이차 입자를 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 일차 입자들은 각각 독립적으로 올리빈형 결정 구조를 갖는 것이 바람직하다.Meanwhile, in order to exhibit excellent electrical conductivity, stability of crystal structure, and high bulk density even when the secondary particles are disintegrated in the production of the electrode and returned to the primary particle formation in the present invention, the primary particles in the crystallized state are used To form secondary particles. That is, it is preferable that the primary particles each independently have an olivine-type crystal structure.

또한, 상기 이차 입자가 붕괴되면서 일차 입자로의 복귀를 용이하게 하는 측면에서, 상기 일차 입자들은 공유 결합이나 이온 결합 등의 화학적 결합이 아닌 반데르 발스 인력 등의 물리적 결합에 의해 응집되어 이차 입자를 형성하는 것이 바람직하다.In view of facilitating the return to the primary particles as the secondary particles are collapsed, the primary particles are aggregated by physical bonding such as van der Waals force rather than chemical bonding such as covalent bond or ionic bond, .

본 발명의 일 실시예에 따르는 상기 리튬 전이금속 산화물 입자의 제조방법은 (i) 리튬 전이금속 산화물, 탄소 전구체 및 물을 포함하는 분무액을 분무 챔버 내로 공급하는 단계; 및 (ii) 상기 분무액을 상기 챔버 내에서 분무 건조 및 소성하는 단계를 포함할 수 있다.The method for preparing lithium transition metal oxide particles according to an embodiment of the present invention includes the steps of (i) supplying a spray liquid containing a lithium transition metal oxide, a carbon precursor, and water into a spray chamber; And (ii) spray drying and firing the spray liquid in the chamber.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 양극 활물질에 있어서, 리튬 전이금속 산화물 입자의 이차 입자는 일차 입자를 제조한 후에 별도의 조립화 공정에 의하여 형성될 수 있다. 또한, 하나의 공정을 통하여 일차 입자를 생성함과 동시에 상기 일차 입자를 응집시키는 방법에 의하여 제조될 수 있다. According to one embodiment of the present invention, in the cathode active material, the secondary particles of the lithium-transition metal oxide particles may be formed by a separate granulation process after the primary particles are produced. Also, it can be produced by a method of producing primary particles through one process and coagulating the primary particles.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따르는 리튬 전이금속 산화물 입자의 제조방법을 분무 건조법을 예로 들어서 설명한다. Hereinafter, a method of preparing a lithium-transition metal oxide particle according to an embodiment of the present invention will be described by taking a spray-drying method as an example.

본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 전이금속 산화물 입자의 제조방법을 구체적으로 살펴보면, 상기 단계 (i)은 리튬 전이금속 산화물, 탄소 전구체 및 물을 포함하는 분무액을 분무 챔버 내로 공급하는 단계일 수 있다. The method for producing the lithium-transition metal oxide particle according to an embodiment of the present invention will be described in detail. In the step (i), the spray liquid containing the lithium-transition metal oxide, the carbon precursor and water may be supplied into the atomizing chamber have.

구체적으로 살펴보면, 상기 리튬 전이금속 산화물은 상기 화학식 1의 산화물, 바람직하게는 상기 화학식 2의 화합물, 더욱 바람직하게는 LiFePO4일 수 있다.Specifically, the lithium transition metal oxide may be an oxide of Formula 1, preferably a compound of Formula 2, more preferably LiFePO 4 .

상기 리튬 전이금속 산화물의 제조방법은 당 분야에서 통상적으로 사용되는 방법을 이용하여 제조할 수 있으며, 예를 들어 리튬 함유 전구체 및 전이금속 함유 전구체를 혼합하여 제조할 수 있다. The lithium transition metal oxide may be prepared by a method commonly used in the art, for example, by mixing a lithium-containing precursor and a transition metal-containing precursor.

상기 리튬 함유 전구체는 Li2CO3, Li(OH), Li(OH)ㆍH2O 및 LiNO3 로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다. The lithium-containing precursor may be any one selected from the group consisting of Li 2 CO 3 , Li (OH), Li (OH) .H 2 O and LiNO 3 , or a mixture of two or more thereof.

한편, 상기 전이금속 함유 전구체는 전이금속을 함유하는 통상적으로 사용되는 전구체를 사용할 수 있으며, 특히 철(Fe) 함유 전구체 및 인(P) 함유 전구체를 포함하는 것이 바람직하다.On the other hand, the transition metal-containing precursor may be a conventionally used precursor containing a transition metal, and it preferably contains a precursor containing iron (Fe) and a precursor containing phosphorus (P).

상기 철(Fe) 함유 전구체는 2가의 철 화합물로서 FeSO4, FeSO4ㆍ7H2O, FeC2O4ㆍ2H2O 및 FeCl2 로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다. The iron (Fe) containing precursor may be a FeSO 4, FeSO 4 and 7H 2 O, FeC 2 O 4 and 2H 2 O and FeCl any one selected from the group consisting of 2, or mixtures of two or more of these as a bivalent iron compound have.

상기 인(P) 함유 전구체는 H3PO4, NH4H2PO4, (NH4)2HPO4 및 P2O5 로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다. The phosphorus-containing precursor may be any one selected from the group consisting of H 3 PO 4 , NH 4 H 2 PO 4 , (NH 4 ) 2 HPO 4 and P 2 O 5 , or a mixture of two or more thereof.

또한, 상기 리튬 전이금속 산화물 전구체 제조시 pH 조절을 위해 알칼리화제를 더 첨가할 수 있다. 상기 알칼리화제는 알칼리금속 수산화물, 알칼리토금속 수산화물 및 암모니아 화합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다. In addition, an alkalizing agent may be further added to adjust the pH of the lithium transition metal oxide precursor. The alkalizing agent may be any one selected from the group consisting of alkali metal hydroxides, alkaline earth metal hydroxides and ammonia compounds, or a mixture of two or more thereof.

상기 분무 건조 장비로는 통상적으로 사용되는 분무 건조 장비를 이용할 수 있으며, 예를 들어, 초음파 분무 건조 장치, 공기노즐 분무 건조 장치, 초음파노즐 분무 건조 장치, 필터 팽창 액적 발생장치 또는 정전분무 건조 장치 등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The spray drying apparatus may be a conventional spray drying apparatus, for example, an ultrasonic spray drying apparatus, an air nozzle spray drying apparatus, an ultrasonic nozzle spray drying apparatus, a filter expansion droplet generating apparatus or an electrostatic spray drying apparatus May be used, but is not limited thereto.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 리튬 전이금속 산화물은 물 100 중량부에 대해 5 중량부 내지 40 중량부의 양으로 사용할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the lithium transition metal oxide may be used in an amount of 5 to 40 parts by weight based on 100 parts by weight of water.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 챔버 내로의 상기 분무액의 공급 속도는 20 kg/시간 내지 50 kg/시간 일 수 있다. Further, according to an embodiment of the present invention, the supply rate of the spray liquid into the chamber may be 20 kg / hour to 50 kg / hour.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 단계 (i)에 있어서, 상기 분무액은 리튬 전이금속 산화물 및 물과 함께 탄소 전구체를 포함함으로써, 일차 입자 상에 탄소 코팅층을 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, in the step (i), the spray liquid may further include a carbon coating layer on the primary particles by including a carbon precursor together with lithium transition metal oxide and water.

본 발명의 일 실시예에 따른 탄소 전구체는 바람직하게는 당류가 바람직하며, 상기 당류는 글루코스, 프락토스, 갈락토오스, 수크로스, 말토오스 및 락토오스로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. The carbon precursor according to an embodiment of the present invention is preferably a saccharide, and the saccharide may be any one selected from the group consisting of glucose, fructose, galactose, sucrose, maltose and lactose, or a mixture of two or more thereof Can be used.

상기 탄소 전구체는 리튬 전이금속 산화물 100 중량부에 대해 2 중량부 내지 40 중량부로 사용할 수 있다. The carbon precursor may be used in an amount of 2 to 40 parts by weight based on 100 parts by weight of the lithium transition metal oxide.

상기 단계 (ii)는 상기 분무액을 상기 챔버 내에서 분무 건조 후 소성하는 단계이다.The step (ii) is a step of spray drying the sprayed liquid in the chamber and then firing it.

상기 분무액은 챔버 내에서 고속으로 회전하는 디스크를 통하여 분무될 수 있으며, 분무와 건조는 동일 챔버 내에서 이루어질 수 있다. The spray liquid may be sprayed through a disk rotating at high speed in the chamber, and spraying and drying may be performed in the same chamber.

본 발명의 일 실시예에 따라, 중공형 리튬 전이금속 산화물 입자에 있어서, 중공을 형성하기 위해서, 상기 리튬 전이금속 산화물의 총 고형분 함량(TSC: Total Solid Content)은 10 % 내지 40 %, 바람직하게는 10 % 내지 20 %, 더욱 바람직하게는 10% 내지 15%일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, in the hollow lithium transition metal oxide particle, in order to form a hollow, the total solid content (TSC) of the lithium transition metal oxide is 10% to 40% May be 10% to 20%, more preferably 10% to 15%.

본 발명에 있어서, "고형분 함량(TSC)"이란, 상기 리튬 전이금속 산화물 및 물을 포함하는 분무액 총 중량에 있어서, 수분을 증발시켜 남게 되는 고형물질, 즉 건조 후 얻은 중공형 리튬 전이금속 산화물 입자를 백분율로 환산한 값을 의미한다.In the present invention, "solid content (TSC)" means a solid material remaining after evaporating moisture, that is, a hollow lithium transition metal oxide obtained after drying, in the total weight of the spray liquid containing the lithium transition metal oxide and water Means a value obtained by converting a particle into a percentage.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 고형분 함량이 10 % 미만인 경우 이차 입자의 평균 입경이 작아지고, 생산성이 낮아지는 문제가 발생할 수 있고, 40 %를 초과하는 경우 이차 입자의 평균 입경이 커지면서, 생산성에 있어서 제한이 있을 수 있다.According to an embodiment of the present invention, when the solid content is less than 10%, the average particle size of the secondary particles may be small and the productivity may be low. When the solid content is more than 40%, the average particle size of the secondary particles is increased, There may be limitations in productivity.

상기 리튬 전이금속 산화물 입자의 총 고형분 함량을 구현하기 위해서는 분무 건조 조건, 예를 들어, 운반기체의 유량, 반응기내 체류 시간 및 내부 압력 등의 제어를 통하여 가능할 수 있다. In order to realize the total solid content of the lithium-transition metal oxide particles, it may be possible to control spray drying conditions such as flow rate of carrier gas, residence time in the reactor and internal pressure.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 중공의 크기를 제어하기 위해 상기 분무 건조온도가 중요할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 분무 건조는 20 ℃ 내지 350 ℃의 온도 범위에서 약 4분 내지 20분 정도로 수행 가능하다.Also, the spray drying temperature may be important to control the size of the hollow in accordance with an embodiment of the present invention. According to one embodiment of the present invention, the spray drying can be performed at a temperature range of 20 ° C to 350 ° C for about 4 minutes to 20 minutes.

또한, 소성은 700 ℃ 내지 800 ℃의 온도에서 수행될 수 있다. 상기 소성은 바람직하게는 Ar 또는 N2 등의 불활성 가스 분위기에서 수행될 수 있다.Further, the firing can be carried out at a temperature of 700 ° C to 800 ° C. The calcination may preferably be performed in an inert gas atmosphere such as Ar or N 2 .

본 발명은 상기 중공형 리튬 전이금속 산화물 입자를 포함하는 양극 활물질을 제공한다.The present invention provides a cathode active material comprising the hollow lithium transition metal oxide particles.

또한, 본 발명은 상기 양극 활물질을 포함하는 양극을 제공한다.The present invention also provides a positive electrode comprising the positive electrode active material.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 양극은 양극 집전체 상에 상기 중공형 리튬 전이금속 산화물 입자, 바인더 및 도전재를 혼합한 양극 활물질 조성물을 코팅 및 건조하여 양극 활물질 코팅층을 형성하는 단계; 및 상기 양극 활물질 코팅층을 압연하는 단계를 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, there is provided a method for manufacturing a lithium secondary battery, comprising: forming a positive electrode active material coating layer by coating a positive electrode active material composition prepared by mixing the hollow lithium transition metal oxide particles, a binder and a conductive material on a positive electrode current collector; And rolling the cathode active material coating layer.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 압연은 예를 들어, 롤 프레스(press)를 이용하여, 당분야에서 사용되는 통상의 방법으로 수행될 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the rolling can be carried out in a conventional manner used in the art, for example, using a roll press.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 양극 활물질로 사용되는 중공형 리튬 전이금속 산화물 입자는 이차 입자의 형태로, 이차 입자 상에 압연이 수행되므로, 이차 입자의 적정 입경에 따라 압연시 롤에 묻어나지 않아 전극 공정성이 향상될 수 있다. Since the hollow lithium transition metal oxide particles used as the cathode active material according to an embodiment of the present invention are rolled on the secondary particles in the form of secondary particles, So that the electrode fairness can be improved.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 중공형 리튬 전이금속 산화물 입자는 내부에 중공(hollow)이 형성됨으로써, 양극에 적용시 압연 과정에서 롤 프레스에 의해, 상기 중공형 리튬 철인산화물 입자의 중공이 붕괴되면서 이차 입자가 부스러져지기 때문에 이차 입자의 형상이 없어지고 일차 입자화 될 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the hollow lithium transition metal oxide particles are hollow, so that when the lithium transition metal oxide particles are applied to an anode, hollows of the hollow lithium iron phosphate particles, As the secondary particles collapse as they collapse, the shape of the secondary particles may disappear and become primary particles.

이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 압연 전과 압연 후의 양극 활물질 코팅층의 두께가 서로 상이할 수 있다. Thus, according to an embodiment of the present invention, the thickness of the cathode active material coating layer before and after the rolling may be different from each other.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 압연 후의 양극 활물질 코팅층의 두께는 압연 전의 양극 활물질 코팅층의 두께보다 얇을 수 있다. 예를 들면, 상기 압연 전의 양극 활물질 코팅층의 두께는 80 ㎛ 내지 200 ㎛ 일 수 있고, 상기 압연 후의 양극 활물질 코팅층의 두께는 20 ㎛ 내지 80 ㎛ 일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the thickness of the cathode active material coating layer after rolling may be thinner than the thickness of the cathode active material coating layer before rolling. For example, the thickness of the cathode active material coating layer before rolling may be 80 占 퐉 to 200 占 퐉, and the thickness of the cathode active material coating layer after rolling may be 20 占 퐉 to 80 占 퐉.

한편, 상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질 조성물 총량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가될 수 있다. 이러한 바인더의 예로는 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HFP), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로오스, 재생 셀룰로오스, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아크릴산, 에틸렌-프로필렌-디엔 모노머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 부타디엔 고무(SBR) 및 불소 고무로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다. On the other hand, the binder is a component that assists in bonding of the active material to the conductive material and bonding to the current collector, and may be usually added in an amount of 1 to 30 wt% based on the total amount of the cathode active material composition. Examples of such binders include vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HFP), polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polymethylmethacrylate, Polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, polyacrylic acid, ethylene-propylene-diene monomer (EPDM) Sulphonated EPDM, styrene butadiene rubber (SBR) and fluororubber, or a mixture of two or more thereof.

상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질 조성물 총 중량을 기준으로 0.05 내지 5 중량%로 첨가될 수 있다. 이러한 도전재는 전지의 기타 요소들과 부반응을 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것을 아니다. 예를 들면, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본 블랙(super-p), 아세틸렌 블랙; 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본 블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스커; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.The conductive material may typically be added in an amount of 0.05 to 5% by weight based on the total weight of the cathode active material composition. Such a conductive material is not particularly limited as long as it has electrical conductivity without causing side reactions with other elements of the battery. For example, graphite such as natural graphite or artificial graphite; Carbon black (super-p), acetylene black; Carbon black such as Ketjen black, channel black, purne black, lamp black, and summer black; Conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber; Metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; Conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives and the like can be used.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르는 리튬 이차 전지는 상기 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함한다. Meanwhile, a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention includes the positive electrode, the negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode.

상기 음극에 있어서, 음극 활물질로서 통상적으로 리튬 이온이 흡장 및 방출될 수 있는 탄소재, 리튬 금속, 규소 또는 주석 등을 사용할 수 있다. 바람직하게는 탄소재를 사용할 수 있는데, 탄소재로는 저결정 탄소 및 고결정성 탄소 등이 모두 사용될 수 있다. 저결정성 탄소로는 연화탄소 (soft carbon) 및 경화탄소 (hard carbon)가 대표적이며, 고결정성 탄소로는 천연 흑연, 키시흑연 (Kish graphite), 열분해 탄소 (pyrolytic carbon), 액정피치계 탄소섬유 (mesophase pitch based carbon fiber), 탄소 미소구체 (meso-carbon microbeads), 액정피치 (Mesophase pitches) 및 석유와 석탄계 코크스 (petroleum or coal tar pitch derived cokes) 등의 고온 소성탄소가 대표적이다. As the negative electrode active material, a carbon material, lithium metal, silicon, or tin, in which lithium ions can be occluded and released, can be used. Preferably, carbon materials can be used, and carbon materials such as low-crystalline carbon and highly-crystalline carbon can be used. Examples of the low crystalline carbon include soft carbon and hard carbon. Examples of highly crystalline carbon include natural graphite, Kish graphite, pyrolytic carbon, liquid crystal pitch carbon fiber high temperature sintered carbon such as mesophase pitch based carbon fiber, meso-carbon microbeads, mesophase pitches and petroleum or coal tar pitch derived cokes.

음극에 사용되는 바인더는 양극과 마찬가지로 당 분야에 통상적으로 사용될 수 있는 것을 사용할 수 있다. 음극은 음극 활물질 및 상기 첨가제들을 혼합 및 교반하여 음극 활물질 조성물을 제조한 후, 이를 집전체에 도포하고 압축하여 음극을 제조할 수 있다. As the binder used for the cathode, those which can be commonly used in the art can be used as the anode. The negative electrode may be prepared by preparing a negative electrode active material composition by mixing and stirring the negative electrode active material and the additives, applying the negative electrode active material composition to the current collector, and compressing the negative electrode active material composition to produce a negative electrode.

또한, 세퍼레이터로는 종래에 세퍼레이터로 사용된 통상적인 다공성 고분자 필름, 예를 들어 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체 및 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름을 단독으로 또는 이들을 적층하여 사용할 수 있으며, 또는 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.As the separator, a conventional porous polymer film conventionally used as a separator, for example, a polyolefin such as an ethylene homopolymer, a propylene homopolymer, an ethylene / butene copolymer, an ethylene / hexene copolymer and an ethylene / methacrylate copolymer A porous polymer film made of a high molecular weight polymer may be used alone or in a laminated manner, or a nonwoven fabric made of a conventional porous nonwoven fabric such as a glass fiber having a high melting point, a polyethylene terephthalate fiber or the like may be used. It is not.

본 발명의 리튬 이차 전지의 외형은 특별한 제한이 없으나, 캔을 사용한 원통형, 각형, 파우치 (pouch)형 또는 코인 (coin)형 등이 될 수 있다.
The external shape of the lithium secondary battery of the present invention is not particularly limited, but may be a cylindrical shape, a square shape, a pouch shape, a coin shape, or the like using a can.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. However, the embodiments according to the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below. The embodiments of the present invention are provided to enable those skilled in the art to more fully understand the present invention.

실시예Example

이하 실시예 및 실험예를 들어 더욱 설명하나, 본 발명이 이들 실시예 및 실험예에 의해 제한되는 것은 아니다.
EXAMPLES The present invention will be further illustrated by the following examples and experimental examples, but the present invention is not limited by these examples and experimental examples.

<중공형 리튬 전이금속 산화물 입자의 제조>&Lt; Preparation of Hollow Lithium Transition Metal Oxide Particles >

실시예Example 1  One

황산철(FeSO4ㆍ7H2O) 0.5 몰, 인산(P2O5) 0.55 몰과 산화 방지제를 포함한 황산철 수용액, 및 리튬 수용액(LiOHㆍH2O) 1.5 몰의 혼합물에 pH가 5.5 내지 7이 되도록 암모니아수를 첨가한 혼합액을 연속 공정 초임계 반응기를 통하여 약 375 내지 450 ℃의 온도와 250 내지 300 bar의 압력 조건으로 일정한 속도로 투입하여, 수초의 반응 시간을 통해 리튬 철인산화물인 LiFePO4 용액을 제조하였다.0.5 mol of iron sulfate (FeSO 4揃 7H 2 O), 0.55 mol of phosphoric acid (P 2 O 5 ), 1.5 wt% of an aqueous iron sulfate solution containing an antioxidant and 1.5 mol of lithium aqueous solution (LiOH 揃 H 2 O) 7 was fed through a continuous process supercritical reactor at a temperature of about 375 to 450 ° C. and a pressure of 250 to 300 bar at a constant rate to produce lithium iron phosphate LiFePO 4 Solution.

상기 LiFePO4 용액은 여과를 수행하여 LiFePO4 입자를 얻었다. XRD 분석을 통한 순도 분석 및 SEM을 통한 1차 입자 분석을 하였다. The LiFePO 4 solution was filtered to obtain LiFePO 4 particles. Purity analysis by XRD analysis and primary particle analysis by SEM were performed.

세척된 LiFePO4은 증류수를 통해 리슬러리(reslurry)를 실시한 후, 상기 용액에 탄소 전구체로 수크로스를 LiFePO4 100 중량부에 대해 4 중량부의 양으로 첨가하하여 분무액을 얻었다. 상기 수크로스가 첨가된 LiFePO4 용액을 포함하는 분무액을 분무 건조기를 통해 건조하였다.The washed LiFePO 4 was reslurry through distilled water, and 4 parts by weight of sucrose as a carbon precursor to 100 parts by weight of LiFePO 4 was added to the solution to obtain a spray solution. The spray solution containing the sucrose-added LiFePO 4 solution was dried through a spray drier.

이때, 상기 분무 건조의 조건은 건조온도 110 ℃, 내부압력 -20 mbar, 슬러리 공급속도 40 kg/시간으로 진행한 뒤 얻어지는 입자를 체질을 거친 후 질소(0.1L/분)의 불활성 분위기에서 약 725±3℃의 온도로 소성하여 중공형 LiFePO4 입자를 얻었다. At this time, the spray drying conditions were as follows: the drying temperature was 110 ° C, the internal pressure was -20 mbar, and the slurry feed rate was 40 kg / hr. After the particles were sieved, they were dried in an inert atmosphere of nitrogen (0.1 L / And then fired at a temperature of ± 3 ° C to obtain hollow LiFePO 4 particles.

상기 중공형 LiFePO4 입자는 평균 입경(D50)이 50 내지 300 nm인 둘 이상의 일차 입자가 응집되어 형성된, 평균 입경(D50)이 15 ㎛인 이차 입자로 이루어지며, 직경이 약 10 ㎛인 중공 코어부 포함하였다. 또한, 상기 LiFePO4의 총 고형분 함량(TSC)은 약 15%였다.
The hollow LiFePO 4 particles are composed of secondary particles having an average particle diameter (D 50 ) of 15 μm formed by aggregation of two or more primary particles having an average particle diameter (D 50 ) of 50 to 300 nm, and have a diameter of about 10 μm A hollow core portion was included. Also, the total solid content (TSC) of the LiFePO 4 was about 15%.

비교예Comparative Example 1  One

LiFePO4의 총 고형분 함량(TSC)을 약 41% 및 건조 온도를 95 ℃로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여, 중공이 형성되지 않은 LiFePO4를 얻었다.
Except that the total solid content (TSC) of LiFePO 4 was about 41% and the drying temperature was 95 캜, LiFePO 4 having no hollow was obtained.

<양극의 제조>&Lt; Preparation of positive electrode &

실시예Example 2 2

양극 활물질로 실시예 1에서 제조된 중공형 LiFePO4 90 중량%, 도전재로 super-p 5 중량% 및 바인더로 폴리비닐리덴플루오라이드 5 중량 %를 혼합하여 양극 활물질 조성물을 제조하였다. As the positive electrode active material, the hollow LiFePO 4 produced in Example 1 , 5 wt% of super-p as a conductive material, and 5 wt% of polyvinylidene fluoride as a binder were mixed to prepare a cathode active material composition.

상기 양극 활물질 조성물을 두께가 20㎛ 정도의 양극 집전체인 알루미늄(Al) 박막에 도포하고, 약 130℃에서 20분 동안 건조한 후 양극 활물질 코팅층을 형성하였다. 상기 양극 활물질 코팅층 상에서 롤 프레스(roll press)를 이용하여 압연을 수행함으로써 양극을 제조하였다.
The cathode active material composition was applied to an aluminum (Al) thin film as a cathode current collector having a thickness of about 20 mu m and dried at about 130 DEG C for 20 minutes to form a cathode active material coating layer. The positive electrode was prepared by rolling on the positive electrode active material coating layer using a roll press.

비교예Comparative Example 2 2

양극 활물질로 비교예 1에서 제조된 LiFePO4를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 2와 동일한 방법을 수행하여 양극을 제조하였다.
A positive electrode was prepared in the same manner as in Example 2 except that LiFePO 4 prepared in Comparative Example 1 was used as the positive electrode active material.

실혐예Room 1 : 압연 전과 후의 양극 활물질 코팅층의 두께 측정 1: Measurement of the thickness of the cathode active material coating layer before and after rolling

상기 실시예 2 및 비교예 2에 있어서, 양극 제조 과정 중 압연 전과 압연 후의 양극 활물질 코팅층의 두께를 측정하였고, 이를 하기 표 1에 나타내었다. In Example 2 and Comparative Example 2, the thickness of the cathode active material coating layer before and after rolling in the cathode production process was measured and shown in Table 1 below.

Yes 압연 전
양극 활물질 코팅층의 두께(㎛)
Before rolling
Thickness (占 퐉) of the cathode active material coating layer
압연 후
양극 활물질 코팅층의 두께(㎛)
After rolling
Thickness (占 퐉) of the cathode active material coating layer
실시예 2Example 2 9595 5050 비교예 2Comparative Example 2 9595 5555

상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 중공이 형성된 LiFePO4를 포함한 양극 활물질을 사용한 실시예 2의 양극은 압연 전의 두께가 95㎛였고, 압연 후의 두께가 50㎛로, 압연 전에 비해 압연 후가 40% 내지 50% 정도의 두께가 감소함을 알 수 있다.As can be seen from Table 1, the positive electrode of Example 2 using the positive electrode active material containing hollowed LiFePO 4 had a thickness of 95 탆 before rolling and a thickness of 50 탆 after rolling, % &Lt; / RTI &gt; to &lt; RTI ID = 0.0 &gt; 50% &lt; / RTI &gt;

이에 반해, 중공이 형성되지 않은 LiFePO4를 포함한 양극 활물질을 사용한 비교예 2의 양극은 압연 후의 두께가 55㎛로, 실시예 2의 양극에 비해 5㎛ 정도 두께가 증가하였음을 알 수 있다. On the other hand, the cathode of Comparative Example 2 using a cathode active material containing no LiFePO 4 without hollow was 55 μm thick after rolling, and the thickness of the cathode increased by 5 μm compared to the anode of Example 2.

상기 두께 결과로 미루어 보아, 비교예 2의 경우, 양극 활물질이 중공을 포함하지 않음으로 인해 양극에 적용시 스프링백 현상이 쉽게 일어날 수 있음을 예측할 수 있다.
As a result of the above thickness, it can be predicted that, in the case of Comparative Example 2, since the positive electrode active material does not contain a hollow, the springback phenomenon can easily occur when the positive electrode active material is applied to the positive electrode.

실험예Experimental Example 2 : 접착력 측정 2: Adhesive strength measurement

상기 실시예 2, 및 비교예 2에서 제조된 양극에 대한 접착력 측정을 수행하였다. 접착력 측정은 일반적으로 알려진 180 o peel test로 진행하였다. 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
Adhesion of the positive electrode prepared in Example 2 and Comparative Example 2 was measured. Adhesion measurements were carried out using a known 180 o peel test. The results are shown in Table 2 below.

Yes 일차입자
D50 (nm)
Primary particle
D50 (nm)
이차입자
D50 (㎛)
Secondary particle
D50 (占 퐉)
중공직경
(㎛)
Hollow diameter
(탆)
접착력(gf)Adhesion (gf)
실시예 2Example 2 50~30050 to 300 1515 1010 6060 비교예 2Comparative Example 2 100~200100 to 200 1515 XX 1010

상기 표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 표 2의 일차 입자 및 이차 입자의 평균 입경을 갖고, 중공의 직경이 10 ㎛인 실시예 2의 중공형 리튬 전이금속 산화물 입자를 포함하는 양극의 경우 접착력이 60 gf로, 중공이 형성되지 않은 비교예 2에 비해 6배 이상 향상됨을 알 수 있다. As can be seen from the above Table 2, in the case of the anode including the hollow lithium transition metal oxide particles of Example 2 having an average particle diameter of the primary particles and the secondary particles of Table 2 and having a hollow diameter of 10 탆, Is 60 gf, which is six times higher than that of Comparative Example 2 in which no hollow is formed.

실험예Experimental Example 3 :  3: SEMSEM 현미경 사진 Microscope pictures

상기 실시예 1에서 제조된 중공형 LiFePO4 입자에 대한 입자의 단면을 SEM 현미경 사진으로 확인하였고, 그 결과를 도 2에 나타내었다.Sections of the particles of the hollow LiFePO 4 particles prepared in Example 1 were confirmed by SEM micrographs, and the results are shown in FIG.

구체적으로 살펴보면, 도 2(a)는 중공형 LiFePO4 입자의 단면을 나타낸 것이고, 도 2(b)는 중공형 LiFePO4 입자의 일부 확대도로, 둘 이상의 일차 입자가 응집된 이차 입자가 입자의 외벽쪽으로 이동함을 확인할 수 있다. 도 2(a)의 SEM 현미경 사진을 통해 중공의 직경을 측정한 결과, 중공의 직경이 약 10 ㎛로 관찰 되었다. 2 (a) is a cross-sectional view of a hollow LiFePO 4 particle. FIG. 2 (b) is a partial enlargement of the hollow LiFePO 4 particle, in which secondary particles agglomerated by two or more primary particles, As shown in FIG. The diameter of the hollow was measured through a SEM micrograph of FIG. 2 (a), and the diameter of the hollow was observed to be about 10 탆.

상기 실시예 2 및 비교예 2에서 제조된 양극을 각각 SEM 현미경 사진으로 확인하였고, 그 결과를 각각 도 3 및 도 4에 나타내었다. SEM micrographs of the positive electrodes prepared in Example 2 and Comparative Example 2 were confirmed, and the results are shown in FIGS. 3 and 4, respectively.

구체적으로 살펴보면, 도 3(a)는 실시예 1에서 제조된 중공 직경이 10 ㎛인 중공형 LiFePO4를 포함하는 양극 활물질 조성물을 양극 집전체 상에 도포하여 압연한 후의 양극(실시예 2) 단면을 나타낸 SEM 사진이고, 도 3(b)는 도 3(a)의 일부분을 확대한 것이다. 3 (a) is a cross-sectional view of a positive electrode (Example 2) obtained by applying a positive electrode active material composition containing a hollow LiFePO 4 having a hollow diameter of 10 탆 prepared in Example 1 on a positive electrode collector and rolling, 3 (b) is an enlarged view of a part of FIG. 3 (a). FIG.

도 4(b)는 비교예 1에서 제조된 중공이 형성되지 않은 이차 입자로 이루어진 LiFePO4를 포함하는 양극 활물질 조성물을 양극 집전체 상에 도포하여 압연한 후의 양극(비교예 2)의 단면을 나타낸 SEM 사진이고, 도 4(b)는 도 4(a)의 일부분을 확대한 것이다. FIG. 4 (b) showing a cross-section of the Comparative Example anode after the anode active material composition, which hollow contains the LiFePO 4 made of a non-formed secondary particles prepared in 1 rolled by applying on a positive electrode collector (Comparative Example 2) 4 (b) is an enlarged view of a portion of Fig. 4 (a).

이때, SEM 사진의 검은색 부부은 스프링백(spring back) 현상에 의한 입자와 입자 사이의 공극(틈)을 나타낸다. At this time, the black part of the SEM photograph shows a gap between the particle and the particle due to the spring back phenomenon.

도 3 및 4에서 확인할 수 있는 바와 같이, 도 3 의 경우, 실시예 1의 중공형 LiFePO4에 있어서, 압연 후, 이차 입자가 붕괴되어 구형의 형태가 변함을 알 수 있다.As can be seen from Figs. 3 and 4, in the case of Fig. 3, it can be seen that in the hollow LiFePO 4 of Example 1, after rolling, the secondary particles collapse and the shape of the spherical shape changes.

이에 반해, 도 4의 경우, 압연 후, 이차 입자의 구형 형태가 그대로 남아 있음을 확인할 수 있고, 이차 입자와 입자 사이의 스프링백 현상으로 인한 공극(검은색 부분)이 많이 발견됨을 확인할 수 있다.In contrast, in the case of FIG. 4, it can be seen that the spherical shape of the secondary particles remains after the rolling, and the void (black portion) due to the springback phenomenon between the secondary particles and the particles is found.

따라서, 실시예 2의 경우는 비교예 2에 비해 스프링백 현상으로 인한 공극이 발생이 감소하므로, 이에 따른 양극 집전체와의 접착력 및 공정성을 향상시킬 수 있음을 예측할 수 있다. Therefore, in the case of Example 2, it is predicted that the occurrence of pores due to the springback phenomenon is reduced as compared with Comparative Example 2, thereby improving the adhesion and the processability with the cathode current collector.

Claims (26)

하기 화학식 1로 표시되는 리튬 전이금속 산화물 입자를 포함하고,
상기 리튬 전이금속 산화물 입자는 둘 이상의 일차 입자가 응집되어 형성된 이차 입자로 이루어지며,
상기 이차 입자 내부에 중공 코어부를 포함하는 중공형 리튬 전이금속 산화물 입자:
화학식 1
Li1 + aM11 - xM2x(PO4 -b) Xb
상기 식에서,
M1은 Fe, Mn, Co, Ni, Cu, Zn 및 Mg중 선택된 1종 이상의 원소를 나타내고;
M2는 2족 내지 15족으로부터 선택되는 원소 중 M1을 제외한 1종 이상의 원소를 나타내며,
X는 F, S 및 N 중에서 선택된 1종 이상이고,
-0.5≤a≤+0.5, 0≤x≤0.5, 0≤b≤0.1이다.
1. A lithium secondary battery comprising: a lithium transition metal oxide particle represented by the following formula (1)
The lithium transition metal oxide particles are composed of secondary particles formed by aggregation of two or more primary particles,
A hollow lithium transition metal oxide particle including a hollow core portion in the secondary particle;
Formula 1
Li 1 + a M 1 - x M 2 x (PO 4 -b ) X b
In this formula,
M1 represents at least one element selected from Fe, Mn, Co, Ni, Cu, Zn and Mg;
M2 represents at least one element selected from the elements selected from Groups 2 to 15 except for M1,
X is at least one selected from F, S and N,
-0.5? A? + 0.5, 0? X? 0.5, and 0? B?
제 1 항에 있어서,
상기 중공 코어부의 직경은 4 ㎛ 내지 10 ㎛인 중공형 리튬 전이금속 산화물 입자.
The method according to claim 1,
Wherein the diameter of the hollow core portion is 4 占 퐉 to 10 占 퐉.
제 1 항에 있어서,
상기 일차 입자의 평균 입경(D50)은 10 nm 내지 500 nm 범위인 것을 특징으로 하는 중공형 리튬 전이금속 산화물 입자.
The method according to claim 1,
Wherein the average particle size (D 50 ) of the primary particles is in the range of 10 nm to 500 nm.
제 1 항에 있어서,
상기 중공형 리튬 전이금속 산화물 입자의 평균 입경(D50)은 15 ㎛ 내지 20 ㎛ 범위인 것을 특징으로 하는 중공형 리튬 전이금속 산화물 입자.
The method according to claim 1,
Wherein the average particle diameter (D 50 ) of the hollow lithium transition metal oxide particles is in the range of 15 탆 to 20 탆.
제 1 항에 있어서.
상기 일차 입자 상에 탄소 코팅층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중공형 리튬 전이금속 산화물 입자.
The method of claim 1,
The hollow lithium transition metal oxide particle according to claim 1, further comprising a carbon coating layer on the primary particle.
제 5 항에 있어서,
상기 탄소 코팅층의 두께는 5 nm 내지 100 nm인 것을 특징으로 하는 중공형 리튬 전이금속 산화물 입자.
6. The method of claim 5,
Wherein the carbon coating layer has a thickness of 5 nm to 100 nm.
제 5 항에 있어서.
상기 탄소 코팅층은 당류를 포함하는 것을 특징으로 하는 중공형 리튬 전이금속 산화물 입자.
The method of claim 5,
Wherein the carbon coating layer comprises a saccharide. The hollow lithium transition metal oxide particle according to claim 1, wherein the carbon coating layer comprises a saccharide.
제 7 항에 있어서,
상기 당류는 글루코스, 프락토스, 갈락토오스, 수크로스, 말토오스 및 락토오스로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 중공형 리튬 전이금속 산화물 입자.
8. The method of claim 7,
Wherein the saccharide includes any one selected from the group consisting of glucose, fructose, galactose, sucrose, maltose and lactose, or a mixture of two or more thereof.
제 1 항에 있어서,
상기 리튬 전이금속 산화물은 하기 화학식 2로 표시되는 리튬 철인산화물인 것을 특징으로 하는 중공형 리튬 전이금속 산화물 입자:
화학식 2
Li1 + aFe1 - xMx(PO4 -b) Xb
상기 식에서,
M은 Al, Mg, Ni, Co, Mn, Ti, Ga, Cu, V, Nb, Zr, Ce, In, Zn 및 Y 중에서 선택된 1종 이상이고,
X는 F, S 및 N 중에서 선택된 1종 이상이며,
-0.5≤a≤+0.5, 0≤x≤0.5, 0≤b≤0.1이다.
The method according to claim 1,
Wherein the lithium transition metal oxide is lithium iron phosphate represented by the following formula (2): &lt; EMI ID =
(2)
Li 1 + a Fe 1 - x M x (PO 4 -b ) X b
In this formula,
M is at least one selected from Al, Mg, Ni, Co, Mn, Ti, Ga, Cu, V, Nb, Zr, Ce, In,
X is at least one selected from F, S and N,
-0.5? A? + 0.5, 0? X? 0.5, and 0? B?
제 9 항에 있어서,
상기 리튬 전이금속 산화물은 LiFePO4인 것을 특징으로 하는 중공형 리튬 전이금속 산화물 입자.
10. The method of claim 9,
Wherein the lithium transition metal oxide is LiFePO 4 .
제 1 항에 있어서.
상기 이차 입자의 비표면적은 30 ㎡/g 이하인 것을 특징으로 하는 중공형 리튬 전이금속 산화물 입자.
The method of claim 1,
Wherein the secondary particles have a specific surface area of 30 m &lt; 2 &gt; / g or less.
i) 리튬 전이금속 산화물, 탄소 전구체 및 물을 포함하는 분무액을 분무 챔버 내로 공급하는 단계; 및
ii) 상기 분무액을 상기 챔버 내에서 분무 건조 및 소성하는 단계
를 포함하는 중공형 리튬 전이금속 산화물 입자의 제조방법.
i) supplying a spray liquid comprising a lithium transition metal oxide, a carbon precursor and water into a spray chamber; And
ii) spray drying and firing the spray liquid in the chamber
&Lt; / RTI &gt; wherein the hollow lithium transition metal oxide particles have an average particle size of less than 100 nm.
제 12 항에 있어서,
상기 리튬 전이금속 산화물의 총 고형분 함량(TSC: Total Solid Content)는 10% 내지 40%인 것을 특징으로 하는 중공형 리튬 전이금속 산화물 입자의 제조방법.
13. The method of claim 12,
Wherein the lithium transition metal oxide has a total solid content (TSC) of 10% to 40%.
제 12 항에 있어서,
상기 분무 건조는 20 ℃ 내지 350℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 중공형 리튬 전이금속 산화물 입자의 제조방법.
13. The method of claim 12,
Wherein the spray drying is performed at a temperature ranging from 20 ° C to 350 ° C.
제 12 항에 있어서,
상기 소성은 700 ℃ 내지 800℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 중공형 리튬 전이금속 산화물 입자의 제조방법.
13. The method of claim 12,
Wherein the calcination is carried out at a temperature of 700 ° C to 800 ° C.
제 12 항에 있어서,
상기 탄소 전구체는 당류인 것을 특징으로 하는 중공형 리튬 전이금속 산화물 입자의 제조방법.
13. The method of claim 12,
Wherein the carbon precursor is a saccharide. &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 11. &lt; / RTI &gt;
제 16 항에 있어서,
상기 당류는 글루코스, 프락토스, 갈락토오스, 수크로스, 말토오스 및 락토오스로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 중공형 리튬 전이금속 산화물 입자의 제조방법.
17. The method of claim 16,
Wherein the saccharide comprises any one selected from the group consisting of glucose, fructose, galactose, sucrose, maltose and lactose, or a mixture of two or more thereof.
제 12 항에 있어서,
상기 탄소 전구체는 리튬 전이금속 산화물 100 중량부에 대해 2 중량부 내지 40 중량부로 사용하는 것을 특징으로 하는 중공형 리튬 전이금속 산화물 입자의 제조방법.
13. The method of claim 12,
Wherein the carbon precursor is used in an amount of 2 to 40 parts by weight based on 100 parts by weight of the lithium transition metal oxide.
제 12 항에 있어서,
상기 리튬 전이금속 산화물은 하기 화학식 2로 표시되는 리튬 철인산화물인 것을 특징으로 하는 중공형 리튬 전이금속 산화물 입자의 제조방법:
화학식 2
Li1 + aFe1 - xMx(PO4 -b) Xb
상기 식에서,
M은 Al, Mg, Ni, Co, Mn, Ti, Ga, Cu, V, Nb, Zr, Ce, In, Zn 및 Y 중에서 선택된 1종 이상이고,
X는 F, S 및 N 중에서 선택된 1종 이상이며,
-0.5≤a≤+0.5, 0≤x≤0.5, 0≤b≤0.1이다.
13. The method of claim 12,
Wherein the lithium transition metal oxide is a lithium iron phosphate represented by the following formula (2): &lt; EMI ID =
(2)
Li 1 + a Fe 1 - x M x (PO 4 -b ) X b
In this formula,
M is at least one selected from Al, Mg, Ni, Co, Mn, Ti, Ga, Cu, V, Nb, Zr, Ce, In,
X is at least one selected from F, S and N,
-0.5? A? + 0.5, 0? X? 0.5, and 0? B?
제 1 항의 중공형 리튬 전이금속 산화물 입자를 포함하는 양극 활물질.
A positive electrode active material comprising the hollow lithium transition metal oxide particles of claim 1.
제 20 항의 양극 활물질을 포함하는 양극.
An anode comprising the cathode active material of claim 20.
양극 집전체 상에 상기 제 1 항의 중공형 리튬 전이금속 산화물 입자, 바인더 및 도전재를 혼합한 양극 활물질 조성물을 코팅 및 건조하여 양극 활물질 코팅층을 형성하는 단계; 및
상기 양극 활물질 코팅층을 압연하는 단계
를 포함하는 양극의 제조방법.
Forming a cathode active material coating layer on the cathode current collector by coating and drying the cathode active material composition comprising the hollow lithium transition metal oxide particles of the first aspect, the binder and the conductive material; And
The step of rolling the cathode active material coating layer
And a cathode.
제 22 항에 있어서,
상기 압연 후 중공형 리튬 전이금속 산화물 입자의 중공이 붕괴되어 이차 입자가 일차 입자화되어 코팅되는 것을 특징으로 하는 양극의 제조방법.
23. The method of claim 22,
Wherein after the rolling, the hollow lithium transition metal oxide particles are collapsed to form secondary particles, thereby forming primary particles.
제 23 항에 있어서,
상기 압연 전과 압연 후의 양극 활물질 코팅층의 두께가 서로 상이한 것을 특징으로 하는 양극의 제조방법.
24. The method of claim 23,
Wherein the thickness of the cathode active material coating layer before rolling and after rolling is different from each other.
제 24 항에 있어서,
상기 압연 후의 양극 활물질 코팅층의 두께는 압연 전의 양극 활물질 코팅층의 두께보다 얇은 것을 특징으로 하는 양극의 제조방법.
25. The method of claim 24,
Wherein the thickness of the cathode active material coating layer after rolling is thinner than the thickness of the cathode active material coating layer before rolling.
양극, 음극, 상기 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 리튬 이차 전지에 있어서, 상기 양극이 제 21 항에 따른 양극인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.A lithium secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, wherein the positive electrode is the positive electrode according to claim 21.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017111566A1 (en) * 2015-12-24 2017-06-29 주식회사 엘지화학 Negative electrode active material having improved output characteristics and electrode for electrochemical device, containing negative electrode active material
WO2017150945A1 (en) * 2016-03-04 2017-09-08 주식회사 엘지화학 Precursor of positive electrode active material for secondary battery and positive electrode active material prepared using same
WO2019112097A1 (en) * 2017-12-08 2019-06-13 주식회사 엘 앤 에프 Positive electrode active material for lithium secondary battery, production method thereof, and lithium secondary battery comprising same

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100044713A (en) * 2008-10-22 2010-04-30 주식회사 엘지화학 Lithium iron phosphate having olivine structure and method for preparing the same
KR20100055898A (en) * 2008-03-25 2010-05-27 주식회사 에너세라믹 Olivine type positive active material precursor for lithium battery, and method for preparing the same
KR101092606B1 (en) * 2009-12-22 2011-12-13 한국과학기술연구원 Metal and?metal-oxide nanofiber with hollow structure and the fabrication method
KR20120026822A (en) * 2010-09-10 2012-03-20 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 Positive active material for rechargeable lithium battery, method of preparing the same, and rechargeable lithium battery including the same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100055898A (en) * 2008-03-25 2010-05-27 주식회사 에너세라믹 Olivine type positive active material precursor for lithium battery, and method for preparing the same
KR20100044713A (en) * 2008-10-22 2010-04-30 주식회사 엘지화학 Lithium iron phosphate having olivine structure and method for preparing the same
KR101092606B1 (en) * 2009-12-22 2011-12-13 한국과학기술연구원 Metal and?metal-oxide nanofiber with hollow structure and the fabrication method
KR20120026822A (en) * 2010-09-10 2012-03-20 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 Positive active material for rechargeable lithium battery, method of preparing the same, and rechargeable lithium battery including the same

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017111566A1 (en) * 2015-12-24 2017-06-29 주식회사 엘지화학 Negative electrode active material having improved output characteristics and electrode for electrochemical device, containing negative electrode active material
CN107925066A (en) * 2015-12-24 2018-04-17 株式会社Lg化学 Negative active core-shell material with improved output characteristics and the electrode for electrochemical appliance comprising the negative active core-shell material
US10673068B2 (en) 2015-12-24 2020-06-02 Lg Chem, Ltd. Negative electrode active material having improved output characteristics and electrode for electrochemical device including the negative electrode active material
CN107925066B (en) * 2015-12-24 2021-06-18 株式会社Lg化学 Negative active material and electrode for electrochemical device comprising same
WO2017150945A1 (en) * 2016-03-04 2017-09-08 주식회사 엘지화학 Precursor of positive electrode active material for secondary battery and positive electrode active material prepared using same
TWI626781B (en) * 2016-03-04 2018-06-11 Lg化學股份有限公司 Precursor of positive electrode active material for secondary battery and positive electrode active material prepared using the same
US10700352B2 (en) 2016-03-04 2020-06-30 Lg Chem, Ltd. Precursor of positive electrode active material for secondary battery and positive electrode active material prepared using the same
WO2019112097A1 (en) * 2017-12-08 2019-06-13 주식회사 엘 앤 에프 Positive electrode active material for lithium secondary battery, production method thereof, and lithium secondary battery comprising same

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